DE2001049B2 - Photoelektronische anordnung zur messung der remission - Google Patents

Description

a) der Abtastlichtstrahl ist in an sich bekann- ^1S ler Weise durch optische Ablenkmittel (4) ablenkbar, derart, daß er zunächst übd einen Standard (8) und dann über die zu prüfende Oberfläche (7) geführt wird;

b) die Auswerterschaltung enthält eine Speicherschaltung (22) zum Speichern des Remissionswertes des Standards (8) und einen Regler (23) zum Nachregeln eines für Standard (8) und Probe (7) gemeinsamen Verstärkers (17);

c) die Auswerterschaltung enthält einen Integrator (18) zur Integration des auf den gespeicherten ''.emissionswert des Standards bezogenen Remissionswertes der zu prüfenden Oberfläche (7) über die abgetastete Strecke derselben.

2. PhoUK lektronische Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlersignal über den regelbaien Verstärker (17) einerseits auf den Integrator (18) und andererseits auf eine Vergleicherstufe (20) geschaltet ist, welche letztere das Wandlersignal mit einem Referenzsignal vergleicht, daß das so erhaltene Differenzsignal über einen nach Maßgabe der Abtastung gesteuerten Schalter (21) auf den Speicher (22) geschaltet ist.

Die Erfindung betrifft eine photoelektronische Anordnung zur Messung der Remission diffus refleklicrender Oberflachen durch Vergleich mit einem Standard, bei welcher ein Abtastlichtstrahl auf die Oberfläche geworfen und der von der Oberfläche temitticrlc Anteil des Lichts auf einen photoclektrilchen Wandler geleitet und mittels einer von dem Wandlersipnal beaufschlagten Auswerterschaltung mit von dem Standard remittiertem Licht verglichen ivi rd.

Photoclektronischc Remi^ionsmcßgcräte dienen zum Messen der Remission diffus reflektierender Oberflächen. Sie werden dort eingesetzt, wo Helligkeitsdifferenzen von Körperfarben so gemessen werden, wie sie vom Auge beurteilt weiden. Dieses ist z. B. der Fall bei Back-, Rost- und Trocknungsprozesscn, bei denen die Oberflächen eine bestimmte Ilelligkeitsskala durchlaufen oder bei Sortietvorgängen, bei denen z. B. die Oberflächen von Papieren auf ihren Hclligkeitsgrad untersucht und anschließend aussortiert werden.

Die bisher bekannten Geräte arbeiten meistens nach dem Zweistrahlverfahren, wobei ein Meßliehtstrahl auf das zu prüfende Objekt und von dort auf einen photoelektronischen Wandler und ein Vergldchslichtstrahl, der von der gleichen Lichtquelle ausgeht, entweder direkt auf d?n Wandler oder über eine Soll-OberlHiche auf den Wandler fällt. Im ersten Fall ist zur Einstellung des Sollwertes im Vergleichsstrahlgang eine einstellbare Blende angeordnet. Meß- und Vergleichslichtstrahl sind zur Charakterisierung verschieden moduliert. Durch den photoelektrischen Wandler nachgeschaltete Auswerteschaltungen wird auf Grund der Helligkeitswerte von Meß- und Verrjleichslichtstrahl der Remissionsgrad, d. h. die Helligkeit der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.

Diese Zweistrahlgerüte sind sehr aufwendig, vor allem im optisch-mechanischen Bereich. Auch können sich durch die unterschiedlichen optischen Wege der zwei Strahlen Fehler in das Meßergebnis einschleichen.

Auch sind diese Geräte nur für ganz bestimmte Anwendungsfälle geeignet. Mit diesen Geräten ist es z. B. nicht möglich, die Remission größerer Flächen, z. B. Papierbahnen, zu bestimmen. Bei dtn bekannten Geräten wird nämlich ein Lichtfleck bestimmter Große auf die zu priK;nde Oberfläche geworfen und das remittierte Licht gemessen. Es wird also nur ein kleiner Teil einer größeren Oberfläche e-faßt. Ist die gesamte Oberflache von gleicher Beschaffenheit, so ist ein derartiges Gerät am Platze.

Will man aber die Remission einer ganzen Fläche ermitteln, bzw. den Mittelwert der Remission aller abgetasteten kleinen Flächen, so wäre dieses mit den bekannten Remissionsmeßgeräten ein schwieriges und aufwendiges Unterfangen.

Es ist eine Vorrichtung zur überwachung von bahn- oder blattförmiger Erzeugnissen auf Fehlerstellen (Flecke oder Löcher) bekannt, bei welcher ein Abtastlichtstrahl über eine zu prüfende Oberfläche geleitet wird Un '. <!,is diffus reflektierte Licht auf photoelektrische Empfänger fällt. Bei der Abtastung einer Oberfläche ohne Fehlerstellen ergibt sich ein unregelmäßiges Signal mit einem gewissen Störpegel. Zu erkennende Fehlerstellen erzeugen demgegenüber Signalspitzen, die deutlich aus diesem Störpegel herausragen. Diese heraus ragenden Signalspilzen werden von einer Abschneidestufe erfaßt. Durch Röhrcnaltcrung oder sonstige Veränderungen kann sich das Niveau des normaler Störpegels verschieiicn und damit dessen Lage zu dem Schwcllwert der Ar<Hhn;idestufe. Um dieses zu verhindern, ist bei der bekannten Anordnung (deutsche Auslegcschrift 1 127 H)¹)) eine Klemmschaltung vorgesehen, welchf das Niveau de>> Störpegels /u Beginn jeder Abtastung ;iuf einen vorgegebenen Wert festlegt, der an einem Potentiometer einstellbar ist. Bei der bekannten Anordnung wird der Abtaststrahl /ti I um jeder Abtastung der zu prüfenden OberHäcln über einen Standard geleitet. Das von dem Standard herrührende Wandlersignal wird dort jedoch nicht automatisch mit dem von der zu prüfenden Oberfläche herrührenden Signal verglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Messung der Remission einer größeren Fläche zu schaffen, die mit einfachen Mitteln einen Vergleich der Remission der Ku vermessenden Fläche mit einem Standard gestattet,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Vereinigung der nachstehenden Merkmale:

2 00! 049

|W Ahiastliehtstrahl ist in ;m sich bekannter Weist- durch optische Ablenkmitlei ablenkbar, ilcKiri, daß er zunächst über einen Standard und dann über die zu prüfende Oberfläche μο-wircl;

|t) die Auswerterschaltung enthält eine Speicherschaltung zum Speichern des Remissionswertes lies Standards und einen Regler zum Nachiv.iieln eines für Standard und Probe gemeinsamen Verstärkers;

t) die Λ inverterschaltung enthält einen Integrator /ur Integration des auf den gespeicherten Remissionswert des Standards hezogenen Remisvonswcrtes der zu prüfenden Oberfläche über die abgetastete Strecke derselben.

I , wird also das an und für sich für die Erken-Ι»ι:«μ von Unregelmäßigkeiten in Papieroberflächen bekannte Fahrstrahlprinzip (siehe z. B. deutsche Oi:.:iLgungsschrift 1422 235) für die Messung der Ri mission von Oberflächen benützt. Dk" Remission entspricht dem von der Oberfläche remittierten Anteil de«· Lichtes und die gemessene Remissirin ist also 8biM:;i:ig von der Beleuchtungsstärke des einfallenden lichtes, von dem auf dem optischen Weg verlon'i;«egangenen Licht, von dem tatsächlichen Arbc:^punkt des photoelektrischen Wandlers sowie der nüchucNchalleten Verstärker und von verschiedenen ar-Ieren Größen, die sich mit Änderung der Spannuiiü'-versorgung und der Umwelteinflüsse und durch Alurungserscheinungen laufend ändern.

Dadurch, daß bei der Erfindung auf dem gleichen optischen Weg und mit den gleichen Mitteln — nur zu!lieh versetzt — laufend die Remission eines Standards, dessen tatsächliche Remission bekannt ist, gemessen und zum Vergleich herangezogen wird, laßt sich eine genaue Aussage über die Remission der abgetasteten Oberfläche machen. Somit ergeben sieh nicht nur die Vorteile der bekannten, aber viel aulwendigeren Zweistrahlmeßgeräte (kein Einfluß der Änderung der Lampenhelligkeit), sondern die Erfindung weist weiterhin die Vorteile auf. daß für die Vergieichsmessung der gleicht· optische Weg wie fur die Messung verwendet wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß mit der Erfindung eine sehr schnelle Meßwerterfassung für eine große Fläche möglich ist.

Im Gegensatz zu dem vorbekannten Fehlersuchgerät erfolgt nach der Erfindung eine Integration des Remissionswcrtes. die es gestattet, unter gleichmäßigen Bedingungen die mittlere Remission einer relativ großen Oberfläche zu erfassen. Eine solche Integration wäre bei einem Fehlersuchgerät nicht sinnvoll. Siie bietet aber den Vorteil, daß die Remission größerer Flächen unter cleichmäBipcr Bedingungen in allen Punkten der !'lache gemessen wird, ohne daß es erforderlich wäre, etwa die gesamte Fläche gleichzeitig in vollständig gleichförmiger Weise auszuleuchten und entsprechend zu beobachten.

Dem Integrator wird dabei in jedem Augenblick bei der Abtastung der zu prüfenden Oberfläche der auf den Standard bezogene Remissionswert zugeführt.

Soll z. B. der U-'iiissionswert einer nicht einheitlichen Oberfläche, wie z. B. einer Banknote, ermittelt werden, so sind die Remissionswerte an diskreten Stellen uninteressant, da diese wenig über die Beschaffenheit, /,. B. über die Verschmutzung, der Gesnmtobcrflächc aussagen. Mit der Erfindung wird die Remis:;inn über eine gewisse Strecke, z. H. über eine Breite der Banknote, Bemessen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur einzelne diskrete Fehlstellen, sondern die Verschmutzung einer Oberfläche feslzustellen. Ein Aiislösesignal. z. B. für das Aussortieren einer verschmutzten Banknote, wird nur dann gegeben, wenn die Verschmutzung auf einer gewiss-.'ii Fläche ein bestimmtes Maß überschreitet.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfüh-IQ riingsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen in Seitenansicht und Draufsicht das optische Schema prinzipiell;

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der beim Abtasten entstehenden Impulsdiagramme;

Fig. 4 zeigt die elektronische Auswerteschaltung im Prinzip.

Die Lichtquelle 1 leuchtet über die Kondensorlinse 2 den Spalt 3 aus. Der SnIt 3 wird in nicht dargestellter Weise über einen rotierenden Polygonspiegel 4 und einen Hohlspiegelstreifen 5 auf einer abzutastenden Fläche 7 bzw. einem Standard 8 abgebildet. Das Spaltbild wird durch eine sich quer über die Fliehe und den Standard 8 erstreckende Zylinderlinse 6 zu einem scharfen Punkt zusammengezogen. Hinter dem Spalt 3 ist ein geneigter Teilerspiegel 9 angeordnet. Durch die verspiegelten äußeren Zonen dieses Spiegels wird das von der Oberfläche 7 bzw. dem Standard 8 remittierte Licht, welches von der Oberfläche in einem großen Raumwinkel remittiert und von der Zylinderlinse 6 erfaßt und gesammelt wird und den gleichen optischen Weg wie das Sendelicht, aber rückwärts, nimmt, über die Linse 10 auf den: photoelektronischen Wandler 11 gesammelt. Es ist zu sehen, daß nur das von der Oberfläche remittierte Licht auf den photoelektron'schen Wandler 11 gelangt. Durch glänzende Stellen in der Oberfläche reflektiertes Licht würde in der Einfallsrichtung zurückgeworfen und durch den mittleren, nicht verspiegelten Teil des Spiegels 9 hindurchtreten und nicht auf den Wandler 11 fallen.

Durch den sich drehenden Polygonspiegel 4. der im Brennpunkt des Hohlspiegels 5 angeordnet ist und in gezeigtem Ausführungsbeispiel vier Spiegelflächen aufweist, wird der von der Lichtquelle 1 einfallende Lichtstrahl über die gesamte Höhe des Hohlspiegelstreifens 5 ausgelenkt. Nach Reflexion entsteht also ein wandernder, zu sich selbst paralleler Lichtstrahl, der über die gesamte Breite der Oberfläche 7 und den Standard 8 ausgeienkt wird. Die Oberfläche 7, bei der es sich um bandförmiges Material oder z. B. um Banknoten bandeln kann, die nacheinander in Pfeilrichtung (Fig. 1) an der Abtasteinrichtung voibeigeführt wrrdcn, werden also zeilenweise abgetastet So wird sehr einfach die Abtastung einer Fläche ermöglicht. Dieses Abtasten von Oberflächen ist an sich bekannt und nicht Gegenstand dieser Anmeldung.

Unter a) in Fi g. 3 sind noch einmal Standard 8

und Oberfläche 7 dargestellt, die sich jetzt wie in Fi2 2 senkrecht zur Zeichenebene bewegen möge.

Der Lichtfleck möge sich von links nach rechts bewegen.

Die photoelektronischen Wandler 12, 13, 14, 15, die auch von dem Lichtstrahl beaufschlagt werden, geben Anfang und Ende der einzelnen Abtastvorgänge an. Dieses ist unter b) gezeigt. Unter c) ist das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlers 11 dargestellt, das dem vom Standard 8 bzw. der Ober-

fläche 7 remittierten Licht entspricht. Es ist zu erkennen, daß die Remissionswerte über eine Zeile der Oberfläche verschieden sind.

In Fig. 4 ist eine elektronische Auswerteschaltung im Prinzip gezeigt. Der Ausgang des photoelektrisehen Wandlers 11 liegt am Punkt 16. In einem geregelten Verstärker 17 werden die Ausgangssignale des Wandlers 11 verstärkt und in einem Integrator 18 aufintegiiert. Das Ergebnis erschein! an einem Meßinstrument 19. In nicht dargestellter Weise ist dafür gesorgt, daß die Integration — entweder über eine Zeile oder über mehrere Zeilen — nur für Signale erfolgt, die von der Oberfläche 7 stammen. Während der Zeit, in der der Standard 8 abgetastet wird, ist der Schalter 21 geschlossen — gesteuert durch ein Flip-Flop 24, das von den Ausgangssignalen der Wandler 12 und 13 hin- und hergeschaltet wird. Auf diese Weise gelangt ein dem Remissionswert des Standards entsprechender elektrischer Wert über den Verstärker 17 zu dem Vergleichsglied 20, wo dieser mit einem am Eingang 25 liegenden Referenzwert verglichen wird. Der Referenzwert ist beliebig einstellbar. Er entspricht dem Sollwert des jeweiligen Standards. Entspricht der mit dem Standard gemessene Wert nicht dem Sollwert — z. B. durch eine Änderung der Lampenhelligkeit — so entsteht am Ausgang des Vergleichsglieds 20 eine Regelgröße, die in einem Speicher 22 gespeichert wird und über den Regler 23 den Verstärker 17 nachregelt. Während der nachfolgenden Zeilenabtastung der Oberfläche 7 hat also der Verstärker einen ganz bestimmten Verstärkungsgrad, der vom jeweiligen Standard abhängt. So erfolgt der Vergleich Standard-zu prüfende Oberfläche.

Es sind also die Ausgangswerte des Verstärkers 17 immer auf den Wert des Standards bezogen. Durch einen Integrator 18 wird die Remission der zu prüfenden Oberfläche über die von dem Abtastlichtbündel abgetastete Strecke gemittelt, und dieser Wert wird mittels eines Instruments 19 angezeigt.

Die Integration kann z. B. über eine Zeile oder auch über mehrere Zeilen erfolgen. So ist es möglich, schnell croßere Flächen auf ihre Remission hin zu untersuchen.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann vorteilhafterweise überall dort Anwendung finden, wo /. Ii. die Helligkeit einer Oberfläche, die an sich selbst eiiu· gewisse Helligkeit erteilung aufweist, bestimmt worden soll. Hin Beispiel hierfür ist die Banknote. Die Verschmutzungskontrolle der Banknoten wird in den Zentralbanken heute noch visuell durchgeführt, und die Aussortierung erfolgt manuell. Bei dieser Kontrolle kommt es nicht darauf an, eine kleine stark verschmutzte Stelle zu erkennen, sondern die Gesamtverschmutzung der Banknote oder eines Teiles der Banknote festzustellen.

Die Erfindung ist sehr geeignet für den beschriebenen oder ähnliche Anwendungsfälle. Die saubere Banknote oder ein Teil derselben weist eine ganz bestimmte Helligkeit, d. h. einen ganz bestimmten Remissionswert auf. Diese Normalhelligkeit entsprich! der Helligkeit eines Standards. Ist die geprüfte Banknote verschmutzt, so ändert sich der Remissionswert Diese Änderung wird mit einer elektronischen Auswerteschaltung erkannt und bei zu großer Verschmut zung. d. h., wenn ein einstellbarer Grenzwert über schritten wurde, ein Signal zum Aussortieren gegeben

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

2 ÜÜ I U4y Patentansprüche;

1. Photoelektronische Anordnung zur Messung der Remission dilfus reflektierender Oberflächen durch Vergleich mit einem Standard, bei welcher tin Abtastlichtstrahl auf die Oberfläche geworfen und eier von der Oberfläche remittierte Anteil des I-klns auf einen photoelektrischen Wandler geleiiet und mittels einer von dem Wandlersignal beaufschlagten Ainverterschaltung mit von dem Standard remittiertem Licht verglichen wird, gekennzeichnet durch die Vereinigung der nachs'.jhenden Merkmale: