DE2344579A1

DE2344579A1 - Vorrichtung zum auffinden von fehlern in flaechen oder bahnen

Info

Publication number: DE2344579A1
Application number: DE19732344579
Authority: DE
Inventors: Clarke Graham Morley
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1972-09-21
Filing date: 1973-09-04
Publication date: 1974-04-04
Also published as: JPS49134392A; GB1439129A; DK142887B; JPS573012B2; US3931525A; DK142887C; NO137103C; FR2200964A5; NO137103B; IT994267B; DE2344579B2; CA1005545A

Description

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS 0 0//CTTQ DR.-ING. HANS LEYH Ζθ44θ/9 DIPL.-ING ERNST RATHMANN

München 71,

Melchiorstr. 42

Unser Zeichen: A 12 708

FERRANTI LTD. Hollinwood, Lancashire England

Vorrichtung zum Auffinden von Fehlern in Flächen oder Bahnen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffinden von Fehlern in einer Fläche mit einem Detektor, der eine Sendeeinrichtung zur Abgabe eines Strahles einer elektromagnetischen Strahlung und eine Abtasteinrichtung aufweist, durch welche die Oberfläche quer zu der relativen Bewegungsrichtung zwischen ihr und ■TteirrDetek-bor~mittels des Strahles abgetastet wird sowie mit einer Empfangseinrichtung.

Detektoren zur Feststellung von Fehlern in Flächen sind bekannt und insbesondere Detektoren zur Feststellung von Fehlern in der Fläche von bewegten Bändern oder Bahnen. Bei einem derartigen Detektor wird ein Lichtstrahl auf der Fläche der bewegten Bahn fokussiert und wiederholt und quer zur Bewegungsrichtung der Bahn über deren Oberfläche geführt. Das von der Obaflache der Bahn reflektierte oder abgegebene Licht wird in einem Empfänger aufgefangen und jede Änderung seiner Intensität, die durch einen

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ORIGINAL INSPECTED

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Fehler in der Fläche hervorgerufen wird, wird festgestellt und gezählt.

Reflektiertes Licht hat eine durciyspiegelnde Reflexion hervorgerufene Komponente und eine durch diffuse Reflexion hervorgerufene Komponente, wobei der Anteil jeder der Komponenten von der Natur der Oberfläche abhängig ist. Um diffus reflektiertes Licht festzustellen muß· der Photodetektor den größten Teil des verfügbaren diffus reflektierten Lichtes auffangen bzw. sammeln, wobei nur eine einfache optische Einrichtung erforderlich ist, obgleich das Licht bei geringer Intensität aufgefangen wird. Da diese Vorrichtung bei niedriger Lichtintensität arbeitet, sind Maßnahmen vorzusehen, um zu verhindern, daß spiegelnd reflektiertes Licht hoher Intensität aufgefangen und gesammelt wird. Spiegelnd reflektiertes Licht, das im Bereich des Reflexionswinkels eine hohe Intensität hat und daher bei einem Fehlerdetektor erwünscht ist, ist schwierig vollständig aufzufangen wegen der fortwährenden Änderung des Reflexionswinkels während der Abtastung. Bekannte Empfänger für spiegelnd reflektiertes Licht erfordern komplexe optische Einrichtungen, die eine hohe Empfindlichkeit haben müssen. Dieselben Betrachtungen gelten für Licht, das von einer Fläche ausgesendet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Detektor einen konstruktiv einfacheren mechanischen bzw. optischen Aufbau hat.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Strahlungs-Streuungseinrichtung vorgesehen ist, die so angeordnet ist, daß sie den Strahl nach seinem Auftreffen auf die betreffende Fläche auffängt, wobei ferner eine Einrichtung zur Feststellung der Strahlung vorgesehen ist, die auf eine Reduzierung der Stärke der Strahlung anspricht, die durch die Streuungseinrichtung ge-

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streut worden ist, um ein Ausgangssignal abzugeben, das die Feststellung eines Fehlers durch den Strahl anzeigt.

Beispielsweise Ausfuhrungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch im Schnitt einen Fehlerdetektor nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt die Sendeeinrichtung des Detektors nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt im Schnitt den Empfänger des Detektors nach Fig.

Fig. 4 zeigt im Schnitt eine andere Ausführungsform des Empfängers nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Detektors nach Fig. 1.

Fig. 6 und 7 zeigen im Schnitt eine weitere Ausführungsform des Empfängers und

Fig. 8 zeigt noch eine Ausführungsform des Detektors nach Fig. zur Verwendung mit einer lichtdurchlässigen Fläche.

Fig. 1 zeigt einen Detektor 10 zur Auffindung von Fehlern in einer Fläche 11 einer Materialbahn, die in Richtung des Pfdies 12 an dem Detektor 10 vorbeibewegt wird. Der Detektor 10 hat zwei benachbarte Stationen 13 und 14, die quer zur Breite der Bahn verlaufen. Die Station 13 ist eine Sendestation. Sie umfaßt ein Gehäuse 15, einen Laser 16, ein optisches System 17 (Fig. 2) und einen drehbaren mit einer Vielzahl von Facetten versehenen Spiegel 18.

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Im Betrieb wird Licht, das in Form eines kontinuierlichen Strahles vom Laser 16 ausgesendet wird, auf der Fläche 11 durch das optische System 17 und nach Reflexion vom Spiegel 18 reflektiert. Der Spiegel 18 dreht sich mit hoher Drehzahl und da jede Facette des Spiegels durch den Strahl läuft, wird der Strahl quer zur Bahn von Seite zu Seite über die Bahn geführt, wodurch diese abgetastet wird. Die Drehachse des Spiegels 18 ist zur Ebene der Fläche 11 geneigt, so daß der Strahl auf die Fläche 11 in einem Einfallswinkel θ zur Normalen der Ebene auftrifft.

Abhängig von der Fläche wird die Strahlung reflektiert oder durchgelassen, wobei sich jedoch die folgende Beschreibung nur auf die Reflexion bezieht.

Abhängig von der Art der reflektierenden Fläche wird das Licht teilweise spiegelnd und teilweise diffus reflektiert. Beispielsweise ergibt sich bei Stahl und Glanzpapier hauptsächlich eine spiegelnde Reflexion mit einem kleineren Anteil an diffuser Reflexion, während grobes oder rauhes Papier und Textilerzeugnisse in der Hauptsache eine diffuse Reflexion ergeben mit einem geringen spiegelnden Reflexionsanteil. Der erfindungsgemäße Detektor eignet sich für beide Anwendungsfälle, er wird aber vorzugsweise in Verbindung mit Flächen der erstgenannten Art verwendet.

In Fig. 3 ist die Licht-Empfangsstation 14 gezeigt, die sich insbesondere dazu eignet, spiegelnd reflektiertes Licht von der Oberfläche aufzufangen. Sie umfaßt ein Gehäuse 19 ähnlich demjenigen der Sendestation und sie erstreckt sich ebenfalls über die Breite der Fläche 11 (die sich in der Zeichenebene bewegt). Licht kann in das Gehäuse 19 nur durch eine öffnung 20 eintreten, die am Boden des Gehäuses angrenzend an die Fläche 11 ausgebildet ist und sich quer zur Fläche 11 erstreckt. Ih der öffnung 20 ist eine Licht-Streuungseinrichtung 21 parallel zur Fläche 11 ange-

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ordnet. Die Stirnwände 22 und 23 des Gehäuses haben Spiegelflächen und der obere Teil des Gehäuses hat gekrümmte reflektierende Flächen 24 und 25. In der Mitte der gekrümmten Wand gegenüber der Streuungseinrichtung 21 ist ein Photodetektor 26 angeordnet.

Das Licht vom Laser 16, das auf die Fläche 11 im Winkel θ zur Normalen auftrifft und spiegelnd von der Fläche reflektiert wird, läuft ebenfalls im Winkel θ zur Normalen zur Streuungseinrichtung 21, durch welche es hindurch und in das Gehäuse in diffuser Form eintritt. Das gesteute Licht wird durch den Photodetektor 26 aufgefangen bzw. gesammelt, der ein Ausgangssignal abhängig von der aufgefangenen Lichtmenge abgibt. Im Idealfall ist das diffuse Licht vollständig ungerichtet, in der Praxis behält jedoch das in einem schrägen Winkel durch die Streuungseinrichtung hindurchtretende Licht ein geringes Maß an Ausrichtung bei. In Fig. 3 ist die Wirkung der Streuungseinrichtung 21 auf Strahlen 27 und 28 in Form von Polardiagrammen 29 und 30 dargestellt. Der auf den Diffusor senkrecht zulaufende Strahl 27 wird beim Durchgang gestreut, der größte Teil des Lichtes setzt jedoch seinen Weg in derselben allgemeinen Richtung auf den Detektor 26 zu fort. Der auf den Diffuser 21 in einem schiefen Winkel zulaufende Strahl 28 wird beim Durchgang ebenfalls gestreut, wobei der größte Anteil des gestreuten Lichtes in derselben allgemeinen Richtung und nicht auf den Detektor 26 zu weiterläuft. Die reflektierende Wand 22 richtet das Licht auf den Photodetektor zu und kompensiert eine Reduzierung der Lichtstärke gegen Ende der Abtastung, die auftreten würde, wenn die Wand 22 das auf sie treffende Licht absorbieren würde. Die gekrümmten Flächen 24 und 25 zwischen den Stirnwänden und dem Detektor kompensieren Änderungen der Lichtmenge, die den Detektor während der Abtastung erreicht.

Die reflektierenden Stirnwände 22 und 23 und die gekrümmten Wände 24 und 25 nähern sich einem konischen Reflektor an, der erforder-

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lieh wäre, um einen nicht-diffusen Strahl auf den Detektor zu richten. Das System erfordert jedoch keine große optische Genauigkeit und die gekrümmten Flächen 24 und 25 können auch durch ebene Spiegel 31 und 32 ersetzt werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Diese ebenen Spiegel 31 und 32 sind insofern vorteilhaft, als ihre Neigung verändert und an die reflektierenden Eigenschaften der abzutastenden Fläche angepaßt werden kann.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Detektors, bei der die Sendestation und die Empfangsstation weit getrennt voneinander angeordnet sind. Die Sendestation ist in einem großen Winkel θ zur Normalen zur abzutastenden Fläche geneigt und die Empfangsstation ist ebenfalls in einem Winkel θ zu der Normalen aber auf deren anderer Seite geneigt in einer Ebene parallel zur Bewegungsrichtung der Fläche 11. Die Lichtstreuungseinrichtung 21 ist hier so angeordnet, daß die von der Fläche 11 reflektierten Strahlen praktisch senkrecht auf sie auftreffen.

Um die Menge an diffus reflektiertem Licht, die von dem Detektor im Verhältnis zu spiegelnd reflektiertem Licht empfangen wird, herabzusetzen, ist eine Einrichtung 33 mit einem Schlitz in der Bahn des reflektierten Lichtes benachbart zu der Streueinrichtung 21 angeordnet. Ein solcher Schlitz steigert die Empfindlichkeit des Detektors hinsichtlich lokaler Verformungen der Oberfläche, die nicht von Änderungen der Reflektivität begleitet sind. Bei der Verwendung eines solchen Schlitzes sollte die Vorrichtung nicht zu empfindlich gegen Oberflächen-Ebenheit sein, da die abzutastende Fläche während des Transportes an dem Detektor vorbei nicht stetig gehalten werden kann. Bei den oben beschriebenen Empfangsstationen waren die reflektierenden Wände so angeordnet, daß sie etwa einem konischen Abschnitt entsprachen, wobei der Detektor im Brennpunkt angeordnet war, jedoch eine grobe geometrische Form hatte, die durch die Verwendung der Streueinrichtung ermöglicht wird. In den Fig. 6 und 7 ist eine kompaktere

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Form der Empfangsstation 14' gezeigt. Die Empfangsstation hat ein Gehäuse 19'J einen Photodetektor 26' und eine Licht Zerstreuungseinrichtung 21*. Der Detektor 26" ist weg von dem Diffuser 21' auf die Spiegel 34 und 35 zu gerichtet, die geneigt sind, wodurch Licht, das von den Stirnwänden 22' und 23' reflektiert wird, auf den Detektor zu geworfen wird. Auf diese Weise ist die Intensität des Lichtes im Gehäuse, das auf den Detektor geworfen wird, während der gesamten Abtastung gleichmäßig. Da ferner das Licht im Winkel umgelenkt wird, kann die Höhe bzw. Größe der Empfangsstation reduziert werden. Es ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Sendestation und die Empfangsstation räumlich voneinander getrennt sind. Die Zerstreuungseinrichtung 21' wird gegen das Umgebungslicht durch eine Haube 36 abgeschirmt. Die Haube kann aus gelenkigen Klappen 37 und 38 gebildet sein, die so angeordnet und eingestellt werden können, daß sie die Wirkung der Schlitzplatte 33 in Fig. 4 haben.

Der Detektor ermöglicht somit in einfacher Weise den Empfang von diffus reflektiertem Licht und hat trotzdem die Empfindlichkeit, die der Intensität von spiegelnd reflektiertem Licht entspricht.

Die Lichtquelle kann eine nicht-kohärente Lampe sein, z.B. eine Xenonlampe oder eine Lichtquelle, die außerhalb des sichbaren Bereichs des Spektrums arbeitet, d.h. im nahen Infrarot oder im nahen Ultraviolett,abhängig von der Oberfläche.

Der Detektor wurde vorstehend in Verbindung mit einer Fläche beschrieben, die die einfallende Strahlung total reflektiert. Es gibt nun Flächen, die durchlässig für die Strahlung sind und andere, die durchlässig oder reflektierend sind, abhängig von dem Einfallswinkel des Strahles. Fig. 8 zeigt daher eine Sendestation 13 und eine Empfangsstation 14, die auf gegen-

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überliegenden Seiten einer transparenten Bahn 39 angeordnet sind. Die sichtbare Strahlung der Sendestation tastet die Fläche oder Bahn 39 ab und tritt in Abwesenheit eines Fehlers durch die Bahn hindurch und über die Streueinrichtung 21 in die Empfangsstation ein. Das gestreute Licht wird gesammelt und aufgefangen in üblicher Weise, es sei denn, daß der Durchtritt des Lichtes durch einen Fehler verhindert wird. Der Detektor stellt die Reduzierung der Lichtstärke fest und zeigt das Vorhandensein eines Fehlers an. Die Sendestation 13 kann in einem Winkel zur abzutastenden Fläche geneigt sein, wobei jedoch dann die Brechungseigenschaft des Materials bei der Bestimmung der Position der Empfangsstation berücksichtigt werden muß.

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Claims

A 12 708 Ansprüche

1. Vorrichtung zum Feststellen von Fehlern in einer Fläche, mit einem Detektor, einer Sendestation mit einer Quelle elektromagnetischer Strahlung,einer Abtaststation, um den Strahl quer zu der relativen Bewegung zwischen Detektor und Fläche über die letztere zu führen und mit einer Empfangsstation, gekennzeichnet durch eine Zerstreuungseinrichtung (21, 21') für die Strahlung, die so angeordnet ist, daß sie den Strahl nach seinem Auftreffen auf die abzutastende Fläche (11, 39) auffängt, einer Detektoreinrichtung (26, 26'), die auf eine Reduzierung der Stärke der Strahlung anspricht, die durch die Einrichtung (21, 21') gestreut worden ist und die ein Ausgangssignal abgibt, durch das ein Fehler in der Fläche (11, 39) anzeigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ich net, daß die Zerstreuungseinrichtung (21, 21') so angeordnet ist, daß sie den Teil des Strahles auffängt, der spiegelnd von der Fläche (11) reflektiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Sendestation (13) und die Empfangsstation (14) nebeneinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei ch net, daß die Zerstreuungseinrichtung (21, 21") so angeordnet ist, daß sie den Teil des Strahles aufnimmt, der durch die Fläche (39) hindurchgeht.

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5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlung im sichtbaren Teil des Spektrums liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Zerstreuungseinrichtung (26, 26') eine Folie aus einem durchscheinenden Material aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet / daß die Folie sich im wesentlichen senkrecht zur Ebene des reflektierten Strahles erstreckt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle ein Laser(16) ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet , daß die Sendestation eine optische Einrichtung (17) zum Fokussieren des Strahles auf einen Punkt auf der abzutastenden Fläche versehen ist/ dessen Ausdehnung etwa in der Größe des kleinsten festzustellenden Fehlers liegt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet , daß angrenzend an die Zerstreuungseinrichtung (21, 21') ein mit einem Schlitz versehenes Element (33, 36) angeordnet ist, um das Feld zu begrenzen, aus dem eine von der abzutastenden Fläche kommende Strahlung die Zerstreuungseinrichtung (21/ 21') erreicht.

11., Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

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durch gekennzeichnet , daß die Empfangsstation (14, 14') ein Gehäuse aufweist, in dem die Detektoreinrichtung (16, 26') untergebracht ist, die so angeordnet ist, daß sie nur Strahlung aufnimmt, die von der Zerstreuungseinrichtung (21, 21') abgegeben wird, daß ferner das Gehäuse Seitenwände aufweist, die sich längs entgegengesetzter Seiten der Zerstreuungseinrichtung erstrecken und im wesentlichen parallel zur Abtastrichtung des Strahles sind, daß das Gehäuse ferner Stirnwände (22, 23; 22', 23¹) aufweist, die sich zwischen den Seitenwänden an jedem Ende'der Zerstreuungseinrichtung und im wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung erstrecken und deren Innenflächen reflektierend sind, um die auf sia auftreffende diffuse Strahlung zur Detektoreinrichtung (26, 26') zu reflektieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektoreinrichtung so in dem Gehäuse angeordnet ist, daß sie nur Strahlung empfängt, die von den Stirnwänden zurückgeworfen wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Gehäuse weitere reflektierende Flächen (24, 25; 31, 32) zwischen den Stirnwänden und der Detektoreinrichtung angeordnet sind, um auf sie auftreffende Strahlung zur Detektoreinrichtung zu reflektieren.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η et , daß die weiteren reflektierenden Flächen einen etwa konischen Abschnitt bilden und daß die Detektoreinrichtung im wesentlichen im Brennpunkt dieses Abschnittes angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch

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gekennzeichnet , daß die Innenflächen der Seitenwände des Gehäuses diffus reflektierend sind.

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