DE3446355C2 - Optisches Fehlersuchgerät - Google Patents

Abstract

Ein optisches Fehlersuchgerät weist eine Lichtabtastvorrichtung (21) und eine Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung (14) auf, die das vom zu untersuchenden Material reflektierte Licht aufnimmt und zu einem photo-elektrischen Wandler weiterleitet. Das die Lichtzeile (11) bildende Lichtbündel trifft unter einem spitzen Winkel (α) auf die Gegenstandsoberfläche (13) auf. Im Streuwinkel der Reflexion ist die abbildende optische Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung (14) mit ihrer Längsausdehnung parallel zur Achse der Lichtzeile (11) so angeordnet, daß die Lichtzeile (11) in der Ausdehnung senkrecht zur Zeilenrichtung nur teilweise auf den photo-elektrischen Wandler oder auf das zur Weiterleitung des Lichtes zum photo-elektrischen optischen Wandler dienende Mittel (15) abgebildet wird (Fig. 1).

Description

10

15

signal ausgelöst werden kann. Diese bekannte Vorrichtung eignet sich aber nur für die Überwachung relativ schmaler Bahnbereiche und ist insbesondere nicht für die Überwachung von Spinnvliesen oder nicht gewebten filzartigen Stoffbahnen geeignet, weil sie bei dieser Anwendung entweder zur Unzeit Fehlersignale auslösen würde und auch nicht sowohl Erhöhungen als auch Vertiefungen in der Materialbahn anzeigen kann.

Ein Spinnvlies oder ein nicht gewebtes filzartiges Gewebe kann verschiedene Dicken und Zusammensetzungen aufweisen. Von dünnsten gaze-artigen Lagen bis zu dicken fließpapierähnlichen Bahnen aus Kunstfasern, Zellulose oder auch Glasfasern, sind sämtliche Ausbildungen mit dazwischenliegenden Stärken möglich. Allen derartigen filzartigen Geweben ist jedoch ihre deutlich unregelmäßige Struktur gemeinsam.

Diese von Haus aus unregelmäßige Struktur derartiger filzartiger Gewebe erschwert die optische Fehlersuche, da selbst fehlerfreies Material ein hohes Grundrauschen aufweist. Dieses Grundrauschen beeinträchtigt in hohem Maß die Auffindung einzelner Fehler bei der Oberfiacheninspekiion auf herkömmliche Art, d.h. bei Transmissionsmessung oder Beurteilung der Änderung des reflektierten Lichtes durch Fehler im Material. Der weitaus größte Teil der Fehler sind Verdickungen, aufliegende Fäden und/oder Kleberanhäufungen. All diese Fehler werden von einem streifenden Lichtstrahl, der über ein eben geführtes Material streift, angeschnitten, während das fehlerfreie Material in der gleichen Linie noch nicht, sondern erst später getroffen wird Dieser Effekt wird bei der nachfolgend beschriebenen Erfindung zur Fehlersuche ausgenutzt

Das Ziel der Erfindung ist eia einfach aufgebautes Fehlersuchgerät, das gleichwohl sehr betriebssicher arbeitet und auch bei von Haus aus sehr unregelmäßigem Material wie filzartigen Geweben eine einwandfreie 'chicranzcigc liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Hierbei wird zur Herabsetzung des Grundrauschens zweckmäßigerweise außer dem entsprechend der Grobheit des Gewebes mit einem relativ dazu großen Lichtfleck gearbeitet

Die Erfindung arbeitet in erster Linie mit einem optischen Scanner als Lichtabtastvorrichtung, welcher ein Spiegelrad, einen Hohlspiegel und Mittel zur Lichtstrahlfokussierung aufweist. Der Scanner erzeugt eine ständige Folge von Lichtzeilen, die vorzugsweise als paralleler Lichtvorhang auf das geradlinig geführte Bahnmaterial fallen. Eia oder mehrere Empfängersysteme mit optischen Elementen zur Erzeugung einer Abbildung sind im Winkelbereich zwischen Sendestrahl und dem Winkel der regulären Reflexion so angeordnet daß die Lichtzeile auf den Empfänger abgebildet wird. Vorzugsweise wird ein Empfangssystem mit einem Lichtleitstab gemäß der DE-PS 21 67 026 verwendet d. h., daß das Licht, welches von der Lichtzeile ausgeht durch eine Zylinderlinse aufgenommen und auf das Spiegelraster eines Lichtleitstabes projiziert wird. Dieses Raster lenkt das Licht seitlich ab und wird durch Totalreflexion im Innern des Stabes zu einem Stabende geleitet, wo ein photo-elektrischer Wandler das Licht in ein elektrisches Signal umsetzt, das in einer elektronischen Auswerteschaltung verarbeitet wird.

Das durch die Lichtfleckgröße und den streifenden Einfall der Lichtzeüe erzeugte Lichtband wird durch die erhabenen Fehler des Materials deformiert, d. h., daß anstelle eines geradlinig begrenzten Bandes ein unregelmäßiger Lichtstreifen erscheint der an der Fehlerstelle eine zum Sender hin ausgebogene Kante, aufweist

Erfindungsgemäß werden also die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen so einjustiert, daß nur der obere oder der untere Kantenbereich des Lichtstreifens auf das Spiegelraster abgebildet wird. Auf diese Weise wird beim Vorbeilaufen des Abtastlichtstrahles an der Fehlerstelle in der Auswerteelektronik ein ausgeprägter auswertbarer elektronischer Impuls erzeugt denn bei einer hierbei erfolgenden Ausbeulung des Lichtstreifens erhält die eine Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung mehr, die andere weniger Licht

Die hierzu erforderliche J us tage kann durch Einstellung des gesamten Empfangssystems oder auch durch einfaches Verdrehen des Lichtleitstabes erfolgen. Derselbe Effekt kann auch durch eine streifenförmige Blende kurz hinter dem Lichtband oder besser durch eine Blende in einer optischen Zwischeuabbildung erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die. Unteransprüche gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgend^! beispielsweise anhand derZeichnung beschrieben; indieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines optischen Fehlersuchgerätes,

Fig.2 eine schematische perspektivische Ansicht sehr?».' von oben auf einen Teil der Anordnung nach

F i g. 3 eine Draufsicht auf den auf der Bahnoberfläche erzeugten Lichtstreifen mit dem gegenüber dem Lichtstreifen verschobenen photoelektrisch ausgewerteten streifenförmigen Bereichen,

F i g. 4 eine Lichtstreifenabbildungs-Vorrichtung,

Fig.5 die gleiche Lichtstreifenabbildungs-Vorrichtung mit einer anderen verbindungsgemäßen Justage des eingebauten Lichtleitstabes,

F i g. 6 eine mit einer Zwischenabbildung arbeitende Lichtstreifenabbüdungs-Vorrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig.7 ein schematisches Blockschaltbild ba einem optischen Fehlersuchgerät

Nach F i g. 1 erzeugt eine mit einem Laser arbeitende Lichtabtastvorrichtung 21 einen Fahrstrahl 12, der auf der Oberfläche 13 einer teilweise um eine rotierende Walze 19 herumgeführte Materialbahn lfcdort auftrifft, wo sie sicher und gut geführt auf der Oberfläche der Walze 19 aufliegt In Richtung der Achse 22 der Walze 19, d. h. senkrecht zur Transportrichtung fder Materialbahn 18 führt der Fahrstrahl 12 eine periodische Abtastbewegung aus, so daß gemäß F i g. 2 auf der Materialbahn eine quer verlaufende Lichtzeile 11 erzeugt wird. Der Lichteinfallswinkel α beträgt nach F i g. 1 20°.

Unter dem Winkel der normalen Lichtreflexion »ritt bei fehlerfreiem Material ein reflektierter Strahl 23 aus, der' nach F i g. 1 nahe an einer Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung 14 vorbeiläuft, die also knapp außerhalb des Winkels der normalen Lichtreflexion angeordnet.

In Fig.2 ist angedeutet, wie sich die Lichtzeile Il beim Vorliegen eines erhabenen Fehlers 24 auf der Oberfläche 13 der Materialbahn verformt Da dieser erhabene Fehler 24 vor dem Erreichen des Zeniths der Bewegung um die Walze 19 herum beleuchtet wird, wird das in diesem Bereich auftreffende Licht schon früher reflektiert als das an den fehlerfreien Stellen der Materialbahnoberfläche gestreute Licht. Der Fehlerlichtstrahl 23' verBuft daher zwar parallel zum normal reflektierten Lichtstrahl 23, ist jedoch gegenüber diesem in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise parallel versetzt, so daß es im Gegensatz zu dem normal reflektier-

5 6

ten Licht in die Lichtzeilen· Empfangsvorrichtung 14 ge- den. In jedem Fall kommt es darauf an, daß jeweils nur

langen kann. die Randzonen der erzeugten Lichtzeile für die Fehler-

Wesentlich für diese Wirkung ist, daß der Lichtstrahl auswertung herangezogen werden, um so trotz des 12 unter einem relativ spitzen Winkel von etwa 20° oder stark strukturierten Materials zu einer eindeutigen Fehgeringfügig darunter auf die Oberflilche auftrifft, damit s leraussage zu kommen.

die Ausbeulung der Lichtzeile 11 durch eine Fehlerstelle F i g. 7 zeigt schematisch ein Blockschaltbild eines op-

24 möglichst ausgeprägt ist In vorteilhafter Weise trägt tischen Fehlersuchgerätes. An den Stirnseiten der bei-

zur Erzeugung einer ausgeprägten Ausbeulung der den Lichtleitstäbe 15, die das von den seitlichen Berei-

Lichtzeile U auch die Führung der Materialbahn 18 chen 11', U" ausgehende Licht empfangen, befinden

über die gekrümmte Umfangsfläche der Walze 19 bei. io sich photoelektrische Wandler 28,29, zu denen das von

Gegebenenfalls kann auch zum Empfang der Rück- der Mantelseite in die Lichtleitstäbe 15 eintretende wärtsstreuung im Winkelabstand von 60° zum einge- Licht durch Spiegelung und Totalreflexion gelangt. Die strahlen Licht eine weitere Lichtstreifen-Empfangsvor- Ausgänge der Wandler 28, 29 sind an einen Differenzrichtung 14' angeordnet sein. verstärker 30 angelegt, der eine Auswerteelektronik 31 Ά

In F i g. 3 ist veranschaulicht wie durch die beschrie- is speist. |, bene Ausbildung eine auf der Materialbahnoberfläche Aufgrund der punktförmigen Abtastung der Bereiche ν vorhandene reale Lichtzeile 11 mit einer Ausbeulung 24' 11', 11" erscheint am Orte der Fehlstelle 24' ein beson- f an der Stelle einer erhabenen Fehlerstelle 24 in der ders ausgeprägtes Differenzsignal, weil der eine photo- i Abbildung in zwei gestrichelt dargestellte Bereiche 11', elektrische Wandler 15 ein sehr starkes, der photoelek- ij ii" äüfgcicüi wird. Diese beiden iiiencfiiöriTiigcü Bc- iv irische Wandler 29 dagegen ein Sehr schwaches Signa! 5 reiche 11', 11" werden getrennt von zwei Lichtzeilen- abgibt, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers 30 1 Empfangsvorrichtungen aufgenommen, die ähnlich wie ein sehr ausgeprägtes Differenzsignal vorliegt, das in | die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung 14 in Fig. 1, je- der Auswerteelektronik 31 zur Fehleranzeige herange- B doch unter Belassung eines kleinen Abstandes überein- zogen werden kann. ?; ander angeordnet sind. Man erkennt wie die den Licht- 25 Die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Fehlerstreifen 11' aufnehmende Lichtzeilen-Empfangsvorrich- suchgerätes ist deswegen besonders groß, weil beide zu tung aufgrund der Ausbeulung 24' ein wesentlich ver- beiden Seiten der Lichtzeile 11 vorhandenen auf die stärktes und die den anderen Bereich H" empfangende beiden Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen abgebilde-Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung ein erniedrigtes Emp- ten BUeiche 11', 11" sich mit der Lichtzeile 11 nur teilfangssignal aufnimmt was für die Fehlerauswertung 30 weise überlappen und weil zwischen ihnen ein deutliausgenutzt werden kann. eher Abstand, der vorzugsweise etwa gleich der Hälfte ί

Nach F i g. 4 besteht eine Lichtzeilen-Empfangsvor- der Breite der Lichtzeile ist, vorliegt - '

richtung für die Lichtzeile 11 aus einer aus zwei Zylin-

derlinsen bestehenden Zylinderlinsenanordnung 16, Hierzu 4 Blatt Zeichnungen . ■

welche sich parallel zur Lichtzeile 11 erstreckt Die Zy- 35 Cl'

linderlinsenanordnung 16 bildet die Lichtzeile 11 auf das

streifenförmige Spiegelraster 17 eines im Querschnitt ·

runden Ljchüeätstabes 15 ab. ^

Durch eine geeignete Verdrehung des Lichtleitstabes ¹^

um seine Achse {F i g. 5), kann erreicht werden, daß z. B. 40 >j

lediglich der Bereich W nach F i g. 3 für die photo-elek- 1

trische Auswertung herangezogen wird. Im Falle der V.

F i g. 5 ist der Lichtleitstab 15 so verdreht, daß nur der ^

obere Randbereich 11' der Lichtzeile U zum Spiegelra- %

ster 17 und damit zu dem an der einen Stirnseite des « '){

Lichtleitstabes 15 vorgesehenen nicht dargestellten _r\

photo-elektrischen Wandler gelangt. ;ft

F i g. 6 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der Ί\

jedoch durch eine weitere Zylinderlinse 20 an der Stelle j|

einer quer zur optischen Achse 27 verschieblichen Blen- so §

de 26 eine Zwischenabbildung der Lichtzeile 11 erfolgt '■*

Die Blende 26 deckt das Zwischenbild bis auf die für die h Auswertung heranzuziehende Randzone XY (oder 11") ^

ab, so daß nur diese auf dem Spiegelraster 17 des Licht- P.

leitstabes 15 abgebildet wird Durch Verschiebung der 55 |j

Blende 26 senkrecht zur optischen Achse 25 kann die |; Breite der abgebildeten Randzone 11' bzw. 11" verän- 3

dert und damit auch die Empfindlichkeit des Fehlersuch- j|

gerätes beeinflußt werden. |·

Es wäre auch denkbar, mit einem Empfangssystem, 60 jp

vorzugsweise einer Diodenzeile in Transmission zu iß

messen, wenn das Material über eine transparente Füh- S

rungsebene, z. B. eine gewölbte Silikatglasfläche oder *£j

ein Glasrohr geführt werden würde und z. B. die Dio- =®

denzeile im Kanttenbereich des Lichtbandes dicht unter 65 ΐ|

der Glasfläche angebracht wäre. Eventuell könnte das U.

Führungselement selbst aus einem Glaslichtieitstab mit m

einem entsprechenden Eintrittsfenster ausgebildet wer- %

Claims (6)

1 2 dung einer der Lichtstreifen-Empfangsvorrichtung Patentansprüche: . (14) vorgeschalteten Zylinderlinse (20) erzeugt wird. 7. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 6, da-

1. Optisches Fehlersuchgerät mit einer Lichtab- durch gekennzeichnet, daß die streifenförmige Blen-

tastvcrrichtung, die auf der Oberfläche des zu unter- 5 de (26) zur Anpassung an die Materialart und Em p-

suchenden Gegenstandes, vorzugsweise einer Mate- Endlichkeit des Systems senkrecht zum Lichtstreifen

rialbahn eine Lichtzeile erzeugt, die sich quer zur (11) verstellt werden kann.

Längsrichtung über die Bahn erstreckt, und einer 8. Optisches Fehlersuchgerät nach einem der vor-

Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung, die das vom zu hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

untersuchenden Material reflektierte Licht auf- io daß die streifenförmigen Bereiche (H', U") einen

nimmt und zu einem photoelektrischen Wandler Abstand aufweisen, der gleich der Hälfte der Breite

weiterleitet, wobei das die Lichtzeile bildende licht- der Lichtzeile (11) ist
bündel unter einem spitzen Einfallswinkel auf die

Gegenstandsoberfläche auftrifft und unter dem

Streuwinkel der Reflexion die abbildende optische J5
Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung mit ihrer Längsausdehnung parallel zur Achse der Lichtzeile so an- Die Erfindung betrifft ein optisches Fehlersuchgerät geordnet ist, daß die Lichtzeile in der Ausdehnung mit einer Lichtabtastvorrichtung nach dem Oberbegriff senkrecht zur Zeilenrichtung nur teilweise auf den des Patentanspruchs 1.

photoelektronischen Wandler oder auf das zur Wei- 20 Es ist bereits eine Vorrichtung zum Ermitteln von terleitun| des Lichtes zum photoelektronischen Fehlstellen eines Bandes bekannt (DE-OS 14 73 743), Wandler dienende Mitte! abgebildet wird, da- bei der relativ nahe an der von einem Kondensor und durch gekennzeichnet, daß zwei Lichtzei- einer Zylinderlinse über eine Lichtquelle erzeugten len-Empfangsvorrichtungen etwas außerhalb des Lichtzeile eine Photodiodenzeile angeordnet ist, welche Winkels der regulären Reflexion angeordnet sind, 25 das von der Lichtzeile normal reflektierte Licht empwobei die eine Lichtztilen-Empfangsvorrichtung fängt. Sofern sich auf der Materialbahn, auf der die (14) auf den oberen und die zweite auf den unteren Lichtzeile erzeugt ist, Staub oder andere Vcrunreini-Rand des Lichtstreifens (11) ausgerichtet ist, so daß gungen befinden, tihält die Diodenzeile an der betrefvon jeder Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung ein ge- fenden Stelle weniger Licht, was zur Erzeugung eines genüber dem Lichtstreifen (11) in der einen bzw. 30 Fehlersignals genutzt werden kann,
anderen Richtung verschobener Streifenbereich Eine derartige Vorrichtung eignet sich jedoch nicht (11', H") empfangen wird, und daß die elektrischen für die Fehlersuche bei Spinnvliesen oder nicht geweb-Ausgangssignale der beiden Lichtzeilen-Empfangs- ten filzartigen Bahnen. Ein Spinnvlies oder eine nicht vorrichtungen an einen mit einer Auswerteelektro- gewebte filzartige Stoffbahn kann nämlich verschiedene nik (31) verbundenen Differenzverstärker (30) ange- 35 Dicken und Zusammensetzungen aufweisen. Von dünnlegt sind. sten gazeartigen Lagen bis zu dicken vliespapierähnli-

2.Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 1. da- chen Bahnen aus Kunstfasern, Zellulose oder auch Glas-

durch gekennzeichnet, daß die Lichtzeilen-Emp- fasern sind sämtliche Ausbildungen mit dazwischenlie-

fangsvorrichtungen (14) aus je einem mit einem genden Dicken möglich. Allen derartigen filzartigen

streifenförmigen Spiegelraster (17) versehenen 40 Stoffbahnen ist jedoch ihre det-iiich unregelmäßige

Lichtleitstab (15) mit vorgeschalteter Zylinderlinse Struktur gemeinsam.

(16) bestehen, wobei die Zuordnung des Spiegelra- Diese von Haus aus unregelmäßige Struktur derarti-

sters (17) zum abgebildeten Lichtstreifen (11) so ee- ger filzartiger Gewebe erschwert die optische Fehlersu-

wählt ist, daß auf das Spiegelraster (17) des einen ehe, da selbst fehlerfreies Material ein hohes Grundrau-

Lichtleitstabes (15) nur der obere und auf das Spie- 45 sehen aufweist. Dieses Grundrauschen beeinträchtigt in

gelraster des anderen Lichtleitstabes nur der untere hohem Maß die Auffindung einzelner Fehler bei der

Rand des Lichtstreifens (11), d. h. der eine bzw. der Oberflächeninspektion auf herkömmliche Art, d. h. bei

andere streifenförmige Bereich (H', 11") abgebildet Transmissionsmessung oder Beurteilung der Änderung

wird. des reflektierten Lichtes durch Fehler im Material. Der

3. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 1 50 weitaus größte Teil der Fehler sind Verdickungen, auf- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Material- liegende Fäden und/oder Kleberanhäufungen.

bahn (18) zur erschütterungs- und faltenfreien Füh- Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (DE-OS rung in der Abtastzeile um eine vorzugsweise matt- 14 73 742) zum Ermitteln von Fehlstellen mit zu gerinschwarze Walze (19) geführt ist. ger Stärke einer aus viskoser, auf einer Oberfläche eines

4. Optisches Fehlersuchgerät nach einem der An- 55 Streifens aufgetragener Behandlungsflüssigkeit bestesprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der henden Schicht, die mittels einer auf den längs einer spitze Einfallswinkel (λ) zur Oberfläche 10 bis 30° Bahn geführten Streifen ausgerichteten Düse auf diesen und insbesondere etwa 20" beträgt. aufgeschichtet ist, wird die Bahn gekrümmt angeordnet,

5. Optisches Fehlersuchgerät nach einem der An- wobei eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahsprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß eine 60 lenbündels auf der im gekrümmten Bahnteil befindliweitere Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung (14') in chen Oberfläche der Flüssigkeitsschicht vorgesehen ist. Rückwärtsstreuung, vorzugsweise im Winkelab- Zwischen dem von einer Schicht richtiger Stärke reflckstand von 60° zum eingestrahlten Licht in Richtung tierten Lichtstrahlenbündel und der Bahn des Streifens zur regulären Reflexion angeordnet ist. befindet sich ein lichtempfindlicher Detektor, der bei

6. Optisches Fehlersuchgerät nach einem der An- 65 einwandfreier Oberflächenbeschaffenheit kein Licht sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die empfängt. Beim Erscheinen von Fehlstellen mit zu geteilweise Abbildung des Lichtstreifens (11) durch ei- ringer Dicke verschiebt sich das reflektierte Bündel in ne streifenförmige Blende (26) in der Zwischenabbil- Richtung auf den Photoempfänger, wodurch ein Alarm-