DE19720307C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Detektion von Fehlern auf der Oberfläche eines bewegten Materials - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Detektion von Fehlern auf der Oberfläche eines bewegten Materi­ als, insbesondere aus Kupfer oder Messing, das in Längsrichtung bearbeitet und dabei mit in Längsrichtung verlaufenden feinen Strukturen versehen worden ist.

Insbesondere aus endlosen Materialbändern bestehendes Material, beispielsweise aus Metall, wie Kupfer, Aluminium oder Messing, wird regelmäßig in Längsrichtung des Materialbandes bearbeitet, beispielsweise durch Auswalzen des Metalls. Wenn die Verwendung des Materials eine einwandfreie Oberfläche voraussetzt, kann versucht werden, die Qualität der Oberfläche durch eine Fehler­ detektion zu überprüfen.

Es ist bekannt, quer zur Längsrichtung des transportierten Mate­ rialbandes eine Zeilenkamera anzuordnen, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des in Längsrichtung transportierten Materialbandes steht. Die Detektion von Oberflächenfehlern des Materialbandes erfolgt dadurch, daß die Breite des Materialbandes beleuchtet und die Zeilenkamera oberhalb des beleuchteten Dunkelfeldes im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Materialbandes ausgerichtet ist. Da aus dem beleuchteten Bereich der fehlerfreien Oberfläche kein Licht direkt in die Kamera reflektiert wird, entspricht das unterhalb der Kamera befindliche beleuchtete Feld einem Dunkelfeld. Die Detektion von Oberflächenfehlern beruht darauf, dass an Kanten der Oberflächenfehler Licht direkt in die Kamera reflektiert wird, sodass diese Kanten in der Kamera hell erscheinen. Natürlich ist die Umgebung des Fehlers in der Draufsicht der Kamera nicht vollständig dunkel. Dies gilt insbesondere bei Oberflächen, die durch ihre Bearbeitung mit feinen Strukturen versehen sind, an denen eine diffuse Reflektion direkt in die Kamera erfolgt. Diese Umgebungshelligkeit reduziert das Signal-Rausch-Verhältnis für die Detektion der Fehler. Es ist daher in der Praxis nicht möglich, insbesondere kleine Fehler auf problematischen Materialien, wie beispielsweise Kupfer oder Messing, mit einer nennenswerten Zuverlässigkeit zu detektieren.

Durch EP 0 679 882 A1 ist eine Fehlerdetektionsvorrichtung für bewegte Metallbänder bekannt, bei der von beiden Seiten des Metallbandes ein übereinstimmender linearer Beleuchtungsstreifen erzeugt wird, der mit einer senkrecht zur Oberfläche des Materialbandes und mittig zwischen den Strahlungsquellen angeordneten Zeilenkamera detektiert wird. Die Anordnung ist als Hellfeld-Detektionsvorrichtung für in Form von Vertiefungen der Oberfläche auftretende Fehler ausgelegt. Als Erhöhungen ausgebildete Oberlfächenfehler sind damit nicht detektierbar.

DE 41 23 916 A1 offenbart eine aufwendige Beleuchtungsvorrichtung für die Detektion der Oberfläche eines unbewegten Werkstücks, bei der ein kuppelförmiger, als Kugelsegment ausgebildeter Beleuchtungshimmel für eine Dunkelfeldbeleuchtung ausgebildet und mit einer gerichteten Hellfeldbeleuchtung kombiniert wird, wobei zur Detektion eine Matrix-Kamera eingesetzt wird.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Problemstellung, die Detektion von Fehlern auf der Oberfläche eines bewegten und in Längsrichtung bearbeiteten Materials mit einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art hinsichtlich des Signal-Rausch-Verhältnisses zu verbessern.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß versehen mit

• - zwei sich zu einem Dunkelfeld ergänzenden Langfeld-Strahlungsquellen, die in Bewegungsrichtung beiderseits des Materials angeordnet sind und
• - einer wenigstens annähernd senkrecht zur Oberfläche über dem Dunkelfeld ausgerichteten Matrixkamera.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Detektion von Fehlern durch eine Verbesserung der Beleuchtung des Dunkelfelds stark verbessert wird, so daß Fehler nicht nur besser erkennbar und verifizierbar sondern auch besser klassifizierbar sind. Erfindungsgemäß wird hierfür vorgesehen, dass zwei Langfeldleuchten sich zu einem Dunkelfeld ergänzen, wodurch eine vergleichmäßigte Intensität gegenüber der herkömmlichen Beleuchtung mit einer einzigen Strahlungsquelle erreicht wird. Ferner sind die Lang­ feld-Strahlungsquellen nicht - wie bisher - stromaufwärts oder stromabwärts der Kamera angeordnet, sondern in Bewegungsrichtung des Materials auf der Höhe der Kamera angeordnet und befinden sich beiderseits des Materials in Bewegungsrichtung ausgerich­ tet. Überraschenderweise bewirkt diese, für die bisherigen Zei­ lenkameras nicht in Betracht zu ziehende Anordnung eine erhebli­ che Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses für die Detek­ tion von Fehlern. Dies liegt daran, daß die in Längsrichtung er­ streckte Struktur der Oberfläche des endlosen Materialbandes dazu führt, daß von der Seite einfallendes Licht an den in Längsrichtung erstreckten Strukturen stark gestreut wird, so daß nur ein wesentlich geringerer Bruchteil an Streulicht in die das Dunkelfeld betrachtende Kameraanordnung fällt. Bei der erfin­ dungsgemäßen seitlichen Beleuchtung mit Langfeld-Strahlungs­ quellen wird das Dunkelfeld von der Dunkelfeldkamera wesentlich dunkler aufgenommen als bei der bisher üblichen Beleuchtung mit stromaufwärts und stromabwärts von der Kamera angeordneten Lang­ feldleuchten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt daher auch die Detektion kleinster Oberflächenfehler, die mit bisheri­ gen Verfahren nicht detektierbar waren, wobei die Klassifizier­ barkeit der Fehler durch die Verwendung einer Matrixkamera ver­ bessert wird.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 - eine schematische Draufsicht auf ein transpor­ tiertes Materialband mit beiderseits des Materi­ albandes angeordneten, in dessen Längsrichtung ausgerichteten Langfeldleuchten

Fig. 2 - eine Ansicht der Anordnung gemäß Fig. 1 mit ei­ ner Beobachtungskamera, in Förderrichtung des Materialbandes gesehen, mit einer schematischen Darstellung der Intensitätsverteilung für das von den Langfeldleuchten produzierte Licht

Fig. 1 läßt ein Materialband 1 erkennen, das vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Messung oder Kupfer besteht, und in Längsrichtung transportiert wird. Beiderseits des transportier­ ten Materialbandes 1 befinden sich zwei Langfeldleuchten L1, L2, durch die ein zwischen den beiden Langfeldleuchten L1, L2 be­ findlicher Streifen des Materialbandes 1 über dessen Breite be­ leuchtet wird. Da das von den Langfeldleuchten L1, L2 ausgesand­ te Licht von dem Materialband 1 - dessen fehlerfreie und glatte Oberfläche vorausgesetzt - nicht in eine Beobachtungskamera 2 (Fig. 2) direkt reflektiert werden kann, bildet der von den Langfeldleuchten L1, L2 beleuchtete Streifen im Beobachtungske­ gel 3 der Matrixkamera 2 ein Dunkelfeld 4.

Unterhalb der Kamera 2 sind in Fig. 2 schematisch die Beleuch­ tungsintensitäten I auf einer realen Oberfläche dargestellt, die durch die Langfeldleuchten L1, L2 verursacht werden. Die Einzel­ intensitäten I1, I2 hat deren sich zu einer resultierenden Ge­ samtintensität I_ges, die im Bereich des Dunkelfelds 4 einen nahezu konstanten Verlauf aufweist. Demgemäß wird auch bei einer gleichmäßigen Oberfläche über die Breite des Materialbandes 1 eine im wesentlichen konstante diffuse Reflektion erzeugt. Durch die Anordnung der Langfeldleuchten L1, L2 in Längsrichtung beiderseits des Materialbandes beträgt das durch die diffuse Re­ flektion in die Kamera 2 gelangende Steulicht nur einen Bruch­ teil gegenüber einer alternativen Anordnung der Langfeldleuchten L1, L2 stromaufwärts und/oder stromabwärts von der Kamera 2.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt selbstverständlich auch die kontinuierliche Fehlerdetektion auf der Oberfläche von vor­ geformten Materialplatten o. dgl.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Detektion von Fehlern auf der Oberfläche eines be­ wegten Materials (1), insbesondere aus Kupfer, Messing oder Aluminium, das in Längsrichtung bearbeitet und dabei mit in Längsrichtung verlaufenden feinen Struktu­ ren versehen worden ist, mit

• - zwei sich zu einem Dunkelfeld (4) ergänzenden Langfeld-Strahlungsquellen (L1, L2), die in Bewegungsrichtung beiderseits des Materials (1) angeordnet sind und
• - einer wenigstens annähernd senkrecht zur Oberfläche über dem Dunkelfeld (4) ausgerichteten Matrixkamera (2).