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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.
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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.
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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.
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Die photoelektronische Empfangseinrichtung kann aus einem Photovervielfacher
bestehen, dem eine die Helligkeitsschwankungen bewerte!Jde
Schaltung
nachgeschaltet ist. Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche.
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stören die Reflexionen. Dadurch sinkt die Helligkeit am Photover vielfacher
ab. Dies wird als Fehler bewertet (DT - Auslegeschrift 1 154 656).
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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.
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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.
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In der Vorrichtung wird kein halbdurchlässiger Spiegel mehr benutzt.
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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.
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Der Parabolspiegel sorgt dafür, daß die Lichtstrahlen unabhängig von
der Verschiebung auf der Oberflache senkrecht auf diese auftreffen.
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Mittels der Zylinderlinse erreicht man eine scharfe abbildung den
Lichtflecks auf der Empfangseinrichtung.
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Die Vorrichtung kann gleichzeitig dazu benutzt werden, die mittels
Durchleuchtung der Bahn erfaßbaren Unregelmäßigkeiten zu prüfen.
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Unterhalb der Bahn muß hierfür eine weitere photoelektrische Empfangs
vorrichtung vorgesehen sein.
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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.
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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.
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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.
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In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die zwischen
Parabolspiegel und Oberfläche angeordnete Zylinderlinse mit einem Schlitz für den
Durchgang der Laserstrahlen versehen ist.
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J4i dieser Ausführungsform ist die Größe des Lichtflecks auf der zu
prüfenden Bahn unabhängig von Abstand zwischen Zylinderlinse und Bahn.
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Die Größe des Lichtflecks hängt über@iegend vom Durchmesser der von
Laser ausgehenden Strahlung ab.
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Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß die Bohrungsränder
des Spiegels und/oder der Linsenoptik blendenförmig ausgestaltet sind.
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Durch diese MaRnah3e werden Einflüsse, die durch Reflexionen an den
Innenwänden der Bohrungen entstehen können, ausgeschaltet.
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ESn Aueführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand einer
Zeichnung näher erläutert.
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Ss zeigen: Fig. 1 eine nach dem Autokollimationsprinzip arbeitende
Abtastvorrichtung, Fig. 2 einen Spiegel im Schnitt mit einer blendenartig ausgestalteten
Bohrung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Durch die Drehung des Spiegels 7 wird der Lichtfleck 13 auf der Bahn
uer zu deren Vorschubbessegung hin- und herbewegt.
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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.
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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.
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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.
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Die Linsenoptik 6 kann mit einer entsprechenden Blende ausgestattet
sein.