DE1251981B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

GOln

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

Deutsche Kl.:

Nummer: 1 251 981

Aktenzeichen: L 41673IX b/42 k Anmeldetag: 3. März 1961 Auslegetag: 12. Oktober 1967

Es sind Vorrichtungen zur fotoelektrischen Oberflächenabtastung von bewegten Materialbahnen auf Oberflächenfehler bekannt, bei denen die zu prüfende Oberfläche mit einem Lichtstrahl zellenförmig über die Bahnbreite quer zur Laufrichtung der Materialbahn abgetastet wird. Von der Oberfläche aus wird der Lichtstrahl in mindestens einen fotoelektrischen Empfänger reflektiert. Beim Uberfahren von Oberflächenfehlern, z. B. von Flecken, Falten, Löchern, Rissen, bzw. von sichtbaren Fremdkörpereinflüssen ändert sich der reflektierte Lichtstrom, so daß im fotoelektrischen Empfänger elektrische Fehlersignale entstehen. Diese Fehlersignale werden in einer nachgeschalteten elektronischen Steuereinrichtung verarbeitet, die je nach Einstellung entscheidet, wann eine Oberfläche als gut zu bezeichnen ist oder ob die entsprechende Fläche aussortiert werden muß. Mit dem betreffenden Ausgangssignal kann z. B. auch die Steuerung von Scheren, Zählgeräten oder Anzeigeinstrumenten usw. durchgeführt werden.

Bei obiger Abtastung von Bogen (Abschnitten) bzw. von Bahnen, die z. B. nach einer aufgedruckten Marke zerschnitten werden sollen, die also quasi auch aus einzelnen Abschnitten bestehen, können jedoch bezüglich der Zuordnung von Fehlersignal und Fehlerort auf dem abgetasteten Abschnitt Schwierigkeiten auftreten. Solange der Lichtstrahl senkrecht zur Bewegungsrichtung der durchlaufenden Abschnitte bewegt wird, ist die Zuordnung eindeutig. Wandert jedoch der Lichtstrahl schräg zur Bewegungsrichtung, so kann der Lichtstrahl während seiner Abtastung über eine Objektbreite je nach Länge der Abschnitte zwei bzw. mehrere Abschnitte abtasten. Die eindeutige Zuordnung der Fehlerimpulse zu den abgetasteten Abschnitten, d. h. die Feststellung, in welchem der bei einer Breitenabtastung Überfallenen Abschnitte der Fehler liegt, ist daher ohne weiteres nicht mehr möglich. Die schräge zeilenweise Abtastung ist dabei insbesondere notwendig, wenn die Materialien zur sicheren Erfassung von Falten, die sich in beliebiger Richtung auf dem Material befinden können, mit zwei Lichtstrahlen zellenförmig abgetastet werden, wobei sich die Abtastrichtungen unter ,einem bestimmten Winkel schneiden. ■' Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet auch beim schrägen, zeilenweisen Abtasten einer in aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilten Bahn (Bogen) bzw. später zu unterteilenden Materialbahn eine eindeutige Festlegung des Fehlerortes. Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß sowohl die Länge jeweils eines Abschnittes als auch der von dem abtastenden Lichtstrahl auf der Bahn beschrie-Einrichtung zur Festlegung des Fehlerortes auf
einer bewegten und schräg zur
Bewegungsrichtung fotoelektrisch abgetasteten
Materialbahn

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt: Dipl.-Ing. Felix Lentze, Darmstadt

bene Weg durch an sich bekannte Geber analog in elektrische Größen abgebildet werden, die summiert

ao auf den Eingang einer mit einer Ansprechschwelle versehenen Einrichtung geschaltet sind und deren Werte derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Summe gerade dann die Ansprechschwelle erreicht und die betreffende Einrichtung umschaltet, wenn der einen Abschnitt abtastende Lichtstrahl einen folgenden Abschnitt erfaßt.

An Stelle der analogen Abbildung der Lage kann die Einrichtung nach der Erfindung auch mit digitaler Wegabbildung arbeiten, indem sowohl die Länge jeweils eines Abschnittes als auch der von dem abtastenden Lichtstrahl auf der Bahn beschriebene Weg durch an sich bekannte Digitalgeber in eine jeweils von einem Zähler erfaßte Zahl von Impulsen abgebildet werden, die derart aufeinander abgestimmt sind, daß eine z. B. ein Kippverhalten aufweisende, bezüglich des Schaltzustandes von der Anzeige beider Zähler abhängige Einrichtung gerade dann von den Zählern umgeschaltet wird, wenn der einen bestimmten Abschnitt abtastende Lichtstrahl einen folgenden

Abschnitt erfaßt.

An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher beschrieben. Als Ausführungsbeispiel ist dabei die Oberflächenabtastung einer ablaufenden Materialbahn gewählt, die durch einen Querschneider zerteilt wird. Für die schräge, zeilenweise Abtastung ist das bereits erwähnte Beispiel dargestellt, bei dem zwei Lichtstrahlen unter sich schneidenden Richtungen die Bahn abtasten.

In Fig. 1 ist eine Materialbahn 1, z.B. eine Papierbahn, dargestellt, die sich mit der Geschwindigkeit ν in Pfeilrichtung bewegen soll. Diese Bahn soll

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durch fotoelektrische Oberflächenabtastung auf Oberflächenfehler, insbesondere auf Falten untersucht werden. Dazu wird die Materialbahn 1 gemäß einem Beispiel auf der Oberseite mit einem Lichtstrahl I und vorzugsweise auf der Unterseite mit einem Lichtstrahl II abgetastet. Zur Erzeugung der die Bahn abtastenden Lichtstrahlen kann mit Vorteil die einleitend beschriebene bekannte Einrichtung dienen. Grundsätzlich können, gegebenenfalls unter Anpassung an die neuen Bedingungen, an sich alle bekannten Abtasteinrichtungen mit zeilenweiser Abtastung verwendet werden.

Die Abtastrichtungen stehen in obigem Beispiel aufeinander senkrecht. Der Winkel kann auch von 90° abweichen. Er kann auch z. B. 70° od. dgl. betragen. Die Größe hängt davon ab, in welchem Bereich eine Abtasteinrichtung noch Falten erfaßt.

Bei einer derartigen beispielsweise dargestellten Abtastung verlaufen die Abtastlinien schräg zur Bahnbewegungsrichtung. Dadurch bereitet die Festlegung des Fehlerortes Schwierigkeiten, wenn gemäß F i g. 2 die sich in Pfeilrichtung bewegende Bahn 1 aus mehreren Abschnitten 1', 1" usw. besteht, die gegebenenfalls später zerschnitten werden sollen. In F i g. 2 sind weiterhin vier Stellungen des oberseitigen Lichtstrahles I bzw. des von dem Lichtstrahl auf der Materialbahn beschriebenen Weges relativ zu den Abschnitten der Materialbahn 1 dargestellt. Für den unterseitigen Lichtstrahl II gilt Entsprechendes. In der Anfangsstellung soll z. B. der Lichtstrahl den Weg Γ auf der Bahn beschreiben. Bewegt sich nun die Bahn unter der Abtasteinrichtung hindurch, so nimmt der Lichtweg relativ zu den Abschnitten nacheinander die Stellung I" bis I^tv ein. Bei der Abtastung einer derartig unterteilten Bahn kann es vorkommen, daß der Lichtstrahl zwei bzw. mehrere Abschnitte bei einem Überfahren der Materialbahnbreite abtastet. Nach dem Beispiel in F i g. 2 tastet der Lichtstrahl z. B. in der Stellung hinter I^itt zwei Abschnitte bei einer Abtastung ab. Tritt nunmehr in der fotoelektrischen Empfangseinrichtung ein Fehlersignal auf, so muß die Einrichtung wissen, liegt der Fehler im Abschnitt 1' oder im Abschnitt 1". Zur eindeutigen Zuordnung zwischen Fehlersignal und Abschnitt kann man erfindungsgemäß einmal jeweils die Länge eines Abschnittes z. B. in eine Spannung U_b analog umsetzen, die, wie z.B. in Fig. 2 a dargestellt, zum Zeitpunkt der Abtastung am linken unteren Rand (Start) den Wert »0« bzw. einen konstanten Anfangswert besitzt und linear in Abhängigkeit von der Länge des durchlaufenden Abschnittes bis zum Wert Λ ansteigt sowie bei Durchlauf des Abschnittendes nach der Zeit t_E, d. h., wenn der Lichtstrahl die Stellung I^iv einnimmt, auf »0« bzw. auf den konstanten Wert zurückspringt und dann von neuem ansteigt. Diesen Spannungsverlauf kann man z. B. durch Mitlauf eines Potentiometers od. dgl. mit einer Transportrolle der Bahn erhalten.

Zum anderen wird der von dem abtastenden Lichtstrahl auf der Bahn beschriebene Weg ebenfalls z. B. in eine Spannung U_st abgebildet. Bewegt sich der Lichtstrahl von links nach rechts, so soll die Spannung z. B. von »0« bzw. von einem konstanten Wert aus (Strahl an der linken Kante) bis zu einem Wert B (Strahl an der rechten Kante) ansteigen und bei der Bewegung von rechts nach links von dem Wert B auf den Wert »0« bzw. auf den konstanten Wert zurücksehen.

Dieser Spannungsanstieg erfolgt infolge der gegenüber der Bahngeschwindigkeit wesentlich größeren Abtastgeschwindigkeit des Strahles erheblich schneller als der Anstieg der Spannung U_B. Die Erzeugung der der Lichtpunktbewegung analogen Spannung kann z. B. durch einen Kippspannungsoszillator erfolgen, der gegebenenfalls von der Lichtstrahlbewegung synchronisiert wird.

Die beiden Wegen entsprechenden Spannungen

ίο werden summiert und auf den Eingang einer bei einer Spannung U_a ansprechenden Einrichtung, z. B. auf einen Trigger, gegeben. Den Wert A wählt man z. B. so, daß er unmittelbar unterhalb der Ansprechschwelle liegt; gegebenenfalls sieht man einen kleinen Toleranzbereich vor. Man kann zu diesem Zweck zwei Trigger mit sehr engbenachbarten Ansprechschwellen vorsehen. Tritt der Fehlerimpuls auf, wenn der Trigger mit der kleineren Ansprechspannung angesprochen hat, der andere jedoch noch nicht, so sortiert man im Zweifel beide Abschnitte aus. Haben beide Trigger angesprochen, dann liegt der Fehler eindeutig im folgenden Abschnitt. Den von der Abschnittlänge abhängigen Maximalwert B der der Lichtbewegung analogen Spannung U_st wählt man vorzugsweise so, daß der Momentanwert der Spannungssumme gerade dann die Ansprechspannung U_a des Triggers erreicht, wenn der Lichtstrahl in einen folgenden Abschnitt übergreift, d. h. gemäß F i g. 2 bei der Stellung I¹¹ nach der Zeit t'. Liegt somit der Lichtweg zwischen den Extremen I¹ und I¹¹, so wird der Trigger bei der Abtastbewegung nicht ansprechen. Liegt dagegen der Lichtweg zwischen den Extremen Iⁿ bis I^iv, so wird der Trigger bei der Abtastbewegung ansprechen, und zwar — betrachtet bei einer Abtastbewegung von links nach rechts — nach um so kleineren Abtastwegen, je größer die durchgelaufene Bogenlänge ist. Tritt bei der Abtastung einer Bahnbreite ein Fehlerimpuls am Ausgang der fotoelektrischen Einrichtung auf, so kann man somit unter Berücksichtigung des Schaltzustandes des Triggers mit Vorteil eindeutig erkennen, welchem Abschnitt der Fehler zuzuordnen ist. Hat z. B. der Trigger bereits angesprochen, wenn der Fehlerimpuls auftritt, so liegt der Fehler eindeutig im Abschnitt 1'.

Tastet der Strahl bei einer Abtastung über die Bahnbreite mehr als zwei Abschnitte ab, so kann man mehrere Trigger mit abgestuften Ansprechschwellen vorsehen. Uberfährt der Lichtstrahl z. B. bei einer Abtastung drei Abschnitte, so kann man einen zweiten Trigger vorsehen, dessen Ansprechschwelle so abgestimmt ist, daß diese von der Summenspannung gerade erreicht wird, wenn der Lichtstrahl in den dritten Abschnitt übergreift.

Die Abbildung der Strecken ist nicht auf Spannun-

gen beschränkt. Grundsätzlich können die Strecken auch in andere technisch-physikalische Größen, insbesondere in andere elektrische Größen, z. B. in eine Phasenverschiebung od. dgl., abgebildet werden. Die Abbildung kann somit ganz allgemein analog vorgenommen werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Wege auch digital erfaßt werden. Die Abschnittlänge wird durch eine Summe von Impulsen dargestellt, die mit der Größe der durchgelaufenen Länge anwächst bis zu einem Maximalwert, um dann auf Null bzw. auf einen konstanten Anfangswert zurückzuspringen. Zur Erfassung dieser Impulse ist ein Zähler ZI, vorzugsweise ein elektronischer Zähler,

Claims (2)

vorgesehen. Der Zähler beginnt von Null oder von einer voreingestellten Zahl ab zu zählen und fällt nach Erreichen des vorgewählten Maximalwertes auf Null bzw. auf die voreingestellte Zahl zurück. Die Abschnittimpulse werden z. B. durch einen mit einer Transportwelle der Bahn gekuppelten, z. B. induktiv (Zahnscheibe), fotoelektrisch, kapazitiv od. dgl. ausgebildeten Impulsgeber erzeugt. Weiterhin wird der Lichtweg auf der Bahn in eine Summe von Impulsen abgebildet, die z. B. anwächst, wenn der Strahl von links nach rechts geht, und wieder abnimmt, wenn der Strahl von rechts nach links zurückwandert. Zur Erfassung dieser Impulse ist ein Zähler Z 2 vorgesehen. Da im allgemeinen der abtastende Lichtstrahl mittels eines umlaufenden vielflächigen Spiegels od. dgl. über die Bahn bewegt wird, kann man zur Erzeugung der Impulse für den Lichtweg einen mit der Achse des Drehspiegels gekuppelten induktiven, fotoelektrischen, kapazitiven od. dgl. Impulsgeber vorsehen. Die Impulse kann ao man auch durch Vervielfachung der Frequenz der den Spiegelmotor antreibenden Wechselspannung, die vorzugsweise etwa 200 Hz beträgt, erhalten. In Umkehrung dieses Gedankens kann man die Zählimpulse vorgeben, z. B. bis auf 200 Hz untersetzen und damit den Spiegelmotor antreiben. Es ist auch denkbar, mittels eines Oszillators die Zählimpulse vorzugeben und auf die Spiegelfrequenz zu untersetzen; man vergleicht sie mit der Antriebsfrequenz des Spiegels und steuert in Abhängigkeit von der Differenz den Oszillator nach. Man kann eine z. B. aus logischen Elementen aufgebaute Addierschaltung vorsehen, die beide Zählergebnisse addiert und die eine Einrichtung, z. B. einen Trigger, bei der Summe zum Ansprechen bringt, die erreicht wird, wenn der Lichtstrahl auf dem Weg I" gelaufen ist, also gerade den folgenden Abschnitt abzutasten beginnt. Wird die Zählersumme wieder kleiner als diese kritische Summe, d. h. befindet sich der Lichtstrahl nur auf dem gerade betrachteten Abschnitt 1", so ist der Trigger wieder in seiner ursprünglichen Lage. Aus der Stellung des Triggers kann man somit ebenfalls auf die Lage der Fehlerstelle schließen. Die digitale Methode kann auch dahingehend abgewandelt werden, daß der die Abschnittimpulse erfassende Zähler Z1 auf eine bestimmte Zahl vorangestellt wird, die durch die von dem Abschnittimpuls- geber gegebenen Impulse zurückgestellt wird. Bei Koinzidenz mit der Anzeige des Zählers Z 2 wird z. B. eine Kippstufe umgeschaltet, deren Lage die Fehlerzuordnung liefert. Die Impulszahlen sind auch hier so gewählt, daß diese Koinzidenz gerade dann erfolgt, wenn der Lichtstrahl den Lichtweg I" durchlaufen hat. Der Vorteil von letzterem Verfahren ist darin zu sehen, daß eine Koinzidenz von zwei Zählerständen technisch einfacher festzustellen ist als deren Summe. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Festlegung des Fehlerortes auf einer bewegten, mittels eines Lichtstrahles zeilenweise schräg zur Bewegungsrichtung abgetasteten und in aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilten (Bogen) bzw. später zu unterteilenden Materialbahn, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Länge jeweils eines Abschnittes als auch der von dem abtastenden Lichtstrahl auf der Bahn beschriebene Weg durch an sich bekannte Geber analog in elektrische Größen abgebildet werden, die summiert auf den Eingang einer mit einer Ansprechschwelle versehenen Einrichtung geschaltet sind und deren Werte derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Summe gerade dann die Ansprechschwelle erreicht und die betreffende Einrichtung umschaltet, wenn der einen Abschnitt abtastende Lichtstrahl einen folgenden Abschnitt erfaßt.

2. Einrichtung zur Festlegung des Fehlerortes auf einer bewegten, mittels eines Lichtstrahles zeilenweise schräg zur Bewegungsrichtung abgetasteten und in aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilten (Bogen) bzw. später zu unterteilenden Materialbahn, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Länge jeweils eines Abschnittes als auch der von dem abtastenden Lichtstrahl auf der Bahn beschriebene Weg durch an sich bekannte Digitalgeber in eine jeweils von einem Zähler erfaßte Zahl von Impulsen abgebildet werden, die derart aufeinander abgestimmt sind, daß eine z. B. ein Kippverhalten aufweisende, bezüglich des Schaltzustandes von der Anzeige beider Zähler abhängige Einrichtung gerade dann von den Zählern umgeschaltet wird, wenn der einen bestimmten Abschnitt abtastende Lichtstrahl einen folgenden Abschnitt erfaßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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