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Vorrichtung zur Abtastung von durchlaufendem Gut Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Abtastung von durchlaufendem Gut, bei welcher das Gut beleuchtet
und durch das durchgelassene oder reflektierte Licht einer oder mehrerer lichtelektrischer
Empfänger beaufschlagt wird.
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Es kann sich dabei vorzugsweise um eine Vorrichtung handeln, durch
welche Fehler in durchlaufenden Materialbahnen (Papier, Blech usw.) festgestellt
werden können. Das kann im Auflicht oder im Durchlicht geschehen. Die Erfindung
kann aber auch bei photoelektrisch arbeitenden Planimetriervorrichtungen angewandt
werden, bei denen unregelmäßig geformtes Gut (Leder) mit gleichförmiger Geschwindigkeit
unter der Abtastvorrichtung hindurchgefördert wird. Speziell betrifft die Erfindung
eine Lichtempfangseinrichtung für solche Abtastvorrichtungen. Es sind Vorrichtungen
der vorliegenden Art zur Fehlerabtastung bekannt, bei denen ein Lichtpunkt periodisch
über das abzutastende Gut quer zu dessen Laufrichtung hinwegstreicht. Eine oder
mehrere Photozellen od. dgl. erfassen das gesamte von der Materialbahn reflektierte
Licht. Diese Anordnung ist sehr empfindlich gegen Fremdlicht. Bei breiten Materialbahnen
ändert sich der auf eine solche Photozelle treffende reflektierte Lichtstrom schon
aus geometrischen Gründen während der Wanderung des Lichtpunktes über die Materialbahn.
Man muß dann mehrere Photozellen oder sonstige photoelektrische Empfänger so anordnen,
daß die Summe der Lichtströme auf die Empfänger bei der Bewegung des Lichtpunktes
im wesentlichen konstant bleibt. Nichtsdestoweniger erhält man jedoch einen relativ
hohen Störpegel, so daß die bekannten Anordnungen auf kleine Fehler in dem abgetasteten
Gut nicht ansprechen können.
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Man könnte versuchen, umgekehrt die gesamte bewegte Materialbahn gleichmäßig
auszuleuchten und über bewegliche optische Glieder zeilenweise mittels eines geeigneten
photoelektrischen Empfängers abzutasten. Hier ist das Problem, die Materialbahn
hinreichend gleichmäßig auszuleuchten. Außerdem wird in den vom Empfänger erfaßten
Raumwinkel nur sehr wenig Licht reflektiert, so daß eine hohe Beleuchtungsstärke
erforderlich wäre, um überhaupt ausreichende Signale an dem Empfänger zu erhalten.
Aus diesem Grund hat man zur zeilenweisen Abtastung von Material einen Autokollimationsstrahlengang
vorgesehen. Es wird ein Lichtpunkt erzeugt, der periodisch über die abzutastende
Materialbahn wandert. Mit der gleichen Optik erfolgt eine Beobachtung dieses Lichtpunktes
durch einen photoelektrischen Empfänger. Auf diese Weise erhält man eine hohe Beleuchtungsstärke,
weil der gesamte Lichtstrom des Beleuchtungsbündels auf einen kleinen Fleck konzentriert
wird. Der Beobachtungsstrahlengang wandert aber mit dem Lichtpunkt mit, so daß der
Lichtpunkt stets in der Einfallsrichtung oder annähernd der Einfallsrichtung beobachtet
wird. Die Probleme der eingangs geschilderten Anordnung, daß sich der Lichtstrom
am Empfänger schon aus geometrischen Gründen bei der Wanderung des Lichtpunktes
verändert, treten hier nicht auf.
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Diese bekannte Anordnung ist jedoch nur bei der Abtastung im Auflicht
zu gebrauchen. Man kann sie nicht zur Durchleuchtung von Materialbahnen verwenden,
beispielsweise um Löcher in Blechen oder Folien festzustellen. Wollte man dieses
Prinzip bei der Durchlichtabtastung anwenden, so müßte auch auf der Seite des durchtretenden
Lichtes eine komplizierte Spiegelradanordnung vorgesehen werden, die in Koinzidenz
mit einer Spiegelradanordnung auf der Seite des eintretenden Lichtes liegt.
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Die optische Weglänge des Abtaststrahlenganges muß aus geometrischen
Gründen größer sein als die Abmessungen des abzutastenden Gutes. Der Strahlengang
muß nämlich von der Beleuchtungslichtquelle über die beweglichen optischen Glieder
abwechselnd zu dem einen und dem anderen Ende des abzutastenden Gutes geführt werden.
Bei der Abtastung breiter Bahnen ergeben sich daher entsprechend lange optische
Wege. über diese langen optischen Wege hinweg müssen aber auch die Lichtströme beobachtet
werden, die von der abgetasteten Bahn reflektiert werden. Die Reflexion erfolgt
dabei im allgemeinen diffus gleichmäßig nach allen Seiten, und um ein hinreichendes
Signal am Empfänger zu erhalten, muß man suchen, das reflektierte Licht in einem
möglichst großen Raumwinkel zu erfassen und so ausreichend große Lichtströme auf
den Empfänger zu leiten. Das
bedingt große Abmessungen der Empfangsoptik
oder als Feldlinse arbeitende optische Glieder in der Nähe des abzutastenden Gutes.
Es ist außerdem eine hohe Präzision in der gegenseitigen Anordnung der optischen
Glieder erforderlich.
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Es sind ferner Anordnungen bekannt, bei denen eine Vielzahl von Empfängern
vorgesehen ist; die quer über die abzutastende Bahn angeordnet -sind und jeder einen
Punkt -bzw. einen Streifen der abzutastenden Bahn erfaßt. Diese Anordnung ist aufwendig
und garantiert keine kontinuierliche Abtastung der Bahn, wie das bei dem ersterwähnten
Verfahren bei hinreichend hoher Abtastfrequenz der Fall ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch vorteilhafte Ausbildung
der Empfängereinrichtung eine Abtastvorrichtung zu schaffen, welche gleichermaßen
im Auflicht und im Durchlicht arbeiten kann, einfach im Aufbau ist und das längs
einer Linie von dem abzutastenden Gut ausgehende Licht aus einem großen Raumwinkel
auf einen oder mehrere Empfänger leitet.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in Lichtrichtung hinter
der abgetasteten Bahn senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bahn ein stabförmiger
Lichtleiter mit mindestens einem Empfänger an einer Stirnfläche des Lichtleiters
angeordnet ist und daß zur Fortleitung des Lichts von der Auftreffstelle des Lichtbündels
auf den Lichtleiter zum Empfänger eine der folgenden Anordnungen gewählt ist: a)
der stabförmige Lichtleiter ist mit Ausnahme der Eintrittsöffnung innen verspiegelt
(Fig. 1); b) der stabförmige Lichtleiter weist einen von der Kreisform abweichenden
Querschnitt an der Eintrittsstelle des Lichtbündels auf, derart, daß an der Wandung
des Lichtleiters Totalreflexion erfolgt (F i g. 2 und 3); c) längs der ganzen Länge
des Lichtleiters ist fluoreszierendes Material vorgesehen, wobei in den Fällen a)
und b) das in den Lichtleiter einfallende Lichtbündel eine Komponente in Längsrichtung
des Stabes besitzt.
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Man erhält auf diese Weise eine sehr einfache und raumsparende Lichtempfangseinrichtung,
die sowohl im Auflicht- als auch im Durchlichtbetrieb verwendet werden kann. Die
Lichtempfangseinrichtung kann dicht über oder unter der abzutastenden Bahn 0d. dgl.
angeordnet werden und einen relativ großen Raumwinkel erfassen. Die auf den photoelektrischen
Empfänger fallende Lichtenergie ist praktisch unabhängig davon, wo längs der abgetasteten
Linie das Licht in den lichtleitenden Stab eintritt, da es in dem lichtleitenden
Stab weitgehend verlustfrei auf den Empfänger geleitet wird. Es treten also nicht
die geschilderten Probleme auf, die sich ergeben, wenn die photoelektrischen Empfänger
über oder unter der abgetasteten Bahn angeordnet und direkt von dem reflektierten
oder durchtretenden Licht beaufschlagt sind.
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Nachdem einmal die drei unter a) bis c) aufgeführten Möglichkeiten
genannt sind, wie das Licht von der Auftreffstelle auf den lichtleitenden Stab zum
Empfänger geleitet wird, ist es für den Fachmann naheliegend, zu weiteren Anordnungen
zu gelangen, mit denen im wesentlichen die gleiche Wirkung erzielt wird. Einige
Ausfühiungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden
beschrieben.
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F i g. 1 zeigt einen.. bei der Erfindung verwandten Lichtleitstab,
bestehend aus einem Glasrohr mit einer Innenverspiegelung; F i g. 2 zeigt eine erste
Ausführungsform eines Lichtleitstabes, der von einem im wesentlichen zylindrischen
massiven Glaskörper gebildet wird und das Licht totalreflektierend leitet; F i g.
3 zeigt eine andere Ausführungsform mit einem massiven Lichtleitstab; F i g. 4 zeigt
eine Ausführungsform, bei welchem das auf den photoelektrischen Empfänger geleitete
Licht durch Fluoreszenz erzeugt wird; F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform
mit fluoreszierendem Lichtleitstabmaterial; F i g. 6 zeigt schematisch im Seitenriß
und F i g. 7 im Grundriß eine nach der Erfindung aufgebaute Abtastvorrichtung, welche
eine Fehlerkontrolle einer Materialbahn sowohl im Auflicht als auch gleichzeitig
im Durchlicht gestattet.
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In F i g. 1 ist mit 11 eine Materialbahn bezeichnet, die beispielsweise
auf Löcher untersucht werden soll. Die Bahn 11 wird in Richtung des Pfeiles 12 an
der Abtastvorrichtung vorbeibewegt. Sie wird in der dargestellten Weise längs einer
Linie 13 senkrecht zur Laufrichtung beleuchtet. Die Linie 13 kann ganz ausgeleuchtet
werden. Es kann aber auch durch eines der in F i g. 8 bis 10 dargestellten noch
zu beschreibenden Mittel ein Lichtpunkt periodisch längs dieser Linie bewegt werden.
Das hängt von der jeweils vorliegenden Aufgabenstellung und den gegebenen optischen
Verhältnissen ab. Das durch die Bahn hindurchtretende Licht fällt auf eine Glasröhre
14, die sich parallel zu der abgetasteten und ausgeleuchteten Linie 13 erstreckt
und an ihrer Innenwandung eine gute Verspiegelung 15 aufweist, die nur durch einen
längsverlaufenden Eintrittsspalt 16
unterbrochen wird.
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Durch diesen Spalt 16 gelangt das durch die Bahn 11 etwa hindurchtretende
Licht (bei Vorhandensein von Löchern) in das Rohr 14 und wird von der Verspiegelung
längs des Rohres auf Empfänger geleitet, die an den Stirnflächen des Rohres vorgesehen
sind. Diese Empfänger liefern ein entsprechendes Signal.
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Bei der Anordnung nach F i g. 2 wird die Totalreflexion zur Lichtleitung
ausgenutzt. Zu diesem Zweck wird ein massiver Lichtleitstab 17 aus einem Material
mit hohem Brechungsindex vorgesehen, der zylindrische Grundform besitzt. Er weist
eine Längsnut 18 von dreieckigem Querschnitt auf. Diese Längsnut gestattet es, daß
das Licht von der abzutastenden Bahn od. dgl. derart in den Lichtleitstab eintreten
kann, daß es beim Auftreffen auf die Grenzfläche unter dem Winkel E totalreflektiert
wird.
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Bei F i g. 3 ist statt der Längsnut eine Längswulst 19 von kreisförmigem
Querschnitt vorgesehen. Der Lichtleitstab 20 mit der Wulst 19 sind so zu der abzutastenden
Bahn 21 angeordnet, daß das von der Abtastlinie 22 ausgehende Lichtbündel durch
die Wulst 19 parallel gerichtet und unter einem Winkel auf die Grenzfläche des Stabes
20 geleitet wird, bei dem Totalreflexion erfolgt.
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F i g. 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Fluoreszenz des Materials
ausgenutzt wird. Ein massiver Lichtleitstab 21 aus klarem, nicht fluoreszierendem
Material weist eine Längsnut von etwa halbkreisförmigem
Querschnitt
auf. In dieser Nut sitzt ein passend zylindrischer Stab 22 aus fluoreszierendem
Material. Wenn der Stab an einer Stelle von einem Lichtbünde123 getroffen wird,
emittiert das Material dort durch Fluoreszenz Licht, und zwar wie dargestellt nach
allen Seiten. Der größte Teil der Strahlung wird durch Totalreflexion in dem Stab
21 zu den an den Enden des Stabes 21 angeordneten, nicht dargestellten photoelektrischen
Empfängern geleitet.
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F i g. 5 zeigt einen Lichtleitstab, welcher von einem Glasrohr 24
gebildet wird, das mit einer durchsichtigen fluoreszierenden Flüssigkeit gefüllt
ist. Ein auf das Rohr fallender Lichtstrahl 25 regt diese Flüssigkeit zu Fluoreszenz
an, und die dabei nach allen Richtungen emittierten Strahlen werden zum überwiegenden
Teil durch Totalreflexion zu den Stirnseiten des Lichtleitstabes geleitet und fallen
dort auf photoelektrische Empfänger.
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F i g. 6 und 7 zeigen eine Anordnung mit zwei Lichtleitstäben
26,27 der in F i g. 3 dargestellten Art, durch welche eine durchlaufende
Materialbahn 28 gleichzeitig sowohl im Durchlicht als auch im Ruflicht (reflektierten
Licht) auf Fehler untersucht wird. Die Beleuchtung der Bahn längs einer Abtastlinie
erfolgt mittels einer Leuchtstofflampe 29, die sich parallel zu den Lichtleitstäben
26 und 27 über die gesamte Breite der abzutastenden Bahn erstreckt. Der Lichtleitstab
26 ist auf der gleichen Seite der Bahn 28 angeordnet wie die Lampe 29 und erfaßt
das reflektierte Licht. Der Lichtleitstab 27 ist auf der anderen Seite der Bahn
28 angeordnet und erfaßt das durchtretende Licht und leitet es auf einen photoelektrischen
Empfänger 30. Der Empfänger 30 gibt beispielsweise beim Erscheinen eines Loches
31 (F i g. 7) in der Bahn 28 einen Impuls.
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Es kann an jedem Ende des Lichtleitstabes ein photoelektrischer Empfänger
angeordnet sein. Es kann aber auch nur an einem Ende des Lichtleitstabes ein Empfänger
sitzen und an dem anderen Ende ein Spiegel.