DE2051908A1 - Photoelektronische Oberflachenabtast einrichtung - Google Patents

Photoelektronische Oberflachenabtast einrichtung

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DE2051908A1
DE2051908A1 DE19702051908 DE2051908A DE2051908A1 DE 2051908 A1 DE2051908 A1 DE 2051908A1 DE 19702051908 DE19702051908 DE 19702051908 DE 2051908 A DE2051908 A DE 2051908A DE 2051908 A1 DE2051908 A1 DE 2051908A1
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DE
Germany
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mirror
laser
lens
light
rotating
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Application number
DE19702051908
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English (en)
Inventor
Felix Dipl Ing 6100 Darm Stadt GOIn 23 18 Lentze
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901Optical details; Scanning details

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

  • Photoelektronische Oberflächenabtasteinrichtung Die erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Prüfung bewegter Materialbahnen oder -bogen auf Unregelmäßigkeiten in der Oberflachenbeschaffenheit mit einer Lichtquelle, von der ein Lichtfleck mittels eines Dreh- oder Schwenkspiegels und eines Parabolspiegela auf der Oberflche hin- und herbewegt wird, und mit einer photo elektrischen Empfangseinrichtung für das reflektierte Licht, der eine Helligkeitsschwankungen bewertende Schaltung nachgeschaltet ist.
  • In einer bekannten Vorrichtung zur Prüfung bewegter Materialbahnen auf Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenbeschaffenheit wird von einer Lichtquelle ausgesandte Strahlung über eine Blende, einen halbdurchlässigen Spiegel, eine Optik auf einen Drehspiegel geworfen, der die Strahlung einem Umlenkspiegel zuführt, son dem die reflektierte Strahlung über einen Parabolspiegel und eine diesen nachgeschaltete Zylinder linse auf die Bahnoberfläche gelangt. Auf der Bahnoberfläche wird ein Lichtfleck erzeugt, der mit der Drehung des Drehspiegels periodisch hin- und herwandert.
  • Von der Bahn reflektiertes. Licht wird durch d e Zylinderlinse auf den Parabolspiegel zurückgeworfen, von dem das Licht über den Umlenk-Spiegel, den Drehspiegel und die Optik zum halbdurchlässigen Spiegel gelangt. Ein Teil des auf den halbdurchlässigen Spiegel gewordenen Lichts wird zur photoelektronischen Empfangseinrichtung reflektiert.
  • Die photoelektronische Empfangseinrichtung kann aus einem Photovervielfacher bestehen, dem eine die Helligkeitsschwankungen bewerte!Jde Schaltung nachgeschaltet ist. Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche.
  • stören die Reflexionen. Dadurch sinkt die Helligkeit am Photover vielfacher ab. Dies wird als Fehler bewertet (DT - Auslegeschrift 1 154 656).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten art so zu verbessern, daß die Unterschinde in der Helligkeit der Lichtquelle und des Abbilds an der photoelektrischen Empfangsvorrichtung möglichst klein sind.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Laser als Lichtquelle vorgesehen ist, daß zwischen dem Laser un dem Drehspiegel ein gegen die Achse der Laserstrahlung geneigter Spiegel und eine Linsenoptik mit Bohrungen für den Durchgang der Laserstrah lung versehen sind und daß ein Abbild des vom Laser auf der Ober fläche erzeugten Lichtflecks durch eine an sich bekannte Zylinderlinse, den Parabolspiegel, den Drehspiegel, die Linsenoptik und den geneigten Spiegel auf die photoelektrische Empfangseinrichtung getoren ist.
  • In der Vorrichtung wird kein halbdurchlässiger Spiegel mehr benutzt.
  • Die Helligkeit der von der Licht@uelle ausgehenden Strahlung wird durch einen halbdurchlässigen Soiegel deshalb nicht beeinflußt. Die vom Laser susgesandte Strahlung gelangt, ohne an Spiegeln reflektiert oder in Linsen absorbiert zu erden, bis zum Drehspiegel.
  • Der Parabolspiegel sorgt dafür, daß die Lichtstrahlen unabhängig von der Verschiebung auf der Oberflache senkrecht auf diese auftreffen.
  • Mittels der Zylinderlinse erreicht man eine scharfe abbildung den Lichtflecks auf der Empfangseinrichtung.
  • Die Vorrichtung kann gleichzeitig dazu benutzt werden, die mittels Durchleuchtung der Bahn erfaßbaren Unregelmäßigkeiten zu prüfen.
  • Unterhalb der Bahn muß hierfür eine weitere photoelektrische Empfangs vorrichtung vorgesehen sein.
  • Die Zylinderlinse v@rgrößert den Öffnungswinkel des vom Lichtfleck reflekti@rten erfanbaren Strahlenbündels. Gleichzeitig ermöglicht sie bei entsprechender Verschiebung der Bahnoberfläche gegenUber dcm Brennpunkt eine Verkl@inerung des Lichtflecks auf der Bahnoberfläche, die deshalb sehr genau geprüft werden kann. Für Anwendungszwec'te, bei denen ein sehr kleiner Lichtfleck und ein großer Öffnungswinkel nicht benötigt werden, kann die Zylinderlinse entfallen. Infolge der stark gebündelten Strahlung des Lasers ist der auf diese Weise erzeugte Lichtpflock auch für die Prüfung mittels Durchleuchtung ausreishend.
  • An des der Linsenoptik vorgeschalteten Spiegel treten keine Verluste i.hr auf, die bei einem halbdurchlässigen Spiegel durch die physikalische Strahlenteilung hervorgerufen werden. Das Verhältnis zwischen Helligkeit der Lichtquelle und Helligkeit am photoelektrischen Empfänger ist deshalb erheblich besser als bei bekannten Vorrichtungen.
  • Vielfach kann aus diesem Grunde die photoelektrische Empfangsvorrichtung einfacher aufgebaut sein. An die Stelle eines Photovervielfachers kann eine Photozelle oder Photodiode treten. Die den photoelektrischen Empfänger nachgeschalteten Verstärker können ebenfalls weniger aufwendig ausgeführt sein.
  • In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die zwischen Parabolspiegel und Oberfläche angeordnete Zylinderlinse mit einem Schlitz für den Durchgang der Laserstrahlen versehen ist.
  • J4i dieser Ausführungsform ist die Größe des Lichtflecks auf der zu prüfenden Bahn unabhängig von Abstand zwischen Zylinderlinse und Bahn.
  • Die Größe des Lichtflecks hängt über@iegend vom Durchmesser der von Laser ausgehenden Strahlung ab.
  • Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß die Bohrungsränder des Spiegels und/oder der Linsenoptik blendenförmig ausgestaltet sind.
  • Durch diese MaRnah3e werden Einflüsse, die durch Reflexionen an den Innenwänden der Bohrungen entstehen können, ausgeschaltet.
  • ESn Aueführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Ss zeigen: Fig. 1 eine nach dem Autokollimationsprinzip arbeitende Abtastvorrichtung, Fig. 2 einen Spiegel im Schnitt mit einer blendenartig ausgestalteten Bohrung.
  • Der von einem Laser 1 ausgesandte Lichtstrahl 2 gelangt durch eine Bohrung 3 in einem Spiegel 4 und eine Bohrung 5 in der Mittelachse einer Linsenoptik 6 zu einem Drehspiegel 7. Der Spiegel 4 ist schräg ur Achse des Lichtstrahls 2 angeordnet. Der Drehspiegel 7 wird von einem nicht näher dargestellten Motor angetrieben. Der am Spiegel 7 reflektierte Lichtstrahl 2 wird auf einen Planspiegel 8 geworfen.
  • Nach der Reflexion vom Planspiegel 8 trifft-der Lichtstrahl 2 auf einen Parabolspiegel 9 auf. Die Abstände zwischen Drehspiegel 7, Planspiegel 8 und Parabolspiegel 9 sowie die Neigungswinkel der Mittelachsen dieser Spiegel gegen eine Bezugsachse sind so eingestellt, da' der Drehspiegel 7 im Brennpunkt des Parabolspiegels 9 liegt. Der Parabolspiegel 9 verursacht einen parallelen Strahlengang der zur Zylinderlinse 11 geleiteten Strahlung. Die Zylinderlinse 11 ist mit einen Schlitz 12 versehen, durch den der Lichtstrahl 2 hindurchfällt und auf der Bahn 10 einen Lichtfleck 13 erzeugt.
  • Vom Lichtfleck 13 erflektierte Lichtstrahlen 14,15 serden von der Zylinderlinse 11 auf den Parabolspiegel 9 geworfen, der sie zum Planspiegel 8 weiterleitet. Die vom Planspiegel 8 reflektierten Lichtstrahlen 14,15 gelangen zum Drehspiegel 7 und von dort zur Linsenoptik 6. Hinter der Linsenoptik 6 treffen die Strahlen auf den Spiegel 4. Der Spiegel 4 reflektiert die Strahlen und leitet sie zu einer photoelektrischen Empfangseinrichtung 16. Der Hin- und Rückweg für die vom Laser 1 ausgehende Strahlung ist demnach gleich groß.
  • Die photoelektrische Empfangseinrichtung 16 ist mit einer die Helligkeit der empfangenen Strahlen bewertenden Schaltung 17 verbunden. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet, wie oben beschrieben, nach dem Autokollimationsprinzip.
  • Durch die Drehung des Spiegels 7 wird der Lichtfleck 13 auf der Bahn uer zu deren Vorschubbessegung hin- und herbewegt.
  • Die vom Laser 1 ausgesandte Strahlung tritt durch den Spiegel 4 und die Linsenoptik 6 hindurch, ohne daß Verluste n der Intensität infolge Streuung oder hhsorption entstehen In der 3ylinderlinse 11 wird ebenfalls de Intensität der Strahlung 2 nicht vermindert. Das auf den Empfänger 16 geworfene Abbild des Lichtflecks 13 ist heller als bei den bekannten Vorrichtungen, da am Spiegel 4 keine Strahlenteilung auftritt. Die Verluste an Strahlungsintensität auf dem Wege zwischen dem Laser 1 und der Empfangseinrichtung 16 sind demgemäß minimal. Die Vorrichtung arbeitet mit hohem Wirkungsgrad und erlaubt eine gnaue Prüfung der Materialbahn 10.
  • Die' Schaltung 17 besteht aus nicht dargestellten Verstärkern und Signalbenaertungsstufentderen Ausgangssignal anzeigt, ob die Oberfläche einen nicht zulässigen Fehler aufweist. Durch das giinstlge Verhältnis zwischen Lichtintensität der ausgesandten Strahlung 2 und des Abbilds des Lichtflecks 13 auf dem Empfänger 16 können der Empfänger 16 bz. die nachgeschalteten nicht dargestellten Verstärker eine kleinere Verstärkung aufweisen als in den bekannten Vorrichtungen.
  • In Fig. 2 ist ein Spiegel 4 dargesteLlt, vor dessen dem Laser 1 zugewandter Öffnung der Bohrung s eine Blende 18 angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, daß die Strahlung 2 die Wände der Bohrung 3 streift.
  • Die Linsenoptik 6 kann mit einer entsprechenden Blende ausgestattet sein.

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    (1.) Vorrichtung zur Prüfung bewegter Materialbahnen oder -bogen auf Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenbeschaffenh@it mit einer Lichtquelle, von der ein Lichtfleck mittels eines Dreh- oder Schwenkspiegels und eines Parabolspiegls auf der Oberfläche hin- und herbewegt wird, und mit einer photoelektrischen Empfangseinrichtung für das reflektierte Licht, der eine Helligkeitsschwankungen bewertende Schaltung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser (1) als Lichtquelle vorgesehen ist, daß zwischen dem Laser (1) und dem Drehspiegel (7) ein gegen die Achse der Laserstrahlung geneigter Spiegel (4) und eine Linsenoptik (6) mit Bohrungen (3;5) für den Durchgang der Laserstrahlung (2) versehen sind und das ein abbild des vom Laser (1) auf der Oberfläche erzeugten Lichtflecks (13) eurch(eine an sich bekannte Zylinderlinse (11), den Parabolspiegel (9), den Drehapiegel (7), die Linsenoptik (6) und den geneigten Spiegel (+) auf die photoelektrische Empfangseinrichtung (16) geno-rfen ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-net, daß die zwischen Parabolspiegel (9) und Oberfläche angeordnete Zylinderlinse (9) mit einem Schlitz (12) für den Durchgang der Laserstrahlen versehen ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungsränder des Spiegels (4) und/oder der Linsenoptik (6) blendenförmig ausgestaltet sind.
DE19702051908 1970-10-22 1970-10-22 Photoelektronische Oberflachenabtast einrichtung Pending DE2051908A1 (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2422933A1 (fr) * 1978-01-04 1979-11-09 Sick Optik Elektronik Erwin Dispositif optique pour determiner l'angle de sortie des rayons lumineux dans une bande de materiau balayee par un spot lumineux
DE3426332A1 (de) * 1984-07-17 1986-01-30 Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik, 7808 Waldkirch Optische rauheitssonde mit abtastung der indikatrix
DE3800543A1 (de) * 1988-01-12 1989-07-20 Feldmuehle Ag Vorrichtung zum pruefen von sich mit hoher geschwindigkeit bewegenden bahnfoermigen flaechengebilden
DE3920669A1 (de) * 1989-06-23 1991-01-10 Sick Optik Elektronik Erwin Optische abtastvorrichtung
DE4229349A1 (de) * 1992-09-05 1994-03-17 Schoeller Felix Jun Papier Anordnung zur Messung der optischen Güte von spiegelnden und transparenten Materialien und Verfahren zu seiner Durchführung

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