DE2331952A1

DE2331952A1 - Anordnung zum feststellen von fehlern mit einer laserabtasteinrichtung

Info

Publication number: DE2331952A1
Application number: DE2331952A
Authority: DE
Inventors: Cole Harlan Baker
Original assignee: Intec Corp
Current assignee: Intec Corp
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1974-01-10
Also published as: JPS4953097A; JPS545991B2; US3781531A

Description

An den Detektor ist eine die Fehleramplitude normierende Schaltung angekoppelt, mittels welcher automatisch das Fehlersignal normiert wird, wobei diese Fehler mittels Hoch- und Tiefpaßfilter beseitigt sind, um das Fehlersignal von dem Bezugslinien-Abtastsignal zu trennen; diese Signale werden in Verhältnis zueinander gesetzt, um ein normiertes Fehlersignal zu erhalten. An die die Fehleramplitude normierende Schaltung ist eine Schwellenwertschaltung angekoppelt, um Fehlerausgangssignale zu erhalten, wenn die normierten Signale von dem Detektor einen vorbestimmten Pegel überschreiten. Die Ausgänge der Schwellenwertschaltung werden an eine Fehlerquantisier- bzw.- Wandlerschaltung angelegt, bei welcher mit Hilfe der logischen Schaltzustände ⁵¹O-I" ein Fehlerbereich angezeigt und dieselbe Anzeige bei nachfolgenden Abtastungen ausgefiltert wird, welche an derselben Stelle der Abtastung, wie die anfängliche Fehleranzeige, auftreten; hierdurch ist eine einzige Fehleranzeige für denselben Fehler geschaffen, obwohl er in den nachfolgenden Abtastungen noch auftreten kann.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Feststellen von Fehlern und insbesondere eine Anordnung zum Feststellen von Fehlern mit einer Laserabtasteinrichtung, mittels welcher Fehler fühl- und feststellbar sind, die sonst infolge von Signalveränderungen beim Abtasten oder durch Änderungen im Signalpegel übersehen werden können. Die Anordnung zum Feststellen von Fehlern weist ferner eine Einrichtung auf, um eine mehrfache Fehleranzeige eines einzigen Fehlers zu verhindern, welcher durch aufeinanderfolgende Abtastungen desselben Fehlers bedingt und hervorgerufen ist.

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Bei Herstellungsverfahren kommen ab und zu selbst bei sehr strengen Beschaffenheits- und Qualitätskontrollen bestimmte Fehler in der Oberfläche vor.Die Oberflächen,in welchen derartige Fehler auftreten, können die Form einer fortlaufenden Materialbahn, wie beispielsweise Papier, Filmstreifen, Kunststoff usw. oder verschiedene Stücke der gleichen oder anderer Materialien sein. Eine von geschultem Personal vorgenommene Sichtkontrolle ist nicht nur teuer, sondern auch ungenau und fehlerhaft, insbesondere im Hinblick auf die hohe Produktionsgeschwindigkeit bei fortlaufenden Materialbahnen, oder sogar ausgeschlossen in Fällen, wo eine große Anzahl von Teilen visuell zu kontrollieren ist.

Folglich sind in großem Umfang Systeme und Anordnungen zum Feststellen und zum Nachweisen von Fehlern vorwendet worden, mit welchen die Kontrolle und Untersuchung von Materialfehlern überwacht wird. Ebenso sind in croßem Umfang Laserabtasteinrichtungen verwendet worden, bei welchen ein wandernder Lichtpunkt hoher Intensität benutzt ist, mit welchem wiederholt periodisch eine sich bewegende Materialbahn oder ein Stück abgetastet wird, wobei das von deren Oberfläche reflektierte Licht mittels eines Photovervielfacher-Detektors aufgenommen wird. Wenn das Material durchscheinend ist, kann das Licht durch das Material hindurchgeleitet und mittels des Photovervielfachers analysiert werden. Folglich ist zu irgendeinem Zeitpunkt während der Abtastung der Ausgang des Photovervielfachers proportional der Reflektions- oder Übertragungsstärke des Lichtpunktes, auf welchen der Laserstrahl auftrifft. Wenn an der Oberfläche des zu untersuchenden und kontrollierenden Materials Fehler auftreten, ändert sich der Ausgang der Photovervielf acherröhre infolge der Reflexions- oder übertragungsverhältnisse des zu untersuchenden Materials;

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mittels einer Anzeige werden dann die Fehler an den Oberflächen angezeigt.

Im allgemeinen sind die Fehler verhältnismäßig klein und schwach ausgebildet, und die dadurch hervorgerufenen Fehlersignale sind normalerweise, verglichen mit einem einzigen Zeilenabtastzyklus über dem Material, viel kürzer. Mittels einer frequenz- oder zeitselektiven Filterung können die Fehlersignalimpulse kurzer Dauer getrennt und von niederfrequenten, durch die Bezugslinienabtastung erzeugten Frequenzkomponenten unterschieden werden. Durch Verarbeitung der Fehlersignale mittels entsprechender Schwellenwertschaltungen können diese bezüglich der Amplitude, ihrer Dauer und/oder ihrer Polaritäten in bestimmte Kathegorien eingeteilt werden.

Beim Abtasten von homogenen, fehlerfreien Oberflächen wird eine bestimmte Güte des reflektierten oder durchgelassenen Lichts mittels des PhotovervieIfachers erzeugt, der einen Helligkeitspegel erzeugt, welcher als das Bezugsliniensignal bezeichnet wird. Wie oben ausgeführt, nimmt der Helligkeitspegel gegenüber dem Bezugslinien-Helligkeitspegel infolge eines Fehlers in der abzutastenden Materialoberfläche zu oder ab. Eine der Schwierigkeiten bei derartigen Systemen besteht darin, daß die Lichtmenge, welche bei Abtasten von fehlerfreiem Material auf die Oberfläche des Photovervie1fachers auftritt, einen Pegel aufweist, der nicht konstant bleibt. Dieser Helligkeitspegel ändert sich als Funktion des Auftreffwinkels des Laserstrahls auf dem abzutastenden Material ebenso wie aufgrund der entsprechenden Winkel und Abstände zwischen dem Laserstrahl und dem Photovervielfacher .

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Zusätzlich beeinflußt auch noch die Art der zu untersuchenden Oberfläche die auf den Photovervielfacher auftreffende Lichtmenge. Weiterhin führen Änderungen in den Kenndaten der optischen und elektrischen Geräte aufgrund der Alterung und/oder der Benutzung zu Änderungen im Signalpegel, welcher mittels der Photovervielfacherröhre erzeugt wird, obwohl keine mit Fehlern behaftete Fläche abgetastet wird. Die Probleme aufgrund der Änderung des Bezugsliniensignals, wenn keine Fehler an der Oberfläche sichtbar werden, erhöhen die Schwierigkeit bei dem Fehler Feststellen, wobei dann einige Fehler ganz übersehen werden, andererseits aber Fehler angezeigt werden, wo gar keine vorhanden sind.

Eine Methode, die Schwierigkeiten aufgrund der Änderungen der Fehlersignalamplitude zu beseitigen, welche der entsprechenden Position des Laserstrahls während eines normalen Abtastzyklus zugeordnet ist, besteht darin, den entsprechenden, mittels des Photovervielfachers aufgenommenen Helligkeitspegel als Funktion des Abtastwinkels optisch auszugleichen; und zwar wurde eine Vignettierungsmaske verwendet, um das Licht, das von der Platten- oder Materialoberfläche zu der Photovervielfacherröhre reflektiert wird, auf die Abtastwinkel zu reduzieren, unter welchen größere Fehlersignale als unter anderen Abtastwinkeln erzeugt wurden, und um das auf den Photovervielfacher fallende Licht bei kleineren Fehlersignalen zu verstärken, welche nur infolge des Abtastwinkels kleiner waren.

Die Vignettierungsmaske wurde dann empirisch für alle anderen dazwischenliegenden Abtastpositionen eingestellt, um ein normiertes Fehlerausgangssignal zu schaffen, so daß dann Fehler gleicher Größe und Art voraussichtlich auch ein gleiches Signal unabhängig von der Stelle '

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entlang der Abtastzeile erzeugen. Die Vignettierungsmaskentechnik ist aber schwierig durchzuführen, und irgendwleche änderungen der Eigenschaften an der Materialoberfläche, ebenso wie irgendwelche Änderungen in dem Laser-Material-Abtastwinkel oder in der entsprechenden Photovervielfacherstellung erfordern eine vollständige Umbildung der Vignettierungsmaske. Darüber hinaus gibt es keine Möglichkeit, bei derartigen Änderungen eine automatische Einstellung vorzunehmen.

Ferner ist bei den bekannten Systemen zum Feststellen von Fehlern, bei welchen Laserabtasteinrichtungen verwendet sind, nachteilig, daß derselbe Fehler bei aufeinanderfolgenden Abtastungen wiederholt periodisch zu sehen ist und dadurch falsche Mehrfachfehleranzeigen erzeugt werden, wo nur die erste Anzeige gefordert wird. Bekannte Systeme zum Feststellen von Fehlern zählen daher dieselben großen Fehler mehrfach, obwohl sogar kleine Fehler Mehrfachzählungen bewirken, wenn die Abtastgeschwindigkeit langsam genug ist. Größere Fehler, die sich unter kleinem Winkel bezüglich der Richtung der Oberflächenbewegung ändern, sind vielfach gezählt worden, obwohl nur ein einziger Fehler vorhanden war.

Gemäß der Erfindung soll daher eine neue und verbesserte Anordnung zum Feststellen von Fehlern geschaffen werden, bei welcher einige der vorerwähnten, den bekannten Systemen anhaftenden Schwierigkeiten beseitigt sind und bei welcher mittels einer Laserabtasteinrichtung Fehler in den Oberflächen von Materialien unabhängig von der Lage des Fehlers in dem abzutastenden Material gefühlt bzw. festgestellt werden. Ferner soll die Anordnung zum Feststellen von Fehlern so ausgebildet sein, daß

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automatisch Abtast- und Systemfehler kompensiert werden, um dadurch die Möglichkeit zu verbessern, mit der Anordnung Fehler festzustellen. Ferner soll die Anordnung so ausgelegt sein, daß mit ihr nur eine einzige Fehleranzeige für einen fortlaufenden Fehler geschaffen wird, welcher aufeinanderfolgende Abtastlinien tiberdeckt, selbst wenn ein derartiger Fehler auf der zu untersuchenden Materialoberfläche zu der Abtastrichtung leicht schräg verläuft.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird mittels eines Laserstrahls nacheinander eine zu untersuchende Materialoberfläche abgetastet, und es ist eine Detektoreinrichtung zum Empfang der mittels des Laserstrahls aufgebrachten Strahlung von der Oberfläche vorgesehen, um ein Signal entsprechend der Intensität der erhaltenene Strahlung zu erzeugen. Eine die Fehleramplitude untersuchende Schaltung ist an den Detektor angekoppelt, um automatisch die Fehlersignalamplituden entlang der Abtastzeilen abzugleichen und die regulieren, so daß Fehler aufgrund gleicher oder ähnlicher Eigenschaften dieselbe Amplitude haben, unabhängig davon, wo sie entlang der Abtastzeile aufgetreten sind. An die die Fehleramplitude normierende Schaltung ist eine Schwellenwertschaltung angekoppelt, um einen Fehlersignalausgang zu erzeugen, wenn derartige Signale einen vorbestimmten Pegel überschreiten; diese Signale werden dann an eine Fehlerquantisier- oder -wandlerschaltung angelegt, welche die einzelnen Fehler entlang der abzutastenden Oberfläche zählt und dasselbe Fehlersignal unterscheidet bzw. ausscheidet, das in nacheinander abgetasteten Zeilen erscheint.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

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Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung zum Feststellen von Fehlern;

Figuren

2 bis 13 Wellenformen, die zur Erläuterung der Betriebsweise der in Figur 1 dargestellten Anordnung verwendet sind; und

Figur 14 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer die Fehleramplitude normierenden Schaltung, welche in der in Figur 1 dargestellten Anordnung verwendet werden kann.

Die Erfindung wird anhand von sich bewegendem Bahnmaterial beschrieben und erläutert, wobei der Detektor so angeordnet ist, daß er das von dem Material reflektierte Licht aufnimmt. Selbstverständlich ist die Erfindung genauso gut zur Fehlerfeststellung in Stücken, Teilen oder Einrichtungen anwendbar, deren Oberflächen auf Fehler zu untersuchen sind, wobei die Teile entlang einer Fördereinrichtung oder anderer entsprechender Einrichtungen bewegt werden. Die Teile können auch stillstehen und unbeweglich sein, wobei dann die Abtastung mittels bekannter Verfahren in Rasterform durchgeführt wird. Wenn die zu untersuchenden Materialien durchscheinend sind, ist die Anordnung genauso gut anwendbar; in diesem Fall wird jedoch anstelle des reflektierten Lichts, wie in der Figur dargestellt, das von dem Material durchgelassene Licht zur Fehlerbestimmung und -feststellung gemessen.

In Figur 1 wird mittels eines üblichen Lasers 10 einer geeigneten Ausführungsform, wie beispielsweise mittels eines Helium-Neon- oder Argon-Ionengaslasers oder mittels einer anderen Ausführungsform, mittels der ein Laserstrahl

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monochromatischem Lichts mit einer vorbestimmten Lichtfleckgröße erzeugt werden kann, und mit Hilfe eines Galvanometerspiegels 14 nacheinander ein Bahnmaterial 15 in Querrichtung abgelastet, das fortlaufend in der dargestellten Riehtung bewegt wird. Die Abtastung quer zur Materialbahn ist mittels eines Oszillators 24 in der Synchronisiereinrichtung 25 der Anordnung erreicht, wobei der Ausgang des Oszillators einem binären Frequenzteiler 26 zugeführt ist, an dessen Ausgang ein Signal mit der in Figur 2 dargestellten Wellenform A erzeugt wird, dessen Frequenz beispielsweise 1 kHz sein kann. Das Signal mit der Wellenform A wird an eine Galvanometer-Steuereinrichtung 16 angelegt', deren Ausgangswellenform C in Figur 4 in Form einer synchronen Dreiecksteuerwelle dargestellt ist, die an ein hochtourlges Galvanometer 12 angelegt wird und es antreibt.

Der Spiegel 14 an dem Galvanometer 12 reflektiert den Laserstrahl von dem Laser 10, wodurch die Oberfläche des Bahnmaterials 15 in Querrichtung hin und her abgetastet wird. Eine Abtastung in der hierzu senkrechten Richtung, um ein Raster zu erzeugen, ergibt sich automatisch durch das sich bewegende Bahnmaterial 15. Wie in Figur 4 und 5 dargestellt, eilt das die Laserstrahlabtaststelle wiedergebende Signal mit der Wellenform D zeitlich dem Galvanometersteuersignal mit der Wellenform C nach. Ein Logiksignal mit der in Figur 6 wiedergegebenen Wellenform E wird mittels eines Flip-Flops 28 verzögert, das ein Signal mit der in Figur 3 dargestellten Wellenform B (beispielsweise mit einer Frequenz von 8 kHz) aufweist, welches von dem binären Frequenzteiler 26 angelegt ist, so daß das Signal mit der Wellenform E synchron zu der Abtaststelle des Laserstrahls ist; dies Signal wird nachstehend verwendet.

Die Abtastung mittels des Laserstrahls erfolgt im allgemeinen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bahnmaterials,

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um dadurch die Oberfläche des Bahnmaterials 15 vollständig zu überdecken, wenn sich das Bahnmaterial 15 unter dem Abtaststrahl hindurchbewegt. Das von der Oberfläche des Bahnmaterials 15 reflektierte Licht wird mittels eines Detektors, beispielsweise einer Photovervielfacherröhre 2O, aufgenommen, deren Ausgang in einem Vorverstärker 22 verstärkt wird und die in Figur 7 dargestellte Wellenform F aufweist. Die Wellenform F weist ein Bezugsliniensignal auf, das der Abtastung der Oberfläche der Materialbahn 15 zugeordnet ist, unabhängig davon, ob irgendwelche Fehler vorhanden sind oder nicht. Aus dem speziellen Beispiel ist zu ersehen, daß das Bezugsliniensignal nahe der Mitte des Bahnmaterials größer ist und an den Rändern spitz zuläuft. Irgendwelche Fehlerstellen, die in der Oberfläche des Bahnmaterials 15 vorhanden sind, führen zu Fehlersignalen am Ausgang des Vervielfachers 20, welche dem Bezugsliniensignal überlagert sind. Die Fehlersignale sind Impulse kurzer Dauer, die den abgetasteten Fehlern entsprechen, welche in der Wellenform F der Figur 7 als positive und negative Signale mit unterschiedlicher Amplitude dargestellt sind, welche der Fehlerart entsprechen, die gefühlt und festgestellt wird. Die Fehleramplitude der Wellenform F ist eine kombinierte Funktion der Größe der abgetasteten Fehler und ihrer Lage entlang der Abtastzeile.

Der Ausgang des Vorverstärkers 22 in Form der Wellenform F wird einer die Fehleramplitude normierenden Schaltung 30 zugeführt, deren Aufgabe darin besteht, das sich infolge der Abtastung ändernde Bezugsliniensignal und andere Systemfehler zu normalisieren oder sogar auszuschalten. Das Signal mit der Wellenform F wird an einen Pufferverstärker 32 angelegt. Der Ausgang des Pufferverstärkers 32 wird über einen Kanal an ein Fehler-Durchlaßfilter 34 angelegt, welches nach Art eines Hochpaßfilters ausgelegt ist, das nur die kurzen Fehlersignal-Impulse durchläßt und diese dann

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von den übrigen Abtastsignalen trennt. In dem anderen Kanal wird das Signal mit der Wellenform F einem Filter für die Abtastbezugslinie zugeführt, welches ein Tiefpaßfilter 36 ist, das nur die niederfrequenten Bezugslinien-Abtastsignale durchläßt und die Fehlersignale mit höherer Frequenz sperrt.

Der Ausgang des Filters 36 für die Abtast-Bezugslinie wird an einen Eingang einer analogen Multiplizierschaltung 38 angelegt. Der in Form von Fehlersignalen vorliegende Ausgang des Fehler-Durchlaßfilters 34 wird an einen Funktionsverstärker 4O angelegt, dessen Ausgang über eine Rückkopplung 42 an den anderen Eingang der analogen Multiplizierschaltung 38 angelegt wird. Der Ausgang der analogen Multiplizierschaltung 38 ist mit dem anderen Eingang des Funktionsverstärkers 40 verbunden. Aufgrund dieser negativen Rückkopplung steuert der Ausgang des Funktionsverstärkers 4O den Eingang der analogen Multiplizierschaltung 38, welche ihrerseits einen der Eingänge des Funktionsverstärkers 4O steuert; die nicht-normierten, an verschiedenen Punkten entlang der Abtastzeile erzeugten Fehlersignale werden durch den Bezugslinien-Signalpegel an den entsprechenden Stellen entlang der Abtastzeile geteilt. Diese Verhältnis- oder Quotientenbildung zwischen den Fehlersignalen und den Bezugsliniensignalen führt zu einer automatischen Normierung der Fehlersignal-Amplituden; dies ist in Figur 8 als Wellenform G dargestellt, welche am Ausgang der die Fehleramplitude normierenden Schaltung 30 anliegt.

Die die Fehleramplitude normierende Schaltung 30 beseitigt auch irgendwelche Schwankungen oder Veränderungen in der Fehlersignal-Amplitude, die auf andere Ursachen zurückzuführen sind als die, welche ausschließlich mit der Abtastung zusammenhängen. Wenn Änderungen oder Schwankungen in dem Reflexionsvermögen der Oberfläche, dem Laserlichtausgang

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oder an dem Photovervielfacher und dem ihm zugeordneten Verstärker auftreten, werden diese Veränderungen und Schwankungen ebenfalls die Fehlersignalpegel beeinflussen. In einem derartigen Fall würden die Bezugslinien-Signalpegel proportional mit derartigen Signalpegelschwankungen zu- und abnehmen. Aufgrund der die Fehleramplitude normierenden Schaltung 30 bleiben aber die in Verhältnis zueinander gesetzten Amplituden der Fehlersignale und des Bezugsliniensignals unverändert. Aufgrund dieser Eigeneinstellung ist kein Trimmen oder Nachstimmen erforderlich, um in dem System Langzeit-Verstärkungsänderungen auszugleichen.

Das Signal mit der Wellenform G wird von der die Fehleramplitude normierenden Schaltung 30 einer Schwellenwertschaltung 45 zugeführt, welche sowohl positive als auch negative Fehlersignale aufnimmt. Das Signal mit der Wellenform G wird einem Absolutwert-Verstärker 44 zugeführt, welcher die normierten Fehlersignale mit der Wellenform G vollweg-gleichrichtet, wodurch Signale mit der in Figur 9 dargestellten Wellenform H erzeugt werden. Die Signale mit der Wellenform H werden an einen Vergleicher 46 mit einem vorbestimmten, mittels eines Potentiometers 48 eingestellten Schwellenpegel angelegt. Fehlerimpulse, die den vorbestimmten Schwellenwert des Vergleichers 46 überschreiten, erzeugen ein logisches Steuersignal "0-1" mit der in Figur 10 dargestellten Wellenform I. Diese logischen Signale der Wellenform I werden an eine Fehlerwandlerschaltung 50 angelegt. Die Schwellenwertschaltung 45 erzeugt den aufeinanderfolgenden Abtastungen entsprechende, wiederkehrende Ausgangsimpulse, die von einem einzigen Fehler stammen, welcher an der Oberfläche des Materials 15 vorhanden sein kann. Die Aufgabe der Fehler-Wandlerschaltung besteht darin, nur den ersten erzeugten Impuls durchzulassen und alle nachfolgenden Fehlerimpulse zurückzuweisen, die an derselben Abtaststelle während unmittelbar aufeinanderfolgender Abtastintervalle auftreten.

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Am Eingang der Fehlerwandlerschaltung 50 ist ein Steuerglied 52 vorgesehen, welchem an einem Eingang die Ausgangsimpulse von der Schwellenwertschaltung 40 und an dem anderen Eingang Signale von einem Freigabesignalgenerator über einen Verstärker 2T zugeführt werden. Die Aufgabe des Freigabesignalgenerators 23 besteht darin, die Schaltfunktion der Wandlerschaltung 50 für ein ganzes Abtastintervall einzustellen. Dies kann von Hand durchgeführt werden, wie es der Fall für ein sich bewegendes Bahnmaterial 15 sein würde, oder es kann automatisch durchgeführt werden, wobei eine Quellen-Photodetektor-Kombination verwendet ist, um den Rand des abzutastenden Stückes zu überwachen und festzustellen. Das Steuerglied 52 ist mit einem 5-Bit-Schieberegister verbunden, welches an ein NOR-Glied 56 und von diesem an ein 1023-Bit-Schieberegister 58 angekoppelt ist. Der Ausgang des 1023-Bit-Schieberegisters 58 wird an ein Fehler-Steuerglied 60 angelegt, dessen Ausgang den guantisierten Fehlern entspricht. Die Fehler-Wandlerschaltung 50 wird auch über ein am Ausgang liegendes UND-Glied 29 mit synchronisierten, verzögerten Taktimpulsen von dem Oszillator der Synchronisiereinrichtung 25 der Anordnung versorgt. Der Ausgang des UND-Glieds 29 ist an die beiden Schieberegister 54 und 58 angekoppelt.

Im Betrieb wird ein Freigabesignal von dem Freigabesignalgenerator 23 genau vor Beginn des Quantisier- bzw. Wandlervorgangs für die Zeitdauer eines vollständigen Abtastintervalls angelegt. Das Freigabesignal bewirkt einen logischen Eingangspegel 0, welcher an den Serieneingang des 5-Bit-Serien-Parallel-Schieberegisters 54 angelegt ist. Während des Abtastintervalls, das dem Verzögerungssignal von 1 kHz entspricht (die Wellenform E befindet sich in einem logischen Zustand 1), werden hochfrequente Taktimpulse über das UND-Glied 29 von dem Oszillator 24 zu der Fehler-Quantisier- bzw. Wandlerschaltung 50 durchgeschaltet.

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Diese Impulse, welche dem Schieberegister 54 zugeführt werden, verschieben das am Eingang anliegende, logische Signal 0 in das 5-Bit-Schieberegister 54, wodurch der Ausgang des 5 Eingänge aufweisenden NOR-Glieds 56 in den logischen Zustand 1 übergeht. Die nachfolgenden Taktimpulse haben logische 1-Signale zur Folge, die in alle Stufen des 1023-Bit-Schieberegisters 58 eingegeben werden. Am Ende des Freigabesignals geht ein Eingang des Fehler-UND-Glieds 60 in den logischen Zustand 1 über (ein Ausgang des 1023-Bit-Schieberegisters 58), und der andere Eingang (Bit 3 des 5-Bit-Schieberegisters 54) geht in den logischen Zustand 0 über. Gleichzeitig wird das UND-Glied 52 am Eingang der Fehler-Wandlerschaltung freigegeben, und irgendwelche nachfolgenden Schwellenwert-Fehlersignale werden an den Serieneingangsanschluß des 5-Bit~Schieberegisters übertragen.

Wenn das verzögerte Signal mit der Wellenform E und einer Frequenz von IkHz sich in dem logischen Zustand 1 befindet, wird eine Abtastung quer zu dem Bahnmaterial in der einen Richtung durchgeführt, und wenn dieses Signal sich in einem logischen Zustand 0 befindet, was der umgekehrten Richtung entspricht, findet eine Rücklaufabtastung statt. Während der Intervalle mit dem logischen Zustand 1 bewirken Taktimpulse von der Synchronisiereinrichtung 25, daß die Schwellenwert-Fehlersignale an und über das 5-Bit-Schieberegister 54 übertragen werden. Der erste Taktimpuls nach dem Auftreten des Fehlersignals überträgt das logische Fehlersignal an den ersten Ausgang des Schieberegisters Hierdurch wird ein logischer Zustand 0 an dem Ausgang des 5 Eingänge aufweisenden NOR-Glieds 56 erzeugt,welcher wiederum bei dem nächsten Taktimpuls an das 1023-Bit-Schieberegister 58 übertragen wird. Der dritte Taktimpuls bewirkt dann, daß Fehlerdaten an der dritten Stelle des Schieberegisters 54 anliegen, und er bewirkt auch einen logischen Zustand 1 am Ausgang des Fehler-UND-Glieds 60.

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Fehlerdaten mit dem logischen Zustand 1 werden weiter in das 5-Bit-Schieberegister 54 eingegeben, bis am Ende des Fehlersignals die Schwellenwertschaltung 45 abgeschaltet wird. Es %#erden dann Signale mit dem logischen Zustand O in das Schieberegister eingegeben und durch dieses durchlaufen, bis das nächste Fehlersignal wieder die übertragung von Signalen mit dem logischen Zustand "1" einleitet. Während der Zeit, die den zwei Taktimpulsen davor und den zwei Taktimpulsen danach entspricht, liegen die Fehlerdaten an dem 3-Bit-Ausgang des 5-Bit-Schieberegisters 54 an; Signale mit dem logischen Zustand 0 werden in das 1023-Bit -Schieberegister 58 eingegeben. Während des ersten vollständigen Abtastintervalls wird im Anschluß an das Freigeben der Fehler-Wandlerschaltung 50 das 1023-Bit Schieberegister mit Signalen mit dem logischen Zustand O geladen, wenn Fehlersignale festgestellt werden. Die Bitstellen mit dem logischen Zustand 0 in dem Register am Ende des Abtastvorgangs entsprechen den Fehlerstellen entlang der Abtastzeile. Während des Rücklaufintervalls werden die Taktimpulse von dem Oszillator 24 abgeschaltet, und die Fehlerstellendaten werden in dem Register gehalten. ^^;¹ ν..-

Beim nächsten Abtäs%tntervall liegen Signale mit dem Zustand O am Ausgang des 1023-Bit-Registers 58 entsprechend dem Laserstrahl an, mit welchem die Oberflächenbereiche quer abgetastet werden, in welchen vorher Fehler festgestellt und gefühlt worden sind. Zusätzlich dauern die Signale mit dem Zustand 0 noch 5 Taktimpulse an, nachdem mit dem Laserstrahl der Flächenbereich abgetastet ist, wo vorher Fehler festgestellt wurden. Wenn während dieser Zeitintervalle Signale mit dem logischen Zustand 0 an dem Ausgang des 1023-Bit-Schieberegisters auftreten, sperrt das Fehler-UND-Glied 30 irgendwelche Fehlersignale, die an dem dritten Ausgang des 5-Bit-Schieberegisters

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auftreten können; diese Fehlersignale liegen dann nicht am Ausgang des Fehler-UND-Glieds an.

Die gespeicherten Daten in dem 1023-Bit-Schieberegister umgehen mit zwei Bits den 3-Bitausgang. Irgendwelche neuen, an anderen Stellen abgetastete Fehler werden aber bei dieser Abtastung noch durchgelassen und erst bei den nachfolgenden Abtastungen gesperrt. Irgendein senkrechter, an einer entsprechenden Speicherstelle gespeicherter Fehler wird automatisch gelöscht, wenn bei einer Abtastung an dieser Abtaststelle kein Fehler erzeugt worden ist. Wie durch die Wellenform L in Figur 13 dargestellt ist, wird dann nur ein Ausgangsimpuls pro Fehler am Ausgang der Fehlerquantisier- bzw. -wandlerschaltung erzeugt, unabhängig davon, ob in demselben Fehlerbereich Mehrfachabtastungen vorkommen. Wegen der bei dieser Anordnung vorgenommenen Überlappung werden auch Fehler, die unter demselben Winkel in Richtung der Oberfläche liegen, aufgenommen und nur als einzelne Fehler gezählt.

Mit aufeinanderfolgenden, horizontalen Abtastungen werden Fehlersignale erzeugt, die etwas vor oder hinter dem unmittelbar vorhergehenden Fehlersignal liegen. Ein falscher Ausgang würde sich nur ergeben, wenn der Winkel bezüglich des Fehlers ausreicht, um einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, der zeitlich um mehr als zwei Taktimpulse während zweier unmittelbar aufeinanderfolgender Intervalle verschoben ist; wenn eine zusätzliche Verzerrungsakkomodation gefordert wird, kann die Länge des 5-Bit-Schieberegisters vergrößert werden. Da aber sehr stark verzerrte Fehler im Vergleich zu den anderen Fehlerarten selten vorkommen, dürfte die wiedergegebene Anordnung ausreichen und den meisten Anforderungen entsprechen. Tatsächlich kann für einige Anwendungsfälle das 5-Bit-Schieberegister durch 3-Bit-Register ersetzt werden.

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Ein weiterer Vorteil der Fehler-Wandlerschaltung 50 besteht darin, daß sie zur Beseitigung unerwünschter Rand-Abtastsignale verwendet werden kann, die als Impulse am Ausgang der Photovervielfacherröhre und, wenn sie nicht beseitigt werden, als Fehler-Ausgangssignale anliegen würden. Mit der Quantisier- bzw. Wandlerschaltung 50 wird nur während der ersten Abtastung, die auf den Löschvorgäng folgt, durch eine Abtastung über den Rand hinaus eine Fehleranzeige erzeugt. Bei allen nachfolgenden Abtastungen sind die Randsignale ausgetastet. Durch Subtrahieren der anfänglichen, durch eine Randabtastung bewirkten Fehlerzählung (maximal sind es zwei) entsprechen die sich ergebenden Fehleranzeigen nur den tatsächlichen Fehlern auf der Platte bzw. dem Bahnmaterial. Auch ist es möglich, die Länge oder Dauer eines einzelnen Fehlers zu bestimmen, in dem festgestellt wird, wie oft ein solcher Fehler von der Fehler-Wandlerschaltung 50 nicht gezählt wird.

In Figur 14 ist eine weitere Ausführungsform einer die Fehleramplitude normierenden Schaltung dargestellt, welche in Verbindung mit der in Figur 1 dargestellten Anordnung verwendbar ist; in dieser Figur sind dieselben Elemente und Wellenformen mit denselben Bezugszeichen wie in Figur bezeichnet. Der Ausgang des Vorverstärkers 22 ist an die die Fehleramplitude normierende Schaltung 30 angelegt, deren Aufgabe, wie oben bereits ausgeführt ist, darin besteht, die durch die sich ändernde Signalbezugslinie ausgelösten Fehlersignale zu normieren oder auch auszuschalten. Ein Signal mit der Wellenform F wird an einen Pufferverstärker 32 angelegt. Der Ausgang des Verstärkers 32 wird einem Fehler-DurchlaBfilter 34 zugeführt, welches ein Hochpaßfilter sein kann und nur Fehlersignale kurzer Dauer zu einer Multiplizierschaltung 62 durchläßt. Der Ausgang des Pufferverstärkers 32 wird auch an ein

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die Abtastbezugslinie durchlassendes Filter angelegt, das ein Tiefpaßfilter ist, welches das niederfrequente Bezugsliniensignal durchläßt. Der Ausgang des Filters 36 wird an eine weitere Multiplizierschaltung 64 angelegt.

Die Multiplizierschaltung stellt in Verbindung mit einem Funktionsverstärker 66 mit einer entsprechenden Rückkopplungsschleife 68 eine Schaltung dar, welche die reziproke Funktion des am Eingang anliegenden Bezugsliniensignals erzeugt. Diese reziproke Funktion wird aus folgendem Grund an die erste Multiplizierschaltung 62 angelegt. Das von dem Filter 34 durchgelassene Fehlersignal wird mit dem Reziprokwert des Bezugsliniensignals multipliziert, um dadurch das Fehlersignal zu normieren oder auszugleichen. Der Ausgang der Multiplizierschaltung 62 wird durch eine Emitterfolgerstufe 70 gepuffert, um ein Laden und ein Zurückbleiben des Frequenzbereichs der die Fehleramplitude normierenden Schaltung 30 zu verhindern. Der Ausgang dieser Schaltung 30 schafft eine automatische Normierung der Fehlersignalamplitude, wie durch die Wellenform G in Figur 8 dargestellt ist.

Der Vorteil der die Fehleramplitude normierenden Schaltung 30 der Figur 14 besteht darin, daß der Frequenzbereich des Verstärkers 66, der zur Erzeugung der reziproken Funktion verwendet ist, nicht sehr groß zu sein braucht. Auch der Frequenzbereich der Normierschaltung ist nur durch die Multiplizierschaltung 62 begrenzt, welche hochfrequente Fehler kurzer Dauer durchläßt.

Wie der Wellenform H in Figur 9 zu entnehmen ist, können mit der in Figur 1 dargestellten Anordnung keine Polaritätsanzeigen bewirkt werden; es können aber verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, wenn diese zusätzliche Information gefordert wird. Beispielsweise kann es

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vorteilhaft sein, die Größe und Polarität des Fehlers zu kennen, wobei diese Information in dem normierten Fehlersignal der Wellenform G enthalten ist. Es können gesonderte Schaltungen, wie beispielsweise Leitschaltungen, vorgesehen sein, um die Fehler in entsprechende Zähler zu leiten, um eine zusätzliche Information, beispielsweise die Anzahl der positiven oder negativen Fehler, die Gesamtanzahl der Fehler usw. zu erhalten. Alle diese Fehleranzeigen können durch gesonderte Amplitudenpegel, Gleichlaufoder Abtastpegel oder Pegel mit gleicher Amplitude gekennzeichnet sein, wobei dann einzelne Fehlerwandlerschaltungen entsprechend der geforderten, abzutrennenden Information verwendet werden können.

Mit der vorbeschriebenen Anordnung zum Feststellen und Erkennen von Fehlern mit der Fehleramplituden-Normierschaltung und der Fehler-Wandlerschaltung sind die Schwierigkeiten gelöst, die bei der Untersuchung von Oberflächen mittels Laserabtastung aufgetreten sind und die entweder überhaupt nicht oder nur teilweise auf unterschiedliche Weise gelöst waren. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann bei einer großen Anzahl von Materialien sowie für Oberflächen von Bahnmaterial oder einzelnen Teilen, wie beispielsweise Oberflächen einzelner Stücke verwendet werden, ohne daß dadurch die Anordnung schlechter und ungenauer arbeitet. Änderungen in den zu untersuchenden Oberflächen, in den Abtastwinkeln oder den Entfernungen sowie Änderungen in der Verstärkung der Anordnung infolge von Alterung, Auswanderungen usw. sind kompensiert, wodurch die Fehlerbestimmung verbessert ist. Fortlaufende oder leicht verzerrte bzw. schräge, fortlaufende Fehler werden als einzelne Fehler gezählt, und die Randimpulse sind wirksam mit Hilfe derselben Wandler- bzw. Quantisierschaltung beseitigt. Obwohl eine digital arbeitende Wandleranordnung dargestellt ist, kann selbstverständlich auch

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ein Analogbetrieb, beispielsweise mit Verzögerungsleitungen usw. angewandt werden.

Da in Anpassung an irgendwelche Betriebsanforderungen und sonstige Umgebungseinflüsse ohne weiteres verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ist diese Erfindung nicht auf die zu ihrer Erläuterung ausgewählten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sie umfaßt alle Abänderungen und Abwandlungen, welche unter den Gegenstand der Erfindung fallen.

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Claims

Patentansprüche

• l.J Anordnung zum Feststellen von Fehlern an Material-

erflachen mit einer Laserabtasteinrichtung, gekennzeichnet durch

einen Laser (10) zur Abgabe von Strahlen;

eine Einrichtung (12, 14), um nacheinander mittels des Laserstrahls eine zu untersuchende Materialoberfläche (15) quer abzutasten;

eine Detektoreinrichtung (20) zur Aufnahme der mittels des Laserstrahls von der Materialoberfläche erhaltenen Strahlung, um ein Signal entsprechend der Intensität der anliegenden Strahlung zu erzeugen;

eine an die Detektoreinrichtung (20) angekoppelte Einrichtung (30) zur automatischen Normierung der Fehlersignalamplituden, die sich infolge der Abtastung und infolge von Änderungen der elektrischen Kenndaten der Anordnung ändern; und

eine an die die Fehleramplitude normierende Einrichtung (30) gekoppelte Schwellenwertschaltung (45) zur Erzeugung eines Fehlerausgangssignals, wenn die Signale von der Detektoreinrichtung (20) einen vorbestimmten Pegel übersteigen.
2. Anordnung zum Feststellen von Fehlern nach Anspruch l_r

dadurch gekennzeichnet, daß die die Fehleramplitude normierende Einrichtung (30) folgende Einrichtungen aufweist:

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ein an die Detektoreinrichtung (20) gekoopeltes Hochpaßfilter (34), welches die Fehlersignale von der Detektoreinrichtung (20) durchläßt;

ein an die Detektoreinrichtung (20) gekoppeltes Tiefpaßfilter (36), welches die Abtastbezugslinien-Signale von der Detektoreinrichtung (20) durchläßt; und

eine Einrichtung (38, 40, 42), mittels welcher die Fehlersignale zu den Bezugsliniensignalen in Verhältnis gesetzt sind, um die Fehlersignale entlang der Abtastzeilenlänge zu normieren.
3. Anordnung zum Feststellen von Fehlern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mittels welcher die Fehlersignale zu den Bezugsliniensignalen in Verhältnis gesetzt sind, eine an das Tiefpaßfilter (36) gekoppelte, analoge Multiplizierschaltung (38) , einen an das Hochpaßfilter (34) und die analoge Multiplizierschaltung (38) gekoppelten Funktionsverstärker (40) und eine Einrichtung (42) aufweist, mittels der der Ausgang des Funktionsverstärkers (40) an den Eingang der analogen Multiplizierschaltung (38) rückgekoppelt ist.
4. Anordnung zum Feststellen von Fehlern nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mittels welcher die Fehlersignale mit den Bezugsliniensignalen in Verhältnis gesetzt sind, eine an das Hochpaßfilter (34) gekoppelte, analoge Multiplizierschaltung (62), eine zwischen das Tiefpaßfilter (36) und die analoge Multiplizierschaltung (62) geschaltete Einrichtung (64, 66, 68) aufweist, um den reziproken Wert der Abtastbezugslinien-Signale an die analoge Multiplizierschaltung (62) anzulegen, so daß am Ausgang der analogen Multiplizierschaltung (62) normierte Fehlersignale anliegen.

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5. Anordnung zum Feststellen von Fehlern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine an die Schwellenwertschaltung (45) gekoppelte Fehler-Wandlerschaltung (50), welche ein Ausgangssignal durchläßt, das nur beim ersten Auftreten eines Fehlersignals während eines Abtast-Intervalls einen Fehler anzeigt und welche während der unmittelbar anschließenden Abtastintervalle die nachfolgenden Fehlersignale, die an derselben Abtaststelle auftreten, zurückweist.
6. Anordnung zum Feststellen von Fehlern in Materialoberflächen mit einer Abtasteinrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

einen Laser (10) zur Abgabe von Strahlen;

eine Einrichtung (12, 14), um nacheinander mittels des Laserstrahls eine zu untersuchende Materialoberfläche (15) quer abzutasten;

eine Detektoreinrichtung (20) zur Aufnahme der mittels des Laserstrahls von der Materialoberfläche erhaltenen Strahlung, um ein Signal entsprechend der Intensität der anliegenden Strahlung zu erzeugen;

eine an die Detektoreinrichtung (20) gekoppelte Schwellenwertschaltung (45), an welcher ein Fehlerausgangssignal anliegt, wenn die Signale von der Detektoreinrichtung (20) einen vorbestimmten Pegel übersteigen; und

eine an die Schwellenwertschaltung (45) gekoppelte Fehler-Wandler schaltung (50), welche ein Ausgangssignal durchläßt, welches beim ersten Auftreten eines Fehlersignals während eines Abtastintervalls nur einen Fehler anzeigt

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und welche während der unmittelbar anschließenden Abtastintervalle die nachfolgenden Fehlersignale zurückweist, welche an derselben Abtaststelle auftreten.
7. Anordnung zum Feststellen von Fehlern nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehler-Wandlerschaltung (50) folgende Einrichtungen aufweist:

eine an die Schwellenwertschaltung (45) gekoppelte, einstellbare Verzögerungseinrichtung (54) , um die Fehlersignale der Schwellenwertschaltung (45) zu dehnen;

eine an die einstellbare Verzögerungseinrichtung (54) gekoppelte, das Abtastintervall verzögernde Einrichtung (50), um ein verzögertes Fehlersignal etwa in einem AbtastIntervall zu erzeugen, nachdem ein derartiges Fehlersignal von der Schwellenwertschaltung (45) zugeführt ist; und

ein Fehler-Steuerglied (60), welches an die das Abtastintervall verzögernde Einrichtung (58) und an die einstellbare Verzögerungseinrichtung (54) angekoppelt ist, um ein Ausgangssignal durchzulassen, das bei dem ersten Auftreten eines Fehlersignals während eines Abtastintervalls nur einen Fehler wiedergibt, und um während der unmittelbar anschließenden Abtastintervalle die nachfolgenden Fehlersignale zurückzuweisen, die an derselben Abtaststelle auftreten.

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