DE2211654A1

DE2211654A1 - Einrichtung zum pruefen bewegter bahnen aus papier, kunststoff- oder metallfolien und dgl

Info

Publication number: DE2211654A1
Application number: DE2211654A
Authority: DE
Inventors: Paul Lippke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1973-09-20
Also published as: US3821557A

Description

Einrichtung zum Prüfen bewegter Bahnen aus Papier, Kunststoff- oder Metallfolien und dgl.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Prüfen bewegter Bahnen aus Papier, Kunststoff- oder Metallfolien und dgl. auf Veränderungen in der Oberflächenbeschaffenheit bzw. des Reflexionsgrades mit Hilfe einer einen schmalen Lichtstrahl erzeugendenden Strahlquelle und einer den Lichtstrahl reflektierenden und als Prüfstrahl quer zur Bewegungsrichtung der Bahn über diese führenden Ablenkeinrichtung und einer'vonXdas, der Bahn reflektierte Licht empfangenden lichtempfindlichen Einrichtung.

Es ist bereits eine Einrichtung bekannt, bei der ein Lichtstrahl durch einen rotierenden Polygonspiegel abgelenkt und als Prüfstrahl quer zur Bewegungsrichtung der zu prüfenden Bahn über diese geführt wird. Bei entsprechend hoher Drehzahl des Polygonspiegels erlaubt diese bekannte Einrichtung die vollständige Prüfung einer bewegten Bahn aus Papier und dgl. auf Fehler, die eine Änderung der Reflexionsbedingungen bzw. des Reflexionsgrades bewirken. Diese bekannte Einrichtung ist geeignet, Bahnen bis zu einer Breite von etwa 1,40 m zu prüfen. Nachteilig bei der bekannten Einrichtung ist der erhebliche Aufwand an Mitteln zur Durchführung des Prüfver-

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fahrens. Insbesondere der mit verhältnismäßig hoher Drehzahl angetriebene Polygonspiegel ist in der Herstellung sehr teuer. Wegen der hohen Masse dieses Polygonspiegels und der hohen Drehzahlen, mit denen er angetrieben werden muß zum Zwecke einer vollständigen Prüfung von schnellbewegten Bahnen ist es unumgänglich, den Polygonspiegel sehr genau auszuwuchten. Darüberhinaus müssen aber auch an die Lager für den Polygonspiegel erhebliche Anforderungen gestellt werden. Schließlich ist auch die Herstellung und Justierung der einzelnen Spiegelelemente des Polygonspiegels mit erheblichen Kosten verbunden.

Ferner sind sogenannte Spulenschwinger bekannt. Diese Einrichtungen weisen eine zu Drehschwingungen erregbare Drehspule auf, mit der ein Spiegel starr verbunden ist; sie dienen u.a. zum Aufzeichnen von Schwingungsvorgängen auf lichtempfindlichem Papier, z.B. Fotopapier.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, deren Herstellung mit erheblich geringerem Aufwand an Mitteln und Kosten möglich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch geläst, dass als Ablenkeinrichtung eine an sich bekannte Einrichtung mit einem beweglichen Element geringer Masse vorgesehen ist, das durch äußere Kräfte zu erzwungenen Schwingungen, insbesondere Drehschwingungen, mit vorbestimmter Frequenz anregbar ist und einen Spiegel geringer Masse an einer Stelle trägt, an der sich die Richtung der Flächennormalen des Spiegels mit den Schwingungen des beweglichen Elements ändert,

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Ein derartiges bewegliches Element kann z.B. nach Art eines Torsionspendels ausgeführt sein, das durch ein elektro-magnetisches Wechselfeld erregt wird. Jedoch ist es auch möglich, z.B. Biegeschwingungen elektrο-mechanischer Wandler auszunutzen. Bei geringer Masse des beweglichen Elements kann dieses zu Schwingungen derart hoher Frequenz angere - gt werden, dass selbst Bahnen' lückenlos abgetastet bzw. geprüft werden können, die sich z.B. mit einer Geschwindigkeit von 10 m/sec. bewegen. Besonders gut geeignet ist die erfindungsgemässe Einrichtung für die Prüfung von Bahnen nur geringer Breite, z.B. einer Breite von 10 cm, weil dann die Schwingungsamplitude bei vorgegebener Länge des PrüfStrahls klein , · gehalten werden. Bei einer versuchsweise ausgeführten Einrichtung genügten zum Abtasten einer Bahn der angegebenen Breite Verdrehungen bzw. Verschwenkungen des mit dem "beweglichen Element starr verbundenen Spiegels um ein bis zwei Grad, bezogen auf die Flächennormale des· Spiegels. Der konstruktive Aufwand für diese Ablenkeinrichtung ist sehr gering, verglichen mit dem bei der bekannten Prüfeinrichtung vorgesehenen Aufwand zum Ablenken des Prüfstrahls.

Nach einem besonderen Merkmal ist es zweckmäßig, dass als Ablenkeinrichtung ein an sich bekannter Spulenschwinger vorgesehen ist. „

Zum Zweck des Verkleinerns der Abmessungen der Einrichtung und zum Erzielen einer für die gewünschte Auslenkung des Prüfstrahls erforderlichen Länge des Prüfstrahls wird nach einem weiteren Merkmal vorgeschlagen, in an sich bek-a.annter

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Weise einen oder mehrere Umlenkspiegel vorzusehen. Dabei kann zum Zweck des Vergrösserns der Auslenkungen des Prüfstrahls nach einem weiteren Merkmal wenigstens einer der Umlenkspiegel als Konvexspiegel ausgebildet sein.

Insbesondere bei der Prüfung von bewegten Metallfolien bzw. glänzenden metallischen Oberflächen ist es zum Erkennen feinster Einschlüsse, z.B. ^uarzeinschlüsse, unbedingt erforderlich, einen äußerst feinen Prüfstrahl zu verwenden, dass heißt, einen Prüfstrahl sehr geringen Durchmessers, Mit den üblichen optischen Mitteln ist ein solcher Prüfstrahl kaum mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand herstellbar. Hierzu wird deshalb nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal vorgeschlagen, dass als Lichtquelle ein Laser vorgesehen ist. Darüberhinaus können in|manchen Fällen Verbesserungen der Meßergebnisse dadurch erzielt werden, dass das zum Prüfen verwendete Licht durch geeignete Mittel polarisiert wird. Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, in verschiedenen Anwendungsfällen Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu verwenden.

Die auf der zu prüfenden Bahn vom Prüfstrahl hinterlassene, gedachte Prüfspur hat entsprechend dem Schwingungsverlauf des beweglichen Elements der Ablenkeinrichtung ebenfalls sinusförmigen Verlauf. Deshalb ändert sich auch die Winkelgeschwindigkeit des Prüfstrahls und damit die Abtastgeschwindigkeit ständig zwischen einem maximalen Wert und dem Wert Null, lim für die gesamte, zu prüfende Breite einer Bahn wenigstens annähernd gleiche Bedingungen zu erhalten, ist es zweckmäßig, dass für die Prüfung einer Bahn nur ein solcher Bereich der gesamten Auslenkung ausgenutzt wird,

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innerhalb dem die jeweilige Winkelgeschwindigkeit des Prüfstrahls sich nur unwesentlich von der maximalen Winkelgeschwindigkeit unterscheidet.

Zum Prüfen breiterer Bahnen können mehrere erfindungsgemässe Einrichtungen nebeneinander angeordnet werden. Dabei können die als Planspiegel ausgebildeten Umlenkspiegel über die gesamte Breite durchgehend ausgeführt sein.

Sollte es für bestimmte Zwecke vorteilhaft sein, dass der Prüfstrahl ste-ts nur in der einen Richtung über die Bahn geführt wird, so kann zu diesem Zweck der Lichtstrahl durch an sich bekannte Mittel dunkelgesteuert werden während derjenigen Zeitdauer einer Schwingungsperiode des beweglichen Elements, während der der Spiegel den Prüfstrahl in der anderen Richtung über die Bahn führen würde. Bei entsprechend hoher Frequenz der Schwingungen des beweglichen Elements kann trotz des an sich sinusförmigen Verlaufs der Prüfspur unter Berücksichtigung der S1ä?ke bzw. des Durchmessers des Lichtstrahls eine vollständige Prüfung einer bewegten Bahn erreicht werden.

Im Hinblick auf die äusseren Abmessungen und auf ein möglichst geringes Trägheitsmoment ist als Ablenkeinrichtung vorteilhaft ein an sich -bekannter Spulenschwinger vorgeseiin, weil hiermit hohe Frequenzen der Drehschwingungen erreichbar sind. Die Masse des beweglichen Elements solcher Spulenschwinger liegt in der Grössenordnung von 1 mg. Anhand der Figuren 1,und 2 der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

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Es zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemässe Einrichtung in der Seitenansicht im Schnitt und

Pig. 2 die Einrichtung nach Fig. 1 in der Draufsicht im Schnitt.

Die erfindungsgemässe Einrichtung ist allgemein mit 1 bezeichnet. Die Einrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einer Strahlquelle 2, einer Ablenkeinrichtung 3 und einer lichtempfindlichen Einrichtung 4. Die Strahlquelle 2, die Ablenkeinrichtung 3 und die lichtempfindliche Einrichtung 4 befinden sich in einem staubdichten Gehäuse 5·

Die Strahlquelle 2 weist eine Lichtquelle 6, einen Spiegel 7 und optische Mittel 8 zum fokussieren bzw. scharfen Bündeln des Lichtstrahls 9 auf. Zum Erzielen eines scharf gebündelten Lichtstrahls kann die Strahlquelle 2 z.B. einen Laser aufweisen. Auch kann die Verwendung von Licht bzw. Stählung bestimmter ausgewählter Wellenlänge zweckmäßig sein bei bestimmten, zu prüfenden Materialien; für diesen Fall sind zweckmäßig nicht dargestellte Mittel zum Verändern der Wellenlänge des abgegebenen Lichts bzw. der abgegebenen Strahlung vorgesehen.

Gegenüber der Strahlquelle 2 befindet sich im Gehäuse 5 die Ablenkeinrichtung 3· Die Ablenkeinrichtung 3 weist ein in Drehschwingungen versetzbares Element 10 auf und entspricht im wesentlichen einem an sich bekannten Spulenschwinger. Das Element 10 besteht aus einer Drehspule 11

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und einem mit der Drehspule 11 starr verbundenen Spiegel 12. Spannbänder 13 und 14 verbinden das Element 10 mit ortsfesten Lagern 15 und 16r· Die Spannbänder 13 und 14-erlauben ein gewisses Verdrehen des Elements 10. Im Bereich der Drehspule 11 befindet sich ein Magnet 17, der an der Wandung des Gehäuses 18 der Ablenkeinrichtung 3 befestigt ist. - Die Masse von Drehspule 11 und Spiegel 12 liegt in der Grössenordnung von 1 mg. Entsprechend gering ist auch das Trägheitsmoment des Elements 10. Anstelle solcher elektro-mechnisch wirkender Ablenkeinrichtungen können auch solche mit gleichen Erfolg verwendet werden, deren bewegliches Element z.B. mittels UltrascbaLl erregt wird. - Der Drehspule 11 wird über die Spannbänder 13 und 14- ein Wechselstrom vorbestimmter Frequenz und vorbestimmter Stärke von einer nicht dargestellten WechselStromquelle zugeführt, wodurch die Drehspule 11 und damit der Spiegel 12 entsprechende Drehschwingungen ausführen.

Im Gehäuse 5 sind ferner feststehende Umlenkspiegel 19, 20 und 21 vorgesehen zur Verlängerung des. Prüf Strahls 22 und damit zum Erzielen einer ausreichenden Auslenkung des PrüfStrahls quer zur Bewegungsrichtung der bewegten Bahn 23 und zu seiner Ablenkung auf die Bahn 23 zu unter einem für die Prüfung günstigen Winkel. Um die Auslenkung des PrüfStrahls 22 weiter zu vergrössern,ohne die Amplitude der Schwingungen des Elements 10 vergrössern zu müssen, ist der Umlenkspiegel 19 als Konvexspiegel ausgebildet.-Der von der StrahlcLuelle 2 abgegebene Lichtstrahl trifft auf den Spiegel 12 des Elements IQ, Der am Spiegel 12 reflektierte Lichtstrahl 9 - jetzt als Prüfstrahl 22 bezeichnet - gelangt zunächst infolge einer gewissen Neigung

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des Spiegels 12 "bzw. des Elements 10 gegenüber dem Lichtstrahl 9 auf den Umlenkspiegel 19· Nach Reflexion am Umlenkspiegel 19 gelangt, der Prüfstrahl 22 auf den Planspiegel 20. Nach Reflexion am Planspiegel 20 gelangt der Prüfstrahl 22 wiederum auf den Umlenkspiegel 19. Nach abermaliger Reflexion am Umlenkspiegel 19 gelangt der Prüfstrahl 22 auf den Umlenkspiegel 21, der den Prüfstrahl 22 durch eine im Gehäuse 5 befindliche Abdeckscheibe 24 hindurch auf die Bahn 23 richtet. Das von der Bahn 23 reflektierte Licht gelangt teilweise zu Fotozellen 25 der lichtempfindlichen Einrichtung 4. Die Foteellen 25 sind an einen Verstärker 26 angeschlossen. Zur Abdichtung des Gehäuses 5 gegen Staub ist auf der Seite der Fotozellen 25 eine weitere Abdeckscheibe 27 vorgesehen.

Anstelle das von der Bahn reflektierte Licht auszuwerten ist es ebenso möglich, die lichtempfindliche Einrichtung auf der der Strahlquelle gegenüberliegenden Seite der Bahn anzuordnen, um das die Bahn durchdringende Licht auswerten zu können. Hierdurch kann*über Änderungen des inneren Gefüges insbesondere Papierbahnen erhalten werden, z.B. über partielle, wesentliche Erhöhungen der Lichtdurchlässigkeit .

* Aufschluß
** von

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Claims

Paul Lippke

Ansprüche

Einrichtung zum Prüfen bewegter Bahnen aus Papier, Kunststoff- oder Metallfolien oder dgl. auf Veränderungen in der Oberflächenbeschaffenheit bzw. des Reflexionsgrades mit Hilfe einer einen schmalen Lichtstrahl erzeugenden Strahlquelle und einer den Lichtstrahl reflektierenden und als Prüfstrahl quer zur Bewegungsrichtung der Bahn über diese führenden Ablenkeinrichtung und einer das von der Bahn reflektierte Licht empfangenden lichtempfindlichen Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass als Ablenkeinrichtung (3) eine an sich bekannte Einrichtung mit einem beweglichen Element (10) geringer Masse vorgesehen ist, das durch äussere Kräfte zu erzwungenen Schwingungen, insbesondere Drehschwingungen, mit vorbestimmter Frequenz anregbar ist und einen Spiegel (12) geringer Masse an einer Stelle trägt, an der sich die Richtung der Flächennormalen des Spiegels mit den Schwingungen des beweglichen Elements ändert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ablenkeinrichtung (3) ein an sich bekannter Spulenschwinger vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Umlenkspiegel (19i 20, 21) vorgesehen sind.

oder des inneren Gefüges

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4·. Einrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens/aer Umlenkspiegel (19» 20,21) als Konvexspiegel ausgebildet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser als Lichtquelle vorgesehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5j dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Polarisieren des Lichts vorgesehen sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Ändern der Wellenlänge des Lichts vorgesehen sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Prüfung einer Bahn (23) nur ein solcher Bereich der gesamten Auslenkung ausgenutzt wird, innerhalb dem die jeweilige Winke^geschwindigkeit des PrüfStrahls (22) sich nur unwesentlich von der maximalen Winkelgeschwindigkeit unterscheidet.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einrichtungen (1) nebeneinander angeordnet sind.

Neuwied, den 29. 2. 1972

Der Vertreter

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