DE29623620U1

DE29623620U1 - Oberflächendetektionssystem für Warenbahnen

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Publication number: DE29623620U1
Application number: DE29623620U
Authority: DE
Original assignee: DEUTSCHES TEXTILFORSCHZENTRUM; Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ
Current assignee: DEUTSCHES TEXTILFORSCHZENTRUM; Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2006-10-22

Description

Oberflächendetektionssystem für Warenbahnen

Die Erfindung betrifft ein Oberflächendetektionssystem für Warenbahnen, insbesondere Warenbahnen aus Textilmaterial, Blechen, Laminaten oder Holzmaterial, nach dem Obergegriff des Anspruchs 1.

Bei Warenbahnen kommt es häufig zu Materialfehlern sowie fortlaufenden Produktionsfehlern. Diese Fehler werden zum Teil nicht rechtzeitig erkannt und durchlaufen mehrere weitere Produktionsschritte, bevor der Fehler entdeckt wird. Der dadurch entstehende Schaden ist beträchtlich. Es ist bekannt, die Warenbahnen visuell zu überwachen. Diese Tätigkeit - in der Textilindustrie Warenschau genannt - stellt hohe Anforderungen hinsichtlich der Konzentrationsfähigkeit der Person, der die Ware betrachtet. Die visuelle Warenschau ist daher immer noch fehlerbehaf-

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tet und ermöglicht nur eine geringe Geschwindigkeit der Warenbahnen. Bekannte automatische Verfahren zur Oberflächeninspektion tasten die Warenbahnen mit CCD-Zeichenkameras ab. Der Beleuchtungswinkel ist relativ zu dem kamerabedingten Betrachtungswinkel unterschiedlich, wodurch Fehler nicht oder nur schwer erkennbar werden. Die Auswertung der Bildinformation erfordert bei hoher Auflösung und einer schnellen OnIine-Messung eine extrem hohe Rechnerleistung. In der Praxis sind hohe Kamerastative notwendig, die exakt justiert werden müssen und die außerdem die Maschinenvibration ausgleichen müssen. Dieses bekannte Verfahren kann keine Höhenprofile messen. Ein weiterer Nachteil besteht in der begrenzten Auflösung einer einzelnen CCD-Kamera, bzw. bei Einsatz mehrerer Kameras in der hohen erforderlichen Rechnerleistung.

Ein weiteres bekanntes Verfahren tastet die Warenbahnen mit Laserstrahlen ab. Dieses Meßverfahren kann nicht für schnelle OnIine-Messungen verwendet werden und ist hinsichtlich der Justage sehr aufwendig, benötigt viel Platz und verursacht hohe Kosten. Weitere Nachteile bestehen in der schlechten Empfindlichkeit an den Rändern und in der zu geringen Auflösung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächendetektionssystem zu schaffen, das eine schnellere und einfachere Fehlerauswertung bei reduziertem Rechneraufwand ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, daß über die Breite der Warenbahnen nebeneinander angeordnete op-

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tische Elemente die Warenbahnen linienförmig abtasten, wobei die Signale mehrerer optischer Elemente durch optische Integration einem Detektor der Auswerteeinheit zugeführt ist.

Durch Signalintegration von mehreren optischen Bildaufnahmepunkten der einzelnen optischen Elemente auf einen Detektor kann bei hoher Auflösung des Meßsystems die Zahl der zu verarbeitenden Meßsignale erheblich reduziert werden. Auf diese Weise lassen sich bei hoher Auflösung hohe Meßgeschwindigkeiten realisieren.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Oberflächendetektionssystems bestehen in der universellen Einsetzbarkeit.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die optischen Elemente über Lichtwellenleiter mit den Detektoren verbunden sind. Der Einsatz von Lichtwellenleitern ermöglicht es, die elektronische Auswerteeinheit an einem geschützten Ort unterzubringen und die Beleuchtung und Detektion unter extremen Umgebungsbedingungen zu realisieren.

Die lichtempfangenden optischen Elemente können auch nur aus Lichtwellenleitern bestehen.

Beleuchtungseinheiten können z.B. sein: LED-Zeilen, Lichtwellenleiterzeilen, die Licht einer Leuchtdiode (LED), Laserdiode (LD) oder Lampe auf die Oberfläche führen. Detektoren können z.B. sein: Empfangsdiodenzeilen, CCD-Arrays oder Lichtwellenleiterzeilen, die die Lichtsignale auf Empfangsdioden (-zeilen) oder CCD-Arrays leiten. Beleuchtungseinheiten und Detektoren können auch mit optischen Komponenten, wie z.B. Linsen, Hologrammen, binären Optiken oder Hybridgebilden aus klassischen Linsen und Binäroptiken versehen sein oder Glasfasern können

auch an der Oberfläche speziell bearbeitet sein (z.B. konvexe oder konkave Oberfläche, angeschmolzene Linsen oder holographisch aufgebrachte Strukturen).

Die Beleuchtungseinrichtung besteht aus linienförmig angeordneten lichtemittierenden Elementen. Die linienförmig angeordneten lichtempfangenden Elemente nehmen das Licht der linienförmigen Beleuchtungseinrichtung auf, wobei die Winkelstellung der lichtemittierenden zu den lichtempfangenden Elementen gleich ist.

Vorzugsweise bestehen die lichtemittierenden Elemente aus Lichtwellenleitern, die das Licht von einer Lichtquelle auf die Warenbahnen leiten. Hierzu können Licht- oder Laserdioden verwendet werden. Die Verwendung von LED-Dioden, Photodioden und Lichtwellenleitern erhöht in hohem Umfang die Standzeit und die Langzeitstabilität. Die LEDs (Leucht-Dioden) sind als Sensoren rauscharm, wodurch die Empfindlichkeit erheblich gesteigert werden kann.

Die Beleuchtungseinrichtung ist bevorzugt auf der Oberseite der Warenbahn angeordnet, kann aber auch im Fall von Durchlichtmessungen auch auf der Unterseite der Warenbahn angeordnet sein.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die lichtempfangenden und/oder lichtemittierenden Elemente auf einer gemeinsamen, sich quer über die Bahnbreite der Warenbahn erstreckenden Schiene angeordnet. Dabei sind Beleuchtungs- und Betrachtungswinkel aufeinander abgestimmt. Die gemeinsame Anordnung der lichtempfangenden Elemente und der Beleuchtungseinrichtung auf einer Schiene ermöglicht den Einsatz des Oberflächendetektionssystems selbst unter engen Platzverhältnissen. Eine derartige Schiene kann in einfacher Weise über einer Warenbahn

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befestigt werden. Die lichtempfangenden und/oder lichtemittierenden Elemente können parallel oder unter einem gegenseitigen Winkel von ca. 12 ° bis 30 °, vorzugsweise 20 ° bis 24 °, verlaufen.

Die Ausgangssignale der Detektoren an die elektronische Auswerteeinheit bestehen aus 2-Bit-Signalen. Die Übertragung von 2-Bit-Signalen ermöglicht eine schnelle Datenerfassung und Auswertung bei geringer Datenmenge. Die verringerte Datenmenge erlaubt eine komplette Datenspeicherung und Protokollierung auf derzeit üblichen Personal-Computer.

Auf 1 cm Bahnbreite können 1 bis 60 Detektoren vorgesehen sein.

Je ein Detektor kann beispielsweise das Summensignal auf einer Warenbreite von ca. 0,05 cm bis 2 cm erfassen.

Die Gesamtabtastrate der Detektoren beträgt ca. 2 bis 10 MHz, vorzugsweise ca. 5 MHz .

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Oberflächendetektionssystem für eine textile Warenbahn mit linienförmig angeordneten lichtempfangenden Elementen und einer linienförmig angeordneten Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 2 das Oberflächensystem der Fig. 1 in Pfeilrichtung II gesehen,

Fig. 3 eine alternative Anordnung der lichtempfangenden und lichtsendenden Elemente, und

Fig. 4 eine Komparatorschaltung der elektronischen Auswerteeinheit.

Das Detektionssystem kann eine automatisierte Warenschau durchführen, bei der z.B. Gewebefehler, Löcher oder Erhebungen feststellbar sind. Desweiteren können Fadenverzüge, Fadenverschiebungen, Stoffarten, Fadenwiederholfrequenzen detektiert werden.

Die Warenbahn 1 wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit bewegt. Eine über der Warenbahn 1 angeordnete linienförmige Beleuchtungseinrichtung 2 aus mehreren lichtsendenden Elementen 10 und eine optische Abtasteinrichtung aus mehreren nebeneinander angeordneten lichtempfangenden optischen Elementen 4 ist oberhalb der Warenbahn 1 mit winkelmäßigem oder parallelem Abstand zu den lichtsendenden Elementen 10 angeordnet, wobei die optischen Elemente 4 die Warenbahn entlang der linienförmigen Beleuchtung abtasten. Die Signale von mehreren lichtempfangenden optischen Elementen 4 werden zusammengefaßt und jeweils einem Detektor in der elektronischen Auswerteeinheit 16 als 2-Bit-Signale zugeführt.

Die Beleuchtungseinrichtung aus linienförmig angeordneten lichtemittierenden Elementen 10 kann aus Lichtwellenleitern 12 bestehen, die das Licht von einer oder mehreren Lichtquellen 6, z.B. LED's, auf die Warenbahn 1 leiten.

Dabei können die lichtemittierenden Elemente 6 aus LED- oder Laserdioden und die Detektoren 4 aus Photodioden bestehen.

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Alternativ können die lichtempfangenden Elemente 4 oberhalb der Warenbahn 1 und die zellenförmige Beleuchtungseinrichtung 2 unterhalb der Warenbahn 1 für Durchlichtmessung angeordnet sein.

Bei oberhalb der Warenbahn 1 angeordneter Beleuchtungseinrichtung 2 kann diese gemeinsam mit den lichtempfangenden Elemente 4 auf einer sich quer über die Bahnbreite der Warenbahn 1 erstreckenden Schiene angeordnet sein, wobei die lichtempfangenden und die lichtsendenden Elemente 4,10 auf einem bestimmten Abstand der Schiene von der Warenbahn 1 justiert sind. Die Iichtempfangenden Elemente 4 können relativ zu den lichtemittierenden Elementen 10 unter einem Winkel von 0 ° (Fig. 1) oder von ca. 12 ° bis 30 °, vorzugsweise 20° bis 24 ° (Fig. 3) , verlaufen.

Bis zu 60 Ii cht empfangende Elemente 4 können je cm Bahnbreite vorgesehen sein, wobei einDetektor das Summensignal der von mehreren lichtempfangenden Elementen 4 auf einer Bahnbreite von ca. 0,05 cm bis 2 cm erfaßt. Bei einer Bahnbreite von 2 m werden beispielsweise lediglich 200 Detektoren in einer oder mehreren Auswerteeinheit 16 benötigt. Die Detektoren bestehen beispielsweise aus Photodioden, auf die Lichtsignale der lichtempfangenden Elemente 4 gruppenweise zusammengefaßt werden. Bis zu 60 Signale der lichtempfangenden Elemente können auf eine Photodiode geleitet werden, z.B. mit Hilfe der Lichtwellenleiter 12.

Den aus einer Photodiode bestehenden Detektoren können Lichtwellenleiter, Linsen, holographische Elemente, Binäroptiken oder hybride Systeme aus den vorgenannten Elementen vorgeschaltet sein. Die Iichtempfangenden opti-

sehen Elemente können beispielsweise auch aus Linsenarrays bestehen. Die durch die optische Signalintegration erzielbare elektronische Signalreduktion ermöglicht es, die auszuwertende Datenmenge erheblich zu reduzieren, ohne die Auflösung zu verschlechtern.

Das von den Detektoren erzeugte Summensignal 20 wird über einen Tiefpaßfilter einer Komparatorschaltung 18 zugeführt und hinsichtlich Dickstelle, Loch- oder Normalzustand überprüft. Das Ergebnis wird als 2-Bit-Signal weitergeleitet.

Fig. 4 zeigt eine Komparatorschaltung 18 der Auswerteeinheiten 16. Je eine Komparatorschaltung 18 ist für einen Detektor vorgesehen. Die Komparatorschaltung 18 erhält das Summensignal 20 eines Detektors, das über einen Vorverstärker 22 zwei Komparatoren 24,26 zugeführt werden, in denen das verstärkte Signal gegen einen oberen bzw. unteren Schwellenwert verglichen wird. Als Ergebnis wird ein 2-Bit-Signal erzeugt. Beispielsweise ist der Normalzustand bei der ersten Komparatorschaltung 24 logisch 0, um Dickstellen messen zu können, während bei der weiten Komparatorschaltung 26 der Normalzustand logisch 1 ist, um Löcher detektieren zu können.

Das beschriebene Oberflächendetektionssystem weist eine hohe Standzeit auf. Die Zahl der Fehlalarme kann reduziert werden, wobei aufgrund der Datenreduktion die Insprektionsgeschwindigkeit der Warenbahn 1 auf beispielsweise 40 m/min erhöht werden kann.

Claims

Schut zansprüche

1. Oberflächendetektionssystem für eine Warenbahn (1) , mit einer Beleuchtungseinrichtung (2) für die Warenbahn (1) und einer optischen Abtasteinrichtung, die quer zu der in Längsrichtung bewegten Warenbahn verläuft, und deren Signale an eine elektronische Auswerteeinheit (18) übertragbar sind, wobei die optische Abtasteinrichtung aus über die Breite der Warenbahn (1) linear nebeneinander angeordneten lichtempfangenden optischen Elementen (4) besteht, die die Warenbahn linienförmig abtasten, und daß die elektronische Auswerteeinheit (18) mehrere jeweils einem Abschnitt der Bahnbreite zugeordnete Detektoren (16) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Signale mehrerer Elemente (4) jeweils einem der Detektoren (16) der Auswerteeinheit (18) zuführbar sind, daß jeder Detektor (16) die zugeführten Lichtsignale optisch integriert, wobei die Sammelsignale (20) der Detektoren (16) an die elektronische Auswerteeinheit (18) aus 2-Bit-Signalen bestehen.

2. Oberflächendetektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (4) beispielsweise über Lichtwellenleiter (12) mit den Auswerteeinheiten (18) verbunden sind.

3. Oberflächendetektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (4) aus Lichtwellenleitern (12) bestehen.

4. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen

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Elemente (4) aus Linsenarrays, hologra-phischen Elementen, Binäroptiken oder hybriden Systemen aus vorgenannten Elementen (4,12) bestehen.

5. Oberflächendetektionssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Detektoren (16) Linsen, holographische Elemente, Binäroptiken oder hybride Systeme aus vorgenannten Elementen vorgeschaltet sind.

6. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (2) aus linienförmig angeordneten lichtemittierenden Elementen (6) besteht.

7. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Elemente (6) aus Lichtwellenleitern bestehen, die das Licht von einer Lichtquelle auf die Warenbahn (1) leiten.

8. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Elemente (6) aus LED- oder Laser-dioden und die Detektoren (16) aus Photodioden bestehen.

9. Optisches Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (2) auf der Oberseite der Warenbahn (1) angeordnet ist.

10. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (2) für Durchlichtmessungen auf der Unterseite der Warenbahn (1) angeordnet ist.

11. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfangenden optischen Elemente (4) und/oder lichtemittierenden Elemente (6) auf einer gemeinsamen, sich quer über die Bahnbreite der Warenbahn (1) erstreckenden Schiene angeordnet sind.

12. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfangenden optischen Elemente (4) und/oder lichtemittierenden Elemente (6) unter einem gegenseitigen Winkel von ca. 12 bis 30°, vorzugsweise 20 bis 24°,
oder parallel verlaufen.

13. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ca. 1 bis 10 Detektoren (4) je cm Bahnbreite vorgesehen sind.

14. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Detektor (16) das Summensignal von 10 bis 60 der lichtempfangenden Elemente (4) erhält.

15. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtabtastrate der Detektoren ca. 2 bis 10 MHz, vorzugsweise ca. 5 MHz, beträgt.