DE2344579B2

DE2344579B2 - Vorrichtung zum Feststellen von Fehlern in einer Materialbahn

Info

Publication number: DE2344579B2
Application number: DE2344579A
Authority: DE
Inventors: Graham Morley Edinburgh Clarke
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1972-09-21
Filing date: 1973-09-04
Publication date: 1981-04-16
Also published as: FR2200964A5; DK142887B; IT994267B; GB1439129A; NO137103B; DK142887C; JPS573012B2; CA1005545A; US3931525A; DE2344579A1; JPS49134392A; NO137103C

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen von Fehlern in einer Materialbahn, die relativ zu der Vorrichtung bewegbar ist, mit einer Sendestation zur Erzeugung eines elektromagnetischen Strahles, einer Abtaststation, um den Strahl quer zur Richtung dieser Reiativbewegung über die Materiaibahn zu führen, und einer Empfangsstation mit einem Detektor, der auf die infolge des Auftreffens des Strahles von der abzutastenden Materialbahn ausgehenden Strahlung anspricht und der ein Ausgangssignal abgibt, durch das ein Fehler in der Materialbahn anzeigbar ist

Detektoren zur Feststellung von Fehlern in bewegten Bahnen sind bekannt (AEG-Mitteilungen 56 (1966) 2, Seite 151 — 155). Bei einem derartigen Detektor wird ein Lichtstrahl auf der bewegten Bahn fokussiert und wiederholt quer zur Bewegungsrichtung der Bahn über ihre Oberfläche geführt. Das von der Bahn reflektierte oder Ciurchgelassene Licht wird in einem Empfänger aufgefangen und jede Änderung seiner Intensität, die durch einen Fehler in der Bahn hervorgerufen wird, wird festgestellt und gezählt.

Reflektiertes Licht hat eine durch spiegelnde Reflexion hervorgerufene Komponente und eine durch diffuse Reflexion hervorgerufene Komponen:e, wobei der Anteil jeder der Komponenten von der Natur der Oberfläche abhängig ist. Um diffus reflektiertes Licht festzustellen, muß der Detektor den größten Teil des verfügbaren diffus reflektierten Lichtes auffangen, wozu nur eine einfache optische Einrichtung erforderlich ist, obgleich das Licht bei geringerer Intensität aufgefangen wird. Da diese Vorrichtung bei niedriger Lichtintensität arbeitet, sind jedoch Maßnahmen zu treffen, um zu verhindern, daß spiegelnd reflektiertes Licnt hoher Intensität aufgefangen wird. Spiegelnd reflektiertes Licht, das im Bereich des Reflexionswinkels eine hohe Intensität hat und daher bei einem Fehlerdetektor erwünscht ist, ist schwierig vollständig aufzufangen wegen der fortwahrenden Änderung des Reflexionswinkels während der Abtastung, Bekannte Empfänger für spiegelnd reflektiertes Licht erfordern komplexe optische Einrichtungen, die eine hohe Empfindlichkeit haben müssen. Dieselben Betrachtungen gelten für Licht, das von einer Bahn durchgelassen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß sie bei einfachem mechanischem und optischem Aufbau eine hohe Empfindlichkeit hat.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zwischen der Materialbahn und dem Detektor eine Streuungseinrichtung für diese Strahlung angeordnet ist.

Die Erfindung verbindet den Vorteil eines konstruktiv und optisch einfachen Aufbaus, wie er beim Empfang von diffus reflektiertem Licht möglich ist, mit einer hohen Empfindlichkeit, die der Intensität von spiegelnd reflektiertem Licht entspricht.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung

werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

F i g. 1 schematisch im Schnitt einen Fehlerdetektor zeigt.

Fig.2 zeigt im Schnitt die Sendeeinrichtung des Detektors nach F i g. 1.

F i g. 3 zeigt im Schnitt den Empfänger des Detektors nach Fi g. 1.

F i g. 4 zeigt im Schnitt eine andere Ausführungsform des Empfängers nach F i g. 3. ι ο

Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Detektors nach F i g. 1.

Fig.6 und 7 zeigen im Schnitt eine weitere Ausführungsform des Empfängers und

Fig.8 zeigt noch eine Ausführungsform des Detektors nach F i g. 1 zur Verwendung mit einer lichtdurchlässigen Fläche.

F i g. 1 zeigt einen Detektor 10 zur Auffindung von Fehlern in einer Fläche 11 einer Materialbahn, die in Richtung des Pfeiles 12 an dem Detektor 10 vorbeibewegt wird. Der Detektor 10 hat zwei benachbarte Stationen 13 und 14, die quer zur Breite der Bahn verlaufen. Die Station 13 ist eine Sendestation. Sie umfaßt ein Gehäuse 15, einen Laser 16, ein optisches System 17 (Fig.2) und einen drehbaren mit einer Vielzahl von Facetten versehenen Spiegel 18.

Im Betrieb wird Licht, das in Form eines kontinuierlichen Strahles vom Laser 16 ausgesendet wird, auf der Fläche 11 durch das optische System 17 und nach Reflexion vom Spiegel 18 reflektiert. Der Spiegel 18 dreht sich mit hoher Drehzahl und da jede Facette des Spiegels durch den Strahl läuft, wird der Strahl quer zur Bahn von Seite zu Seite über die Bahn geführt, wodurch diese abgetastet wird. Die Drehachse des Spiegels 18 ist zur Ebene der Fläche 11 geneigt, so daß der Strahl auf die Fläche 11 in einem Einfallswinkel Θ zur Normalen der Ebene auftrifft.

Abhängig von der Fläche wird die Strahlung reflektiert oder durchgelassen, wobei sich jedoch die folgende Beschreibung nur auf die Reflexion bezieht.

Abhängig von der Art der reflektierenden Fläche wird das Licht teilweise spiegelnd und teilweise diffus reflektiert. Beispielsweise ergibt sich bei Stahl und Glanzpapier hauptsächlich eine spiegelnde Reflexion mit einem kleineren Anteil an diffuser Reflexion, während grobes oder rauhes Papier und Textilerzeugnisse in der Hauptsache eine diffuse Reflexion ergeben mit einem geringen spiegelnden Reflexionranteil. Der Detektor eignet sich für beide Anwendungsfälle, er wird aber vorzugsweise in Verbindung mit Flächen der erstgenannten Art verwendet.

In F i g. 3 ist die Licht-Empfangsstation 14 gezeigt, die sich insbesondere dazu eignet, spiegelnd reflektiertes Licht von der Oberfläche aufzufangen. Sie UTifaßt ein Gehäuse 19 ähnlich demjenigen der Sendestation und sie erstreckt sich ebenfalls über die Breite der Fläche 11 (die sich in der Zeichenebene bewegt). Licht kann in das Gehäuse 19 nur durch eine öffnung 20 eintreten, die am Boden des Gehäuses angrenzend an die Fläche 11 ausgebildet ist und sifih quer Zur Fläche 11 erstreckt. In der Öffnung 20 ist eine Licht-Stfeuungseinrichtung 21 parallel zur Fläche 11 angeordnet. Die Stirnwände 22 und 23 des Gehäuses habef Spiegelflächen und der obere Teil des Gehäuses hat iiekrijmmte reflektierende Flächen 24 und 25. In der Mitte diV gekrümmten Wand gegenüber der Streuungseinrithtuhg 21 ist ein Photodetektor 26 angeordnet.

Das Licht vom Laser 16. das auf die Fläche 11 im Winkel θ zur Normalen auftrifft und spiegelnd von der Fläche reflektiert wird, !äuft ebenfalls im Winkel θ zur Normalen zur Streuungseinrichtung 21, durch welche es hindurch und in das Gehäuse in diffuser Form eintritt. Das gestreute Licht wird durch den Photodetektor 2ö aufgefangen bzw. gesammelt der ein Ausgangssignal abhängig von der aufgefangenen Lichtmenge abgibt. Im Idealfall ist das diffuse Licht vollständig ungerichtet, in der Praxis behält jedoch das in einem schrägen Winkel durch die Streuungseinrichtung hindurchtretende Licht ein geringes Maß an Ausrichtung bei. In Fig.3 ist die Wirkung der Streuungseinrichtung 21 auf Strahlen 27 und 28 in Form von Polardiagrammen 29 und 30 dargestellt. Der auf den Diffusor senkrecht zulaufende Strahl 27 wird beim Durchgang gestreut, der größte Teil des Lichtes setzt jedoch seinen Weg in derselben allgemeinen Richtung auf den Detektor 26 zu fort. Der auf den Diffusor 21 in einem schiefen Winkel zulaufende Strahl 28 wird beim Durchgang ebenfalls gestreut, wobei der größte Anteil des gestreuten Lichtes in derselben allgemeinen Richtung und nicht auf den Detektor 26 zu weiterläuft. Die reflekiierende Wand 22 richtet das Licht auf den Photodektetor zu und kompensiert eine Reduzierung der Lichtstärke gegen Ende der Abtastung, die auftreten würde, wenn die Wand 22 das auf sie treffende Licht absorbieren würde. Die gekrümmten Flächen 24 und 25 zwischen den Stirnwänden und dem Detektor kompensieren Änderungen der Lichtmenge, die den Detektor während der Abtastung erreicht.

Die reflektierenden Stirnwände 22 und 23 und die gekrümmten Wände 24 und 25, nähern sich einem konischen Reflektor an, der erforderlich wäre, um einen nicht-diffusen Strahl auf den Detektor zu richten. Das System erfordert jedoch keine große optische Genauigkeit und die gekrümmten Flächen 24 und 25 können auch durch ebene Spiegel 31 und 32 ersetzt werden, wie in F i g. 4 gezeigt ist. Diese ebenen Spiegel 31 und 32 sind insofern vorteilhaft, als ihre Neigung verändert und an die reflektierenden Eigenschaften der abzutastenden Fläche angepaßt werden kann.

F i g. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Detektors, bei der die Sendestation und die Empfangsstation weit getrennt voneinander angeordnet sind. Die Sendestation ist in einem großen Winkel Θ zur Normalen zur abtastenden Fläche geneigt und die Empfangsstation ist ebenfalls in einem Winkel Θ zu der Normalen aber auf deren anderer Seite geneigt in einer Ebene parallel zur Bewegungsrichtung der Fläche 11. Die Lichtstreuungseinrichtung 21 ist hier so angeordnet, daß die von der Fläche 11 reflektierten Strahlen praktisch senkrecht auf sie auftreffen.

Um die Menge an diffus reflektiertem Licht, die von dem Detektor im Verhältnis zu spiegelnd reflektiertem Licht empfangen wird, herabzusetzen, ist eine Einrichtung 33 mit einem Schlitz in der Bahn des reflektierten Lichtes benachbart zu der Streueinrichtung 21 angeordnet. Ein solcher Schlitz steigert die Empfindlichkeit des Detektors hinsichtlich lokaler Verformungen der Oberfläche, die nicht von Änderungen der Reaktivität begleitet sind. Bei der Verwendung eines solchen Schlitzes sollte die Vorrichtung nicht zu empfindlich gegen Oberflächen-Ebenheit sein, da die abzutastende Fläche während des Transportes an dem Detektor vorbei nicht stetig gehalten werden kann. Bei den oben beschriebenen Empfangsstationen waren die reflektierenden Wände so angeordnet, daß sie etwa einem konischen Abschnitt entsDrachen. wobei der Detektor

im Brennpunkt angeordnet war, jedoch eine grobe geometrische Form hatte, die durch die Verwendung der Stelleinrichtung ermöglicht wird. In den F i g. 6 und 7 ist eine kompaktere Form der Empfangsstation 14' gezeigt. Die Empfangsstation hat ein Gehäuse 19', einen Photodetektor 26' und eine Lichtzerstreuungseinrichtung 21'. Der Detektor 26' ist weg von dem Diffuser 2\' auf die Spiegel 34 und 35 zu gerichtet, die geneigt sind, wodurch Licht, das von den Stirnwänden 22' und 23' reflektiert wird, auf den Detektor zu geworfen wird. Auf diese Weise ist die Intensität des Lichtes im Gehäuse, das auf den Detektor geworfen wird, Während der gesamten Abtastung gleichmäßig. Da ferner das Licht im Winkel umgelenkt wird, kann die Höhe bzw. Größe der Empfangsstation reduziert werden. Es ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Sendestation und die Empiangsstation räumlich voneinander getrennt sind. Die Zerstreuungseinrichtung 2V wird gegen das Umgebungslicht durch eine Haube 36 abgeschirmt. Die Haube kann aus gelenkigen Kappen 37 und 38 gebildet sein, die so angeordnet und eingestellt werden können, daß sie die Wirkung der Schlitzplatte 33 in F i g. 4 haben.

Der Detektor ermöglicht somit in einfacher Weise den Empfang von diffus reflektiertem Licht und hat trotzdem die Empfindlichkeit, die der Intensität von spiegelnd reflektiertem Licht entspricht.

Die Lichtquelle kann eine nicht-kohärente Lampe sein, z. B. eine Xenonlampe oder eine Lichtquelle, die außerhalb des sichtbaren Bereichs des Spektrums arbeitet, d. h. im nahen Infrarot oder im nahen Ultraviolett, abhängig von der Oberfläche.
Der Detektor wurde vorstehend in Verbindung mit einer Fläche beschrieben, die die einfallende Strahlung total reflektiert. Es gibt nun Flächen, die durchlässig für die Strahlung sind und andere, die durchlässig oder reflektierend sind, abhängig von dem Einfallswinkel des

ίο Strahles. Fig.8 zeigt daher eine Sendestation 13 und eine Empfangsstation 14, die auf gegenüberliegenden Seiten einer transparenten Bahn 39 angeordnet sind. Die sichtbare Strahlung der Sendestation tastet die Fläche oder Bahn 39 ab und tritt in Abwesenheit eines Fehlers durch die Bahn hindurch und über die Streueinrichtung 21 in die Empfangsstation ein. Das gestreute Licht wird gesammelt und aufgefangen in üblicher Weise, es sei denn, daß der Durchtritt des Lichtes durch einen Fehler verhindert wird. Der Detektor stellt die Reduzierung der Lichtstärke fest und zeigt das Vorhandensein eines Fehlers an. Die Sendestation 13 kann in einem Winkel zur abzutastenden Fläche geneigt sein, wobei jedoch dann die Brechungseigenschaft des Materials bei der Bestimmung der Position der Empfangsstation berücksichtigt werden muß.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Fesistellen von Fehlern in einer Materialbahn, die relativ zu der Vorrichtung bewegbar ist, mit einer Sendestation zur Erzeugung eines elektromagnetischen Strahles, einer Abtaststation, um den Strahl quer zur Richtung dieser Relativbewegung über die Materialbahn zu führen, und einer Empfangsstation mit einem Detektor, der auf die infolge des Auftreffens des Strahles von der abzutastenden Materialbahn ausgehenden Strahlung anspricht und der ein Ausgangssignal abgibt, durch das ein Fehler in der Materiaibahn anzeigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der M aterialbahn (11,39) und dem Detektor (26,26') eine Streuungseinrichtung (21, 2Y) für diese Strahlung angeordnet ist.

. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuungseinrichtung (21, 21') so angeordnet ist, daß sie den Teil der Strahlung auffängt, der im wesentlichen spiegelnd von der Materialbahn (11) reflektiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuungseinrichtung (21, 21') so angeordnet ist, daß sie den Teil der Strahlung auffängt, der durch die Materialbahn (39) hindurchgeht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuungseinrichtung (26, 26') eine Folie aus einem durchscheinenden Material aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie sich im wesentlichen senkrecht zur Ebene der reflektierten Strahlung erstreckt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an die Streuungseinrichtung (21, 2Y) eine mit einem Schlitz versehene Einrichtung (33, 36) angeordnet ist, um die auf die Streuungseinrichtung (21,2Y) fallende Strahlung zu begrenzen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstation (14, 14'), in welcher der Detektor (26, 26') untergebracht ist, ein Gehäuse mit Stirnwänden (22, 23; 22', 23') aufweist, die sich an jedem Ende der Streuungseinrichtung (21, 2V) im wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung erstrecken und deren Innenflächen reflektierend sind, um die auf sie auftreffende diffuse Strahlung zum Detektor (26,26') zu reflektieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (26, 26') so in dem Gehäuse angeordnet ist, daß er nur Strahlung auffängt, die von den Stirnwänden (22, 23; 22', 23') zurückgeworfen wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse weitere reflektierende Flächer. (24, 25; 31, 32) zwischen den Stirnwänden (22, 23; 22', 23') und dem Detektor (26, 26') angeordnet sind, um auf sie auftreffende Strahlung zum Detektor zu reflektieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen (24, 26, 31, 32) einen im wesentlichen konischen Abschnitt bilden und daß der Detektor (26, 26') im wesentlichen im Brennpunkt dieses Abschnittes angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse Seitenwände aufweist, die sich längs entgegengesetzter Seiten der Streuungseinrichtung erstrecken und im wesentüchen parallel zur Abtasteinrichtung des Strahles verlaufen, und daß die Innenfläche dieser Seitenwände diffus reflektierend sind.