DE2241263C3 - überwachungsvorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes - Google Patents
überwachungsvorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen GegenstandesInfo
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Description
der zur Abtastung der Oberfläche des Gegenstandes mit dem Lichtstrahl erforderlichen Zeitdauer erhaltene
Wert nicht durch eine Veränderung der Geschwindigkeit und der Breite des Gegenstandes und nicht
durch den Zustand des Fehlers selbst beeinflußt wird, werden durch Verarbeitung dieses Wertes in den
Integratoren bzw. in der Torschaltung und im Vergleicher mit verschiedenen Bezugspegeln unterteilte
Impulse erhalten, und das Fehlersignal wird durch diese unterteilte Impulse geteilt gespeichert und verarbeitet.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines "Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
überwachungsvorrichtung,
Fig.2 ein Blockschaltbild einer überwachungsvorrichtung,
F i g. 3 und 4 ein Blockschaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemäßen überwachungsvorrichtung.
In der Fig. J ist ein zu überwachender Gegenstand
H dargestellt, der sich nach rechts in der Richtung des Pfeils bewegt. Ein Lichtstrahl 2 wird durch
eine Lichtquelle mit einer Glühlampe, einer Quecksilberlampe oder einem Laser erzeugt. Ein Drehspiegel
3 aus einem polygonalen Stab wird durch eine Antriebseinrichtung 4 gedreht und reflektiert
den Lichtstrahl 2 so. daß dieser die Oberfläche des Gegenstandes in transversaler Richtung kontinuierlich
abtastet. Der geometrische Ort des abtastenden Lichtstrahls ist mit 5 bezeichnet. Ein Meßumformer 6
wandelt den von der Oberfläche des Gegenstandes reflektierten Lichtstrahl 2 in einen elektrischen Impuls
um. Ein zweiter Meßumformer 7 empfängt direkt den Lichtstrahl 2 ohne Reflexion auf der Oberfläche
des Gegenstandes. Der zweite Meßumformer 7 ist in einer solchen Lage vorgesehen, in der der Lichtstrahl
2 gerade das Abtasten beginnt. Eine Einrichtung 8 erfaßt die Geschwindigkeit des sich bewegenden
Gegenstandes 1. Ein möglicher Fehler, der auf einem von mehreren Teilbereichen, in die der Gegenstand
geteilt wurde, liegt, wird durch den Meßumformer 6 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Mehrere
Zähler sind dabei so angeordnet, daß sie die den Teilbereichen des Gegenstandes I entsprechenden elektrischen
Signale speichern.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem der Gegenstand 1 in der Längsrichtung /um Abtasten
in drei Teilbereiche geteilt ist.
In der F i g. 2 wird ein elektrisches Signal A. dessen
Impulsbreite gleich ist /ur transversalen Abiastzeit T. in ein Differenzierglied 9 und einen Impulsformer 10
eingespeist. Das differenzierte Signal ß wird durch einen Vergleicher 11 in ein einen möglichen Fehler
darstellendes Fehlersignal C umgewandelt dessen Höhe nicht kleiner ist als ein bestimmter Pegel. Das
Signal C wird in eine Torschaltung 12 eingespeist. Auf der anderen Seite wird das in den Impulsformer 10
eingespeiste elektrische Signal A in einen geformten Impuls D umgewandelt, dessen Impulsbreite gleich
ist zur Abtastdauer des Lichtstrahls 2 über dem Gegenstand I. Der so die Breite des bandförmigen Gegenstandes
darstellende Impuls ßwird in einen Digitalprozessor
13 eingespeist. Das elektrische Signal E vom Meßumformer 7. der den Lichtstrahl 2 direkt
unmittelbar empfangt, bevor dieser mit dem Abtasten des Gegenstandes I beginnt, wird in einen
iinpulsteiler 14 in der Form eines Triggerimpulses eingespeist. Der Impulsteiler 14 erzeugt drei Impulse
Fa, Fb und Fc mit verschiedenen Anstiegspunkten,
wobei die Impulse Fa, Fb und Fc in den Digitalprozessor
13 eingespeist werden. Im Digitalprozessor 13 erzeugen der Impuls D, der die Breite des bandförmigen
Gegenstandes darstellt, und die drti Impulse Fa, Fb und Fc mit unterschiedlichen Anstiegspunkten zusammen drei Impulse Ga, Gb 'ind Gc,
die die drei Teilbereiche des Gegenstandes wiedergeben
und die stufenweise versetzte Anstiegs- und Abfailpunkte aufweisen, wobei der Ansiiegspunkt
des einen Impulses zur gleichen Zeit wie der Abfallpunkt des danebenliegenden Impulses auftritt. Die
Torschaltung, in die die Impulse Ga. Gh und Gc eingespeist
werden, wird gefolgt von einer Stufe, in der die Zähler 15a, 156 und 15c, die jeweils den impulsen
Ga, Gb und Gc entsprechen, das Fehlersignal C vom Vergleicher 11 speichern, das einen über einem gewissen
Pegel liegenden Fehler wiedergibt. Damit ist es möglich, den Teilbereich des Gegenstandes zu ermitteln,
der die Fehler enthält, indem die ImpulseGu.
Gb und Gc so festgelegt werden, daß sie jeweils für die Teilbereiche des Gegenstandes kennzeichnend
sind. Bei dieser Vorrichtung sind am Beginn und oder am Ende des Abtastens durch den Lichtstrahl 2 die
Kanten des Gegenstandes mögliche »falsche« Fehler, die so falsche Signale erzeugen. Dies kann durch eine
Verzögerungsschaltung zur Einstellung der Impuls-
3Q breiten verhindert werden.
Bis jetzt wurde eine Vcrzögerungsschaltung mit drei Verzögerungsgliedern dazu verwendet, um drei
unterteilte Impulse zu erzeugen. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, daß die Abtastgeschwindigkeit
des Lichtstrahles 2 sich mit der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 verändert, was eine Veränderung der
Breite des impulses D bedeutet, der ein Ausgangssignal des Impulsformers IO ist. das seinerseits die
'■ Breite des Gegenstandes wiedergibt. Damit ist es erforderlich, daß sich die Breite der Impulse Ga. Gh
und Gc verändert. Weiterhin ist es erforderlich, die Anstiegspunkte der drei Impulse Fa, Fb und Fc
durch Veränderung der Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder zu verändern, um Impulse Ga. Gb
und Gc mit geeigneten Breiten zu erzeugen. Ls ist in der Praxis jedoch sehr schwierig, diese Forderungen
zu erfüllen.
Die erfindungsgemäßc überwachungsvorrichtung,
die es ermöglicht, die unterteilten Impulse in Tbereinstimmung
mit irgendeiner Veränderung der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 leicht zu erhalten,
wird nun an Hand der I i g 3 und 4 näher eniiutert
werden. In der F i g. 3 sind eine Einrichtung 8 zur Erfassung der Geschwindigkeit des Gegenstandes I.
ein Digital-Analog-Umsetzer 17. ein Fehlersignal-Detektor 18, ein Stellglied 19 für den den Drehspiegel 3
antreibenden Motor, ein Drehzahlmesser 20 Tür den Drehspiegel 3, ein Digital-Analog-Umsetzer 21. ein
Integrator 22, ein Vcrglcicher 23 und ein Schallglied 24 vorgesehen, das Signale erzeugt, die die Dauer bestimmen,
in welcher der Integrator 22 seine Integrierfunktion ausführt. Die Geschwindigkeit des Objekts 1
wird durch die Einrichtung8 in der Form eines Impulssignals
erfaßt, dessen Frequenz, proportional zur Geschwindigkeit ist, wobei dieses Signal durch den
Digital-Analog-Umsetzer 17 in einen analogen Wert umgewandelt wird. Dieses Signal, das die Geschwindigkeit
des Gegenstandes 1 wiedergibt, steuert das
Stellglied 19 über den Fchlcrsignal-Dctcklor 18. so daß die Umdrehungen des Drehspiegels 3 proportionul
mit der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 verändert
werden. Die Umdrehungen des Drehspiegel 3 werden durch den Drehzahlmesser 20 digital erfaßt
und zurück in den Fehler-Detektor 18 eingespeist, um die Umdrehungen zu regeln. Bei dieser Regelung
wird das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers 21, das proportional zur Geschwindigkeit des
Gegenstandes 1 ist, durch den Integrator 22 integriert,
gemäß der Gleichung
Vat =
VT.
wobei £0 die Ausgangsspannung des Integrators 22,
τ die Zeitkonstante des Integrators 22, V die Ausgangsspannung
des Digital-Analog-Umsetzers 21, die proportional ist zur Geschwindigkeit des Gegenstandes.
und T eine Inlegrierzcit bedeutet, die eine Dauer darstellt,
in der der Lichtstrahl 2 die Oberfläche des Gegenstandes I einmal in transversaler Richtung abtastet.
Diese Zeit T wird durch das Schaltglied 24 bestimmt und kann ausgedrückt werden als T = l/v,
wobei / die Breite des bandförmigen Gegenstandes und r die Abtastgeschwindigkeit bedeutet. Da die
Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 proportional ist zur Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahles 2, gilt
die Gleichung E„ = —kl τ (k ist eine Proportionalitätskonstante),
die anzeigt, daß die Ausgangsspannung des Integrators schrittweise von 0 auf die Spannung E0
nach einer Zeit T anwächst, die proportional ist zur Breite des bandförmigen Gegenstandes, unabhängig
von dessen Geschwindigkeit. Das Ausgangssignal des Integrators 22 wird in den Vergleicher 23 mit mehreren
Vergleichergliedern eingespeist, um Impulse zu erzeugen, deren Anstiegspunkte bei verschiedenen
Spannungspegeln liegen. Diese Impulse entsprechen den Ausgangssignalen der Verzögerungsschaltimg der
herkömmlichen Vorrichtung. Daher ermöglicht die Einspeisung des Ausgangssignals des Vergleichers 23
in den Digitalprozessor die Erzeugung von Impulsen, die den unterteilten Bereichen des bandförmigen Gegenstandes
1 entsprechen, ohne daß Störungen durch Öie Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 auftreten.
Obwohl oben die Erfindung mit der Integration eines analogen Wertes, der proportional ist zur Geschwindigkeit
des Gegenstandes 1, erläutert wurde, kann bei · der erfindungsgemäßen Einrichtung in der gleichen
Weise auch die Integration eines digitalen Wertes durchgeführt werden.
Die Integrierzeit T, die durch das Schaltglied 24
bestimmt wird, kann entweder durch Löschung der Fehlersignale mit Hilfe eines elektrischen Signais
vom Meßumformer 6 oder durch die Ausgangssignale von derartigen fotoelektrischen Bauelementen, wie
beispielsweise Fototransistoren, festgelegt werden, die
auf beiden Seiten des Gegenstandes 1 angeordnet siad. Im ersten Fall entsteht ein Fehler, wenn ein
Mangel auf der Oberfläche des Objekts 1 so groß ist, daß das Fehlersignal nicht durch das Ausgangssignal des Meßumformers 6 gelöscht werden kann,
während im zweiten Fall eine Veränderung in der Breite des bandförmigen Gegenstandes 1 es erforderlieh macht, die fotoelektrischen Bauelemente neu zu
positionieren, obwohl die Größe eines Fehlers sich nicht auf die (rcnauiskeit der Erfassung auswirkt.
Das in der F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel überwindet diese Schwierigkeiten und ermöglicht es,
einen Fehler leicht und unabhängig von seiner Größe und von einer Veränderung in der Breite des Gegenstandes
I festzustellen.
Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Fig.4 näher erläutert. In dieser
Figur sind ein Analog-Signalerzeuger 26, ein Integrator 27, eine dividierende Torschaltung 28, die dem Vergleicher
23 der F i g. 3 bzw. der Torschaltung 12 und dem Digitalprozessor 13 der F i g. 2 entspricht, und
ein Datenverarbeitungsglied 29 vorgesehen, das in der gleichen Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung
arbeitet. Weiterhin sind vorgesehen ein zweiter Integrator 30 und ein Vergleicher 31 mit
einer Bezugsspannung, die ein Rückstellsignal erzeugt, wenn die Eingangsspannung den Pegel der
Bezugsspannung erreich l. Die Bezugsspannung ist so ausgebildet, daß sie sich mit der Breite des bandförmigen
Gegenstandes 1 verändert. Sobald ein elektrisches Signal durch den Meßumformer 6 erzeugt
wird, nachdem das Abtasten durch den Lichtstrahl 2 begonnen wurde, fangen die Integratoren 27 und 30
an, den analogen Wert proportional zur Geschwindigkeit des Gegenstandes zu integrieren, die vom Analog-Signalerzeuger
26 erhalten wurde. Unter diesen Bedingungen gilt die Beziehung
Vat =
VT. (1)
Dabei bedeutet En die Ausgangsspannung des Integrators
27, Tn die Zeitkonstante des Integrators 27,
T eine Integrierzeit und V eine Eingangsspannung, die proportional ist zur Geschwindigkeit des Gegenstandes
1. Weiterhin gilt
VT .
Dabei bedeutet £,, die Ausgangsspannung des
Integrators 30. τ dessen Zeitkonstante, T eine Integrierzeit
und V eine Eingangsspannung. Das Ausgangssignal des Integrators 30 wird in den Vergleicher
31 eingespeist, so daß, wenn das Ausgangssignal des Integrators 30 den Pegel der Bezugsspannung des
Vergleichers 31 erreicht, der Vergleicher 31 ein Rückstellsign"1
erzeugt, um die Integratoren 27 und 30 zurückzustellen. Deshalb läuft die Integrierzeit Γ
von dem Augenblick an fort, wenn ein Signal auf Grund des Lichtstrahles 2 im Meßumformer 6 in dem
Zeitpunkt auftritt, wenn das Ausgangssignal des Integrators 30 den Pegel der Bezugsspannung des Vergleichers 31 erreicht. Das Ausgangssignal des Integrators 27 wird in die dividierende Torschaltung 28
eingespeist. In diesem Fall ist es wünschenswert, das Ausgangssignal für verschiedene Integrierzeiten konstant zu halten, wenn ein Fehler leicht lokalisiert
werden soll.
Zu diesem Zweck sollte sich die veränderbar gesteuerte Zeitkonstante des Integrators 27 proportional
zur Bezugsspannung des Vergleichers 31 verändern. Da jedoch, wie aus der Gleichung (U hervorgeht, die
Zeitkonstante und eine Integrierzeit proportional zueinander sind, bewirkt ein Anwachsen der Bezugsspannung auf Grund einer größeren Breite des band-
förmigen Gegenstandes eine proportional größere Zeitkonstante des Integrators 27, wodurch die Dauer
verlängert wird, bevor der Integrator 27 ein bestimmtes Betriebspegel erreicht. Wenn die Ausgangsspannung
des Integrators 30 den Pegel der der Breite des bandförmigen Gegenstandes entsprechenden Bezugsspannung
des Vergleichers 31 erreicht, werden beide Integratoren 27 und 30 zurückgestellt. Das Ausgangssignal
wird mit verschiedenen Spannungspegeln in der Torschaltung 28 verglichen, und wie bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 3 werden Impulse Fa, Fb, Fc... mit verschiedenen Anstiegspunkten erzeugt.
Diese Impulse werden zu den Impulsen Ga. Gb, Gc... verarbeitet und entsprechend gespeichert.
Eine höhere Bezugsspannung verlängert somit die Dauer, bevor die Ausgangsspannung des Integrators
30 mit konstant gesteuerter Zeitkonstante die Bezugsspannung erreicht, wodurch die Integrierzeit T
verlängert wird, mit dem Ergebnis, daß die Ausgangsspannung des Integrators 27 unabhängig von der
Breite des Gegenstandes konstantgehalten wird.
Die Genauigkeit der erfindungsgemiißen überwachungsvorrichtung
wird weder durch die Geschwindigkeit des zu überwachenden Gegenstandes noch durch einen großen Fehler beeinflußt. Weiterhin kann
ein möglicher Fehler leicht durch Veränderung der Bezugsspannung auch dann lokalisiert werden, wenn
die Breite des Gegenstandes sich verändert.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 509619/2
Claims (1)
- Patentanspruch:Überwachungsvorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes durch Einspeisung eines Lichtstrahls auf die Oberfläche des Gegenstandes zu dessen Abtastung in zur Bewegungsrichtung transversaler Richtung, mit einer Einrichtung zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit des Gegenstandes proportionalen Spannung, mit einem daran angeschlossenen Integrator, der dann beginnt, die Spannung zu integrieren, wenn der Lichtstrahl anfängt, die Oberfläche des Gegenstandes abzutasten, mit einer Torschaltung, die mehrere vom Ausgangssignal des Integrators abhängige unterteilte Impulse erzeugt, von denen jeder einen Anstiegspunkt aufweist, der zur selben Zeit wie der Abfallpunkt des danebenliegenden Impulses auftritt, und mit mehreren den einzelnen unterteilten Impulsen zugeordneten Speichern, die durch die Abtastung der Oberfläche des Gegenstandes erhaltenen Fehlersignale speichern, dadurch gekennzeichnet, daß an die Einrichtung zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit des Gegenstandes proportionalen Spannung (26) ein weiterer Integrator (30)angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal an einen Vergleicher(31) weitergegeben wird, der ein Rückstellsignal für beide Integratoren (27. 30) erzeugt, wenn das Ausgangssignal des weiteren Integrators (30) den entsprechend der Breite des Gegenstandes (1) veränderbaren Spannungsbezugspegel des Vergleichers(31) erreicht, und dei die Zeitkonstante des einen Integrators (27) in linearer Abhängigkeit von der Bezugsspannung steuert.Die Erfindung betrifft eine überwachungsvorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes durch Einspeisung eines Lichtstrahls auf die Oberfläche des Gegenstandes zu dessen Abtastung in zur Bewegungsrichtung transversaler Richtung, mit einer Einrichtung zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit des Gegenstandes proportionalen Spannung, mit einem daran angeschlossenen Integrator, der dann beginnt, die Spannung zu integrieren, wenn der Lichtstrahl anfangt, die Oberflache des Gegenstandes abzutasten, mit einer Torschaltung, die mehrere vom Ausgangssignal des Integrators abhängige unterteilte Impulse erzeugt, von denen jeder einen Anstiegspunkt aufweist, der zur selben Zeit wie der Abfallpunkt des danebenliegenden Impulses auftritt, und mit mehreren den einzelnen unterteilten Impulsen zugeordneten Speichern, die durch die Abtastung der Oberfläche des Gegenstandes erhaltenen Fehlersignale speichern.Eine überwachungsvorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes mit einer Lichtabtastvorrichtung ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift 543 033). Die Lichtabtastvorrichtung tastet dabei die Oberfläche des Gegenstandes in zur Bewegungsrichtung transversaler Richtung ab. Die überwachungsvorrichtung weist weiterhin auf einen photoelektrischen Fehlerdetektor, eine während jeder transversaler Abtastbewegung eine linear mit der Zeil ansteigende Spannung b/W. Strom erzeugende Vorrichtung, ein Datenverarbeitungsglied, dessen Eingänge mit dem Ausgang des Fehlerdetektors und der eine linear mit der Zeit ansteigende Spannung bzw. Strom erzeugenden Vorrichtung verbunden sind und das jeweils die Fehler-Querkoordinate des bandförmigen Gegenstandes ermittelt, und einen die Fehlerdaten aufzeichnenden Speicher.Bei dieser bekannten Vorrichtung, die ein erfaßtes Fehlersignal verarbeitet, werden die Fehler auf der Grundlage einer vorbestimmten Lage erfaßt und in Übereinstimmung mit dem Zustand und der erfaßten Fehler verarbeitet.Eine Vorrichtung zur Einteilung der Fehler in Zonen, die sich in einer bestimmten Koordinatenrichiung erstrecken, ist bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung bekannt (USA.-Patentschrift 2 969 671). wobei auch Hinweise für eine photoelektrische Bahnabtastung vorliegen (T a ppi. Bd.48. Nr. 11. No-J5 vember 1965. S. 67A bis 73A). Schließlich ist auch eine Regelung der Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwind'gkeit eines zu untersuchenden Gegenstandes nicht mehr neu (USA.-Patentschrift 3 521 074).Allgemein ist bei einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden dünnen Gegenstandes vorgesehen, daß die Oberfläche des Gegenstandes durch einen Lichtstrahl abgetastet wird. Das von der Oberfläche reflektierte Licht wird dazu verwendet, um zu ermitteln, wo ein möglicher Fehler unter mehreren Bereichen gelegen ist. in die der sich bewegende Gegenstand in der Längsrichtung eingeteilt wird. Diese herkömmliche Vorrichtung arbeitet jedoch nichi: fenau in Übereinstimmung mit den Geschwindigkeitsänderungen des sich bewegenden Gegenstandes.Ausgehend von dem oben erläuterten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine große Genauigkeit der Fehlerortung unabhängig von der Geschwindigkeit und der Breite des /u untersuchenden bandförmigen Gegenstandes und unabhängig von der Fehlergröße ermöglicht.Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Einrichtung zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit des Gegenstandes proportionalen Spannung ein weiterer Integrator angeschlossen ist. dessen Ausgangssignal an einen Vergleicher weitergegeben wird, der ein Rückstellsignal für beide Integratoren erzeugt, wenn das Ausgangssignal des weiteren Integrators den entsprechend der Breite des Gegenstandes veränderbaren Spannungsbezugspegel des Vergleichers erreicht, und der die Zeitkonstante des einen Integrators in linearer Abhängigkeit von der Bezugsspannung steuert.Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Fehlerlokalisierung unabhängig von der Geschwindigkeit und der Breite des zu untersuchenden bandförmigen Gegenstandes und unabhängig vom Zustand des Fehlers.Da nämlich der durch Integration der zur Geschwindigkeit proportionalen Elcktrizitätsmenge über
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