DE2925734B2

DE2925734B2 - Optisches Fehlersuchgerät für Materialbahnen

Info

Publication number: DE2925734B2
Application number: DE2925734A
Authority: DE
Inventors: Siegfried 8192 Geretsried Mankel; Klaus 8000 München Ostertag; Heinz 8031 Puchheim Schreyer
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1979-06-26
Publication date: 1981-10-15
Also published as: JPS567042A; EP0020880B1; DE2925734A1; EP0020880A1; DE2925734C3; JPS6321856B2; US4357071A

Description

ίο Die Erfindung betrifft ein optisches Fehlersuchgerät für in einer Abtastebene angeordnete, in ihrer Längsrichtung bewegte Materialbahnen, weiche durch einen von einen Laser und ein Spiegelrad umfassenden optischen Mitteln in der Abtastebene erzeugten Fahrstrahl quer zu ihrer Bewegungsrichtung periodisch abgetastet werden, wobei eine oder mehrere Lichtempfangsvorrichtungen von der Bahn reflektiertes und/oder durch die Bahn hindurchgehendes Licht aufnehmen und wenigstens einem photoelektrischen Wandler zuführen, der ein dem empfangenen Licht entsprechendes elektrisches Signal abgibt

Derartige optische Fehlersuchgeräte bestehen im wesentlichen aus einer Laserlichtquelle, einem Objektiv und einem im Brennpunkt eines streifenförmigen Hohlspiegels angeordneten Spiegelrad, welches das vom Objektiv empfangene Lichtbündel periodisch über den streifenförmigen Hohlspiegel streichen läßt, von dem ein psrallel zu sich selbst verschobener Fahrstrahl austritt und zu der Abtastebene gelangt, in der die Matcrialbahn in ihrer Längsrichtung bewegt wird. Die Abtastung der Materialbahn erfolgt zeilenweise quer zur Längserstreckung bzw. Bewegungsrichtung der Materialbahn.

Die Lichtempfangsvorrichtung kann vor oder hinter der Materialbahn angeordnet werden, je nachdem, ob die Fehlersuche in Reflexion (Remission) oder Transmission erfolgt. Es können auch zwei oder noch mehr Empfangsvorrichtungen angeordnet werden, welche sowohl in Reflexion als auch in Transmission arbeiten.

Die Lichtempfangsanordnung besteht im allgemeinen aus einer parallel zur Bahn des Abtastlichtfleckes angeordneten Zylinderlinse, einem dahinter angeordneten Lichtieitstab und einem Photomultiplier an der einen Stirnseite des Lichtleitstabes.

Zwischen dem Laser und dem Objektiv der Lichtsendeanordnung befindet sich zweckmäßigerweise im allgemeinen noch eine Optik, die den parallelen Laserstrahl fokussiert. Das Objektiv erzeugt im allgemeinen in der Abtastebene auf der Oberfläche der Malerialbahn eine Spaltabbildung.

Strukturiertes Material wie Gewebe wird in erster Linie in Transmission untersucht. Die Oberflächenstruktur von Blech, z. B. von Aluminiumblech für den Offsetdruck, wird bevorzugt in Remission untersucht.

Bei der Untersuchung von Materialbahnen, insbesondere von Textilien, wie gewebtem Material, müssen nun Fehler verschiedener Art, z. B. Noppen, Dickstellen, Dünnstellen, Flecken, Kett- oder Schußbrüche gefunden werden. Je nach der Art des Fehlers hat aber die Art des Abtastlichtfleckes einen erheblichen Einfluß auf die Erkennung des Fehlers. Fehlt z. B. in dem Gewebe ein Schußfaden, so ist die Fehlererkennung besonders gut, wenn der Abtastlichtfleck die Form eines sich in Abtastrichtung erstreckenden Spaltes hat. Zum Auffin-

M den eines Kettbruches ist jedoch ein in Transportrichtung des Gewebes, d. h. senkrecht zur Abtastrichtung verlaufender Spalt als Abtastlichtfleck besonders günstig. Bei herkömmlichen optischen Fehlersuchgerä-

ten der hier in Frage stehenden Art kann jedoch immer nur ein Fehlertyp optimal erfaßt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein optisches Fehlersuchgerät für Materialbahnen der eingangs genannten Gattung zu scharfen, welches auch auf sehr unterschiedliche Fehlertypen optimal anspricht

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das Spiegelrad zwei vorzugsweise abwechselnd wirksam werdende Arten von Spiegelflächen aufweist, von denen die einen einen eine erste Form und/oder Größe aufweisenden Lichtfleck und die anderen einen eine zweite Form und/oder Größe aufweisenden Lichtfleck in die Abtastebene bringen. Der Erfindungsgedanke ist also darin zu sehen, daß ein besonderes Spiegelrad verwendet wird, um abwechslnd, d. h. schnell nacheinander zwei optimal auf die aufzufindenden Fehler in Form und Größe abgestimmte Lichtflecke in die Abtastebene zu bringen.

Zur Anwendung bei Geweben und insbesondere zur sicheren Erkennung sowohl von Kett- als auch von Schußbrüchen sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß die optischen Mittel ein anamorphotisches Linsensystem umfassen, aufgrund dessen im Bereich der Abtastebene zwei parallel zur Abtastebene verlaufende, senkrecht aufeinanderstehende Spaltbilder erzeugbar sind. Es erfolgt also eine optimale Anpassung an die bei Geweben vorkummenden Fehler, insbesondere zur Erkennung von Kett- und Schußfadenbrüchen dadurch, daß der Abtastlichtfleck in schneller Folge ein in Transportrichtung und quer 2ur Transportrichtung sich erstreckendes Spaltbild ist. Bei einem Schußfadenbruch spricht die Lichtempfangsvorrichtung in Transmission optimal auf das querliegende Spaltbild an, bei Kettfadenbrüchen ist es das sich senkrecht zur Abtastrichtung erstreckende Spaltbild, welches die Lichtempfangsvorrichtung zu einem optimalen Ansprechen bringt.

Eine erste praktische Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die beiden Spaltbilder in Richtung senkrecht zur Abtastebene einen Abstand aufweisen und daß das Spiegelrad auf seinem Umfang vorzugsweise abwechselnd Spiegelflächen mit unterschiedlicher optischer Brechkraft trägt. Dabei kann das Spiegelrad zweckmäßigerweise ebene und gekrümmte Spiegelflächen aufweisen, wobei die gekrümmten Spiegelflächen zwec.kmäßigerweise konkav gekrümmt sind.

Die gekrümmten Spiegelflächen können entweder zylindrisch oder sphärisch gekrümmt sein.

Eine weitere Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß das Spiegelrad ein Tandemspiegelrad mit in Umfangsrichtung vorzugsweise um eine halbe Teilung gegeneinander versetzten Teilspiegelrädern ist. Es liegen also zwei bis auf die gegebenenfalls unterschiedliche Spiegelflächenausbildung gleiche Spiegelräder vor, die koaxial zueinander angeordnet sind.

Entweder können die beiden Spiegelräder Spiegelflächen mit unterschiedlicher Brechkraft aufweisen, indem ein Teilspiegelrad nur ebene Spiegelflächer., das andere nur vorzugsweise konkave, sphärische oder zylindrische ω Spiegelflächen aufweist, oder die beiden Teilspiegelräder weisen nur ebene Spiegelflächen auf und die mit den beiden Teilspiegelrädern zusammenwirkenden optischen Mittel erzeugen unterschiedlich geformte und/oder dimensionierte Lichtflecke, insbesondere zwei hi senkrecht aufeinanderstehende Spaltbilder.

Bei der ersten Ausführungsform mit in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten abwechselnd unterschiedliche Brechkraft aufweisenden Spiegelflächen ist es allein das Spiegelrad, welches die unterschiedlichen Abbildungsebenen der beiden Spaltbilder bewirkt

Bei Verwendung eines Tandemspiegelrades können entweder die unterschiedlichen Brechkräfte der beiden Teihpiegelräder oder bei gleicher Brechkraft die mit den beiden Teilspiegelrädern zusammenwirkenden optischen Mittel dafür verantwortlich sein, daß einmal das in Abtastrichtung und einmal das senkrecht zur Abtastrichtung verlaufende Spaltbild in die Abtastebene gelangt

Wesentlich am Erfindungsgegenstand ist, daß die unterschiedlich ausgebildeten Lichtflecke in der Abtastebene nur mit einer einzigen Lichtquelle erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird eine zusätzliche Brechkraft zuRi einen in Form von sphärischen Flächen für jede zweite Spiegelradfläche vorgenommen. Grundsätzlich sind auch Zylinderflächen verwendbar, wobei man jedoch keine gedrehte Abbildung erhält sondern der über die ebene Fläche gebildete Spalt durch die Zylinderwirkung zu einem Punkt zusammengezogen wird.

Bei Verwendung eines Tandemspiegelrades und eines geteilten Objektivs kann die unterschiedliche Fokussierung durch axiale Versetzung oder unterschiedliche Brennweite der beiden Teilobjektive erzielt werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines optischen Fehlersuchgerätes für Materialbahnen gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 1,

F i g. 3 eine Draufsicht entsprechend F i g. 1 bei um eine Spiegelfläche weitergedrehtem Spiegelrad,

Fig.4 eine Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 3,

F i g. 5 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Fehlersuchgerätes gemäß der Erfindung,

Fig.6 eine Seitenansicht des Gegenstandes der F i g. 5 bei einer ersten Stellung des Spiegelrades und

F i g. 7 eine Seitenansicht des Gegenstandes der F i g. 5 bei um eine halbe Teilung gegenüber F i g. 6 verdrehtem Spiegelrad.

Nach den Fig. 1 bis 4 sendet ein Laser 17 ein paralleles Lichtbündel 18 zu einem anamorphotischen Linsensystem 11, welches aus einem Mikroobjektiv 19 und einer dahinter angeordneten Zylinderlinse 20 besteht, deren Linsenachse im wesentlichen parallel zur Drehachse 21 des Spiegelrades 14 verläuft.

Das aus dem anamorphotischen System 11 austretende Lichtbündel gelangt über ein Objektiv 22 und die Spiegelflächen 15 bzw. 16 eines Spiegelrades 14 zu einem streifenförmigen Hohlspiegel 23, welcher das Lichtbündel im Bereich der Abtastebene 12 fokussiert.

Nach den Fig. 1 und 2 ist die Achse 21 des Spiegelrades 14 relativ zur Senkrechten auf der optischen Achse des Objektivs 22 etwas gekippt, um den streifenförmigen Hohlspiegel 23 neben dem aus dem Objektiv 22 austretenden Lichtbündel anordnen zu können und den vom Hohlspiegel 23 ausgehenden Fahrstrahl 24 am Spiegelrad 14 vorbeizuführen.

Das anamorphotische System 11 bildet zusammen mit dem Objektiv 22 und dem streifenförmigen I lohlspicgel 23 in der Ebene der F i g. 1 einen spallförmigen Lichtfleck 13 in der Abtastebene 12 scharf ab. Die Abtastrichtung steht in i i g. 1 senkrecht auf der

Zeichenebene. Die in der Abtastebene 12 angeordnete Materialbahn bewegt sich in Richtung des Pfeiles f.

Gleichzeitig entsteht durch die Wirkung des anamorphotischen Systems 11 im Absland a hinter der Abtastebene 12 ein um 90° gedrehtes, senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 1 stehendes Spaltbild 13'. In Fig. 2 ist das Spaltbild 13' in seiner Längserstreckung zu erkennen, während dort das erste Spaltbild 13 als Punkt erscheint.

Erfindungsgemäß wechseln bei dem Spiegelrad 14 auf dem Umfang ebene Spiegelflächen 15 und konkav gekrümmte Spiegelflächen 16 ab.

Sofern sich eine ebene Spiegelfläche 15 gemäß den Fig. 1 und 2 im Strahlengang befindet, wird das in Transportrichtung / verlaufende Spallbik. 13 in der Abtastebene 12 fokussiert.

Gelangt nun aber gemäß den F i g. 3 und 4 eine konkav gekrümmte Spiegelfläche 16 in den Strahlengang, so wird nunmehr das senkrecht zur Transportrichtung /verlaufende Spaltbild 13' durch die Hohlspiegelwirkung in der Abtastebene 12 fokussiert. Das andere Spaltbild 13 rückt vor die Abtastebene 12.

Bei kontinuierlicher Drehung des Spiegelrades 14 entsteht also in der Abtastebene 12 abwechselnd ein um 90° gedrehtes Spaltbild 13 bzw. 13'.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 —7 bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Teile wie in den Fig. 1 —4.

Bei der Ausfühi ungsform nach den F i g. 5 bis 7 ist das Spiegelrad 14 als Tandemspiegelrad mit zwei koaxialen, aufeinanderliegenden Teilspiegelrädern 14', 14" ausgebildet, welche in Umfangsrichtung um eine halbe Spiegelflächenteilung gegeneinander versetzt sind. Die Spiegelflächen 15, 16 der beiden Teilspiegelräder 14', 14" sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eben. Das Objektiv 22 ist jedoch erfindungsgemäß in zwei Hälften 22', 22" geteilt, wobei jede Objektivhälfte 22' bzw. 22" eines der Teilspiegelräder 14' bzw. 14" ausleuchtet. Die beiden Objektivhälften 22', 22" sind in Richtung der optischen Achse 25 gegeneinander so weit versetzt, daß die sogenannte Schnittweitendifferenz a ausgeglichen wird. Mit anderen Worten wird über das eine Teilspiegelrad 14' das Spaltbild 13 und über das andere Teilspiegelrad 14" das senkrecht dazu verlaufende Spaltbild 13' in die Abtastebene 12 abgebildet. Gleichzeitig bilden natürlich die beiden Teilobjektive 22', 22" die Spaltbilder auch noch vor bzw. hinter der Abbildungsebene 12 ab, wie das in den Fig. 5 bis 7 angedeutet ist.

Auch bei dieser Ausführungsform entsteht also bei

Drehung des Spiegelrades in der Ebene abwechselnd ein um 90° gedrehtes Spaltbild 13 bzw. 13'. Fig. 6

to veranschaulicht die Abbildung des in Transportrichtung /■weisenden Spaltbildes 13' durch das Teilspiegelrad 14' und die Objektivhälfte 22'. Fig. 7 zeigt die Abbildung des senkrecht /ur Transportrichtung f verlaufenden Spaltbildes 13 durch das Teilspicgelrad 14" und die

t5 Objektivhälfte 22".

Die Anordnung kann auch so sein, daß eines der

beiden Teilspiegelräder nur mit ebenen Flächen, das andere Teilspiegelrad nur mit sphärischen oder zylindrischen Spiegelflächen ausgeführt ist. Der Vorteil dieser Anordnung wäre eine höhere Tastfrequenz.

Wird anstelle der sphärischen Spiegelradfläche eine Zylinderfläche gesetzt, so erhält man eine Fokussierung in nur einer Richtung. Aus der Spaltabbildung würde dann ein Punkt gebildet werden. Der Vorteil dieser Anordnung wäre eine hohe Fehlerauflösung durch den Punkt und andererseits eine optische Integration durch den Spalt in Richtung seiner Längserstreckung. Durch das erfindungsgemäße Spiegelrad können also auch abwechselnd scharfe Punkte und scharfe Spalte auf die Materialbahn projiziert werden. Auch die Kombination scharfe Abbildung/unscharfe Abbildung, also z. B. kleiner Punkt/großer Punkt oder schmales Spaltbild/ breites Spaltbild läßt sich verwirklichen.

Bei Verwendung von zwei Objektivhäiften 22', 22" gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 5 bis 7 kann statt der axialen Versetzung der beiden Objektivhälften auch eine Ausführungsform gewählt werden, bei der jede Objektivhälfte eine andere Brennweite aufweist, derart, daß bei der einen Brennweite das eine Spaltbild 13 und bei der anderen Objektivbrennweite das andere Spaltbild 13' scharf in der Abtastebene 12 abgebildet wird.

Hierzu 2 Blan Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Fehlersuchgerät für in einer Abtastebene angeordnete, in ihrer Längsrichtung bewegte Materialbahnen, welche durch einen von einen Laser und ein Spiegelrad umfassenden optischen Mitteln in der Abtastebene erzeugten Fahrstrahl quer zu ihrer Bewegungsrichtung periodisch abgetastet werden, wobei eine oder mehrere Lichtempfangsvorrichtungen von der Bahn reflektiertes und/oder durch die Bahn hindurchgehendes Licht aufnehmen und wenigstens einem photoelektrischen Wandler zuführen, der ein dem empfangenen Licht entsprechendes elektrisches Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelrad (14) zwei vorzugsweise abwechselnd wirksam werdende Art?n von Spiegelflächen (15,16) aufweist von denen die einen (15) einen eine erste Form und/oder Größe aufweisenden Lichtfleck (13) und die anderen (16) einen eine zweite Form und/oder Größe aufweisenden Lichtfleck (13') in die Abtastebene (12) bringen.

2. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel ein anamorphotisches Linsensystem (11) umfassen, aufgrund dessen im Bereich der Abtastebene (12) zwei parallel zur Abtastebene (12) verlaufende, senkrecht aufeinanderstehende Spaltbilder (13, 13') erzeugbar sind.

3. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spaltbilder (13,13') in Richtung senkrecht zur Abtastebene (12) einen Abstand (a) aufweisen und daß das Spiegelrad (14) auf seinem Umfang vorzugsweise abwechselnd Spiegelflächen (15, 16) mit unterschiedlicher optischer Brechkraft trägt.

4. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelrad (14) ebene (15) und gekrümmte Spiegelflächen (16) aufweist.

5. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Spiegelflächen (16) konkav gekrümmt sind.

6. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Spiegelflächen (16) zylindrisch gekrümmt sind, wobei die Zylinderachsen parallel zur Spiegelradachse verlaufen.

7. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Spiegelflächen (16) sphärisch gekrümmt sind.

8. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelrad ein Tandemspiegelrad (14) mit in Umfangsrichtung vorzugsweise um eine halbe Teilung gegeneinander versetzten Teilspiegelrädern (14', 14") ist.

9. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilspiegelräder (14', 14") Spiegelflächen (15, 16) mit unterschiedlicher Brechkraft aufweisen.

10. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilspiegelrad (14') nur ebene Spiegelflächen (15), das andere Teilspiegelrad (14") nur vorzugsweise konkave, sphärische oder zylindrische Spiegelflächen (16) aufweist.

11. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Tcilspiegclriider (14', 14") nur ebene Spiegelflächen (15, 16) aufweisen und die mit den beiden Teilspiegelrädern (14', 14") zusammenwirkenden optischen Mittel unterschiedlich geformte und/oder dimensionierte Lichtflecke, insbesondere zwei senkrecht aufeinanderstehende Spaltbilder(13,13') erzeugen.