DE1919879B2 - Vorrichtung zum nachweisen von oberflaechenfehlern - Google Patents

Description

)ie vorliegende Erfindung betrifft eine beispielsse durch »Iron und Steel Engineer«, November 1965, S. 99 bis 102, oder in ähnlicher Weise durch »Tappi«, Bd. 48, Nr. 11, November 1965, S. 67A bis 73 A, bekannte Vorrichtung zum Nachweisen von Fehlern auf einer Oberfläche eines abzutastenden, in seiner Längsrichtung durch eine Fördereinrichtung fortbewegten ebenen Objektes mit einer stationären Lichtquelle zum Beleuchten des Objektes, die so angeordnet ist, daß auffallende und von der Objektoberfläche reflektierte Lichtstrahlen nahezu parallel

ίο verlaufen, mit einem Drehspiegel, auf welchen die von der Objektoberfläche reflektierten Lichtstrahlen treffen und der von einem Antriebsmotor so angetrieben wird, daß er die Objektoberfläche nach einem vorgegebenen Abtastmuster abtastet und die Lichtstrahlen zu einer eine Abbildungslinse und eine Blende aufweisenden Einrichtung zum Erzeugen einer Abbildung eines Bereichs der abzutastenden Oberfläche in der Blendenebene weiterleitet, mit einer Blendenöffnung, deren Fläche die jeweilige Größe des Abtastbereichs bzw. die noch nachzuweisende Fehlergröße bestimmt und mit einer photoelektrischen Nar:hweiseinrichtung, welche das von der Abbildung eines Oberflächenbereichs herrührende, durch die Blendenöffnung hindurchtretende Licht empfängt.

Diese Vorrichtung ist besondere in Verbindung mit Inspektion;;- oder Sortierungsvorrichtungen verwendbar.

Es sind verschiedene Vorrichtungstypen entwickelt worden, die zum Nachweisen von Fehlern wie Tupfen, Flecken und Oberflächenstörungen (im folgenden allgemein als Fehler bezeichnet) Lichtnachweistechniken verwenden, wobei der von den Fehlern reflektierte Lichtbetrag von dem der umgebenden Oberfläche verschieden ist. Eine Fehlernachweisvorrichtung kann in Verbindung mit Sortierungsvorrichtungen zum Sortieren von Objekten verschiedener Gestalt verwendet werden, um jene Objekte auszusortieren, die unerwünschte Oberflächeneigenschaften haben. Eine Fehlernachweiseinrichtung kann auch zur Inspektion von Heizfäden oder Streifen aus Materialien wie Papier oder Garn oder Seilen verwendet werden.

Bekannte Nachweisvorrichtungen weisen, obwohl sie in vielen Fällen zufriedenstellend s'nd, dennoch gewisse Unzulänglichkeiten auf. Beispielsweise wird bei einem bekannten Fehlernachweisvorrichtungstyp ein Schlitz oder eine längliche öffnung verwendet, die so lang ist, wie die zu untersuchende Oberfläche breit ist und die so breit ist, wie die Breite des kleinsten nachzuweisenden Fehlers. Wenn das Objekt relativ zur Beobachtungsöffnung bewegt wird, kommt die vollständige Oberfläche in das Blickfeld der öffnung. Das Vorhandensein eines Fehlers in dem Bereich, der für die öffnung sichtbar ist, verursacht eine Anderung der Beleuchtung, die zum Erzeugen eines das Vorhandensein eines Fehlers anzeigenden Signals nachgewiesen wird. Wenn die Oberfläche groß ist und die Fehler relativ klein, dann wird ein Schwanken des von der Oberfläche herkommenden Lichtes nachgewiesen, wobei Beleuchtungsänderungen oder eine sprunghafte Bewegung der Oberfläche Signalschwankungen hervorrufen, die gleich oder größer den Signaländerungen sind, die vom Vorhandensein eines Fehlers herrühren. Demzufolge werden ungewollte Signale erzeugt und ein Zurückweisen von Objekten oder Heizfadenteilen verursacht, die nicht mit Fehlern behaftet sind.

Als anderes Beispiel für die bei bekannten Vor-

richtungen auftretenden Schwierigkeiten sei eine weitere bekannte Fehlernachweisvorrichtung erwähnt, bei der eine Matrix kleiner Festkörperfotozellen verwendet wird, die so angeordnet sind, daß sie einen Beobachtungsbereich bilden, der eine ähnliche Konfiguration hat wie der oben beschriebene Schlitz oder längliche öffnung. Jede Zelle sieht daher nur einen schmalen Streifen der zu untersuchenden Oberfläche, wenn die Oberfläche an der Matrix vorbeibewegt wird. Die Zellen sind so verbunden, daß jede Zelle, die einen Fehler sieht, ein Ausgangssignal erzeugen kann, das eine Zurückweisungsvorrichtung oder einen ähnlichen Mechanismus auslöst. Obwohl eine solche Vorrichtung eine gute Ansprechempfindlichkeit ohne häuges Auftreten eines ungewollten Ansprechens aufweist, sind Festkörperfotozellen dennoch viel zu kostspielig, vor allem da, wo ein schnelles Ansprechen der Fotozellen erforderlich ist Weiterhin sind die teuren Siliziumfestkörperfotozellen häufig gegen blaues Licht relativ unempfindlich, so daß extrem starke Lichtquellen benötigt werden, wenn die Oberfläche mit Licht einer Spektralfarbe des blauen Endes des Lichtspektrums untersucht wird.

Es sei als Beispiel noch eine andere bekannte Vorrichtung erwähnt. Bei einer solchen Vorrichtung wird ein Schlitz oder eine längliche öffnung verwendet, wie in der zuerst beschriebenen Vorrichtung, in Verbindung mit einer rotierenden Scheibe. Die Scheibe ist mit einer Vielzahl Löchern versehen und wenn de Scheibe gegenüber dem Rahmen gedreht wird, wird der Schlitz längsweise durch die Bewegung der Löcher in der Scheibe abgetastet. Zum Sammeln des die Löcher in der rotierenden Scheibe durchdringenden Lichtes sind ein geeignetes Linsensystem und eine Fotozelle geeignet angeordnet. Ein solches System gewährleistet eine hohe Empfindlichkeit ohne Erzeugen eines ungewollten Ansprechens. Jedoch ändert die Quelle des in das Linsensystem einfallenden Lichtes ihre Position über einen relativ großen Bereich mit der Bewegung der Löcher, die das Licht durchdringt. Demzufolge muß gewöhnlich eine genügend große Linse verwendet werden, die ein Bild mit sehr geringer Vignettierung oder Qualitätsverringerung oder Helligkeit über die Gesamtlänge des Schlitze* erzeugt. Das vergrößert in vielen Fällen den Umfang und die Kosten beträchtlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine zum Nachweisen von Fehlern auf einer Oberfläche besser geeignete Vorrichtung anzugeben, die eine hohe Empfindlichkeit aufweist, die relativ unempfindlich gegen Schwankungen des reflektierten Lichtes und ruckartige Bewegungen der zu untersuchenden Oberfläche ist. bei der das Problem der Linsenvignettierung minimal ist, die billig ist, die ein rasches Ansprechen gewährleistet und die, um den Schwankungen des reflektierten Lichtes Rechnung zu tragen, automatisch normierbar ist.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß üie Geschwindigkeit der Fördereinrichtung so mit der Geschwindigkeit! des Antriebsmotors für den Drehspiegel abgestimmt ist. daß die Abbildung der Objektoberfläche während der Abtastung durch ein Spiegelteil des Drehspiegels nur um dfe Hälfte der Breite der Blendenöffnung verschoben wird, und daß eine Normierungseinrichtung zum Normieren der photoelektrischen Nachweiseinrichtung auf einen Bezugsspannungspegei vorgesehen ist, welche eine Steuerschaltung umfaßt, durch welche ein elektronischer Schalter zwischen einen in den Signalweg der photoelektronischen Nachweiseinrichtung in Reihe geschalteten Koppelkondensator und einer Bezugsspannungsquelle abwechselnd bei der Abtastung der Objektoberfläche durch jedes aufeinanderfolgende Spiegelteil ein- und ausgeschaltet wird. An dieser Stelle sei schließlich noch erwähnt, daß ίο durch die deutsche Auslegeschrift 1 127 109 eine Vorrichtung zur laufenden Überwachung von bahn- oder blattförmigen Erzeugnissen, zum Beispiel aus Papier,- auf optisch erkennbare Abweichungen bekannt ist, bei dem von einer Lichtquelle aus auf die Oberfläche des Erzeugnisses ein Lichtstrahl gerichtet und quer zur Bewegungsrichtung dieser Oberfläche von einem Rand zum anderen so geführt wird, daß der vom Strahl auf dem Erzeugnis erzeugte Lichtfleck dessen gesamte Oberfläche abtastet, während ao die vom Lichtfleckt erzeugte Helligkeit auf eine photoelektrische Einrichtung einwirkt und die hier erzeugte elektrische Spannung zur Meldung etwaiger Fehler bzw. zur Aussortierung der mit Fehlem behafteten Teile ausgewertet wird, wobei in der Zeit. die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Querbewegungen des abtastenden Lichtflecks über die zu prüfende Räche liegt, durch von der Bewegung des Lichtstrahls abgeleitete Impulse eine — aus der Fernsehtechnik an sich bereits bekannte — Klemmschaltung gesteuert wird, die dem Eingang der zur Auswahl der zu berücksichtigenden Fehler dienenden Stufe der Auswerteeinrichtung am Beginn des einmaligen Uberquerens der Bahn durch den Lichtfleck eine konstante — in geeigneter Höhe wählbare — Anfangsspannung aufzwingt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird nur der Bereich durch die Abtasteinrichtung erfaßt, der durch den von der Lichtquelle erzeugten Abtastlichtstrahl beleuchtet wird. Es ist daher bei dieser bekannten Vorrichtung keine Verringerung des Betrachtstrahlformates auf einen Bereich in der Größenordnung des kleinsten auf dem Produkt nachzuweisenden Fehlers vorgesehen. Die bekannte Vorrichtung weist einen Schlitz auf, der sich über die Gesamtlänge des abzutastenden Produktes erstreckt, wobei der Schlitz zwischen den Drehspiegeln und dem Produkt angeordnet ist. Dieser Schlitz bildet quasi ein Fenster, das lediglich jegliches Fremdlicht vom Außendurchmesser des Abtastlichtstrahles fernhält und das nicht selbst den Fleck erzeugt, der auf dem Produkt gebildet ist. Der Lichtfleck wird andererseits durch das von der Lichtquelle erzeugte und über die Optik der Vorrichtung transmittierte Strahlformat bestimmt. Somit ist diese bekannte Vorrichtung zum Fehlernachweis wenig empfindlich.

Diese bekannte Vorrichtung enthält darüber hinaus eine Normierungseinrichtung, die nicht auf das abzutastende Objekt, d. h. das Produkt selbst, sondern die durch Betrachten eines separaten fehlerfreien Streifens normiert, der neben der Bahn entfernt vom Produkt angeordnet ist. Folglich ist ein Normieren vor jedem Überstreichen des Produktes vorgesehen, während im Unterschied hierzu gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung, ein Überstreichen des Produktes zum Bewirken des Normierens und das nachfolgende Überstreichen des Produktes zum Erzeugen des Sortiersignals vorgesehen ist. Daraus folgt, daß die bekannte Vorrichtung eine Schaltung auf-

weist, die zu Beginn jedes Überstreichens des Pro- in enthaltenen Fotomultipliers jeder geeigneten Konduktes normieren muß, während die Vorrichtung struktion dargestellt. Die öffnung 18 hat eine Abnach der Erfindung eine Schaltung enthält, die bei messung, deren Fläche ungefähr der Fläche des jedem Überstreichen um das andere des Produktes kleinsten nachzuweisenden Fehlers entspricht. Demselbst auf einen ausgewählten Pegel eingestellt ist. 5 zufolge wird sich das Ausgangssignal des Fotomulti-

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der Be- pliers entsprechend ändern, wenn während des wei-

schreibung von Ausführungsbeispielen gemäß den ter unten beschriebenen Abtast Vorganges ein Fehler

F i g. 1 bis 6 näher erläutert. In in den Abbildungsbereich rückt, den die Abtastein-

F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrich- richtung oder der Fotomultiplier 13 sieht. Dieses

tung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt; io Ausgangssignal wird, wie weiter unten beschrieben,

F i g. 2 zeigt schematisch die Vorrichtung nach mit einem Vergleichspegel verglichen und wenn eine

Fig. 1 von hinten gesehen; ausreichende Abweichung von diesem Vergleichspegel

F i g. 3 stellt ein Blockschaltbild der in einem Aus- vorhanden ist, dann wird ein Signal erzeugt, das eine

führungsbeispicl der Vorrichtung gemäß der Erfin- geeignete, nicht dargestellte, Zurückweisungsvorrich-

dung verwendeten Schaltung dar; 15 tung in Tätigkeit setzt.

F i g. 4 zeigt eine Reihe von Kurven, die die Funk- Um den Lichtweg von der Oberfläche 12 auf die

tionsweise der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ver- Abtasteinrichtung 11 zu lenken, ist die reflektierende

anschaulichen; Einrichtung 14 zwischen der Oberfläche und der Ab-

F i g. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer tasteinrichtung angeordnet. Die reflektierende Einweiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen 20 richtung wird in einem vorgegebenen Abtastmuster Vorrichtung; bewegt, so daß der abgebildete Bereich der Ober-

F i g. 6 stellt ein Blockschaltbild der in der Vor- fläche, den die Abtasteinrichtung 13 durch die

richtung nach Fig. 5 verwendeten elektrischen öffnung 18 sieht, gewechselt wird. In der dargestell-

Schaltung dar. ten Vorrichtung enthält die reflektierende Einrich-

Die Fehlemachweisvorrichtung umfaßt im wesent- 25 tung 14 einen Spiegel, der eine Vielzahl ebener Teile

liehen eine Einrichtung 11, die zum Erzeugen eines 22 besitzt, die um die Peripherie eines Trägerteiles 23

Bildes eines Bereiches der zu untersuchenden Ober- derart angeordnet sind, daß sie eine achteckige re-

fläche 12 dient, dessen Bildfläche ungefähr die glei- flektierende Außenfläche bilden. Der Trägerteil 23

ehe Größe wie die Fläche des kleinsten nachzuwei- wird mittels einer Riemenscheibe 24 gedreht, die

senden Fehlers hat. Außerdem ist eine Abtastein- 30 über einen Treibriemen 26 mit der Antriebsscheibe

richtung vorgesehen, die zum Abtasten des Beleuch- 27 eines Motors 28 gekoppelt ist. Die Rotationsrich-

tungsgrades des erzeugten Bildes dient. Zudem sind tung ist in Fig. 1 durch den Pfeil am Rotationsteil

reflektierende Einrichtungen 14 im Strahlengang der- angedeutet.

art angeordnet, daß der Strahlengang zwischen der Bei Betrachtung der Fig. 1 ist ersichtlich, daß, Oberfläche und der Abtasteinrichtung in geeigneter 35 wenn der Trägerteil 23 rotiert, aufeinanderfolgend Weise umgelenkt wird. Weiterhin ist eine Einrich- eines der Spiegelteile 22 in eine Stellung gebracht tung 16 vorgesehen, die zum Bewegen der reflektie- wird, in der ein Bild der Oberfläche 12 auf den Spierenden Einrichtungen dient in einem vorgegebenen gel 21 reflektiert wird und von diesem durch die Abtastmuster, um den Abbildungsbereich der Ober- Linse 19 und die öffnung 18 auf den Fotomultiplier fläche, den die Abtasteinrichtung sieht, zu wechseln. 40 13 abgebildet wird. Wenn sich die Winkelstellung der Es folgt eine genauere Betrachtung der Fig. 1 einzelnen Spiegelteile ändert, wird der Bildausschnitt, und 2. Die Bilderzeugungseinrichtung 11 umfaßt eine den der Fotomultiplier 13 durch die öffnung 18 lichtundurchläsige Platte 17 aus einem hierzu geeig- sieht, in Fig. 1 von links nach rechts bewegt. Der neten Material, die einen Spalt 18 bildet. Eine Linse besondere Lichtweg eines Bildes von einem Bereich 19 ist gegenüber der Blende 18 so angeordnet, daß 45 24 auf der Oberfläche 12 ist mit den Linien 31, 32 sie ein Bild der Oberfläche 12 in oder nahe der und 33 aufgezeigt. Die Folge der Bewegung des Ebene der mit der öffnung versehenen Platte 17 Spiegelteiles ist eine Verschiebung der Linie 31 in fokussiert. Wenn es gewünscht wird, kann statt der Richtung des sie kreuzenden Pfeiles. Die Folge ist dargestellten Einzellinse 14 eine Linsenkombination ein Abtasten von links nach rechts in Fig. 1, wenn verwendet werden. Die BHderzeugungseinrichtung 50 jedes nachfolgende Spiegelteil in die geeignete Stelumfaßt außerdem einen Spiegel 21, der mit seiner lung hinein und durch diese hindurch bewegt wird, reflektierenden Oberfläche in einem Winkel von etwa Gleichzeitig wird das Objekt 34, das die zu unter-45° zur Linsen-Öffnungs-Achse angeordnet ist. Der suchende Oberfläche 12 aufweist, in einer Richtung Spiegel 21, die Linse 19 und die Öffnungsplatte 17 in die Zeichenebene von Fig. 1 hinein bewegt, mitsind relativ zur Bewegung der Oberfläche 12 fixiert, 55 tels eines geeigneten Antriebes eines Fördergerätes wie noch beschrieben wird, und die Lichtstrahlen, 36, auf dem das Objekt 34 liegt. Diese Bewegung ist die durch die öffnung 18 hindurchtreten, durchdrin- so gewählt, daß die Oberfläche 12 — aus Gründen, gen immer denselben Linsenteil der Linse 19 und die nachfolgend erläutert werden — nicht mehr als immer in der gleichen Richtung. Das reduziert die an um die Hälfte der Breite der Öffnung 18 bei jeder die zu verwendende Linse gestellten Anforderungen 60 links-rechts Bewegung der optischen Bahn 31 verhinsichtlich ihrer Größe und Qualität stark und die schoben wird. Vom Antriebsmotor 28 zum Förder-Vignettierung des Bildes, das die öffnung passiert, ist gerät 36 verläuft eine Antriebsvorrichtung, die schedurch die Linse minimal. matisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 35 Um den Beleuchtungsgrad der durch die Apertur versehen ist, welche dazu dient, die Bewegungen beidefinierten Abbildung abzutasten, ist die Abtast- 65 der in einer gewünschten Beziehung zu halten. Die einrichtung 13 hinter der Platte 17 gegenüber der Fördergerätbewegung kann linear sein, wie dargestellt, Öffnung 18 und der Linse 19 ausgerichtet angeord- sie kann aber auch jedes anderen zum Abtasten der net. Die Abtasteinrichtung 13 ist in Form eines dar- zu untersuchenden Oberfläche geeigneten Typs sein.

teils 23 rotiert. Zum

vorrichtung, ^»

banden ist und zum s

die Untersuchung vol endet ^t * fW

nicht dargestellte Emm^ungen,wk ζ^ mecna

„,sehe Kontaktschalter oder eine J otozel^erwenaei

^we _T ^rden·. „,„ Ansnrerhen der Nachweisvor-

Um ein ungewolltes ^'^"„^^^β /u

^{riC UUng}| SUT'SSSSchc w hr"ni des Abt ,tens untersuchende Oberfläche ^{walirei u} " _Ej

ausrechend ^.^^^^^^Z ^^Ά3ίΤ£ " ihr L- Zwischenstückes zweier benachbarter Teile 22 des Siegels 14 sich der öffnung 18 nähert, nicht auftritt, J_6n* j _{nd eine der} Objektoberflächen sichtbar _1St_{t sondern} ⁶ _{nur dann auftri}tt, wenn Bereiche außerhalb

_{objektoberfläcbe nach} beiden Seiten sichtbar ^ ^ ^ ^^ ^^^ ^ _{bdden £nden der}

Ablenkung wird mittels einer torgesteuerten Einrichlung geachtet, die im folgenden beschrieben wird und diesen un_ge;ünschten Teil der Ablenkung beseitigt. _{DJ torgeste}uerte Einrichtung wird zum Beseitigen „ unerwünschter Teile der Ablenkung mittels einer Tor-Lampe47 und einer Tor-Fotozelle48 ausgelöst. Die Tor-Lampe ist in einem Gehäuse ^angeordnet.

Spiegelsystem kongruiert

Refiexpnnzig arbeitet ™

zeugen, die paralle ™»™*™%^£^&n auf

_dTotermZ^mdste 14 Tu e nem u'nge'wollten der Oberfläche des ⁵P'^* Verunreinieungen

Ansprechen uhren we η sol ge J™2enden

,„ den von der ^Ober"^«/V¹ X.™_xTtösung ist eine Lichtp ad gelangen. Die na hJbejte 1^s«"8 >« Beleuchtung vorzusehen che erner Kleben p^ra Beleuchtung so nahe w rnoghcl korn^m sten Lampenbrnien bind jedoch in der Anwe α _t auf Grund .hrer G sun hu lunfc m dem MaBc^o

t'S elun« deί gewüisdSn SSeuchtun£4.keb zur Erz elung des gewunw.ju «.

herangebracht werden tonnen

Bei der in P 1 g.,2 dargestellten Vornc^ggei^i

der Erfindung wird das ^^J"⁶™^? Sl icuchtungsproblem durch £^^ pnsmenpaares 37 und 38 ge ost, o liegenden Se.ten des Rota »1«^23 JJgeoran« sind. Das von_ einem Lampcnbirnenpaa^ ^d Ji herrührende Licht wird vo. K°"^denso^^mfⁿ _p« 43 so gebündeH daß ehe L ^^Pr

1!!
ΉΤί7ϊϊ

1!!^AiS _Sie auf die Ober-

ΉΤί,7ϊϊ an den mit den Bezugszeichen 44 und 46 flache 12 an,der1 mi t acn g _eine

versehenen Stellen P^ro,^_n ¹";_n ^W ₁"p_rismen 37 _und 38 ^KH? d!fs^ Sonteil 23 herangebracht ^l d ß dt Bei eE SS immer parallel n, so daß f^JÄ S zwei Lampen und

^{mt d}p rntn'werdfn Se Schatten nSmali&rt und zwei Prismen werden ^eJ.cnau

be Vertiefungen und R^ *»g beleihtet den ausreichend und ^™^ ⁰J , _{M TQÜeTU} Es sei bemerkt, ^r^^fg^ _der linse sich die Lange des opMch«[^Z£^JZ^₆ ^. 19 zur ObeiflaotoUMtot Da^^bedmgt emeAn^

derung des Brennpunktes aea J»™?. ^* _Demzu-Vergrößerungsverhaltnisses der AbbddungDem^

folge .st es ratsam, ^ei~ ^^

messer zu verwende^ um^_r^g

zu vernngern, der ,nfoh|_£ J^™^ j

2°* ^aU^T fLL vSSn, um die Vergrößt brennweitige.lapse-ζ»^^^^^^ der

rungsanderung und ^J-™"^ Luise w verringern, wenn sictt

rotierende Spiegel 14 ist an einem solchen S^ ^geordnet, daß eine Abtast-₅₂ angeordnet, das eine kleine öffnung 53 aufweist.

_{Di d ö(Inungen} 51 _und 53 sind so angeordnet,

_{daß dic} Tor-Fotozelle von der Tor-Lampe nur in einer bestimmten Winkelstellung jedes Teiles 22 des

Spiegels 14 Licht empfängt. Wenn der Spiegel rotiert

wird von der Tor-Fotozelle ein Impuls erzeugt, und

* zwar jedesmal, wenn ein Spiegelteil vorbeigeht. Die-

ser Impuls wird zum Starten der Abtastperiode ver-

._{ndem der Abtasti ls eher auftritt als das}

_{ünschte Einsetzen der} Abtastperiode und einen terzögerungsmultivibrator (weiter unten beschrie-

b _B Startstellung der Abtastperiode

^^ ^ ^ ^.^ ^B _{der Mu]tivjbrator} rasch in die genaue Startstellung der Abtastperiode eingestellt werden. Ein ähnlicher Multivibrator (un-

beschrieben), der zu Beginn der Abtastperiode ^ _zum ^^ _der ^ _der

Abtastperiode verwendet werden. Als eine Alterna-

tive zu der vorausgehend beschriebenen Anordnung

_{kann der yon der F tozeUe 48} erzeugte Impuls zum

_der verwendet werden, indem

Objektes durch die öffnung 18 in Sicht kommt.

^ ^ ^ _wesen4_{hen die} Anordnung des

in der Erfindung verwendeten elektrischen Systems

dargestellt. Der t-otomuitipner u, ω "«*'■ Sic.c _{eine Festkö erfotozelle verwendet} werden kann, umfaßt eine Platte 54, eine Primärkathode 56 und eine Vielzahl von Sekundärkathoden oder Dynoden 57, die mit Punkten verbunden sind, die längs eines Spannungsteiler^ verteilt sind. Der Spannungsteiler 58 ist über einen verstellbaren Abgriff 54 mit Erde verbunden und die an den Spannungsteuer 58 angelegte Spannung wird durch Einstellen des Abgriffes ₅4 geregelt. Der AbgrifE büdet einen Teil eines Poten-

tiometersol, das mit einem Widerstand 62 zwischen _einer Spannungsquelle 63 mit hohem negativen Po-

ist über einen Widerstand 64 mit einer positiven g^ _{66 verbunden}. _{Die Platte} £ _außer.

dem mit einem Fotoröhrenverstärker 67 verbunden. Änderungen in der vom Fotomultipüer 13 nach_gewiesenen Lichtmenge erzeugen entsprechende Anderungen in der Höhe des an den Verstärker 67 apgelegten Signals. Das Ausgangssignal des Verstärkers

6₅ 67 wird über eine, weiter unten ausführlich« be- ^^^ Nonnierungsvornchtung 68 einem Verstärker 69 zugeführt, der aus noch zu erläuternden Gründen eine relativ hohe Emgangsimpedanz hat

Das Ausgangssignal des Verstärkers 69 wird über ein elektronischen Schalter 76 zugeführt, um den Schal-Gatter 70 in einen Spannungsdetektor 73 eingespeist. ter für die geeignete Länge der Zeit für die Nach-Das Gatter70 umfaßt einen Widerstand 71 und einen weisperiode während des Abtastens geöffnet zu Verstärker 72, die zwischen dem Verstärker 69 und halten.

dem Spannungsdetektor 73 in Reihe geschaltet sind. 5 Die Beziehung der verschiedenen Impulse kann Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 71 aus F i g. 4 durch Vergleichen der graphischen Dar- und dem Verstärker 72 ist über einen elektronischen Stellungen A, B, C und H entnommen werden. Es ist Schalter 76 geerdet. ersichtlich, daß das Einsetzen des Ansteigens der

Der Spannungsdetektor 73 ist ein geeignetes span- Eingangsspannung an dem Spannungsdetektor mit nungsempfindliches Gerät, das seinen Zustand an- io der Vorderflanke des Impulses des monostabilen dert, wenn das Eingangssignal einen vorgegebenen Multivibrators 78 zeitlich übereinstimmt. Die Lage Wert übersteigt, und ist durch ein geeignetes, sehe- dieser Vorderflanke ist einstellbar, wie das mit matisch dargestelltes Potentiometer 74 regelbar. Die Pfeilen angedeutet ist. Ähnlich wird die Hinterflanke Ausbildung des Detektors ist abhängig von dem des Eingangsspannungssignals zum Spannungsdetek-Signaltyp, der zum Antreiben der verwendeten spe- i₅ tor durch die Hinterflanke des rechteckwellenförmiziellen Sortier- oder Zurückweisungsvorrichtung be- gen Ausgangssignals des Multivibrators 81 gesteuert, nötigt wird, die von der Natur des zu untersuchenden das einstellbar ist, wie das durch die Pfeile in Objektes oder der zu untersuchenden Objekte ab- F i g. 4 C angedeutet ist.

hängt. Wenn das zu untersuchende Objekt kontinu- Für einen zuverlässigen und exakten Betrieb ist es

ierlich ist, wie z. B. ein ausgezogener Heizfaden oder 20 erwünscht, daß das Eingangssignal zum Spannungs-Streifen aus Papier oder Stoff, und wenn die Zurück- detektor 73 mit einem präzisen Bezugsweit eichbar Weisungseinrichtung eine solche ist, die nur auf den ist, so daß die Dunkelheit der Fehler gegen ein unTeil des Streifens oder Heizfadens einwirkt, der veränderliches Standard gemessen werden kann. Vereinen Defekt hat, dann kann der Detektor eine schiedene Einflüsse können zu einem zeitlichen Wan-Schmidt-Trigger-Schaltunger enthalten. Eine solche 25 dem des Fotomultipliers 13 führen. Wenn im Förder-Schaltung stellt sich automatisch zurück, sobald der gerät zum Befördern der Objekte eine transparente Defekt vorbeigelaufen ist. Wenn das zu untersuchende Flüssigkeit verwendet wird anstatt eines Fördcrban-Objekt eines von vielen diskreten Objekten ist und des oder eines beweglichen Tisches wie bei den daiwenn ein fehlerhaftes Objekt individuell von einer gestellten Vorrichtungen, dann kann die Flüssigkeit geeigneten Ausrückvorrichtung ausgestoßen werden 30 verunreinigt und damit die Lichtdurchlässigkeit versoll, dann kann der Detektor 73 eine rückstellbare ringert werden. Die Lampenbirnen 39 und 41 können bistabile Einrichtung enthalten, wie z. B. eine Flip- zu einer mit dem Alter zunehmenden Verringerung Flop-Stufe oder einen geeignet verbundenen, gesteu- der Lichtausbeute neigen und damit eine Venirceerten Verstärker. Der Spannungsdetektor ändert da- rung des Beleuchtungsgrades der zu untersueUuibei seinen Zustand, sobald ein Fehler festgestellt 35 den Oberfläche bewirken. Das Ausgangssigna'! des wird und verbleibt in diesem Zustand bis er rück- Fotomultipliers 13 kann unstabil sein oder sich gestellt wird, nachdam das ganze Objekt abgetastet in der Stärke ändern. Deshalb ist eine Normieruno.sworden ist. Der Spannungsdetektor73 kann in seinen vorrichtung 67 und 69 vorgesehen, die von Zc^;t :<u Nichtzurückweisungszustand zurückgestellt werden, Zeit zum automatischen Normieren oder Eichen des sobald ein abzutastendes anderes Objekt an einer 40 Fotomultipliers 13 dient.

geeigneten Stelle erscheint. Wenn die abzutastenden Objekte relativ kleine

Wie bereits beschrieben, ist Vorsorge getroffen, Oberflächen haben, ist es möglich, während de>- Z.-it daß die Schaltung in der Weise gesteuert wird, daß zwischen zwei Objekten zu normieren oder na.:h/.;> das tatsächliche Abtasten nur während der Zeit statt- eichen. Wenn die Oberfläche jedoch groß ist, so ciuß findet, während der die Oberfläche des Objektes an 45 mehrere Überstreichungen der Oberfläche vorgcncr/ider Bilderzeugungsvorrichtung vorbeigeführt wird. men werden müssen, kann es erwünscht sein, ΜϊυίΊ-Das Steuern wird durch das Gatter 70 bewerkstelligt, ger zu normieren. Die Normierungseinrichtung 63 das den elektronischen Schalter 76 umfaßt, der an der Erfindung umfaßt einen Widerstand 83 "und den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 71 einen Kondensator 84, die zwischen den Ausesr.g und dem Eingang des Verstärkers 72 angeschlossen 50 des Verstärkers 67 und den Eingang des Verstärkers ist, um die Signale mit Erde nebenzuschließen. Der 69 mit hoher Impedanz in Reihe geschaltet sind. Ein von der Torsteuerfotozelle 48 erzeugte Impuls, der elektronischer Schalter 86 ist von dem Verbindungsmit der Bewegung des Spiegels 14 synchronisiert ist, punkt zwischen dem Kondensator 84 und dem Verwird über einen Verstärker 77 einen die Nachweis- stärker 69 mit dem veränderbaren Abgriff eines Poperiode startenden monostabilen Multivibrator 78 zu- 55 tentiometers 87 verbunden. Das Potentiometer 87 ist geführt. Der monostabile Multivibrator 78 ist mit an einem Ende mit einer Vorspannungsquelle 88 vereiner Verzögerung verbunden, die mittels einer sehe- bunden und ermöglicht ©ine Einstellung der Vormatisch dargestellten Potentiometereinrichtung 79 spannung am Punkt 89 durch den elektronischen einstellbar ist. Auf einen Eingangsimpuls anspre- Schalter 86. Der elektronische Schalter 86 ist bidirekchend liefert der monostabile Multivibrator 78 nach 60 tional und kann beispielsweise eine geeignete FeIdder eingestellten Verzögerungsdauer ein Ausgangs- effektvorrichtung enthalten. Wenn der Schalter signal, das einen die Periodenlänge nachweisenden eingeschaltet ist, ist der Punkt 89 über den variablen monostabilen Multivibrator 81 zugeführt wird. Auf Widerstand 87 mit der Vorspannungsquelle 88 verden Empfang dieses Impulses ansprechend liefert der bunden. Unter solchen Umständen nrnmt der Kon-Multivibrator 81 ein Ausgangssignal, dessen Dauer 65 densator 84 eine Ladung auf, die gleich tier Potendurch ein geeignetes Potentiometer 82, das in den tialdifferenz zwischen dem Ausgang des Fotozellen-Figuren schematisch dargestellt ist, einstellbar ist Verstärkers 67 und der Vorspannung am Abgriff des Das Ausgangssignal des Multivibrators 81 wird dem Potentiometers 87 ist. Der Normierungsprozeß, der

O 12

unten beschrieben wird, findet statt während einem Normierungsperioden ist das Ausgangssignal des Überstreichen um das andere der Abbildung auf der Normierungsverstärkers 69 mit hoher Impedanz Oberfläche. Das ist möglich, weil, wie bereits er- jedoch eben wie es das Eingangssignal zum Spanwähnt, das Fördergerät so betrieben wird, daß es nungsdetektor 73 ist (graphische Darstellung H). während jedes Überstreichens nicht mehr als um die 5 Dieses Niveau, das durch Einstellen des Vorspan-Hälfte der Breite der Öffnung 18 wandert. Der elek- nungspotentiometers 87 ausgewählt ist, liegt unter tronische Schalter 86 wird in einer solchen Weise dem Schaltniveau, das in der graphischen Darstelein- und ausgeschaltet, daß er während einem Über- lung H durch die gestrichelte Linie angezeigt ist. Es streichen um das andere eingeschaltet ist. Um dies zu sei an diesem Punkt außerdem bemerkt, daß der ermöglichen, ist der Nachweisperiodenlängenmulti- io elektronische Schalter 76 während der Normierungsvibrator 81 mit dem Eingang oder der Triggerverbin- perioden die Eingangsspannung zum Spannungsdung einer bistabilen Einrichtung oder Flip-Flop- detektor 73 auf Null absenkt. Während der NichtStufe 91 verbunden. Der Flip-Flop 91 ist von dem normierungsperioden kann auch beobachtet werden, Typ, der nach dem Empfang von aufeinanderfolgen- daß das Fotomultiplierausgangssignal die am Konden Impulsen seinen Zustand in ein oder aus wech- 15 densator 84 liegende Spannung moduliert. Wie in der seit oder schaltet. graphischen Darstellung H angezeigt ist, wird das

Der Ausgang des Nachweisperiodenlängenmulti- resultierende Signal von dem Verstärker 69 mit vibrators 81 überbrückt außerdem den Flip-Flop 91 hoher Impedanz verstärkt und dem Spannungsdetek- und ist mit dem Eingang eines UND-Gatters 92 ver- tor 73 zugeführt. Die Spitze 93 ist während der bunden. Der Ausgang des bistabilen Flip-Flop 91 ist ao Nichtnormierungsperiode vorhanden, und durch gemit dem anderen Eingang des UND-Gatters 92 ver- eignete Einstellung des Vergleichniveaus des Spanbunden. Der Ausgang des UND-Gaiieis 92 ist mit nungsdetektors übersteigt das Schaltniveau des Spandem bidirektionalen Schalter86 verbunden und wenn nungsdetektors das Vergleichsniveau. Das hat zur das UND-Gatter einen Impuls dahin liefert, wird der Folge, daß der Spannungsdetektor ein Ausgangs-Schalter 86 während der Nachweisperiode geschlos- 25 signal zum Zurückweisen des entsprechenden Objeksen Das UND-Gatter liefert jedoch nur dann ein tes oder Heizfadenteils oder Blattes liefert.
Ausgangssignal, wenn an dessen beiden Eingängen In F i g. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Signale gegenwärtig sind. Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Die

Infolgedessen liefert das UND-Gatter nur während Vorrichtung nach F i g. 5 ist zum Abtasten von mehr einer Nachweisperiode um die andere ein Ausgangs- 30 als einer Oberfläche eines Objektes geeignet, indem signal zum Schließen des bidirektionalen Schalters zwei Teile des Spiegels gleichzeitig verwendet wer-86. Diese soeben beschriebene Betriebsweise läßt den. In F i g. 5 sind Teile, die in ihrer Funktion Teilen sich durch Vergleichen der Kurven C, D und E der in F i g. 1 ähnlich sind, mit dem gleichen Bezugs-F i g. 4 verstehen. zeichen versehen, denen eine 1 voraussteht. Folglich

Während des Normierungsprozesses mit geschlos- 35 wird die Oberseite 112 eines auf einem Fördergerät senem bidirektionalen Schalter 86 ist die im Konden- 136 befindlichen Objektes 134 mit einem Fotomultisator 84 während der Nachweisperiode gespeicherte plier 113 und den Bilderzeugungseinrichtungen 111 Ladung ungefähr gleich dem Mittelwert des während untersucht. Die Bilderzeugungseinrichtungen umfasgeschlossenem Schalter86 empfangenen Lichtsignals. sen eine mit einer Öffnung 118 versehene licht-Dies wird durch eine solche Auswahl der Kompo- 40 undurchlässige Platte 117, eine Linse 119 und ein nenten ausgeführt, daß die Zeitkonstante des Kop- Reflexionsprisma 121. An dieser Stelle sei bemerkt, pelkondensators 84 und des Reihenwiderstandes des daß ein Spiegel statt des Prismas 121 verwendet wer-Fotoröhrenverstärkers 67 und des elektronischen den kann und daß ein Prisma durch den Spiegel 21 Schalters 86 ungefähr gleich der zum Überstreichen in der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung ersetzt der Oberfläche benötigten Zeit ist. Um die auf dem 45 werden kann.

Koppelkondensator 84 befindliche Ladung an einer Der Drehspiegel 114 umfaßt acht Spiegelteüe 122.

Änderung während der Zeit zu hindern, während der die achteckförmig um die Peripherie des Drehteils der Schalter 86 geöffnet ist, ist die Zeitkonstante des 123 angeordnet sind. Zur besseren Übersicht sind Koppelkondensators und der Eingangsimpedanz des die Einrichtungen zum Drehen des Drehteiles 123 Verstärkers 69 so ausgewählt, daß sie ausreichende 50 nicht dargestellt, es können aber dieselben verwendet Länge hat, um eine Ladungsänderung in dem Koppel- werden, die in der zuvor beschriebenen Vorrichtung kondensator während zwei Nachweisperioden zu ver- verwendet worden sind. Wenn der Spiegel rotiert, hindern. fungiert der Lichtpfad, der durch die Öffnung 118

Da der Eingang des Normierungsverstärkers 69 hindurchtritt und durch die Linie 131,132 und 133 während einer Nachweisperiode um die andere mit 55 dargestellt ist, in einer ähnlichen Weise, wie der in der Vergleichvorspannungsquelle am Potentiometer der vorhergehenden Vorrichtung, indem er über die 87 verbunden ist, ist jede Änderung der Lichtstärke Oberfläche 112 von links nach rechts ausgelenkt ausgeschlossen, die von Verunreinigungen der opti- wird.

sehen Elemente oder der Bewegung des Objektes Unter gewissen Umständen, z. B. durch unexaktes

herrührt. 60 Plazieren der Objekte 134 auf dem Transportgerät

Die graphischen Darstellungen F, G und H der 136, kann es nicht möglich sein, das Absperren des Fig. 4 illustrieren den Normierungsbetrieb. Aus der Eingangs zum Spannungsdetektor auf das präzise Ende Darstellung F ist ersichtlich, daß das Fotomultiplier- der Nachweisperiode einzustellen. Eine Möglichkeit ausgangssignal mit den Spitzen 93 während jeder zum Venneiden eines ungewollten Ansprechens unter Nachweisperiode das Vorhandensein eines Fehlers 65 solchen Umständen ist in F i g. 5 dargestellt Ein beanzeigt. Ein solcher Fehler, der sich wiederholende leuchtetes Teil, das aus einer Platte 201 aus diffusem Anzeigen liefert, kann eine Linie sein, die transversal Glas besteht, ist so angeordnet, daß, wenn sich der zur Überstreichungsrichtung verläuft. Während der Spiegel in der von einem Schattenbild angezeigten

Stellung befindet und der Iichtpfad daher keinen Teil der Oberfläche 112 einschließt, der Lichtpfad vom diffusen Glas 201 aufgefangen wird. Das ist mit der gestrichelten Erweiterung der Linie 131 angedeutet. Eine geeignete Lampe 202 ist mit einem nicht dargestellten Netzausschluß über eine variable Steuerung 203 verbunden. Der Beleuchtungsgrad der Lampe ist so groß, daß die Oberfläche des diffusen Glases ungefähr den gleichen Beleuchtungsgrad aufweist wie die Oberfläche 112 des Objektes 134. Infolgedessen tritt in der elektrischen Schaltung kein ungewolltes Ansprechen auf..

Die vertikale Oberfläche 204 des Objektes 134 wird durch einen Fotomultiplier 206 abgetastet Der Fotomultiplier sieht einen kleinen Bereich der Oberfläche 204 durch eine öffnung 207 in einer lichtundurchlässigen Platte 208. Gegenüber der öffnung 207 ist eine Linse 209 angeordnet, wodurch eine der Bilderzeugungseinrichtung 111 ähnliche Bilderzeugungseinrichtung 211 gebildet ist. Ein anderer der Einsätze oder Teile 122 des Spiegels 114 wird zum Reflektieren des Lichtes in ein Prisma 212 verwendet, welche wiederum das Licht auf die Oberfläche 204 reflektiert. Wenn der Spiegel 114 gedreht wird, wird der Lichtpfad über den abzutastenden Bereich der Oberfläche 204 geführt. In dieser Anordnung tritt beim Überstreichen kein ungewolltes Ansprechen auf, weil der Fotomultiplier 206 lediglich die Oberseite 112 des Objektes sieht, wenn sich der Spiegel in der im Schattenbild gezeigten Stellung befindet, in der das Überstreichen des Lichtpfades erfolgt, wie das mit der gestrichelten Linie in F i g. 5 angedeutet ist, wobei die Oberfläche im wesentlichen in demselben Grad beleuchtet wird wie die Oberfläche 204.

Die elektrische Schaltung für die Vorrichtung nach F i g. 5 ist in F i g. 6 dargestellt. Jene Teile in F i g. 6, die identisch mit den Teilen in F i g. 3 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei ihnen eine 1 voraussteht. In der Einrichtung nach Fig. 6 ist für das Seitenoberflächenabtasten ein zweiter Kanal vorgesehen. Der zweite Kanal ist identisch mit dem ersten und dessen Elemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen und mit einer vorausstehenden 2. Für beide Kanäle wird eine, in Fig. 5 nicht dargestellte, Einzeltorsteuerungsfotozelle 148 verwendet. Die Torsteuerungsfotozelle 148 liefert über einen Verstärker 177 an beide monostabilen Multivibratoren Signale. Die Ausgänge der Spannungsdetektoren 173 und 273 sind über ein ODER-Gatter301 mit der, nicht dargestellten, Zurückweisungseinrichtung oder ähnlichen Mechanismen verbunden. In dem Fall, in dem ein Fehler von einem der Abtastkanäle nachgewiesen wird, wird ein Zurückweisungssignal erzeugt.

Die Beleuchtungseinrichtung für die Vorrichtungen nach den Fig. 5 und 6, die nicht dargestellt ist, enthält geeignete Beleuchtungslampen in Verbindung mit Kondensorlinsen und reflektierenden Prismen in der in Fig. 2 dargestellten Weise. Somit ist eine gleichmäßige Beleuchtung der zu untersuchenden Oberflächen gewährleistet, obwohl in einer solchen Oberfläche Unregelmäßigkeiten vorhanden sein können.

Es ist daher offensichtlich, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine empfindliche und exakte Einrichtung zum Untersuchen von Oberflächen auf Fehler darstellt. Die Vorrichtung ist relativ billig, gewährleistet ein rasches Ansprechen und ist, um Lichtschwankungen Rechnung zu tragen, automatisch normierbar. Probleme, die im Zusammenhang mit der Vignettierung von Linsen auftreten, sind minimalisiert und die Vorrichtung kann derart ausgebildet sein, daß sie sich zum gleichzeitigen Abtasten mehrer Seiten eines Objektes eignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Nachweisen von Fehlern auf einer Oberfläche eines abzutastenden, in seiner Längsrichtung durch eine Fördereinrichtung fortbewegten ebenen Objektes mit einer stationären Lichtquelle zum Beleuchten des Objektes, die so angeordnet ist, daß auffallende und von der Objektoberfläche reflektierte Lichtstrahlen nahezu parallel verlaufen, mit einem Drehspiegel, auf welchen die von der Objektoberfläche reflektierten Lichtstrahlen treffen und der von einem Antriebsmotor so angetrieben wird, daß er die Objektoberfiäche nach einem vorgegebenen Abtastmuster abtastet und die Lichtstrahlen zu einer eine Abbildungslinse und eine Blende aufweisenden Einrichtung zum Erzeugen einer Abbildung eines Bereichs der abzutastenden Oberfläche in der Blendenebene weiterleitet, mit einer Blendenöffnung, deren Fläche die jeweilige Größe des AbLdbtbeieidis bzw. die noch nachzuweisende Fehlergröße bestimmt und mit einer photoelektrischen Nachweiseinrichtung, welche das von der Abbildung eines OberflXchenbereichs herrührende, durch die Blendenöffnung hindurchtretende Licht empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung (36) so mit der Geschwindigkeit des Antriebsmotors (28) für den Drehspiegel (14) abgestimmt ist, daß die Abbildung der Objektoberfläche (12) während der Abtastung durch ein Spiegelteil (22) des Drehspiegels nur um die Hälfte der Breite der Blendenöffnung (18) verschoben wird, und daß eine Normierungseinrichtung (68) zum Normieren der photoelektrischen Nachweiseinrichtung auf einen Bezugsspannungspegel vorgesehen ist, welche eine Steuerschaltung umfaßt, durch welche ein elektronischer Schalter zwischen einem in den Signalweg der photoelektronischen Nachweiseinrichtung in Reihe geschalteten Koppelkondensator und einer Bezugsspannungsquelle (88) abwechselnd bei der Abtastung der Objektoberfläche durch jedes aufeinanderfolgende Spiegelteil ein- und ausgeschaltet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normierungseinrichtung (68) eine Einrichtung zum Synchroniseren mit der Bewegung des Drehspiegels (14) umfaßt.

3. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Synchronisieren eine Steuerschaltung (70,76) und eine optische Nachweiseinrichtung (47,48) umfaßt, die auf eine bestimmte Stellung des Drehspiegels (14) zum Auslösen der Steuerschaltung anspricht.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Synchronisieren zum periodischen Schließen des Schalters und damit zum Koppeln der Vorspannungsquelle (88) mit dem Koppelkondensator (84) dient.