DE102014011268A1 - Optical defect detection - Google Patents

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DE102014011268A1 DE102014011268.3A DE102014011268A DE102014011268A1 DE 102014011268 A1 DE102014011268 A1 DE 102014011268A1 DE 102014011268 A DE102014011268 A DE 102014011268A DE 102014011268 A1 DE102014011268 A1 DE 102014011268A1
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Abstract

Eine verbesserte Vorrichtung zur Detektion von Defektstellen (7, 7') auf einem Objekt (1) , insbesondere von Fehlstellen (7) in Form von Mikrolöchern (7') in einer Materialbahn (1') oder einem Film (1'') zeichnet sich unter anderem durch folgende Merkmale aus – es ist zumindest eine primäre Lichtquelle (L, L1) vorgesehen, worüber ein Lichtstrahl erzeugbar ist, – mit einer Sensor- und/oder Detektionseinrichtung mit Sensor- oder Detektorelementen (SES, SE – mit einer Auswerteeinrichtung (AE) zur Auswertung der Defektstelle (7), – die Vorrichtung mit der Auswerteeinrichtung (AE) c) umfasst für die Sensor- oder Detektorelemente (SES , SE) eine Balanzierschaltung derart, dass unter Differenzbildung zwischen einem von einem Sensor- oder Detektorelement (SES, SE) erzeugten Messsignal und zumindest einem von einem benachbarten oder referenzierten Sensor- oder Detektorelement (SES , SE) erzeugten Messsignal ein balanziertes Signal zur Defektstellen-Auswertung erzeugt wird, und/oder d) umfasst einen Messaufbau derart, dass die Defektstellen (7, 7') die Strahl- oder Fokustaillen (2w0), die auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts (1) abgebildet sind, mit einer Geschwindigkeit (v) durchlaufen, wobei ein Defektstellen-abhängiges Messsignal (Faltung) durch ein in dem Strahlengang nach der Defektstelle (7, 7') angeordnetes Sensor- und/oder Detektorelement (SES, SE) vom Eintritt der Defektstelle (7, 7') in die Strahl- oder Fokustaille (2w0) bis zum Verlassen der Strahl- oder Fokustaille (2w0) erzeugt wird.An improved device for the detection of defects (7, 7 ') on an object (1), in particular of defects (7) in the form of microholes (7') in a material web (1 ') or a film (1' ') draws inter alia by the following features: at least one primary light source (L, L1) is provided, by means of which a light beam can be generated, with a sensor and / or detection device with sensor or detector elements (SES, SE) with an evaluation device ( AE) for evaluating the defect location (7), - the device with the evaluation device (AE) c) comprises a balancing circuit for the sensor or detector elements (SES, SE) in such a way that a difference between one of a sensor or detector element (SES , SE) and at least one measurement signal generated by an adjacent or referenced sensor or detector element (SES, SE) generates a balanced signal for defect location evaluation, and / or d) comprises a measurement setup such that the defect sites (7, 7 ') pass through the beam or focus waists (2w0) imaged onto the surface of the object (1) to be examined at a speed (v), a defect location -dependent measurement signal (convolution) by a in the beam path to the defect point (7, 7 ') arranged sensor and / or detector element (SES, SE) from the entrance of the defect point (7, 7') in the jet or Fokustaille (2w0 ) until leaving the jet or focus waist (2w0).

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Detektionsmethode zur Messung von Fehlstellen (Defektstellen) in und auf Materialien. Durch die Messtechnik können Anwendungen an unterschiedlichsten Formkörpern, insbesondere aber an Materialbahnen (Polymer- oder Metall-Folien, Papier- oder Textil-Bahnen), Beschichtungen und permeablen oder porösen Materialien abgedeckt werden. Eine besondere Anwendung der Messtechnik bezieht sich auf sog. Separatorfolien und Membranen.The invention relates to an optical detection method for measuring defects (defects) in and on materials. By measuring techniques applications on a variety of moldings, but especially on material webs (polymer or metal foils, paper or textile webs), coatings and permeable or porous materials can be covered. A special application of measurement technology relates to so-called separator films and membranes.

Bei diesen Separatorfolien kann es produktionsbedingt vorkommen, dass durchgängige Mikrolöcher (Pinholes) über die Foliendicke (th) auftreten, die schlimmstenfalls zu einem Versagen der Batterie führen könnten.With these separator films, production-related pinholes may occur across the film thickness (th), which in the worst case could lead to battery failure.

Um diese Löcher zu detektieren, gibt es auf dem Markt zwei hauptsächliche Verfahren, nämlich eine optische und eine elektrostatische Detektion.To detect these holes, there are two main methods in the market, namely optical and electrostatic detection.

Stand der TechnikState of the art

Defekterkennungssysteme sind vielfältig auf dem Markt (Schenk, OCD, ISRA, Futec, ua.) vertreten. Im Prinzip wird dabei ein bewegtes Objekt mit einer Lichtquelle, meist einer LED Linienquelle, angestrahlt, und das re-flektierte oder transmittierte Licht mit einer Zeilenka-mera, meist einem CCD oder CMOS Array, über eine Fo-kusoptik detektiert. Tritt eine Fehlstelle auf, ergibt sich eine Abweichung in den Grauwerten gegenüber einer Referenz. Die Analyse der Messwerte erfolgt dann gegenüber Fehlmustern aus einem Teaching-Verfahren. Die Auf-lösung der gängigen Detektionssysteme hängt in Richtung der Arbeitsbreite (AB) – bei bewegten Materialbahnen wie beispielsweise Kunststofffolien in Querrichtung (TD) quer zur Abzugsrichtung der Materialbahn – von der Anzahl und Größe der Arraypixel bzw. der Anzahl der verwendeten Kameras, und in Laufrichtung der Warenbahn (MD) von der Taktfrequenz des Arrays ab. Derzeit sind auf dem zivilen Markt Kameras (Teledyne) mit einer Pixelgröße (Pitch) von 3.5 μm, 16 k Pixel und einer Datenübertragungsrate (Zeilenrate; line rate) von bis 140 kHz verfügbar.Defect detection systems are widely represented in the market (Schenk, OCD, ISRA, Futec, etc.). In principle, a moving object is irradiated with a light source, usually an LED line source, and the re-inflected or transmitted light is detected by means of a line camera, usually a CCD or CMOS array, via a photo-optic system. If a defect occurs, there is a deviation in the gray values compared to a reference. The analysis of the measured values then takes place against faulty patterns from a teaching procedure. The resolution of the conventional detection systems depends on the working width (AB) - with moving material webs such as plastic films in the transverse direction (TD) transverse to the withdrawal direction of the material web - the number and size of the Arraypixel or the number of cameras used, and in Direction of the web (MD) from the clock frequency of the array. Currently available in the civilian market are cameras (Teledyne) with a pixel size (pitch) of 3.5 μm, 16 k pixels and a data transmission rate (line rate) of up to 140 kHz.

Das Verfahren ist bei kontrastreichen Fehlstellen und bei Materialien mit verschiedenen optischen Eigenschaften zwischen Grundmaterial und Fehlstelle geeignet. Zu-dem sollte die Material- oder Warenbahn nicht zu stark absorbieren bzw. streuen. Derzeit werden Defekte größer gleich 50 μm mit dem Verfahren gemessen, im experimentellen Bereich liegt die Grenze derzeit bei 14 μm, die Defekte selbst werden mit einer synchronisierten Mikroskopie qualifiziert.The method is suitable for high-contrast defects and materials with different optical properties between base material and defect. In addition, the material or web should not absorb too much or scatter. Currently, defects larger than or equal to 50 μm are measured by the method, in the experimental range the limit is currently 14 μm, the defects themselves are qualified with synchronized microscopy.

Kleine Signaländerungen, wie etwa Mikrolöcher, Porositäten oder Mikrokratzer vor einem stark transmittierenden oder streuenden Hintergrund können wegen der Übersteuerung der Arrayelemente nicht detektiert werden. Das größte Problem stellt die Beugung der sehr kleinen Fehl-stellen (unter 50 μm) dar, die dazu führt, dass die Intensitätsverteilung des Airy Musters stark abnimmt und vor dem Untergrundsignal nicht mehr zu detektieren ist. Die Bildhelligkeit ist dem Durchmesser des Pinholes zur vierten Potenz proportional. Bei halbem Durchmesser sinkt also die Lichtmenge um den vierfachen Wert, die Fläche des Beugungsscheibchens erhöht sich um das Vier-fache. Die Lichtstromdichte wird also im Bildpunkt 16-mal geringer.Small signal changes, such as microholes, porosities or micro-scratches in front of a strongly transmitting or scattering background, can not be detected due to overdriving of the array elements. The biggest problem is the diffraction of the very small imperfections (below 50 microns), which causes the intensity distribution of the Airy pattern decreases sharply and is no longer detectable before the background signal. The image brightness is proportional to the diameter of the pinhole to the fourth power. At half the diameter, therefore, the amount of light decreases by four times, the area of the diffraction disk increases fourfold. The luminous flux density is thus 16 times lower in the pixel.

Ein weiteres Problem stellen die Linienleuchten dar, da sich durch die diskrete Anordnung der LED ein periodisches Intensitätsmuster ergibt.Another problem is the line lights, since the discrete arrangement of the LED results in a periodic intensity pattern.

Die US 7 224 447 beschreibt eine Detektionseinrichtung für Mikrolöcher (tipping paper), bei der die Polarisationsänderung der streuenden Material- oder Warenbahn gegenüber der Polarisation des durch das Mikroloch gehenden Laserstrahls ausgenutzt wird. Mit einem polarisierenden Strahlteiler und verschiedenen geometrischen Abbildungen kann zwischen Direktlicht und Streulicht unterschieden werden.The US Pat. No. 7,224,447 describes a tipping paper detecting device in which the polarization change of the scattering web or material web is utilized with respect to the polarization of the laser beam passing through the microhole. With a polarizing beam splitter and various geometric images, a distinction can be made between direct light and scattered light.

Ähnliche Sensoren, allerdings ohne Polarisationsmessung, finden sich in der DE 102 51 610 und US 2006 010 847 , bei denen eine Lichtquelle über eine Optik die Warenbahn durchstrahlt, und ein einzelner Sensor, meist eine Pho-todiode (PIN), über eine Fokusoptik die Signalabweichung gegenüber einer Referenz detektiert. Um eine genügend große Arbeitsbreite (AB) zu erhalten, werden mehrere dieser Sensoren in einer Überlappung aufgereiht.Similar sensors, but without polarization measurement, can be found in the DE 102 51 610 and US 2006 010 847 in which a light source irradiates the web via an optical system, and a single sensor, usually a photodiode (PIN), detects the signal deviation with respect to a reference via focus optics. In order to obtain a sufficiently large working width (AB), several of these sensors are lined up in an overlap.

Zudem sind Leseeinrichtungen aus Scaneinrichtungen ( WO 2002/73 173 ; DE 38 50 871 ; DE 101 24 943 ) bekannt, bei denen ein langer Kontaktbildsensor (CIS contact image sensor) in einem oder nahezu in einem Kontakt mit der Material- oder Warenbahn steht. Häufig wird zwischen der Warenbahn und dem Zeilensensor eine Mikrooptik (GRIN usw.) angebracht, um die Justage und Fokussierung zu erleichtern bzw. zu verbessern.In addition, reading devices are made of scanning devices ( WO 2002/73 173 ; DE 38 50 871 ; DE 101 24 943 ) are known in which a long contact image sensor (CIS contact image sensor) is in or almost in contact with the material or web. Frequently, a micro-optic (GRIN, etc.) is applied between the web and the line sensor to facilitate or improve the adjustment and focusing.

Alle diese Sensoren haben den Nachteil, dass sie die Signale von beugenden Fehlstellen gegenüber dem Hintergrundsignal nicht auflösen können.All of these sensors have the disadvantage that they can not resolve the signals of diffractive defects with respect to the background signal.

MD-Auflösung nach dem Stand der TechnikMD resolution according to the prior art

Die Auflösung in Transportrichtung hängt von der Ausleserate (Auslesegeschwindigkeit – line rate l_r) und der Geschwindigkeit des Objektes v bzw. des Defektes ab. Nimmt man an, es sollen Defekte von 7 [μm] detektiert werden, dann ist das mit einer Ausleserate von 70 [kHz] (line rate – Rasterzeit ca 14 [μs]) bis zu MD Geschwindigkeiten, von 30 [m/min] möglich (14).The resolution in the transport direction depends on the readout rate (read rate - line rate l_r) and the speed of the object v or Defective. Assuming defects of 7 [μm] are to be detected, this is possible with a read rate of 70 [kHz] (line rate - raster time approx. 14 [μs]) up to MD speeds of 30 [m / min] ( 14 ).

In einer idealisierten Darstellung (15) wird ein Defekt in einer 1:1 Abbildung von z. B. 7 [μm] Größe zum Zeitpunkt t0 vor dem Zeilenarray (hier mit pitch 3.5 [μm]) oder dem CIS abgebildet. Bei einer Abzugsgeschwindigkeit der Materialbahn und damit eines darauf befindlichen Defektes von z. B. 30 [m/min] wird die Defektstelle bei einer Ausleserate (line rate) von 70 [kHz] zum Zeitpunkt t1 = t0 + 14 [μs] erkannt (15).In an idealized representation ( 15 ) is a defect in a 1: 1 image of z. B. 7 [μm] size at time t0 before the line array (here with pitch 3.5 [μm]) or the CIS imaged. At a withdrawal speed of the web and thus a defect thereon of z. B. 30 [m / min], the defect is detected at a read rate (line rate) of 70 [kHz] at time t1 = t0 + 14 [μs] ( 15 ).

Kleinere Defekte (in 15 durch einen kleineren Kreis angedeutet) könnten dann zwischen das line rate Raster fallen und damit nicht erkannt werden.Minor defects (in 15 indicated by a smaller circle) could then fall between the line rate grid and thus not be recognized.

Realistisch ist jedoch zu berücksichtigen, dass Abbildungen > 1 verwendet und meist keine kohärenten Lichtquellen verwendet werden. Insbesondere bei Defekten kleiner 50 [μm] müssen die Beugungseffekte berücksichtigt werden.Realistically, however, it has to be taken into account that images> 1 are used and usually no coherent light sources are used. Especially for defects smaller than 50 [μm], the diffraction effects must be considered.

Durch Beugung an einer Defektstelle z. B. in Form eines Mikroloches entsteht eine starke Aufweitung des Abbildes (Airy Scheibe). Durch die Fraunhofer-'sche Beugung erhält man statt eines Lichtpunktes, wie es die geometrische Optik fordern würde, ein Beugungsscheibchen (Airy Scheibe) mit dem Durchmesser DA = 2.44 λf/DP, wobei λ die Wellenlänge des eingestrahlten monochromatischen Lichtes, f die Brennweite und DP der (durchschnittliche) Durchmesser des Defekts einer Abbildungslinse benennt.By diffraction at a defect z. B. in the form of a micro hole creates a strong expansion of the image (Airy disc). Instead of a point of light, as required by geometrical optics, Fraunhofer diffraction yields a diffraction disk (Airy disk) with a diameter DA = 2.44 λf / DP, where λ is the wavelength of the irradiated monochromatic light, f is the focal length and DP designates the (average) diameter of the defect of an imaging lens.

Bei kleinen Defekten wird also, auch bei Verwendung einer kohärenten Lichtquelle, nicht mehr scharf abgebildet, sondern es entsteht ein aufgeweitetes Airy Muster, dessen Bildhelligkeit zudem mit der vierten Potenz des kleiner werdenden Radius abnimmt. Statt der Pixel n und n + 1 im aufgeführten Beispiel werden nun DA/Pitch [Pixel] beleuchtet, und zwar mit stark verringerter Intensität.In the case of small defects, even when a coherent light source is used, the focus is no longer sharp, but a widened Airy pattern is created whose image brightness also decreases with the fourth power of the decreasing radius. Instead of the pixels n and n + 1 in the example given, DA / Pitch [pixels] are now illuminated with greatly reduced intensity.

TD-Auflösung nach dem Stand der TechnikTD resolution according to the prior art

Angenommen eine 1:1 Abbildung auf ein Array liegt vor ( 15), dann wird ein Defekt zum Zeitpunkt t0 in Quer- oder TD-Richtung über mindestens ein, meist aber über mehrere Pixel als Grauwert über das Zeilenarray abgebildet. Zum Zeitpunkt t0 + line rate (Abtast- bzw. Ausleserate) wird ein weiteres Grauwertmuster abgebildet. In Abhängigkeit von der Ausleserate (line rate) kann durch Überlagerung der Muster der Defekt und die Defektstellung in Laufrichtung und Querrichtung erkannt werden, jedenfalls solange die Ausleserate (line rate) schneller als die Abzugsgeschwindigkeit der Warenbahn ist. Jeder Pixel wird also mit der Ausleserate (line rate) ausgelesen. Analoges gilt für eine Abbildung bei der ein Teilbereich der Arbeitsbreite ABa auf die Arraylänge array_l mit ABa:array_l > 1 abgebildet wird. Werden Zeilenarrays verwendet, dann wird aus Kostengründen meist eine Fokusoptik verwendet, um einen größeren TD-Bereich auf das relativ kurze Array abzubilden. Da jetzt ein größerer Teilbereich auf einen Pixel fällt, verschlechtert sich das Signal-/Rauschverhältnis.Suppose a 1: 1 mapping to an array is present ( 15 ), then a defect at time t0 in the transverse or TD direction over at least one, but usually over several pixels as a gray value over the line array. At the time t0 + line rate (sampling or read-out rate), another gray value pattern is mapped. Depending on the read-out rate (line rate), the overlay of the pattern can detect the defect and the defect position in the machine direction and transverse direction, at least as long as the read rate (line rate) is faster than the take-off speed of the product web. Each pixel is thus read out at the read rate (line rate). The same applies to an image in which a partial area of the working width ABa is mapped to the array length array_l with ABa: array_l> 1. If line arrays are used, then for reasons of cost, focus optics are usually used to map a larger TD area to the relatively short array. Now that a larger portion of a pixel falls on a pixel, the signal / noise ratio deteriorates.

In 16 ist dazu eine Darstellung der maximalen Auflösung [um] in Querrichtung gegenüber dem Abtastbereich in [mm] wiedergegeben und zwar bezüglich der vier Varianten

  • A: Auflösung in TD-Richtung [μm] mit 2048 [Pixel] Kamera
  • B: Auflösung in TD-Richtung [μm] mit 4096 [Pixel] Kamera
  • C: Auflösung in TD-Richtung [μm] mit 8192 [Pixel] Kamera
  • D: Auflösung in TD-Richtung [μm] mit 16384 [Pixel] Kamera.
In 16 For this purpose, a representation of the maximum resolution [μm] in the transverse direction in relation to the scanning range in [mm] is shown with respect to the four variants
  • A: Resolution in TD direction [μm] with 2048 [pixel] camera
  • B: Resolution in TD direction [μm] with 4096 [pixel] camera
  • C: Resolution in TD direction [μm] with 8192 [pixel] camera
  • D: Resolution in TD direction [μm] with 16384 [pixel] camera.

Bei der in 17 wiedergegebenen Grafik starten die Linien bei einer 1:1 Abbildung (array_l = Pixel·pitch (hier pitch = 3,5 [μm]) Bei einem 16 k [Pixel] Array und einem Abstandsmaß (pitch) von 3.5 [μm] ergibt sich also eine Arraylänge, und mit einer 1:1 Abbildung eine TD Länge, von ca. 57 [mm].At the in 17 In the case of a 16 k [pixel] array and a pitch of 3.5 [μm], the result is that the lines start at a 1: 1 mapping (array_l = pixel · pitch) an array length, and with a 1: 1 image a TD length of about 57 [mm].

Um die Auslese- oder Abtastrate (line rate) möglichst groß zu machen, wird die Pitch-Größe (also das Abstandsmaß) und damit die Arraylänge verkleinert.In order to make the readout or sampling rate (line rate) as large as possible, the pitch size (ie the distance measure) and thus the array length is reduced.

Aus Kostengründen wird eine Abbildung größer 1:1 gewählt, was jedoch zur Folge hat, dass die Intensitäts-verteilung eines kleinen Defektes auf weniger Pixel bzw. einen kleineren Teilbereich eines Pixel abgebildet wird, und die Intensität pro Pixel gegenüber dem Untergrund stark abnimmt, und damit die Detektion erschwert.For cost reasons, an image larger than 1: 1 is selected, which has the consequence, however, that the intensity distribution of a small defect is mapped to fewer pixels or a smaller partial area of a pixel, and the intensity per pixel decreases greatly relative to the background, and so that the detection difficult.

Zusammen mit der Beugung an kleinen Defekten ist das Signal kaum mehr vom Rauschen zu unterscheiden. Analoges gilt für Contact-Image-Sensor (CIS).Together with the diffraction at small defects, the signal is hardly distinguishable from the noise. The same applies to contact image sensor (CIS).

Bei anderen Systemen mit einer Fokusoptik wird ein bestimmter Arbeitsbereich ABa auf einem einzelnen Sensor Rr abgebildet. Viele dieser Einzeldetektoren Rr werden dann entlang der Arbeitsbreite (AB) hintereinander oder überlappend angereiht. Treten z. B. mehrere Defekte innerhalb ABa zeitgleich auf, dann erhöht sich am Rr die Signalhöhe entsprechend.In other systems with focus optics, a particular work area ABa is mapped onto a single sensor Rr. Many of these individual detectors Rr are then lined up along the working width (AB) in succession or overlapping. Occur z. B. several defects within ABa at the same time, then increases the Rr signal height accordingly.

Ist bei dieser Sensoranordnung das Trägermaterial, also die Materialbahn nicht transparent bzw. nicht reflektierend, dann hängt die Defekterkennung überwiegend von der Empfindlichkeit des Sensors ab.Is in this sensor arrangement, the carrier material, ie the material web is not transparent or not reflective, then the defect detection depends mainly on the sensitivity of the sensor.

Ist das Material teilweise transmittierend bzw. reflektierend, dann wird neben dem Defektsignal auch das Hintergrundsignal verstärkt bzw. detektiert, so dass das Signal schwer vom Hintergrund zu trennen ist.If the material is partially transmissive or reflective, then the background signal is amplified or detected in addition to the defect signal, so that the signal is difficult to separate from the background.

Signal- zu Hintergrund und Signal-/RauschverhältnisSignal to background and signal to noise ratio

Um das Signal- zu Hintergrund-Verhältnis und damit das zur Signal-/Rausch-Verhältnis zu verbessern bieten sich folgende Lösungsmöglichkeiten an:

  • – Eine schmale Laserlinie einzusetzen. Das Signal-/Hintergrundverhältnis wird umso schlechter, je größer die angestrahlte Fläche ist.
  • – Eine Wellenlänge für den Strahler (Laser) zu verwenden, bei der die zu überprüfende Materialbahn insbesondere in Form einer Folie stärker absorbiert.
  • – Streulicht auszublenden.
  • – Polarisationsänderung der Folie berücksichtigen.
  • – Zusätzliche Eigenschaften der Objekte ausnutzen.
In order to improve the signal-to-background ratio and thus the signal-to-noise ratio, the following solution possibilities are available:
  • - Use a narrow laser line. The signal / background ratio gets worse, the larger the illuminated area.
  • - To use a wavelength for the radiator (laser), in which absorbs the material to be tested web more particularly in the form of a film.
  • - hide stray light.
  • - Consider polarization change of the foil.
  • - exploit additional properties of the objects.

Die einfachste Anordnung liegt vor, wenn das Objekt, insbesondere eine Warenbahn, nur für Defekte durchsichtig ist, bzw. nur die Defekte in Hell- oder Dunkelfeldanordnung, reflektieren. Dann liegt ein gutes Kontrastverhältnis vor und die Detektionsgrenze wird durch die Größe und die Eigenschaften des Defektes, der Abzugsgeschwindigkeit und der Bandbreite der Detektion festgelegt.The simplest arrangement is when the object, in particular a web, is transparent only for defects, or reflect only the defects in light or dark field arrangement. Then there is a good contrast ratio and the detection limit is determined by the size and characteristics of the defect, the withdrawal speed and the bandwidth of the detection.

Ist die Material- oder Warenbahn z. B. eine Aluminiumfolie oder eine mit Aluminium beschichtete lichtdurchlässige Materialbahn, dann wird z. B. sichtbares Licht absorbiert. Defekte in Form von z. B. Mikrolöchern können dann theoretisch bis zur Auflösungsgrenze des verwendeten Lichtes detektiert werden.Is the material or web z. As an aluminum foil or coated with aluminum translucent material web, then z. B. absorbs visible light. Defects in the form of z. B. Microholes can then be detected theoretically up to the resolution limit of the light used.

Das praktische Problem besteht darin, das geringe Signal des Mikroloches (Pinhole) vom Rauschsignal zu unterscheiden. Ist die Differenz groß genug, kann über mathematische Verfahren das Pinhole-Signal klar unterschieden werden. Treten jedoch Beugungen oder Streuungen am Defekt auf, ist keine Unterscheidung mehr möglich, selbst wenn die eingestrahlte Intensität stark erhöht wird. Das Hauptproblem bei Zeilen-Systemen nach dem Stand der Technik besteht darin, dass das Airy Muster auf viele Zellen abgebildet wird, und somit vom Rausch- bzw. Hintergrundsignal nicht mehr unterschieden werden kann. Zudem erfolgt die geometrische Abbildung des Defektes auf dem Detektor über eine Fokusoptik, die das gesamte Raumlicht sammelt und zum Rauschsignal bzw. Untergrundsignal beiträgt.The practical problem is to distinguish the low signal of the microhole (pinhole) from the noise signal. If the difference is large enough, the pinhole signal can be clearly distinguished by mathematical methods. However, if diffraction or scattering occurs at the defect, no distinction is possible even if the irradiated intensity is greatly increased. The main problem with prior art line systems is that the Airy pattern is mapped onto many cells and thus can no longer be distinguished from the noise or background signal. In addition, the geometric image of the defect on the detector via a focus optics, which collects the entire room light and contributes to the noise signal or background signal.

Wird in Reflektion oder Dunkelfeldanordnung detektiert, dann sind die Reflexionseigenschaften des Defektes im Vergleich zum Trägermaterial zu berücksichtigen.If it is detected in reflection or dark field arrangement, then the reflection properties of the defect compared to the carrier material have to be considered.

Kleines Signal bei großem UntergrundSmall signal on a large surface

Noch schwieriger wird die Situation, wenn die Warenbahn transmittiert und/oder streut. Dann erhöht sich das Signal zu Hintergrund und Signal-/Rauschverhältnis erheblich (17). Zudem ist zu vermeiden, dass die Sensoren in Sättigung gehen. Eine Erhöhung der Beleuchtungs-Intensität bewirkt nur eine Erhöhung des Untergrundsignals und eine Verschlechterung des Signal-/Rauschverhältnisses.The situation becomes even more difficult when the web is transmitting and / or scattering. Then the signal to background and signal / noise ratio increases significantly ( 17 ). In addition, it must be avoided that the sensors saturate. An increase in the illumination intensity causes only an increase of the background signal and a deterioration of the signal / noise ratio.

Insoweit wird auf 17 verwiesen, die ein Untergrund-/Rauschsignal RS (nicht proportional bezüglich seiner Größe) wiedergibt, und an einer Messstelle ein demgegenüber nur geringfügig überstehendes Defektstellen-Signal DS, welches in 17 in vergrößerter Darstellung nochmals separat wiedergegeben ist. Auf der x-Achse ist die Detektionszeit MD-t, TD-t in Abzugs-(MD) oder in Querrichtung (TD) wiedergegeben, wohingegen auf der Y-Achse das Verstärkersignal AS eingezeichnet ist.As far as that goes 17 referenced, which represents a background / noise signal RS (not proportional to its size), and at a measuring point on the other hand, only slightly protruding defect location signal DS, which in 17 is shown separately again in an enlarged view. The detection time MD-t, TD-t in the withdrawal (MD) or in the transverse direction (TD) is reproduced on the x-axis, whereas the amplifier signal AS is drawn on the Y-axis.

Ist die Beleuchtungsintensität zudem unterschiedlich über die entsprechende Teilstrecke, dann wird der Pixel n anders beleuchtet als der nächste benachbarte Pixel n + 1.In addition, if the illumination intensity is different over the corresponding partial path, then the pixel n is illuminated differently than the next adjacent pixel n + 1.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Von daher ist es die Aufgabe der Erfindung die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen und eine verbesserte Vorrichtung für eine optische Fehlstellendetektion zu schaffen.It is therefore the object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved apparatus for optical defect detection.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung beruht auf einem System und einem Verfahren zur Messung von Defekten, um:

  • • die Bandbreite BW der Sensorik in MD-Abzugsrichtung der Materialbahn zu erhöhen, und damit die Abzugsgeschwindigkeit zu erhöhen;
  • • Defekte zu erkennen, die der Fraunhofer oder Fresnel Beugung unterliegen;
  • • Defekte in oder auf Objekten zu erkennen, die den Messstrahl zumindest teilweise transmittieren, streuen bzw. reflektieren;
  • • Defekte zu erkennen, die ein geringes Signal-Rauschverhältnis aufweisen;
  • • Defekte zu erkennen, die ein hohes Untergrundsignal aufweisen;
  • • Ungleichmäßigkeiten der Beleuchtungsquelle auszugleichen.
The invention is based on a system and a method for measuring defects in order to:
  • • to increase the bandwidth BW of the sensor in the MD take-off direction of the material web, and thus to increase the take-off speed;
  • • detect defects that are subject to Fraunhofer or Fresnel diffraction;
  • • detecting defects in or on objects that at least partially transmit, scatter or reflect the measuring beam;
  • • detect defects that have a low signal-to-noise ratio;
  • • detect defects that have a high background signal;
  • • To compensate for unevenness of the illumination source.

Im Prinzip tastet der Defekt die Strahltaille (2w0) eines fokussierten Linienlasers L ab. Diese Faltung ergibt zusammen mit der hohen Bandbreite der Abtastsensorik und der Kenntnis der Abzugsgeschwindigkeit ein Signal, das den Rückschluss auf die Defektart, die Form und Größe ermöglicht.In principle, the defect scans the beam waist (2w0) of a focused line laser L. This convolution, together with the high bandwidth of the scanning sensor and the knowledge of the take-off speed, gives a signal which makes it possible to draw conclusions about the type of defect, the shape and size.

Insbesondere ist im Rahmen der Erfindung eine Referenzierung des Messsignals gegenüber dem Untergrundsignal während des laufenden Betriebes möglich. Bei Anlagen nach dem Stand der Technik wird eine Referenzierung z. B. gegenüber einem defektfreien Objekt 1 in einem bestimmten Bereich vorgenommen. Dieses Untergrundsignal wird dann elektronisch referenziert. Andern sich die optischen Eigenschaften des Trägermaterials während des laufenden Betriebes, dann kann das eigentliche Defektsignal nicht erkannt werden.In particular, in the context of the invention, a referencing of the measurement signal relative to the background signal during operation is possible. In systems according to the prior art, a referencing z. B. against a defect-free object 1 made in a particular area. This background signal is then electronically referenced. If the optical properties of the carrier material change during operation, then the actual defect signal can not be detected.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:The invention will be explained in more detail with reference to drawings. In detail:

1: eine schematische Draufsicht bezüglich einer im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Messanordnung zur Detektion von Defektstellen in einem bewegten Objekt, im gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer Materialbahn; 1 FIG. 2: shows a schematic plan view with respect to a measuring arrangement provided in the context of the invention for the detection of defects in a moving object, in the form of a material web in the embodiment shown; FIG.

2: eine längs der Pfeilrichtung 9 in 1 wiedergegebene Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 1 (unter Weglassung der unterhalb der Materialbahn vorgesehenen Walzen); 2 : one along the direction of the arrow 9 in 1 reproduced representation of the embodiment according to 1 (omitting the rollers provided below the material web);

3: eine ausschnittsweise Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach 1 in vergrößerter Wiedergabe; 3 : A partial plan view of the embodiment according to 1 in enlarged reproduction;

4: eine schematische Draufsicht auf eine Sensor-Anordnung beispielsweise unter Verwendung von mehreren Photodioden, die auch dazu dienen, das Untergrund- und/oder Streulichtsignal zu detektieren, um auf dieser Basis ein besseres Ergebnis bezüglich eines erhaltenen Defekt-Signals zu erzielen; 4 a schematic plan view of a sensor arrangement, for example, using a plurality of photodiodes, which also serve to detect the background and / or scattered light signal, in order to achieve a better result on this basis with respect to a received defect signal;

5a: eine erste schematische Darstellung bezüglich der Vorschubbewegung der zu untersuchenden Materialbahn und einer darauf befindlichen, sich mit einer Bewegungsgeschwindigkeit verlagernden kleinen Defektstelle zur Erläuterung der Grundsätze und der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung; 5a FIG. 2 is a first schematic representation of the advancing movement of the material web to be examined and a small defect point displaced thereon with a movement speed in order to explain the principles and the mode of operation of the present invention; FIG.

5b: eine zweite schematische Darstellung bezüglich der Vorschubbewegung der zu untersuchenden Materialbahn und einer darauf befindlichen, sich mit einer Bewegungsgeschwindigkeit verlagernden großen Defektstelle zur Erläuterung der Grund-sätze und der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung; 5b a second schematic representation with respect to the advancing movement of the material web to be examined and thereon, located at a movement speed displacing large defect to explain the principles and the operation of the present invention;

6: eine doppelreihige Messanordnung mit einer Vielzahl von PIN-Photodioden; 6 a double-row measuring device having a plurality of PIN photodiodes;

7: eine schematische Messanordnung in Seitenansicht parallel zur Objektbahn-Ebene; 7 : a schematic measuring arrangement in side view parallel to the object path plane;

8a: eine schematische vergrößerte ausschnittsweise Querschnittdarstellung parallel zur Objektbahn-Ebene unter Verwendung einer Blendeneinrichtung; 8a a schematic enlarged fragmentary cross-sectional view parallel to the object path plane using a diaphragm device;

8b: eine auszugsweise Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach 8a; 8b : a partial plan view of the embodiment according to 8a ;

9: eine schematische Anordnung von schräg gestellten Detektor- und Sensorelementen; 9 a schematic arrangement of slanted detector and sensor elements;

10: eine schematische Darstellung bezüglich der Verhältnisse und Ergebnisse bei schräg gestellten Detektor- und/oder Sensorelementen; 10 : a schematic representation with respect to the relationships and results in obliquely positioned detector and / or sensor elements;

11: eine Darstellung ähnlich zu 10 bezüglich einer abgewandelten Messsituation; 11 : a representation similar to 10 with respect to a modified measurement situation;

12: eine nochmalige Darstellung ähnlich zu 11 bezüglich einer weiteren Abwandlung; 12 : a repeat presentation similar to 11 with regard to a further modification;

13: eine schematische Darstellung eines Mess- und Auswerteaufbaus unter Verwendung einer Auswerteelektronik; 13 : a schematic representation of a measurement and evaluation structure using evaluation electronics;

14: eine Grafik bezüglich der Auflösung in Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts; 14 : a graph relating to the resolution in the direction of movement of the object to be examined;

15: eine schematische Darstellung, wie sich eine zu untersuchende Defektstelle auf einem bewegten Objekt verlagert, zur Verdeutlichung der Grenzwerte bezüglich des zu erwartenden Defektstellensignals; 15 : a schematic representation of how a defect point to be examined moves on a moving object to clarify the limit values with regard to the expected defect position signal;

16: ein weiteres Diagramm bezüglich der Auflösung in Querrichtung bezogen auf den Scan-Bereich; und 16 a further diagram with respect to the resolution in the transverse direction with respect to the scan area; and

17: eine ausschnittsweise Wiedergabe des zu ermittelnden Untergrund- und/oder Rauschsignals und ein darüber befindliches sich nur gering abhebendes Defektstellensignal. 17 : a partial reproduction of the underground and / or noise signal to be determined and a defect signal located above it which only slightly lifts off.

Die Erfindung wird nachfolgend zunächst anhand einer grundsätzlichen Messanordnung unter Bezugnahme auf 1 und 2 erläutert. The invention will be described below first with reference to a basic measuring arrangement with reference to 1 and 2 explained.

Bei der optischen Detektion wird eine Materialbahn 1 (beispielsweise in Form eines Kunststofffolienfilms 1'') oder ein anderes Objekt 1 in Richtung der Abzugsrichtung MD durch eine Vorrichtung hindurch bewegt. Die Abzugsrichtung wird dabei nachfolgend kurz als MD (Machinery Direction) bezeichnet. Natürlich kann auch das Messobjekt feststehen und die Messanordnung bewegt werden. Die prinzipielle Messanordnung ist daher analog zu bestehenden Systemen.In the optical detection, a material web 1 (For example in the form of a plastic film 1'' ) or another object 1 moved in the direction of the withdrawal direction MD through a device. The deduction direction is hereinafter referred to briefly as MD (Machinery Direction). Of course, the measured object can be fixed and the measuring arrangement can be moved. The basic measurement arrangement is therefore analogous to existing systems.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel in der schematischen Draufsicht gemäß 1 läuft beispielsweise eine Materialbahn 1 in Form einer Kunststofffolie 1'' über zwei in Abzugsrichtung MD versetzt zueinander angeordneter Walzen 3a und 3b, deren Drehachsen 3'a und 3'b quer und insbesondere senkrecht zur Abzugsrichtung MD verlaufend ausgerichtet sind. Dabei sind in den Figuren, insbesondre in 1 die Abzugsrichtung durch einen entsprechenden Pfeil oder Vektor MD und die dazu verlaufende Querrichtung (Transvers Direction) als TD abgekürzt. Die Dickenrichtung th verläuft dabei senkrecht zur Zeichenebene und damit senkrecht zur Ebene E der Materialbahn 1, wobei der senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Dickenvektor th in 1 als Kreis dargestellt ist. Die Dickenrichtung ist dabei als th abgekürzt bezeichnet.In the embodiment shown in the schematic plan view according to 1 For example, runs a material web 1 in the form of a plastic film 1'' via two offset in the MD direction offset from each other arranged rollers 3a and 3b whose axes of rotation 3'a and 3 'b are aligned transversely and in particular perpendicular to the withdrawal direction MD. Here are in the figures, insbesondre in 1 the deduction direction is abbreviated as TD by a corresponding arrow or vector MD and the transverse direction (transverse direction) extending therefrom. The thickness direction th is perpendicular to the plane and thus perpendicular to the plane E of the web 1 , wherein the perpendicular to the plane extending thickness vector th in 1 is shown as a circle. The thickness direction is referred to as abb abbreviated.

Über die Querrichtung TD der Materialbahn 1 hinweg sind ein oder mehrere Lichtquellen L (beispielsweise LED Zeilenelemente, Linienlaser) und Sensorelemente S ober- bzw. unterhalb der Materialbahn 1 in Transmissions- oder Reflektionsanordnung (Hell- oder Dunkelfeldanordnung) positioniert. Analoges gilt natürlich auch für andere Formkörper, falls diese entsprechend untersucht werden sollen. Tritt eine Fehlstelle 7 (Defektstelle 7) auf, dann wird eine Signalabweichung detektiert. Die Zuordnung des Defektes in Querrichtung TD geschieht durch den Sensorort. Die Zuordnung in MD geschieht durch ein Encodersignal, z. B. kann ein Drehgeber an einer Walze angebracht werden. In 2 ist dabei eine Seitenansicht auf die Anordnung gemäß der Pfeildarstellung 9 in 1 wiedergegeben, also eine Darstellung parallel zur Materialbahn-Ebene E.About the transverse direction TD of the material web 1 are one or more light sources L (for example, LED line elements, line laser) and sensor elements S above or below the material web 1 positioned in transmission or reflection arrangement (light or dark field arrangement). The same applies of course to other moldings, if they are to be examined accordingly. Occurs a defect 7 (Defect site 7 ), then a signal deviation is detected. The assignment of the defect in the transverse direction TD happens through the sensor location. The assignment in MD is done by an encoder signal, z. For example, a rotary encoder can be attached to a roller. In 2 is a side view of the arrangement according to the arrow 9 in 1 reproduced, so a representation parallel to the material web level E.

Das Konzept der Detektionsrichtung in Dickenrichtung th der Materialbahn 1 besteht darin, dass eine Lichtquelle L, die aus einer oder mehreren Einheiten bestehen kann, auf die Materialbahn 1 beispielsweise in Form einer Kunststofffolie 1'' in Transmission oder Reflektion, mit beidem, kollinear, in Wellenleiterkonfiguration oder in Dunkelfeldanordnung, strahlt.The concept of the direction of detection in the thickness direction th of the material web 1 is that a light source L, which may consist of one or more units, on the web 1 for example in the form of a plastic film 1'' in transmission or reflection, with both, collinear, waveguide configuration or dark field arrangement.

Die Lichtwelle L entlang der Arbeitsbreite (vorzugsweise in TD Richtung) besteht aus einer oder mehrerer einzelner Lichtquellen L1, die gestapelt entlang der AB angeordnet werden. Dabei ist aus 3 auch zu ersehen, dass die dort eingezeichnete Lichtquelle in Form eines Lasers mit einer Laserlinienlänge Llength arbeitet. Mit anderen Worten müssen zur Abdeckung und Überprüfung der gesamten Materialbahn-Breite mehrere derartiger Lichtquellen und insbesondere Laser nebeneinander, also in Querrichtung versetzt zueinander positioniert werden. Bezüglich der Lichtquellen und insbesondere des Lasers wird insoweit auch von einer Quer- oder TD-Lichtquelle L oder Linienlichtquelle L gesprochen.The lightwave L along the working width (preferably in the TD direction) consists of one or more individual light sources L1 stacked along the AB. It is off 3 also to see that the light source drawn there works in the form of a laser with a laser line length Llength. In other words, a plurality of such light sources and in particular lasers must be positioned side by side, ie offset transversely relative to one another, in order to cover and check the entire web width. With regard to the light sources and in particular of the laser, L or line light source L is also used to this extent by a transverse or TD light source.

In Transmissions- oder Reflektionsrichtung oder in einer Dunkelfeldanordnung befindet sich ferner eine Detektionseinrichtung, die nachfolgend auch als Sensor oder Sensor-Einrichtung S bezeichnet wird. Diese Sensoreinrichtung kann aus einer oder mehreren Einheiten Ss bestehen kann, die das von der TD-Lichtquelle L ausgestrahlte und von der Materialbahn 1 hindurchgelassene oder reflektierte Licht erfasst. Grundsätzlich ist es möglich das vom Laser ausgestrahlte Licht und das durchgelassene Licht gegeneinander, oder zu einer zusätzlichen Lichtquelle, zu referenzieren.In the transmission or reflection direction or in a dark field arrangement is also a detection device, which is also referred to below as a sensor or sensor device S. This sensor device can consist of one or more units Ss which emit the light emitted by the TD light source L and the material web 1 transmitted or reflected light detected. In principle, it is possible to refer to the light emitted by the laser and the transmitted light against each other, or to an additional light source.

Die Zuordnung des Defektes in Laufrichtung erfolgt über einen Zeittakt und/oder Sensor, der die MD Bewegung des Objektes 1 detektiert. Durch eine nachfolgend erörterte in Abzugsrichtung MD arbeitende MD-Positions-Erfassungseinrichtung MD-E beispielsweise in Form eines Markierungssystems kann die Position, d. h. die Lage oder der Ort der detektierten Defekt oder Fehlstelle erfasst und/oder gekennzeichnet werden.The assignment of the defect in the direction of rotation via a timing and / or sensor, the MD movement of the object 1 detected. By means of an MD position detection device MD-E operating in the withdrawal direction MD, for example in the form of a marking system discussed below, the position, ie the position or the location of the detected defect or defect, can be detected and / or identified.

Um die Lagenschwankung einer Warenbahn gering zu halten, können bekannte Maßnahmen zur Stabilisierung, wie z. B. mit nahe beieinander liegenden Walzen, Luftkissen usw. durchgeführt werden.In order to keep the position fluctuation of a web low, known measures for stabilization, such as. B. with closely spaced rolls, air cushion, etc. are performed.

Um das Umgebungslicht und evtl. Lichtleitung im Trägermaterial zu verringern können entsprechende Strahlfallen eingesetzt werden, wodurch Untergrund- und/oder Streustrahlung soweit als möglich absorbiert werden soll.In order to reduce the ambient light and possibly light conduction in the carrier material, corresponding beam traps can be used, so that background and / or scattered radiation should be absorbed as far as possible.

Anhand eines einfachen Versuchsaufbaus der 2 und 4 soll die Problemstellung erläutert und die erfinderische Lösung dazu aufgezeigt werden.Based on a simple experimental setup of the 2 and 4 the problem should be explained and the inventive solution to be pointed out.

A) Fallbeispiele bei gutem Signal/Rausch, UntergrundverhältnisA) Case studies with good signal / noise, background ratio

Ein Laser L1 strahlt im Normalenvektor der TD-MD Ebene E auf ein Objekt 1, und das transmittierte Licht trifft auf ein Sensor- oder Detektorelement SEs, das im gedachten Experiment aus fünf einzelnen Photodioden PIN_A bestehen soll. Die Symmetrieachse des Lasers soll die optische Achse OA festlegen, die mittig auf die aktive Fläche SE_AF der PIN_An trifft.A laser L1 radiates in the normal vector of TD-MD plane E to an object 1 , and the transmitted light strikes a sensor or detector element SEs, which in the imaginary experiment should consist of five individual photodiodes PIN_A. The axis of symmetry of the laser should define the optical axis OA which hits the active area SE_AF of the PIN_An in the center.

a) Nimmt man den statischen Fall an, bei dem genau ein Defekt, z. B. ein Mikroloch 7 (pinhole), symmetrisch mittig zu der aktiven Fläche SE_AF einer PIN_A, in einem sonst undurchsichtigen Objekt 1, abgebildet wird. Bei größeren Defekten 7 kann die Beugung vernachlässigt werden, und der Sensor empfängt das durch die Materialbahn 1 hindurchgehende bzw. reflektierte Licht. Diese PIN sieht also die max. Intensität der Strahlquelle, die durch das einhole geht bzw. das Intensitätsmaximum der Beugung. Die Intensität des Untergrundsignals bei einer Warenbahn z. B. eine Aluminiumfolie oder eine mit Al beschichtete Materialbahn ist gering, da z. B. sichtbares Licht absorbiert wird und der Rest der Laserstrahlung nicht durch das Objekt geht. Die Defekterkennung hängt dann überwiegend von der Empfindlichkeit des Sensors ab.a) Assuming the static case, in which exactly one defect, z. B. a micro hole 7 (pinhole), symmetrically centered to the active area SE_AF of a PIN_A, in an otherwise opaque object 1 , is depicted. For larger defects 7 the diffraction can be neglected and the sensor receives this through the web 1 passing or reflected light. So this PIN sees the max. Intensity of the beam source, which passes through the einhole or the intensity maximum of the diffraction. The intensity of the background signal in a web z. As an aluminum foil or a material coated with Al material web is low because z. B. visible light is absorbed and the rest of the laser radiation does not pass through the object. The defect detection then largely depends on the sensitivity of the sensor.

Bedeutend ist allerdings die zunehmende Beugungserscheinung bei kleiner werdenden Defekten.Significant, however, is the increasing diffraction phenomenon with smaller defects.

Aufgrund der Airy Beziehung unterliegt die Defektstelle 7 starker Beugung, die Intensität geht mit der vierten Potenz des abnehmenden jeweils halben Radius zurück, und das durchgehende Licht erfährt eine breite räumliche Intensitäts-Verteilung in einem Airy-Winkel AW.Due to the Airy relationship is subject to the defect 7 strong diffraction, the intensity returns to the fourth power of the decreasing half radius each, and the transmitted light undergoes a broad spatial intensity distribution at an Airy angle AW.

Angenommen ein Defekt tritt entlang einer parallelen Linie zur TD durch OA z. B. an der PIN_An auf.Suppose a defect occurs along a parallel line to the TD by OA z. B. at the PIN_An on.

Die Intensität an der PIN_An nimmt stark ab, während die Intensität der umgebenden PIN zunimmt. Insbesondere wenn die aktiven Flächen der PIN nahe beieinander liegen, wie das z. B. bei Zeilenarrays der Fall ist. Je weiter das Sensorelement vom Objekt entfernt ist, desto stärker wird der Effekt.The intensity at the PIN_An decreases sharply while the intensity of the surrounding PIN increases. In particular, when the active areas of the PIN are close to each other, such as the z. B. is the case with line arrays. The farther the sensor element is from the object, the stronger the effect becomes.

a) Um diesen einfachen statischen Fall detektierbar zu machen können folgende Methoden angewandt werden:a) To make this simple static case detectable, the following methods can be used:

  • – Referenzierung durch Takten (z. B. Ein- und Ausschalten) der Laserquelle;- referencing by clocking (eg switching on and off) the laser source;
  • – die Verwendung einer Blende PFS (siehe 7) zwischen dem Objekt 1 und dem Sensorelement SEs verringert das gebeugte Licht und damit das Untergrundsignal;- the use of a diaphragm PFS (see 7 ) between the object 1 and the sensor element SEs reduces the diffracted light and thus the background signal;
  • – die Verwendung von Arrays mit einer kleineren Pitch-Größe (kleiner Teilung) wirkt ebenso wie eine Blende; dazu ist aber eine 1:1 Abbildung auf das Array notwendig;The use of arrays with a smaller pitch size (small pitch) acts just like a diaphragm; but a 1: 1 mapping to the array is necessary;
  • – ferner könnte der Abstand verringert werden;- furthermore, the distance could be reduced;
  • – eine Erhöhung der Laserleistung bringt in der Regel den gegenteiligen Effekt, da auch die gebeugte Strahlung zunimmt und zudem das Rauschsignal des Lasers zunimmt; und- An increase in the laser power usually brings the opposite effect, since the diffracted radiation increases and also the noise signal of the laser increases; and
  • – zwischen der Photodiode PIN_An und zumindest einer der umgebenden Photodioden (PIN) kann das Differenzsignal mit einer balanzierten Schaltung gebildet werden; durch diesen Schritt wird das Untergrundsignal z. B. der Photodiode PIN_An + 1 vom Signal der Photodiode PIN_An elektronisch abgezogen, und der Defekt wird dadurch auflösbar; dieser erfinderische Schritt erweist sich als besonders günstig.- Between the photodiode PIN_An and at least one of the surrounding photodiodes (PIN), the difference signal can be formed with a balanced circuit; by this step, the background signal z. B. the photodiode PIN_An + 1 electronically subtracted from the signal of the photodiode PIN_An, and the defect is thereby resolvable; This innovative step proves to be particularly favorable.

b) statischer Fall mit mindestens zwei Defekten entlang der TD Achse, die durch OA läuft.b) static case with at least two defects along the TD axis passing through OA.

Nimmt man an, dass je ein Defekt mittig symmetrisch zur PIN_An und zur PIN_An + 1 auftreten, dann kann die gleiche Detektionsmethode wie bei einem Defekt angewandt werden. Lediglich die Referenzierung muss gegen eine oder mehrere andere Referenz PIN, hier z. B. die PIN_Aq, PIN_An – 1 und PIN_Am vorgenommen werden.Assuming that each defect is symmetrical in the middle of PIN_An and PIN_An + 1, then the same detection method as for a defect can be used. Only the referencing must be against one or more other reference PIN, here z. B. the PIN_Aq, PIN_An - 1 and PIN_Am be made.

Erfindungsgemäß werden alle PIN mit der höchstmöglichen Bandbreite parallel abgefragt. Die Auswerteroutine erkennt also ein erhöhtes Signal an den beiden PIN gegenüber den anderen. Die örtliche Auflösung in TD wird im einfachsten Fall durch die Größe der aktiven Fläche des einzelnen Sensors (z. B. der PIN oder der Pixel) festgelegt. Werden z. B. zwei Defekte auf die aktive Fläche der PIN_An abgebildet, dann erhöht sich einfach dessen Signalhöhe und täuscht einen größeren Defekt vor. Abhilfe schafft hier die erfindungsgemäße Schrägstellung der Sensoren, wie das bei der Diskussion der dynamischen Fälle erklärt wird.According to the invention, all PINs with the highest possible bandwidth are queried in parallel. The evaluation routine thus detects an increased signal at the two PINs compared to the other. In the simplest case, the local resolution in TD is determined by the size of the active area of the individual sensor (eg the PIN or the pixels). Are z. For example, if two defects are mapped to the active area of the PIN_An, then it simply increases its signal level and simulates a major defect. Remedy here creates the inventive skew of the sensors, as explained in the discussion of the dynamic cases.

c) Erkennung eines Defektes in Lauf- bzw. Abzugsrichtung MDc) detection of a defect in the direction of withdrawal or withdrawal MD

Angenommen, alle aktiven Flächen werden gleichmäßig ausgeleuchtet, und die Bewegung eines Defektes erfolgt parallel zur Richtung MD durch CA mit der Geschwindigkeit v, dann erhält man in Abhängigkeit der Abtastrate und -methode folgende Fälle.

  • c1) werden die PIN der Reihe n wie ein Array mit der Abtastrate l_r abgetastet, dann erhält man die gleiche Auflösung wie beim Stand der Technik diskutiert. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die aktiven Flächen der PIN größer als die Pitch-Größe eines Arrays sind.
  • c2) Nimmt man an, dass alle PIN mit einer Bandbreite zumindest >> l_r (also mit einer erfindungsgemäßen Bandbreite, die größer ist als die herkömmliche Ausleserate) ausgelesen werden können, dann erhält man die drei Signale der PIN_Aq, n, m. Der Defekt tastet die Lichtquelle ab, die 3 zeitlichen Signale kommen dadurch zustande, dass die aktiven Flächen voneinander getrennt sind.
Assuming that all active areas are uniformly illuminated, and the movement of a defect is parallel to the MD direction by CA at the speed v, the following cases are obtained depending on the sampling rate and method.
  • c1), the PINs of row n are sampled like an array with the sample rate l_r, then the same resolution is obtained as discussed in the prior art. The main difference is that the active areas of the PIN are larger than the pitch size of an array.
  • c2) Assuming that all PINs with a bandwidth at least >> l_r (ie with a bandwidth according to the invention which is greater than the conventional readout rate) can be read out, then one obtains the three signals of PIN_ Aq, n, m. The defect scans the light source, the three temporal signals are due to the fact that the active surfaces are separated from each other.

d) Grundprinzip Abtastung der Strahl- oder Fokustaille mit dem Defektd) Basic principle Scanning the beam or focus waist with the defect

Das Grundprinzip soll anhand der 5a und 5b verdeutlicht werden. Ein Teilbereich der Folie der Arbeitsbreite ABa parallel zur Quererstreckung TD wird mit einem Linienlaser der Länge Llength und der Strahltaille 2w0 in der Fokusebene E angestrahlt. Tritt der Rand eines Defektes zum Zeitpunkt t0 mit der Geschwindigkeit v in den Fokusbereich ein (wie dies für den Falle einer klein dimensionierten Defektstelle (kleines Mikroloch 7') in 5a gezeigt ist), dann soll das entsprechende Sensorelement SE ein Signal liefern. Das Signal soll dann so lange detektiert werden, bis der Defekt den Fokusbereich wieder vollständig verlassen hat. In diesem angenommenen Idealfall beträgt also die Signaldauer t2 = t1 + DP/v wobei DP der Durchmesser einer detektierten Defektstelle 7 beispielsweise in Form eines Mikrolochs 7' und v die relative Bewegungsrichtung des Objekts relativ zu dem Linienlaser darstellt. In der Praxis wird dann über die Halbwertsbreite des Detektorsignals, eine mathematische Entfaltung und ein Kalibiermuster zur Sensoreinstellung die Größe des Defektes bestimmt. In der Praxis spricht der Sensor meist erst innerhalb der Strahltaille 2w0 an, deshalb muss hier bei einer ersten Einstellung mit Kalibiermustern gearbeitet werden (5a).The basic principle is based on the 5a and 5b be clarified. A portion of the film of the working width ABa parallel to the transverse extension TD is irradiated with a line laser of length Llength and the beam waist 2w0 in the focal plane E. Occurs the edge of a defect at time t0 with the speed v in the focus area (as in the case of a small-sized defect spot (small micro hole 7 ' ) in 5a is shown), then the corresponding sensor element SE should provide a signal. The signal should then be detected until the defect has completely left the focus area again. In this assumed ideal case, therefore, the signal duration t2 = t1 + DP / v where DP is the diameter of a detected defect 7 for example in the form of a microhole 7 ' and v represents the relative direction of movement of the object relative to the line laser. In practice, the size of the defect is then determined via the half-width of the detector signal, a mathematical deconvolution and a calibration pattern for sensor adjustment. In practice, the sensor usually only responds within the beam waist 2w0, therefore it is necessary here to work with calibration patterns in a first setting ( 5a ).

Geht man demgegenüber davon aus, dass ein größerer Defekt 7 mit einem größer dimensionierten Mikroloch 7' vorliegt (wie in 5b gezeigt ist), dann verlängert sich dementsprechend die Signaldauer, die Halbwertsbreite und auch die Signalhöhe, da ja in diesem Ausführungsbeispiel mehr Licht auf den Sensor trifft. Die entsprechenden Verhältnisse sind in 5b bezüglich der 102 dargestellt.If one assumes, on the other hand, that a major defect 7 with a larger sized micro hole 7 ' present (as in 5b is shown), then extends the signal duration, the half-width and the signal height accordingly, since in this embodiment, more light hits the sensor. The corresponding conditions are in 5b regarding the 102 shown.

Liegt demgegenüber eine gleich groß dimensionierte Dünnstelle 7 als Defekt 7 vor, dann verringert sich in diesem Falle die Signalhöhe, weil weniger Licht transmittiert wird. Anstelle des Receiversignales 102 erhält man demgegenüber ein in der Intensität niedriger ausfallendes Receiversignal 101, wie in 5b gezeigt ist. Über geeignete Kalibriermuster und Teaching-Verfahren kann also auf die Defektart, die Defektgröße und die Defektform geschlossen werden.In contrast, lies an equally large dimensioned thin point 7 as a defect 7 before, then reduces the signal level in this case, because less light is transmitted. Instead of the receiver signal 102 On the other hand, one obtains a lower intensity receiver signal in intensity 101 , as in 5b is shown. Suitable calibration patterns and teaching methods can be used to determine the type of defect, the defect size and the defect shape.

e) mehrere Defekte in MD und TD Richtunge) several defects in MD and TD direction

Liegen mehrere Defekte auf einer zu MD parallelen Linie, die z. B. durch OA geht, dann können die Defekte durch die zeitliche Abfolge unterschieden werden.Are several defects on a line parallel to MD, the z. B. goes through OA, then the defects can be distinguished by the time sequence.

Liegen mehrere Defekte auf einer zu TD parallelen Linie, die z. B. durch OA geht, dann treten zum gleichen Zeitpunkt t0 an den PIN der Reihe n Signale auf, die sich durch ihre Signaldauer und -höhe je nach Defekt unterscheiden. Treffen z. B. zwei Defekte zeitgleich auf die Sensorelemente, d. h. die PIN_An, dann erhöht sich demensprechend das Signal.If several defects lie on a line parallel to TD, the z. B. goes through OA, then occur at the same time t0 to the PIN of the row n signals that differ by their signal duration and height depending on the defect. Meeting z. B. two defects at the same time on the sensor elements, d. H. the PIN_An, then increases accordingly the signal.

B) Fallbeispiele und erfinderische Lösungen bei stark durchsichtigen bzw. stark streuenden, stark beugenden Defekten oder stark streuenden ObjektenB) Case studies and inventive solutions for highly transparent or strongly scattering, strongly diffracting defects or strongly scattering objects

Die Auflösung des Sensors hängt von der Transmission bzw. Reflektion des Trägermaterials, d. h. z. B. der Materialbahn 1 ab. Je transparenter bzw. reflektierender das Material ist, desto größer wird das Untergrundsignal und desto geringer wird das Signal-/Rausch-Untergrundverhältnis (17).The resolution of the sensor depends on the transmission or reflection of the carrier material, ie, for example, the material web 1 from. The more transparent or reflective the material is, the larger the background signal becomes and the lower the background signal-to-noise ratio ( 17 ).

Ist es nicht möglich dieses Verhältnis zu vergrößern, kann das Signal nicht mehr detektiert werden. So ist es z. B. nach dem Stand der Technik möglich die Wellenlänge der Lichtquelle so zu ändern, dass sie auf eine Absorptionsbande des Objektes 1 trifft, oder es werden andere physikalische Eigenschaften, wie z. B. Polarisationseigenschaften des Objektes 1 ausgenutzt.If it is not possible to increase this ratio, the signal can no longer be detected. So it is z. B. possible in the prior art, the wavelength of the light source to change so that they on an absorption band of the object 1 meets or other physical properties, such. B. Polarization properties of the object 1 exploited.

Unterliegt die Defektstelle 7 starker Beugung, dann geht zudem die Intensität mit der vierten Potenz des abnehmenden jeweils halben Radius zurück, und das durchgehende Licht erfährt eine breite räumliche Intensitäts-Airy-Verteilung. Die Intensität entlang der optischen Achse OA nimmt also weiter gegenüber dem Hintergrundsignal ab.Subject to the defect 7 strong diffraction, then the intensity goes back to the fourth power of the decreasing half radius and the passing light experiences a broad spatial intensity Airy distribution. The intensity along the optical axis OA thus continues to decrease with respect to the background signal.

Schwankt zudem die Intensität der Laserquelle, ist das Signal nicht mehr detektierbar. Diese Schwankungen kön-nen nach dem Stand der Technik (/ P. C. D. Hobbs: Building Electro-Optical Systems, Wiley 2009, ISBN 978-0-470-40229-0 /und OCT optical coherence tomography) über eine Referenzdetektion des aufgespalteten Laserstrahls kompensiert werden. Meist reichen dazu Grundschaltungen nach/ G. D. Houser, E. Garmiere: Balanzed Detection technique to measure small changes in transmission, Applied Optics, 33 (6), (1994) /aus. Ebenso können kommerzielle Schaltungen nach Newport, Thorlabs, New Focus usw. verwendet werden.If the intensity of the laser source also fluctuates, the signal is no longer detectable. These fluctuations may be due to the state of the art (/ PCD Hobbs: Building Electro-Optical Systems, Wiley 2009, ISBN 978-0-470-40229-0 / and OCT optical coherence tomography) are compensated via a reference detection of the split laser beam. Usually basic circuits are sufficient for / DG Houser, E. Garmiere: Balanced Detection technique to measure small changes in transmission, Applied Optics, 33 (6), (1994) /out. Likewise, commercial circuits according to Newport, Thorlabs, New Focus, etc. can be used.

Ba) Nimmt man die Versuchssituation von a) an, dann ist in Abhängigkeit der Transmission bzw. Reflektion oder Streuung bei Defekten < 50 μm die Beugung zu berücksichtigen.Ba) Assuming the experimental situation of a), then depending on the transmission or Reflection or scattering for defects <50 microns to consider the diffraction.

Vorausgesetzt die Strahlquelle L bzw. L1 hat eine genügend große Ausdehnung, dann wird das Untergrundsignal zumindest von einer weiteren PIN-Photodiode z. B. PIN_ An + 1 in der Umgebung der PIN_An aufgenommen.Assuming the beam source L or L1 has a sufficiently large extent, then the background signal is at least from another PIN photodiode z. For example, PIN_An + 1 was added in the vicinity of PIN_An.

Als erfinderisches Merkmal wird die Referenzierung zumindest zweier Detektorelemente (hier der PIN_ An mit der umgebenden PIN_ An + 1) durch eine Balanzierungsschaltung eingesetzt. Wie bereits erwähnt, werden Laserschwankungen durch balanzierte Photodioden (Hobbs) ausgeglichen, das Prinzip wurde allerdings bisher nicht zur Detektion von Defektstellen herangezogen.As an inventive feature, the referencing of at least two detector elements (in this case the PIN_An with the surrounding PIN_An + 1) is used by a balancing circuit. As already mentioned, laser fluctuations are compensated by balanced photodiodes (Hobbs), although the principle has not hitherto been used for the detection of defect sites.

Mit der Prinzipschaltung nach dem Stand der Technik zu einer sog. balanzierten Detektion (balanzed or auto balanzed Photo-Diode-Detection) ist es dann möglich das Defektsignal vom Untergrundsignal und der teilweisen Beugungsintensität besser aufzulösen. Je enger die einzelnen Detektionselemente beieinander liegen, desto besser wird der Effekt. Im Prinzip können sowohl diskrete Photoelemente wie Arrays, Photodioden, CIS usw. als auch positionsempfindliche Photoelemente (PSD position sensitive devices) mit einer Multikanal Auflösung verwendet werden.With the principle circuit according to the prior art to a so-called. Balanced detection (Balanced or auto-balanced photo-diode detection), it is then possible to better resolve the defect signal from the background signal and the partial diffraction intensity. The closer the individual detection elements are to each other, the better the effect becomes. In principle, both discrete photoelements such as arrays, photodiodes, CIS, etc., and position sensitive photosensitive devices (PSD position sensitive devices) with multi-channel resolution can be used.

Wird ein Defekt an der Photodiode PIN_An erkannt, dann erhält man, je nach Vorspannung der PIN, z. B. ein positives Signal. Die Photodiode PIN_An + 1 detektiert das Untergrundsignal, und liefert ein negatives Signal, wenn diese PIN mit umgekehrter Polarität wie die PIN_An angesteuert wird. Liegt also kein Defekt vor, dann sehen die Photodioden PIN_An, n + 1 das gleiche Untergrundsignal, die Differenz zwischen beiden Signalen ist Null. Wird das Differenzsignal der PIN_An und der PIN_An + 1 in einer balanzierten Detektion verwendet, dann sind selbst kleinste Differenzsignale detektierbar.If a defect in the photodiode PIN_An detected, then you get, depending on the bias of the PIN, z. B. a positive signal. The photodiode PIN_An + 1 detects the background signal and provides a negative signal when this PIN is driven in reverse polarity as the PIN_An. So if there is no defect, then the photodiodes PIN_An, n + 1 see the same background signal, the difference between the two signals is zero. If the difference signal of PIN_An and PIN_An + 1 is used in a balanced detection, then even the smallest difference signals can be detected.

Bb) Mehrere Defekte auf TDBb) Several defects on TD

Nimmt man an, dass zwei Defekte mittig symmetrisch zur PIN_An und zur PIN_An + 1 auftreten, dann kann die gleiche Detektionsmethode wie bei einem Defekt angewandt werden. Lediglich die Referenzierung muss softwaremäßig gegen eine oder mehrere andere Referenz PIN, hier z. B. die PIN_Aq, PIN_An – 1 und PIN_Am vorgenommen werden.Assuming that two defects occur symmetrically in the middle of PIN_An and PIN_An + 1, then the same detection method as for a defect can be used. Only the referencing software must be against one or more other reference PIN, here z. B. the PIN_Aq, PIN_An - 1 and PIN_Am be made.

Liegt ein Defekt an PIN_An und einer an der PIN_An + 1an, dann erhält man ein positives bzw. negatives Signal der jeweiliegen PIN, deren Signalhöhe sich nach der Größe des jeweiligen Defektes richtet. Das Differenzsignal würde also einen Defekt für die PIN anzeigen, an der ein höheres Signal anliegt. In diesem Fall werden also die jeweiligen Differenzsignale zwischen der PIN_An bzw. PIN_An + 1 mit einer anderen PIN_Referenz gebildet.If there is a defect at PIN_An and at PIN_An + 1an, then one receives a positive or negative signal of the respective PIN, the signal level of which depends on the size of the respective defect. The difference signal would thus indicate a defect for the PIN at which a higher signal is applied. In this case, therefore, the respective difference signals between the PIN_An or PIN_An + 1 are formed with another PIN_Reference.

Erfindungsgemäß werden alle PIN mit der höchstmöglichen Bandbreite parallel abgefragt. Die Auswerteroutine erkennt also ein erhöhtes Signal an den beiden PIN gegenüber den anderen. Natürlich ist es auch möglich eine PIN_Referenz festzulegen. Da die einzelnen Sensorelemente gestapelt über die AB angeordnet werden, ist zumindest eine PIN für die Überlappung vorgesehen Sie sieht also das gleiche Signal wie die vorlaufende PIN, allerdings später.According to the invention, all PINs with the highest possible bandwidth are queried in parallel. The evaluation routine thus detects an increased signal at the two PINs compared to the other. Of course it is also possible to set a PIN_Reference. Since the individual sensor elements are stacked above the AB, at least one PIN is provided for the overlap. It therefore sees the same signal as the leading PIN, but later.

Bc) Erkennung der Defekte in MDBc) Detection of defects in MD

Eines der Hauptprobleme bei der Detektion kleiner Defekte stellt das hohe Untergrundsignal des transmittierenden bzw. reflektierenden oder streuenden Objektes dar. Das Ziel besteht also darin das Untergrundsignal möglichst gering zu halten, um das Defektsignal noch auflösen zu können. Wie bereits ausgeführt, können kleine Defekte mit Systemen, die mit einer relativ langsamen Abtastrate arbeiten, die Defekte nicht mehr erkennen.One of the main problems in the detection of small defects is the high background signal of the transmitting or reflecting or scattering object. The aim is thus to keep the background signal as low as possible in order to be able to resolve the defect signal. As stated earlier, small defects with systems that operate at a relatively slow sampling rate can no longer detect the defects.

Um das Untergrundsignal möglichst klein zu halten, wird ein fokussierter Linienlaser mit einer Lasertaille gewählt, die einerseits ein kleines Untergrundsignal an die Sensorelemente ergibt, andererseits aber noch breit genug ist, um die Faltung des Defektes mit der Lasertaille innerhalb der Bandbreite der Sensorik zu ermöglichen.To keep the background signal as small as possible, a focused line laser is selected with a laser waist, on the one hand gives a small background signal to the sensor elements, but on the other hand is still wide enough to allow the folding of the defect with the laser waist within the bandwidth of the sensor.

Um den Beugungswinkel und damit die räumliche Verteilung durch den Defekt möglichst klein zu halten, wird das Sensorelement SES nahe an die Unterseite des Objektes gebracht, und es wird eine Blende mit einer Öffnung in der Größenordnung der Lasertaille 2w0, angebracht (siehe 8a und 8b). Natürlich können auch geeignete Abbildungsoptiken zwischengeschaltet werden. Dabei kann die Blende mit einer Öffnung in einer Größenordnung versehen sein, die zumindest der Lasertaille 2w0 entspricht.In order to keep the diffraction angle and thus the spatial distribution through the defect as small as possible, the sensor element SE S is brought close to the bottom of the object, and there is a diaphragm with an opening on the order of the laser waist 2w0, attached (see 8a and 8b ). Of course, suitable imaging optics can also be interposed. In this case, the aperture can be provided with an opening in the order of magnitude corresponding at least to the laser waist 2w0.

Mit einer hohen Bandbreite BW der Sensorik mit der Bedingung BW >> l_r ist es möglich, dass der Defekt die Lasertaille 2w0 abtastet. Das erhaltene Signal ist mathematisch betrachtet eine Faltung des Defektes mit der Lasertaille, zusammen mit der Vorschubgeschwindigkeit v kann dann auf die Größe des Defektes geschlossen werden. Wird zudem das Signal digitalisiert, dann kann man über die Signalhöhe und die Signalform auf die Art und Form des Defektes rückschließen. Vom Prinzip her werden hier die gleichen Teaching-Verfahren wie bei Arraysystemen nach dem Stand der Technik angewandt.With a high bandwidth BW of the sensor system with the condition BW >> l_r, it is possible that the defect scans the laser waist 2w0. The obtained signal is mathematically a convolution of the defect with the laser waist, together with the feed rate v can then be concluded on the size of the defect. In addition, if the signal is digitized, then you can use the signal level and the waveform on the type and shape of the defect infer. In principle, the same teaching methods as in array systems according to the prior art are used here.

C) Zusammenfassung der erfinderischen Merkmale bei mehreren Defekten in MD und TD Richtung C) Summary of the inventive features with multiple defects in the MD and TD directions

Referenzierung der Photodiode PIN_An mit den umgebenden Photodiode PIN oder eine Referenz Photodiode PIN durch eine Balanzierungschaltung:Referencing the photodiode PIN_An with the surrounding photodiode PIN or a reference photodiode PIN through a balancing circuit:

Signalbildung jedes Sensorteilelementes, z. B. von PIN_An und PIN_An + 1 mit hoher Bandbreite, und zeitgleiche Differenzbildung mindestens zweier PIN. Die Differenzbildung erfolgt zwischen zwei in Serie geschalteten PIN, die jeweils mit umgekehrter Vorspannung (reverse biased) versorgt werden.Signaling of each sensor sub-element, z. B. PIN_An and PIN_An + 1 with high bandwidth, and simultaneous difference of at least two PIN. The difference is formed between two series-connected PIN, each of which is supplied with reverse biased voltage.

Verringerung des Untergrundsignals:Reduction of the background signal:

Die Größe der aktiven Fläche des Detektorelementes bzw. die optionale Fokusoptik wird so gewählt, dass zumindest die Fokusbreite der Lichtquelle darauf abgebildet werden kann. Das kann durch geeignete Maßnahmen wie z. B. Blenden gewährleistet werden. Der Bereich der aktiven Fläche sollte dabei so gewählt werden, dass möglichst wenig Streulicht bzw. gebeugtes Licht auf die aktive Fläche trifft, um eine Übersteuerung der Sensoren zu vermeiden bzw. ein hohes Untergrundsignal zu verringern.The size of the active surface of the detector element or the optional focus optics is selected so that at least the focus width of the light source can be imaged thereon. This can be achieved by suitable measures such. B. screens are guaranteed. The area of the active surface should be selected so that as little stray light or diffracted light strikes the active surface, in order to avoid overloading of the sensors or to reduce a high background signal.

Bandbreite:bandwidth:

Gegenüber dem Stand der Technik wird bei der Erfindung jedes Detektorelement Rr, r ∊ N, mit seiner maximalen Bandbreite BW und nicht mit der Zeilenfrequenz (line rate) l_r ausgelesen (wie dies bisher nur im Stand der Technik möglich war).Compared with the prior art, in the invention, each detector element Rr, r ∈ N, with its maximum bandwidth BW and not with the line rate (line rate) l_r read (as was previously possible only in the prior art).

Faltung:Folding:

Im Prinzip tastet der Defekt die Fokus- oder Strahltaille ab. Durch eine mathematische Entfaltung des Intensitätsprofils mit der Vorschubgeschwindigkeit kann der mittlere Durchmesser des Defektes bestimmt werden.In principle, the defect scans the focus or beam waist. By mathematically unfolding the intensity profile with the feed rate, the mean diameter of the defect can be determined.

Ausführungsbeispiele und Prinzipaufbau einer DetektionseinheitEmbodiments and basic structure of a detection unit

Ein entsprechender Prinzipaufbau einer Detektionseinheit wird nachfolgend anhand der 3, 6 und 7 im größeren Detail erläutert.A corresponding basic structure of a detection unit will be described below with reference to FIG 3 . 6 and 7 explained in greater detail.

Dabei zeigt 7 eine Lichtquelle L1, die über eine Fokusoptik FOin auf das Objekt 1 strahlt, so dass die Strahl- oder Fokustaille 2w0 nahe oder idealerweise in der Objektebene E liegt, also beispielsweise im Falle einer Materialbahn 1' in der Ebene E dieser Materialbahn 1', denn in dieser Objektebene E befinden sich die aufzuspürenden Defektstellen 7 insbesondere in Form von Mikrolöchern 7'. Es werden bevorzugt kohärente Lichtquellen L1 eingesetzt, deren Leistung regelbar ist, und die optional im Pulsbetrieb verwendet werden können. Bevorzugt werden Linienlaser der Strahllänge Llength mit geringem Kohärenzwinkel und gleichmäßigem Intensitätsprofil eingesetzt.It shows 7 a light source L1, which has a focus optics FO in on the object 1 radiates, so that the beam or focus waist 2w0 is close or ideally in the object plane E, so for example in the case of a material web 1' in the plane E of this material web 1' , because in this object plane E are the defect points to be located 7 especially in the form of microholes 7 ' , Coherent light sources L1 whose power can be regulated are preferably used, and which can optionally be used in pulse mode. Preferably, line lasers of the beam length Llength with a low coherence angle and a uniform intensity profile are used.

Damit z. B. eine Materialbahn 1' auch in Form eines Kunststofffilms 1'' nur eine geringe Lagenschwankung (also Schwankungen senkrecht zur Objektebene E) ausführt oder ausführen kann, können zusätzlich Führungs- und Stabilisierungseinheiten SLTin,out ober und unterhalb des Objektes vorgesehen sein, die sich bevorzugt über die gesamte Breite der zu untersuchenden Materialbahn 1' erstrecken. Die gegebenenfalls nur auf einer oder auf beiden Seiten der Materialbahnebene E vorgesehenen Führungs- und Stabilisierungseinheiten können zusätzlich als Strahlfallen ausgelegt werden, um das Umgebungslicht und/oder das durch das Objekt geleitete Licht zu verringern.So z. B. a web 1' also in the form of a plastic film 1'' Only a slight variation in position (that is to say fluctuations perpendicular to the object plane E) can be carried out or executed, additionally guidance and stabilization units SLTin, out can be provided above and below the object, preferably over the entire width of the material web to be examined 1' extend. The guidance and stabilization units, which may only be provided on one or both sides of the material web plane E, may additionally be designed as jet traps in order to reduce the ambient light and / or the light conducted through the object.

Das Objekt soll ohne Erzeugung von Reibungen oder Beschädigungen durch diese sandwichartigen Führungs- und Stabilisierungseinheiten hindurchgeführt werden können.The object should be able to be passed through this sandwich-type guiding and stabilizing units without generating any friction or damage.

Die Empfängereinheiten SE und/oder die optionalen Fokusoptik-Einheiten FOout auf der Empfängerseite sind möglichst nahe der Rückseite des zu untersuchenden Objektes 1 (Materialbahn 1') nach dem eigentlichen Objekt 1 zu platzieren. Dadurch soll verhindert werden, dass die Airy Fläche stark aufweitet und die Intensität vom Untergrund nicht mehr zu trennen ist.The receiver units SE and / or the optional focus optics units FO out on the receiver side are as close as possible to the rear side of the object to be examined 1 (Web 1' ) after the actual object 1 to place. This is to prevent that the Airy area widens greatly and the intensity of the subsurface is no longer separate.

Die entsprechenden Optiken und/oder Sensoreinheiten werden bevorzugt in der Stabilisierungseinrichtung und einer gegebenenfalls vorgesehenen Lichtfalle integriert, wie das im Detail in 7 zu erkennen ist.The corresponding optics and / or sensor units are preferably integrated in the stabilization device and an optionally provided light trap, as described in detail in FIG 7 can be seen.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann also auch auf der Empfängerseite unterhalb der zu untersuchenden Materialbahn 1' eine optionale Abbildungsoptik FOLG vorgesehen sein, die beispielsweise auch lichtleitende Elemente (GRIN, Selfoc etc.) umfassen kann.In the exemplary embodiment shown, it is thus also possible for the material web to be examined to be tested on the receiver side 1' an optional imaging optics FOLG be provided, which may include, for example, photoconductive elements (GRIN, Selfoc etc.).

Darauffolgend kann ebenfalls noch eine oder weitere empfängerseitige optionale optische Einrichtungen PFS vorgesehen sein, beispielsweise Blenden, Polarisationseinrichtungen, Filter, Einrichtungen zur Reduzierung der Lichtstreuung usw.Subsequently, one or more receiver-side optional optical devices PFS may also be provided, for example diaphragms, polarization devices, filters, devices for reducing light scattering, etc.

Schließlich sind noch die erwähnten Empfängereinheiten SE vorgesehen, in die das vom Lichtgenerator insbesondere in Form eines Lasers ausgestrahlte Licht empfangen, beispielsweise durch die vielfach erwähnten Photodioden, die auf der gleichen optischen Achse(-linie) wie die Lichtquellen angeordnet sind.Finally, the mentioned receiver units SE are provided, into which the light emitted by the light generator, in particular in the form of a laser, is received, for example by the frequently mentioned photodiodes, which are arranged on the same optical axis (-line) as the light sources.

Mit einem entsprechenden Aufbau könnte also eine Detektionseinrichtung zum Tragen kommen, die in einer in Querrichtung TD verlaufenden Reihe eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Photodioden PIN umfasst, wie dies beispielsweise anhand von 6 gezeigt ist (wobei in 6 eine nachfolgend noch genauer beschriebene Variante mit zwei nebeneinander verlaufenden Reihen von Sensorelementen SE in Form von Photodioden PIN_A, PIN_C etc. gezeigt ist). With a corresponding structure, therefore, a detection device could come into play, which comprises a plurality of juxtaposed photodiodes PIN in a row extending in the transverse direction TD, as described, for example, with reference to FIG 6 is shown (where in 6 a variant described in more detail below with two adjacent rows of sensor elements SE in the form of photodiodes PIN_A, PIN_C etc. is shown).

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist in Strahlrichtung der Fokusoptik FOin nachfolgend noch eine weitere laserseitige optionale Einrichtung PFOin vorgesehen, beispielsweise in Form eines Polarisators, eines Filters etc.In the exemplary embodiment shown, a further laser-side optional device PFOin is subsequently provided in the beam direction of the focus optics FOin, for example in the form of a polarizer, a filter, etc.

Bei der Darstellung gemäß 7 ist dem Laser L1 nachfolgend in den Strahlengang ein optionaler Strahlenteiler SGU eingefügt, die z. B. aus einer Umlenk- oder Prismen-Einrichtung, einer Scanning Einheit usw. bestehen kann, wodurch der Laserstrahl aufgeteilt wird. Dadurch können in zwei Laserstrahlebenen LE1 und LE2 in Abzugsrichtung MD versetzt liegende Linienbereiche auf der durch den Laserstrahl mit der Geschwindigkeit v hindurchgeführten Materialbahn 1' überprüft und abgetastet werden. Von daher ist auch die gesamte erläuterte senderseitige optische Einrichtung FOin, PFOin wie auch die empfängerseitige optische Einrichtung FOLG, PFS so ausgelegt, dass für beide Laserstrahlebnen LE1 und LE2 die gleichen Bedingungen vorliegen. Entsprechend sind auch zwei Reihen von Sensoren SEn und SEm nebeneinander angeordnet, die die Sensoreinrichtung bilden. Die optionale Ausführung mit zwei Laserebenen wird gewählt, um die Kosten für die Laserquelle gering zu halten, und um bei diskreter Bauweise der Sensorelemente SE (Anordnung einzelner PIN, und nicht integrierte Bauweise einer Arrays) den Überlapp der aktiven Flächen zu gewährleisten.In the presentation according to 7 is the laser L1 subsequently inserted into the beam path an optional beam splitter SGU, z. B. may consist of a deflection or prism means, a scanning unit, etc., whereby the laser beam is split. As a result, in two laser beam planes LE1 and LE2 in the withdrawal direction MD offset line regions on the guided through the laser beam at the speed v material web 1' be checked and scanned. Therefore, the entire explained transmitter-side optical device FOin, PFOin as well as the receiver-side optical device FOLG, PFS are designed so that the same conditions exist for both laser beam phenomena LE1 and LE2. Accordingly, two rows of sensors SEn and SEm are arranged side by side, which form the sensor device. The optional dual laser plane option is chosen to minimize the cost of the laser source and to ensure overlap of the active areas with the discrete design of the sensor elements SE (single PIN arrangement and non-integrated array design).

Bevorzugt wird ein Linienlaser L1 mit einer geringen Strahltaille (2w0) und einer Linienlänge gleicher Intensität (beam convergence < 1°) verwendet. Das Intensitätsprofil wird durch die Fokusoptik FOin auf das Objekt 1 abgebildet.Preferably, a line laser L1 with a small beam waist (2w0) and a line length of the same intensity (beam convergence <1 °) is used. The intensity profile is focused on the object by the focus optic FOin 1 displayed.

Werden diskrete Sensoren wie z. B. PIN-Photodioden, CIS-Sensoren (Contact Image Sensors = Kontakt-Bild-Sensor, der auf CMOS-Technologie basiert), CMOS-Sensor, CCD-Sensoren etc. verwendet, hängt es vom unmittelbaren Abstand der einzelnen aktiven Flächen und der Größe des zu detektierenden Defektes 7 ab, ob eine zweite Detektorreihe LE2 neben der auf jeden Fall ersten Detektorreihe LE1 als Sensoreinrichtung SE vorgesehen werden muss, um eine lückenlose Detektion zu gewährleisten (6). Werden z. B. handelsübliche PIN-Photodioden verwendet, dann müssen entweder zwei Lichtquellen eingesetzt werden, oder es wird ein Strahlteiler- oder optische Umschalteinheit SGU vorgesehen, wie oben geschildert. Dazu kommen Elemente nach dem Stand der Technik, wie optische Strahlteiler, Faserkopplungen, AO, PEM usw. zum Einsatz.Are discrete sensors such. For example, PIN photodiodes, CIS sensors (contact image sensor based on CMOS technology), CMOS sensor, CCD sensors, etc., it depends on the immediate distance of each active area and the Size of the defect to be detected 7 Whether a second detector row LE2 must be provided next to the first detector row LE 1, in each case, as sensor unit SE in order to ensure complete detection (FIG. 6 ). Are z. B. commercially available PIN photodiodes used, then either two light sources must be used, or it is a beam splitter or optical switching unit SGU provided, as described above. For this purpose, elements according to the prior art, such as optical beam splitters, fiber couplings, AO, PEM, etc. are used.

Liegen bei dem Objekt 1 oder dem Defekt bestimmte optische Eigenschaften vor, die das Signal-/Untergrundverhältnis verbessern können, werden zusätzliche optische Elemente eingesetzt. Absorbiert das Objekt 1 oder der Defekt bei einer bestimmten Wellenlänge, dann können z. B. Kanten- oder Bandpassfilter eingesetzt werden. Analoges gilt für evtl. Polarisationseigenschaften, die mit entsprechender Optik umgesetzt werden kann. Derartiges Vorgehen ist dem Fachmann bekannt und im Stand der Technik ausführlich dargestellt.Lying with the object 1 or the optical defect specific optical properties that can improve the signal / background ratio, additional optical elements are used. Absorbs the object 1 or the defect at a certain wavelength, then z. B. edge or bandpass filter can be used. The same applies to any polarization properties that can be implemented with appropriate optics. Such a procedure is known in the art and shown in detail in the prior art.

Alle diese Maßnahmen werden auch auf der Empfängerseite eingesetzt, um das Signal-/Rausch-Untergrundverhältnis zu verbessern.All these measures are also used on the receiver side to improve the signal-to-noise background ratio.

Werden z. B. standardmäßige PIN-Photodioden verwendet, dann sollte insbesondere bei streuenden Objekten die aktive Fläche z. B. durch eine Blende (in 7, 8a und 8b mit der allgemeinen Bezeichnung FOLG bezeichnet) verkleinert werden, da das gestreute Licht das Untergrundsignal vergrößert. Dies ist beispielsweise in einer Darstellung parallel zu einer Filmebene E in 8a und in einer auszugsweisen Draufsicht in 8b wiedergegeben. Bei aktiven Flächen kleiner Pitch-Größen z. B. bei Arrays, kann dieses Bauteil auch entfallen. Bei kleinen Pitch-Flächen ist dagegen häufig eine Justiervorrichtung für das Array vorzusehen, um die Fokuslinie zu treffen.Are z. B. standard PIN photodiodes used, then the active surface z. B. by a diaphragm (in 7 . 8a and 8b denoted by the general designation FOLG), because the scattered light increases the background signal. This is for example in a representation parallel to a film plane E in 8a and in a partial plan view in FIG 8b played. For active areas of small pitch sizes z. As with arrays, this component can also be omitted. For small pitch surfaces, on the other hand, an array adjustment device is often required to hit the focus line.

Sollte der Nullabgleich zwischen PIN_An und PIN_An + 1 nicht elektronisch erfolgen, kann z. B. an der aktiven Fläche der PIN_An der Nullabgleich mit einem ND Filter PFS vorgenommen werden.If the zero balance between PIN_An and PIN_An + 1 is not done electronically, z. B. at the active area of the PIN_An the zero balance with an ND filter PFS be made.

Als optionale Optiken können auch Filter und/oder Polarisationsoptiken an einzelnen oder allen aktiven Flächen vorgesehen werden.As optional optics also filters and / or polarization optics can be provided on single or all active surfaces.

Anstatt den Empfänger z. B. PIN-Photodioden direkt unter dem Objekt 1 anzuordnen, besteht die Möglichkeit das Signal über Lichtleitoptiken zum Empfänger zu leiten. Dazu werden Optiken nach dem Stand der Technik wie Faseroptiken, GRIN, Sammel- und Vergrößerungsoptiken usw. eingesetzt.Instead of the recipient z. B. PIN photodiodes directly under the object 1 To arrange, it is possible to direct the signal via optical fibers to the receiver. For this purpose, state-of-the-art optics such as fiber optics, GRIN, collection and magnification optics, etc. are used.

Schrägstellung der Sensoren zur Erhöhung der TD-AuflösungInclination of the sensors to increase the TD resolution

Die einzelnen Detektorelemente SEs, s ∊ N, werden überlappend gestaffelt, um die gesamte Arbeitsbreite AB ab-zudecken. Für die meisten Anwendungen reicht es aus den Ort des Defektes für die jeweilige aktive Fläche eines Sensors innerhalb des Sensorelementes zu kennen. Besteht z. B. ein Sensorelement SEs aus 10 PIN mit jeweiligen aktiven Längen von 2 mm, dann reicht in der Praxis diese TD Auflösung von 2 mm für die Qualitätskontrolle aus.The individual detector elements SEs, s ε N, are staggered overlapping to cover the entire working width AB. For most applications, it is sufficient for the location of the defect for the to know respective active area of a sensor within the sensor element. Is z. B. a sensor element SEs 10 PIN with respective active lengths of 2 mm, then sufficient in practice, this TD resolution of 2 mm for quality control.

Für eine höhere TD-Auflösung können die Sensoren-Elemente SE schräg gestellt werden, wie dies in einer auszugsweisen Draufsicht anhand von 9 und in einer Grafik gemäß 11 wiedergegeben ist.For a higher TD resolution, the sensor elements SE can be tilted, as in an excerpt plan view of 9 and in a graph according to 11 is reproduced.

Der einfachste Fall bei einzelnen diskreten Sensorelementen, wie Einzel-PIN-Photodioden, Arrays, CIS etc. liegt vor, wenn zum Zeitpunkt t0 ein oder mehrere Fehlstellen am gleichen Ort x(t0) entlang in der Querrichtung TD auftreten. Läuft nun z. B. der Film 1'' mit einer Geschwindigkeit v durch den Sensor S mit der Empfängereinrichtung Rr, dann wird in Sequenz zuerst die Fehlstelle an x(t1), dann x(t2), ... x(tn) erkannt. Über einen Encoder in MD-Richtung und die zeitliche Diskriminierung kann der TD-Ort der Fehlstelle 7 ermittelt werden (wobei alle geeigneten Maßnahmen zur exakten Positionsbestimmung einer Defektstelle in Bewegungsrichtung MD des Objekts 1, also in Abzugsrichtung MD der hier gezeigten Materialbahn 1'' geeignet sind; es wird insoweit auch auf bekannte Verfahren und Vorrichtungen hierzu verwiesen) (10).The simplest case with individual discrete sensor elements, such as single PIN photodiodes, arrays, CIS, etc. is present if at time t 0 one or more defects occur at the same location x (t 0 ) along in the transverse direction TD. Now runs z. B. the movie 1'' at a speed v by the sensor S with the receiver device R r , then the defect at x (t 1 ), then x (t 2 ), ... x (t n ) is detected in sequence first. An MD-directional encoder and temporal discrimination may cause the TD location of the defect 7 be determined (taking all suitable measures for the exact position determination of a defect in the direction of movement MD of the object 1 , ie in the withdrawal direction MD of the material web shown here 1'' are suitable; Reference is also made in this regard to known methods and devices for this purpose) ( 10 ).

Die Referenzierung gegenüber dem Untergrundsignal er-folgt wie bei Detektorelementen, die parallel zu TD gestaffelt werden. PIN_An wird gegenüber PIN_An + 1 bzw. gegenüber PIN_Referenzj referenziert.Referencing relative to the background signal occurs as with detector elements that are staggered parallel to TD. PIN_An is referenced to PIN_An + 1 or to PIN_Referenzj.

Treffen mehrere Fehlstellen gleichzeitig auf die Sensor-linie, dann gibt es zum Zeitpunkt t = t1 keine Unter-schiede in der Signalfolge, die gleich denen bei parallel zur Querrichtung TD ausgerichteten Sensorelementen SE ist. Lediglich die Ortsauflösung in Querrichtung TD kann verbessert werden. Die entsprechenden Verhältnisse sind in der grafischen Darstellung gemäß 11 wiedergegeben.If several defects coincide with the sensor line, then at time t = t 1 there are no differences in the signal sequence, which is the same as those with sensor elements SE aligned parallel to the transverse direction TD. Only the spatial resolution in the transverse direction TD can be improved. The corresponding conditions are in the graph according to 11 played.

Werden Sensorelemente mit einer langen aktiven Fläche z. B. PSD, längliche PIN oder Lichtleitelemente eingesetzt, dann ergibt sich beim Auftreffen mehrerer Defekte zum Zeitpunkt t1 eine größere Signalhöhe. Die Ortsauflösung erhält man dann durch ein zweites Sensorelement, das dann auch als Referenzelement für das Untergrundsignal dient. Aus der Darstellung gemäß 12 können die entsprechenden Verhältnisse entnommen werden.If sensor elements with a long active surface z. B. PSD, elongated PIN or light-guiding elements used, then results in the impact of multiple defects at time t1, a larger signal height. The spatial resolution is then obtained by a second sensor element, which then also serves as a reference element for the background signal. From the illustration according to 12 the corresponding conditions can be taken.

Datenerfassungdata collection

Ein möglicher Aufbau für die Datenerfassung ist in 13 wiedergegeben. Diese in 13 zu ersehende elektronische Auswerteeinrichtung AE umfasst verschiedene Funktions- und/oder Baugruppen, wie sie in 13 schematisch in ihrer strukturellen Verschaltung und Gliederung wiedergegeben sind.One possible setup for data collection is in 13 played. This in 13 to be seen electronic evaluation device AE includes various functional and / or assemblies, as in 13 are shown schematically in their structural interconnection and structure.

Die Photodioden werden dabei bevorzugt reverse-biased betrieben. Für einen balanzierten Betrieb wird die Differenz von jeweils zwei PIN, (Varianten: Kathode von PIN_An und der Anode von PIN_Cn, K von PIN_An und A von PIN_An + 1, K von PIN_An und A von PIN_Referenz, usw) gebildet, und einem Transimpedanz Verstärker (TIA) zugeführt. Natürlich soll es auch möglich sein, ein Differenzsignal zu anderen PIN-Photodioden bzw. einer Referenzprobe online zu nehmen. Beim Überlappen zweier einzelner Detektorelemente wird sicherheitshalber je ein PIN der Reihe n mit einem PIN der Reihe m in Übereinstimmung gebracht. Ergeben diese beiden PIN-Photodioden ein Nullsignal, so können sie z. B. als Referenzierung für die anderen PIN-Photodioden dienen.The photodiodes are preferably operated reverse-biased. For a balanced operation, the difference is formed by two PINs (variants: cathode of PIN_An and the anode of PIN_Cn, K of PIN_An and A of PIN_An + 1, K of PIN_An and A of PIN_Reference, etc.), and a transimpedance amplifier (TIA) fed. Of course, it should also be possible to take a difference signal to other PIN photodiodes or a reference sample online. When overlapping two individual detector elements, one PIN of the row n is for safety's sake ever matched with a PIN of row m. If these two PIN photodiodes give a zero signal, they can, for. B. serve as a reference for the other PIN photodiodes.

Um dies zu gewährleisten kann ein Multiplexer einzelne PIN gegeneinander oder in Bezug zu einer Referenzprobe verschalten.To ensure this, a multiplexer can interconnect a single PIN against each other or with respect to a reference sample.

Diese balanzierten Signale werden einem A/D Wandler zugeführt, um die geforderte Bandbreite zu erreichen muss hier im Parallelbetrieb gearbeitet werden. Die Regelungsarbeit übernimmt ein FPGA, der an die verschiedenen Verfahrensprozesse und Anwendungen angepasst werden kann.These balanced signals are fed to an A / D converter to achieve the required bandwidth must be used here in parallel operation. The control work is done by an FPGA, which can be adapted to the different process processes and applications.

Die Daten werden über FIFO Zwischenspeicher an den Computer ausgelesen.The data is read out via FIFO buffer to the computer.

13 zeigt dabei ein Beispiel für die elektronische Auswerteeinrichtung, bei der – wie anhand von 6 gezeigt ist – neben der eigentlichen Laser-Messlinie n die optional vorgesehene zweite Laser-Messlinie m vorgesehen ist. Von daher ist die in 13 gezeigte elektronische Auswerteeinrichtung quasi auch in ihrem doppelten Aufbau gezeigt, nämlich mit jeweils einer Einrichtung DSP mit zugehörigen Multiplexer und einem Analog-/Digitalwandler A/D sowie einer Einrichtung FPGA für die parallele Verarbeitung der Signale einschließlich der erwähnten FIFO-Zwischenspeicher. Würde man die optionale zweite Laser-Messlinie m in 6 bzw. in 13 weglassen, würde sich der Aufbau insoweit halbieren. Gleichwohl muss natürlich aber immer ein Computer zur Steuerung und Auswertung der gesamten Einrichtung vorgesehen sein. 13 shows an example of the electronic evaluation, in which - as based on 6 is shown - in addition to the actual laser measurement line n, the optionally provided second laser measurement line m is provided. Therefore, the in 13 shown electronic evaluation device quasi also shown in its double structure, namely with one device DSP with associated multiplexer and an analog / digital converter A / D and a device FPGA for the parallel processing of the signals including the mentioned FIFO latches. Would you like the optional second laser measurement line m in 6 or in 13 omit the structure would be halved in this respect. However, of course, a computer must always be provided to control and evaluate the entire device.

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Claims (19)

Vorrichtung zur Detektion von Defektstellen (7, 7') auf einem Objekt (1), insbesondere von Fehlstellen (7) in Form von Mikrolöchern (7') in einer Materialbahn (1') oder einem Film (1''), mit folgenden Merkmalen – es ist zumindest eine primäre Lichtquelle (L, L1) vorgesehen, worüber ein Lichtstrahl erzeugbar ist, – mittels der zumindest einen Lichtquelle (L, L1) ist das Objekt (1) in Transmissions- oder in Reflexionsanordnung bestrahlbar, – mit einer Sensor- und/oder Detektionseinrichtung mit Sensor- oder Detektorelementen (SES, SE) zur Erfassung des von der zumindest einen Lichtquelle (L, L1) ausgestrahlten Lichtstrahls, nachdem dieser von dem zu untersuchenden Objekt (1) in Reflexionsanordnung reflektiert wurde oder das zu untersuchende Objekt (1) in Transmissionsrichtung durchstrahlt hat, und – es ist ferner eine Auswerteeinrichtung (AE) zur Auswertung der Defektstelle (7) vorgesehen, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale – die Vorrichtung mit der Auswerteeinrichtung (AE) a) umfasst für die Sensor- oder Detektorelemente (SES , SE) eine Balanzierschaltung derart, dass unter Differenzbildung zwischen einem von einem Sensor- oder Detektorelement (SES, SE) erzeugten Messsignal und zumindest einem von einem benachbarten oder referenzierten Sensor- oder Detektorelement (SES , SE) erzeugten Messsignal ein balanziertes Signal zur Defektstellen-Auswertung erzeugt wird, und/oder b) umfasst einen Messaufbau derart, dass die Defektstellen (7, 7') die Strahl- oder Fokustaillen (2w0), die auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts (1) abgebildet sind, mit einer Geschwindigkeit (v) durchlaufen, wobei ein Defektstellen-abhängiges Messsignal (Faltung) durch ein in dem Strahlengang nach der Defektstelle (7, 7') angeordnetes Sensor- und/oder Detektorelement (SES, SE) vom Eintritt der Defektstelle (7, 7') in die Strahl- oder Fokustaille (2w0) bis zum Verlassen der Strahl- oder Fokustaille (2w0) erzeugt wird.Device for detecting defects ( 7 . 7 ' ) on an object ( 1 ), in particular defects ( 7 ) in the form of microholes ( 7 ' ) in a material web ( 1' ) or a movie ( 1'' ), with the following features - at least one primary light source (L, L1) is provided, by means of which a light beam can be generated, - by means of the at least one light source (L, L1) the object ( 1 ) with a sensor and / or detection device with sensor or detector elements (SE S , SE) for detecting the emitted from the at least one light source (L, L1) light beam, after this from the zu examining object ( 1 ) was reflected in reflection arrangement or the object to be examined ( 1 ) in the transmission direction, and - there is also an evaluation device (AE) for evaluating the defect location ( 7 ), characterized by the following further features - the device with the evaluation device (AE) a) comprises for the sensor or detector elements (SE S , SE) a Balanzierschaltung such that under difference between one of a sensor or detector element (SE S , SE) and at least one measurement signal generated by an adjacent or referenced sensor or detector element (SE S , SE) generates a balanced signal for defect location evaluation, and / or b) comprises a measurement setup such that the defect sites ( 7 . 7 ' ) the beam or focus waists (2w0) which are incident on the surface of the object to be examined ( 1 ) are traversed at a speed (v), wherein a defect-dependent measurement signal (convolution) by a in the beam path after the defect point ( 7 . 7 ' ) arranged sensor and / or detector element (SE S , SE) from the entrance of the defect site ( 7 . 7 ' ) is generated in the beam or focus waist (2w0) until leaving the beam or focus waist (2w0). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so aufgebaut ist, dass die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) mit zumindest 60%, vorzugsweise zumindest 70%, 80%, 90% und vorzugsweise mit 100% ihrer maximalen Bandbreite ausgelesen werden.Apparatus according to claim 1, characterized in that the device is constructed so that the sensor or detector elements (SE S , SE) with at least 60%, preferably at least 70%, 80%, 90% and preferably with 100% of their maximum bandwidth be read out. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zu einem Sensor- oder Detektorelement (SES, SE) vorgesehene zumindest eine weitere Sensor- oder Detektorelement (SES, SE) unmittelbar benachbart angeordnet ist.Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the at least one further sensor or detector element (SE S , SE) provided for a sensor or detector element (SE S , SE) is arranged directly adjacent. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung und die zugehörige Messanordnung und/oder die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) zur Detektion von Defektstellen (7, 7') so ausgebildet sind, dass die Strahl- oder Fokustaille (2w0) des Lichtstrahls des durch die zumindest eine Lichtquelle (L, L1) am Ort des Sensor- oder Detektorelements (SES, SE) abgebildeten Strahl- oder Fokustaille (2w0) des Lichtstrahls durch das entsprechende Sensor- oder Detektorelement (SES, SE) messbar ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the device and the associated measuring arrangement and / or the sensor or detector elements (SE S , SE) for the detection of defects ( 7 . 7 ' ) are formed such that the beam or focus waist (2w0) of the light beam of the beam or focus waist (2w0) of the light beam imaged by the at least one light source (L, L1) at the location of the sensor or detector element (SE S , SE) by the corresponding sensor or detector element (SE S , SE) is measurable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den für die Messung einer Defektstelle (7, 7') vorgesehenen Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) eine Blendeneinrichtung zugeordnet ist, die bezüglich der Blendenöffnung oder -weite so ausgelegt ist, dass über die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) die maximale Strahl- oder Fokustaille (2w0) des empfangenen Lichtstrahls messbar ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the measurement of a defect ( 7 . 7 ' ) sensor or detector elements (SE S , SE) is assigned a diaphragm device which is designed with respect to the aperture or aperture so that the maximum beam or focus waist (2w0) via the sensor or detector elements (SE S , SE) the received light beam is measurable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle (L, L1) sowie die zugehörige Übertragungs- und/oder Messeinrichtung zur Erfassung des von der zumindest einen Lichtquelle (L, L1) ausgestrahlten Lichtstrahls relativ zu dem zu untersuchenden Objekt (1) in einer Bewegungsrichtung (MD) mit einer relativen Objektgeschwindigkeit (v) verfahrbar ist, und dass die zur Messung der Untergrund- und/oder Streustrahlung vorgesehene Detektor- und/oder Sensorelemente (SES, SE) in Bewegungsrichtung (MD) den Detektor- und/oder Sensorelementen (SES, SE) vor- oder nachgelagert sind, die zur Messung einer Defektstelle (7) vorgesehen sind.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one light source (L, L1) and the associated transmission and / or measuring device for detecting the at least one light source (L, L1) emitted light beam relative to the examining object ( 1 ) is movable in a direction of movement (MD) with a relative object speed (v), and that the detector and / or sensor elements (SE S , SE) provided for measuring the background and / or scattered radiation in the direction of movement (MD) and / or sensor elements (SE S , SE) upstream or downstream, which are used to measure a defect location ( 7 ) are provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- oder Detektionseinrichtung oder die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) zur Detektion von Defektstellen (7, 7') zumindest zwei in Bewegungsrichtung (MD) versetzt zueinander liegende und quer oder senkrecht dazu in Querrichtung (TD) verlaufende Messbereiche oder Messreihen (n, m) umfasst.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor or detection device or the sensor or detector elements (SE S , SE) for the detection of defects ( 7 . 7 ' ) comprises at least two in the direction of movement (MD) offset from each other and transverse or perpendicular thereto in the transverse direction (TD) extending measuring ranges or series of measurements (n, m). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden in Querrichtung (TD) quer oder senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung (MD) verlaufenden Messbereiche zwei getrennte Lichtquellen (L, L1) umfassen, vorzugsweise in Form von zwei Laseranordnungen.Apparatus according to claim 7, characterized in that the two transversely extending (TD) transverse or perpendicular to the relative direction of movement (MD) extending measuring ranges comprise two separate light sources (L, L1), preferably in the form of two laser arrays. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest beiden Messbereiche lediglich eine Laseranordnung als Lichtquelle (L, L1) umfassen, wobei ferner in dem Strahlungsweg des von der zumindest einen Lichtquelle (L, L1) ausgestrahlten Lichtstrahls ein Strahlungsteiler angeordnet ist, wodurch zwei in Bewegungsrichtung (MD) versetzt zueinander liegende Detektionsbereiche oder -linien erzeugbar sind.Apparatus according to claim 7, characterized in that the at least two measuring areas comprise only one laser arrangement as a light source (L, L1), wherein further in the radiation path of the at least one light source (L, L1) emitted light beam, a radiation divider is arranged, whereby two in the direction of movement (MD) mutually offset detection areas or lines can be generated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) bezogen auf ihre Gesamtgröße eine kleinere aktive Fläche aufweisen, wobei die in einer Reihe (n) Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) zu den in einer anderen vorzugsweise benachbarten Reihe (m) angeordneten Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) in Querrichtung (TD) versetzt zueinander liegen, vorzugsweise um das halbe Maß der Quererstreckungsbreite der Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE), und zwar derart, dass sich die aktiven Flächen der Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) in Querrichtung (TD) überlappen.Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that for the sensor or detector elements (SE S , SE) based on their overall size have a smaller active area, wherein in a series (n) sensor or detector elements (SE S , SE) are arranged offset to one another in the transverse direction (TD) relative to the sensor or detector elements (SE S , SE) arranged in another preferably adjacent row (m), preferably by half the dimension of the transverse extension width of the sensor or detector elements (SE S , SE), in such a way that the active areas of the sensor or detector elements (SE S , SE) overlap in the transverse direction (TD). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die zumindest eine Lichtquelle (L, L1) ein Linienlaser vorgesehen ist, der einen aufgefächerten Lichtstrahl in einer Ebne erzeugt, die quer und insbesondere senkrecht zu dem mit einer relativen Objektgeschwindigkeit (v) bewegten Objekt (1) verläuft.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that for the at least one light source (L, L1), a line laser is provided which generates a fanned light beam in a plane which transversely and in particular perpendicular to the relative object speed (v ) moving object ( 1 ) runs. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (L, L1) vorzugsweise ein Laser oder ein Linienlaser vorgesehen ist, dessen Strahl- oder Fokustaille (2w0) eine Größe aufweist, die kleiner ist als die jeweilige Ausdehnung der aktiven Fläche des Sensor- oder Detektorelementes (SES, SE).Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that as the light source (L, L1) preferably a laser or a line laser is provided, the beam or Fokustaille (2w0) has a size which is smaller than the respective extent of the active Surface of the sensor or detector element (SE S , SE). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Lichtfalle zur Reduzierung des Untergrund- und/oder Streustrahlung vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that there is further provided a light trap for reducing the background and / or scattered radiation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Objekt-Stabilisierungseinrichtung vorgesehen ist, durch die das Objekt (1) mit seiner Objektgeschwindigkeit (v) hindurch bewegt wird, worüber eine Positionsveränderung quer und insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung (MD) des Objekts (1) unterbunden ist.Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that an object stabilization device is provided, through which the object ( 1 ) is moved with its object speed (v), about which a change in position transversely and in particular perpendicular to the direction of movement (MD) of the object ( 1 ) is prevented. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der optischen Eigenschaften des zu untersuchenden Objektes (1) Kanten- oder Bandpassfilter, Polarisationseinrichtungen vorgesehen sind.Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that depending on the optical properties of the object to be examined ( 1 ) Edge or bandpass filters, polarization devices are provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) eine größere Längserstreckung als Quererstreckung haben, und dass diese Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) bezogen auf die relative Bewegungsrichtung (MD) des Objekts (1) in einem Winkel größer als 0° und kleiner als 90° ausgerichtet sind, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 10° bis 80°, 20° bis 70°, 30° bis 60°, 40° bis 50° und insbesondere um 45°, und dass die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) so angeordnet sind, dass sich deren aktive Fläche in Querrichtung TD überlappen.Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the sensor or detector elements (SE S , SE) have a greater longitudinal extent than transverse extent, and that these sensor or detector elements (SE S , SE) relative to the relative direction of movement ( MD) of the object ( 1 ) are oriented at an angle greater than 0 ° and less than 90 °, preferably at an angle between 10 ° to 80 °, 20 ° to 70 °, 30 ° to 60 °, 40 ° to 50 ° and in particular by 45 °, and that the sensor or detector elements (SE S , SE) are arranged so that their active area overlap in the transverse direction TD. Vorrichtung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) diskrete Sensoren umfassen, insbesondere PIN-Photodioden, CIS-Sensoren, CMOS-Sensoren, Arrays oder CCD-Kameras.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor or detector elements (SE S , SE) comprise discrete sensors, in particular PIN photodiodes, CIS sensors, CMOS sensors, arrays or CCD cameras. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) positionsempfindliche Fotoelemente (PSD) insbesondere mit einer Multikanal-Auflösung umfassen.Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the sensor or detector elements (SE S , SE) comprise position-sensitive photo elements (PSD), in particular with a multi-channel resolution. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinrichtung (AE) so ausgebildet ist, dass darüber die Daten der Sensor- oder Detektorelemente (SES, SE) im Parallelbetrieb verarbeit- und auswertbar sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic evaluation device (AE) is designed so that above the data of the sensor or detector elements (SE S , SE) are processed and evaluated in parallel operation.
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