DE2363422C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Längsfehlern auf bewegten Materialbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlersuche und zum Erkennen und Orten von längsorientierten Fehlern auf laufenden Papier- oder Folienbahnen, insbesondere auf photographischen Materialien, bei dem die Bahn quer zu ihrer Bewegungsrichtung von einem Abtastgerät zellenförmig optisch gescannt und in Reflexion abgetastet wird, bei dem von den vom Abtastgerät ausgehenden Momentanwerten des reflektierten Abtastsignals ein Mittelwert gebildet wird und bei dem eine Fehleranzeige nur bei einer Abweichung vom Mittelwert gegeben wird.

Beider Herstellung von Materialbahnen, insbesondere von beschichteten Folien, wie photographischen Filmen und Papieren, können auf der Materialbahu, insbesondere in den auf der Trägerfolie aufgebrachten Schichten Fehlerentstehen,diedie spätere Benutzung der Bahn wesentlich beeinträchtigen. Neben punktförmigen Fehlern, wie Schmutz, Blasen usw., sind es vor allem in Bahnrichtung verlaufende Längsfehler, wie Begußstreifen, Kratzi-r, die sich oftmals über die gesamte Bahnlänge erstrecken können und damit zu einer erheblichen Minderung der Qualität führen. Solche, in Bahnlängsrichtung auftretende Fehlstellen müssen unbedingt gefunden werden.

Für die Auffindung von Längsfehlern sind Metho-H₁-Ii hekannt. mit denen die Bahn optisch bei einer geeigneten Wellenlänge in Reflexion oder Transmission abgetastet wird. Dies kann z. B. dadurch gescheher., daß die bewegte Bahn streifenförmig und gleichmäßig quer zur Bahnlängsrichtung beleuchtet und das reflektierte (US-PS 3 206606) oder bei optisch transparenten Bahnen das hindurchgelassene Licht (US-PS 3 286 567) auf einen oder eine Vielzahl nebeneinander und parallel zum beleuchteten Bahnstreifen angeordneter photoelektrischer Empfänger geleitet wird, wobei für die Erkennung parallel zur Bahnlängsrichtung verlaufender Längsfehler die Detektoranordnung quer zur Längsrichtung der Bahn hin und herbewegt werden kann. Durch Fehlstellen entstehende Intensitätsunterschiede werden von den photoelektrischen Empfängern als Lichtimpulse wahrgenommen und zur Aufzeichnung, Steuerung oder Speicherung weitergeleitet. In einem weiteren Verfahren wird die zu prüfende Materialbahn bandförmig über ein sich quer zu ihrer Längsrichtung bewegtes Lochband mittels der ίο durch die Perforation des Bandes entstehenden Lichtpunkte abtastend durchstrahlt und das hindurchgelassene Licht auf der anderen Seite der Bahn auf eine Vielzahl "on Photoempfängern oder über einen lichtleitenden Stab auf einen einzelnen Detektor geleitet 2z (US-PS 3 331963). Auch sind Abtasleinrichtungen bekannt, bei denen mittels eines Drehspiegels. Spiegelradcs oder ähnlichen optischen Elementes ein Lichtfleck zellenförmig quer über die bewegte Bahn geführt und das reflektierte (z. B. US-PS 3646353. US-PS 3 510664) oder bei optisch transparenten Bahnen das durch die Bahn hindurchgelassene Licht (US-PS 3 556664) über eine Optik auf mindestens einen photoclektrischen Empfänger geleitet wird. Bei einem weiteren Verfahren zur Erkennung von parallel zur Bahnlängsrichtung verlaufenden Fehlern erfolgt die Abtastung der Bahnoberfläche mittels zweier fester, in konstantem Abstand zueinander angeordneter und zeilenweise versetzter Lichtflecke, wobei das von der Bahn reflektierte Liebt auf je einen den beiden Lichtflecken zugeordneten Photoempfänger geleitel wird und der gesamte Abtastkopf quer zur Bahnlängsrichtung über die Bahnbreite hin und herbewegt wird (DT-OS 1573 HOl).

Speziell fur die Erkennung von Längsstreifen (Begußstreifen) auf photographischem Material im feuchten Zustand wird bei einem weiteren Verfahren die Bahn quer zu ihrer Längsrichtung traversierend mit einem Lichtfleck wasserspezifisch bei einer festen IR-Wasserbande abgetastet (US-PS 3564 265). Die oben beschriebenen Methoden zur Fehlersuche an bewegtem bandförmigen Material sind mit einem Nachteil behaftet. Das von der zu prüfenden Materialbahn über den Photodetektor empfangene reflektierte oder hindurchgelassene Licht ist auch bei fehlerfreiem Bahninaterial bereits durch die Materialeigenschaften der Bahn moduliert, da eine völlige Gleichmäßigkeit nicht vorausgesetzt werden kann. Das am Photodelektor erzeugte Signal zeigt also auch bei fehlerfreier Bahn stets eine gewisse störende Unruhe (Untergrundrauschen). In den meisten Fällen der oben beschriebenen Methoden wird durch amplitudenbegrenzendc Maßnahmen (Schmitt-Trigger. Begren/erdiodcn usw.) das Untergrundrauschen elektronisch abgeschnitten, so daß nur Fehler auf der Materialbahn detektiert werden können, deren elektrische Impulse größer als die höchsten Störimpulse und damit größer als die Diskriminatorspannung sind. Eine Verbesserung bringt eine Methode, bei der ein

für das zeitlich gcmittclte Spitzenrauschen kennzeichnendes modifiziertes Ausgangssignal des Photodetektors gebildet und dieses über einen Spannungskomparator mit dem ursprünglichen Ausgangssignal des Photodetektors verglichen wird, so daß unerwünschte Rauschanteile unterdrückt und der Komparator nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn ein echter Fchlerimpuls vorliegt. Zusätzlich zur weiteren Verringerung von Fehlanzeigen bei fehlerhaftem Material wird das Ausgangssignal des Komparators noch auf einen Diskriminator mit konstanter Schwellspannung gegeben (US-PS 3510664). Auch bringen zusätzliche frequenzbestimmende Methoden in Form von Filtern zur Trennung zwischen Fehlerimpulsen und Untergrundrauschen (z. B. US-PS 3 510664 und 3 206606) keine optimale Lösung, da sich im allgemeinen Fehlerimpulse und Untergrundrauschen frequenzmäßig kaum unterscheiden. Solche Anordnungen dienen lediglich dazu. Störfrequenzen, die nicht in den Meßfrequenzbereich fallen, hcrauszufiltern.

Die Auffindung kleiner Fehler, d. h. solcher Fehler, die Impulse liefern, deren Amplitude gleich oder kleiner als die Rauschamplituden sind, können mit den bisherigen, oben aufgeführten Methoden nicht bestimmt werden. Gerade aber die Auffindung solch feiner Fehler ist, wenn sie in Form von Längsfehlern, oft über die gesamte Materialbahnlänge, vorliegen, für die Qualitätskontrolle von Materialbahnen, insbesondere von photographischem Material, von besonderer Wichtigkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die optische Fehlersuche auf bewegten Materialbahnen so weit zu verbessern, daß auch sehr feine, parallel zur Bewegungsrichtung der Materialbahn verlaufende Längsfehler wie Kratzer oder Streifen sicher gefunden werden. Insbesondere sollen Längsfehler auf photographischen Materialien schon während des Produktionsablaufes erfaßt und registriert werden können. Das neue Fehlersuchgerät muß also so konstruiert sein, daß es unmittelbar hinter einer Beschichtungsapparatur eingebaut wird und Längsfehler auf der noch nassen Materialbahn erkennt. Da Punktfehler bei photogaphischen Materialien im Vergleich zu Längsfehlern oftmals eine weniger gravierende Qualitätseinbuße darstellen, sollen sie eliminiert werden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) das Abtastgerät, dessen Abtastzeilenlänge wesentlich kleiner als die Materialbahnbreite ist, mit konstanter, gegenüber der Abtastbewegung wesentlich kleineren Geschwindigkeit quer über die gesamte Bahn hin- und herbewegt wird,

b) daß jeweils während einer vorgegebenen Anzahl von Abtastungen (Abtastzyklus) an zwei innerhalb der Abtastzeile fest vorgegebenen Zeitmarken periodisch der Momentanwert des reflektierten Abtastsignals abgefragt, gespeichert und für beide Zeitmarken getrennt über einen Abtastzyklus der Mittelwert gebildet wird,

c) und daß die nur bei einer Abweichung vom Mittelwert gegebene Fehleranzeige erfolgt, wenn

• der Mittelwert von einem vorgegebenen, dem Untergrundrauschen entsprechenden Wert nacheinander an beiden Zeitmarken abweicht. Vorzugsweise werden die an den beiden Zeitmarken abgefragten Momentanwerte analog gespeichert, anschließend digitalisiert und daraus für jede Zeitmarke digital der Mittelwert gebildet.

Nach Ablauf einer solchen Mittelwertbildung während der vorgegebenen Anzahl der Abtastungen beginnt die Mittelwertbildung während des folgenden Abtastzyklus von neuem. Während der Abtastkopf über die Bahnbreite traversiert, verschieben sich auch die beiden Abtastmarken in der entsprechenden Traversicrrichtung. Liegt eine fehlerfreie Bahn vor. so wird auf Grund des Verfahrens das durch die Obcrf Iachcneigenschaften der Bahn bedingte, statistisch ve γιο teilte Bahn-Untergrundrauschen herausgemittelt. während ein (auch feiner) Längsfehler, der bei der Abtastung einen gleichförmigen positiven oder negativen Fehlerimpuls liefert, sich nicht aus dem Rauschpegel herausmittelt, sondern einen vom Mittelwert des Rauschens abweichenden Wert liefert und somit detektiert wird. Dabei muß er von beiden sich während des Traversierens in der jeweiligen Traversierrichtung verschiebenden Zeilmarken (Abtastmarken) nacheinander in der richtigen Reihenfolge gefunden werden. Wird der Längsfchler bei der ersten Zeitmarke (Abtastmarke) erkannt, so wird die Fehlerinformation so lange eingespeichert, bis auch die zweite Zeitmarke (Abtastmarke) den Fehler passiert hat. Wird der Fehler auch von dieser erkannt, so liegt die Fehlerinformation für beide Zeitmarken (Abtastmarken) gleichzeitig vor, und der Fehler wird als Längsfehler ausgewiesen. Die minimale Länge eines noch als Längsfehler zu delektierenden Fehlers hängt also von der Traversiergeschwindigkeit und der Transportgeschwindigkeit der Materialbahn ab. Je kleiner die Bahngeschwindigkeit und um so größer die Traversiergeschwindigkeit ist, desto kleiner ist die minimale Länge eines noch als Längsfehler detektierbarcn Fehlers. Punktförmige Fehler, die oftmals nicht von Bedeutungsind, werden mit dem Verfahren nicht erfaßt, denn die Wahrscheinlichkeit, daß die erste Zeitmarke (Abtastmarke) möglicherweise gerade einen Punktfehler erkennt und daß nach Ablauf der Speicherzeit zufällig ein zweiter Punktfehler die zweite Zeitmarke (Abtastmarke) passiert, ist sehr gering.

Vorteilhaft werden die beiden Zeitmarken innerhalb der Abtastzeile mittels eines Zeilenstartimpulses vorgegeben.

Bei einer verbesserten Ausführung der Erfindung wird die elektrische Leistung der Strahlungsquelle (Lichtquelle) so geregelt, daß die Intensität der von der Bahnoberfläche reflektierten Strahlung stets konstant bleibt. Hierzu wird der am Beginn oder am Ende jeder Abtastzeile erscheinende Herein- bzw. Herauslaufimpuls als Regelgröße benutzt.

Die optische Reflexionsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer Strahlungsquelle, einem Spiegelrad mit Fokussiereinrichtung (Scanner) und photoelektrischen De- tektor in Autokollimationsanordnung, sowie einer Auswertelektronik zur Weiterverarbeitung der vom Detektor gelieferten Signale, die eine Schaltung zur Mittelwertbildung der vom Detektor gelieferten Abtastsignale aufweist. Das Kennzeichen dieser Anord- nung ist darin zu sehen, daß der Scanner einschließlich Detektor auf einem quer zur Bahnlaufrichtung verschiebbaren Wagen montiert ist, so daß die Abtastzeile des Scanners die laufende Bahn traversiert und daß eine Schaltung zur quasikontinuierlichen Mittelwertbildung der vom Detektor gelieferten Abtastsi gnale vorgesehen ist, die aus folgenden Baugruppen besteht:
a) ein für positive und negative Spannungen geeig-

notes Sample and Holdglied, das im Rhythmus der Zeitmarken während einer Zeit, die kurzer ist als die zwischen den Abtastmarken liegende Zeit, auf Hold geschaltet wird (Holdwert) und die übrige Zeit auf »Sample« geschaltet bleibt,

b) je ein Spannungs-Frequenzwandler für positive und negative Spannungen, der die am Ausgang des Sample and Holdgliedes anstehenden Spannungswerte in eine Impulsfolge mit spannungsproportionaler Frequenz umwandelt und die Hold-Werte während einer innerhalb der HoId-Zeit liegenden Wandelzeit an zwei den beiden Zeitmarken schaltungstcchnisch zugeordnete Vor-Rückwärtszähler weitergibt, in denen die digitale Mittelwcrtbildungstattfindet. und an deren Ausgängen ein Impuls erzeugt wird. wenn, ausgehend von einem voreingcstellten Wert, hei Vorwärtszählung eine obere Grenze überschritten bzw. hei Rüekwärtszählung eine untere Grenze unterschritten wird.

c) eine synchron mit der Traversicrrichtung gesteuerte digitale Kontrollschaltung, in der die an den Ausgängen der Vor-Rückwärtszähler auftretenden Impulse nur dann zum Registriergerät weitergeleitet werden, wenn von jedem der beiden Vor-Rückwärtszähler nacheinander ein Impuls geliefert wird, und die zeitliche Reihenfolge dieser Impule der Reihenfolge entspricht, mit der die beiden Zeitmarken beim Traversieren nacheinander ein von demselben Fehler erzeugtes Fehlersignal erfassen.

Der Zeilenstartimpuls zur Vorgabe der beiden Zeitmarken wird vorteilhaft mittels einer im Scanner eingebauten Photodiode erzeugt. Anschließend vird der Zeilenstartimpuls verstärkt und normiert und einem monostabilen Multivibrator zugeführt, der durch ihn getriggcrt wird. Üiesem Multivibrator sind drei weitere monostabile Multivihratoren seriell nachgeschaltet. Der Ausgang des ersten Multivibrators und der Ausgang des dritten Multivibrators sind nun über ein Oder-Gatter an den Steuereingang des Sample and Holdgliedes geschaltet. Durch diese Schaltung wird beim Übergang von der Sample in die Hold-Funktion vom ersten Multivibrator die eine und vom dritten Multivibrator die darauffolgende Zeitmarke festgelegt. Die von den beiden Spannungsfrequenzwandlern erzeugten Spannungsimpulse werden nur während einer bestimmten Wandelzeit an die nachfolgenden Vor-Rückwärtszähler weitergeleitet. Die Wan.delzeit. während der die von den Spannungsfrequenzwandlern erzeugten Spannungsimpulse von den Vor-Rückwärtszählern gezählt werden, ist durch die oben beschriebenen in Serie geschalteten Multivibratoren und einen weiteren monostabilen Multivibrator (vierter Multivibrator) festgelegt Dabei erzeugt der zweite Multivibrator die zu der einen Zeitmarke gehörende Wandelzeit T₂ und der vierte Multivibrator die zu der darauf folgenden Zeitmarke gehörende Wandelzeit

Vorzugsweise wird der Abtastzyklus durch den Zeilenstartimpuls festgelegt Zu diesem Zweck steuert der normierte Zeilenstartimpuls einen Untersetzer an, in dem der Abtastzyklus festgelegt wird. Außerdem werden nach jedem Abtastzyklus beide Vor-Rückwärtszähler durch das vorher noch umgeformte Ausgangssignal des Untersetzers auf den voreingestellten Ausgangswert zurückgesetzt.

Die digitale Kontrollschaltung am Ausgang der Auswerteelcktronik besteht aus zwei monostabilen Multivibratoren. denen Und-Gatter und ein Oder-Gatter nachgeschaltet sind. Die beiden zuletzt genannten monostabilen Multivibratoren sind in eindeutiger Weise den beiden Traversierungsrichtungen des Scanners schaltungstechnisch zugeordnet, so daß jeweils nur ein Multivibrator entsprechend der jeweiligen Traversierrichtung betriebsbereit ist.

Die Zuordnung der Spannungsfrcqucnzwandler zu

ίο den beiden Zeitmarken erfolgt vorzugsweise ebenfalls über die durch den Zeilenstartimpuls getriggerten monostabilen Multivibratoren und 4 Gatter.

Dabei sind jeweils 2 Gatter alternativ abgeschaltet, wenn die jeweils in Traversierrichtung dem Bahnrand am nächsten liegende Zeitmarke die Bahnoberfläche verläßt, während die darauffolgende Zeitmarke noch die Bahnoberfläche erfaßt

Die Vorteile der Erfindung liegen in der hohen Empfindlichkeit, mit der streifenförmige Fehler erfaßt werden können Die Empfindlichkeit ist so hoch, daß selbst Streifen, deren Reflexionssignal weit unter dem Rauschen liegt, noch sicher zur Anzeige gebracht werden. Dabei ist eine eindeutige Unterscheidung zwischen Streifen- und Punktfehlern möglich. Die besondere Art der Mittelwertbildung gewährleistet auch, daß die Schaltung weitgehend unabhängig von äußeren Störeinflüssen ist. Ein wesentlicher Vorteil ist auch darin zu sehen, daß die gleiche Apparatur auch zum Aufsuchen von punktförmigen Fehlern benutzt werden kann. Die an den beiden Zeitmarken abgefragten Reflexionssignale werden dann in gleicher Weise gemittelt jedoch nicht in der beschriebenen Weise am Ausgang der Auswcrtelektronik logisch miteinander verknüpft. Vielmehr werden die Mittelwerte oder auch nur einer der beiden Mittelwerte direkt registriert Seihst schnellaufcnde Bahnen (2 nvsec) können noch lückenlos abgetastet werden.

Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung werden für ein Ausführungsbeispiel an Hand der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau des optischen Reflexions-Scanners.

Fig. 2 das vom Photoempfänger aufgenommene Signal für eine Zeilenabtastung sowie den zugehörigen Zeilenstartimpuls,

Fig. 3 den schematischen Aufbau der Traversiereinrichtung.

Fig. 4a das Blockschaltbild der Auswerteelektronik.

Fig. 4b das zu Fig. 4a zugehörige Impuls-Zeit-Diagramm für zwei aufeinanderfolgende Zeilenabta stungen des optischen Scanners,

Fig. 4c schematisch das Abtasten eines Längsfeh ler-Impulses zu verschiedenen Zeiten während de Traversierung,

Fig. 5 schematisch die Erkennung von Längsfeh lern am Bahnrand.

Fig. 6a das Blockschaltbild der Regelung für dl· Lampenintensität,

Fig. 6b das zu Fig. 6a zugehörige Impuls-Zeit Diagramm.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte perspektivische Prin ■zipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des opti sehen Scanners.

Die Lichtquelle 1 besteht aus einer Wolframlamp« Sie beleuchtet durch einen unter einem Winkel vor z. B. 45° zur Strahleinfallsrichtung angebrachte halbdurchlässigen Spiegel 2 hindurch den in Höhe un

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Breite verstellbaren Emtrittsspalt 3. der auf der der Lampe abgewandten Seite des Spiegels 2 befestigt ist. Ein mit Planspiegeln 4 bestücktes Spiegelrad 5, das von einem Motor 6 angetrieben wird, ist so drehbar angeordnet, daß sich seine Peripherie, d. h. die Spiegel 4, bei Rotation des Rades im Brennpunkt eines Parabolspiegels 7 bewegen, der parallel /u der in Pfeilrichtung sich bewegenden Materialbahn 8 angebracht ist. Zur Vermeidung von Hahnunruhen wird die Materialbahn 8 über zwei eng benachbarte und möglichst stark umschlungene Walzen 9 und 10 geführt.

Mittels der Konvexlinse 11 wird der beleuchtete Spalt 3 über die Spiegel 4 des Spiegelrades 5 und die Spiegeloberflache des Parabolspiegels 7 als kleiner Abtastfleck 3« auf der Materialbahn 8 mit senkrecht /ur Bahnoberfläche verlaufender Hinfallsstrahlrichtung abgebildet. Spiegelrad 5 und Parabolspiegel 7 stehen, da das Spiegelrad unterhalb vom Parabolspiegel 7 angebracht ist, aus strahlentechnischen Gründen etwas verkantet zueinander. Das von der Materialbahn 8 reflektierte und durch die Oberflächeneigenschaften der Bahn modulierte Licht gelangt auf dem gleichen Weg über den Parabolspiegel 7, die Spiegel 4 und die Linse 11 zurück bis zum halbdurchlässigen Spiegel 2, an dem es durch Reflexion umgelenkt und schließlich mittels der Konvexlinsc 12 auf den Photoempfänger 13, der z. B. eine schnelle, hochempfindliche und möglichst rauscharme Photodiode, Phototransistor od. dgl. sein Kann, fokussiert wird. Der Scanner arbeitet also nach dem Autokollirr.ationsprinzip.

Rotiert das Spiegelrad 5 im angezeigten Drehsinn, so verschiebt sich der vom Parabolspiegel 7 reflektierte Strahl in der angegebenen Richtung parallel, wobei der Abtastfleck 3a die Materialbahn 8 auf der Abiastlinie 14 abtastet. Die Anordnung ist so gewählt, daß für eine Abtastung nur jeweils ein Spiegel 4 des Spiegelrades 5 benutzt wird. Bei in Pfeilrichtung bewegter Materialbahn 8 erfolg! so eine zellenförmige, lückenlose Abtastung der Bahn auf der Länge der Abtastlinie 14.

Fehlstellen auf der Materialbahn werden vom Abtastfleck 3a erfaßt und gelangen über Parabolspiegel 7, Spiegelrad 5. Linse 11, halbdurchlässigen Umlenkspiegel 2 und Linse 12 auf den Photodetektor 13. der sie in elektrische Fehlerimpulse umsetzt, die in einer elektronischen Schaltung, die in Fig. 4 näher beschrieben ist, zur Erkennung und Registrierung weiter verarbeitet werden.

Zwischen Parabolspiegel 7 und Materialbahn 8 ist ein das sichtbare Spektrum absorbierendes Infrarotfilter 15 eingeschaltet, wenn photographisches Material kontrolliert wird.

An den Enden des Parabolspiegels 7 entstehen durch Herein- bzw. Herauslaufen des Abtaststrahles Impulse, die jedoch für das Verfahren keine störende Wirkung haben. Sie werden, im Gegenteil, wie weiter unten näher erläutert wird, für die automatische Intensitätsregelung benutzt.

Seitlich neben dem Parabolspiegel ist eine weitere Photodiode 16 derart im Strahlengang angeordnet, daß sie vom abtastenden Strahl überstrichen wird und vor Beginn einer jeden Abtastung einen Zeilenstartimpuls liefert. Zur Erzeugung dieses Zeilenstartimpulses können auch andere Mittel verwendet werden, z. B. eine induktive Abtastung des Spiegelrades. In dem Ausführungsbeispiel mit einer 7 cm breiten Abtastung, das entspricht der Lange der Ahtastlmu 14. beträgt die Drehzahl des Spiegelrades 5 50 U see Bei einer Anzahl von 16 Spiegeln 4 ist demnach du. Abiastfrequenz SlK) Hz und damit die Gesamtdureh· laufzeit für einen Spiegel 4, das ist die Summe au« der eigentlichen Abtastzeit T₁₁ auf der Bahn 8 und einer gewissen, durch die Geometrie unddieSpiegelzahi bestimmten Dunkel/eii I]₁ /wischen /wci Spiegeldurchgängen. T= 1,25 ms.' Bei einer Bahngcschwindigkeit Min /. B. 40 in min erhält die Bahn 8 in diesel Zeit (1.25 ms) einen Vorschub von ().,S3 mm.

Da die Lange des Abtastfleckes 3a in diesem Beispiel 2 mm betragt, ist die zellenförmige Abtastung der Bahn also lückenlos. Bei höheren Bahngeschwindigkeiten kann z. B. zur lückenlosen Abtastung die Drehzahl des Spiegelrades 5 erhöht oder die Lange des Abtastfleckes 3u vergrößert werden.

Fig. 2a zeigt das vom Photoempfänger 13 aufgenommene Signal für eine Zeilenabtastung bei l'ehlertreier Bahn. Das Signal ist nur durch die normalen Oberflächeneigenschaften der Bahn moduliert. Die Abtastung erfolgt von links nach rechts. 17 ist daher der von der Oberfläche der Bahn abhangige Hereinlaufimpuls, 18 der zugehörige Herauslaufimpuls. ' - 1.2:» ms ist die Gesamtdurchlaufzeit eines Spiegels, die sich aus der Abtastzeit 7_u und der Dunkelzeit I,, zusammensetzt.

In Fig. 2 b ist der zugehörige, vor jeder Zeilenabtastung hegende von der Phtodiode 16 aufgenommene Zeilenstartimpuls 19 dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte perspektivische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Traversiereinrichtung. 20 stellt den in Fie. I beschriebenen optischen Scanner dar. Er ist auf einem Wagen 21 befestigt, der auf den mit der stabilen Unterlage Ll verbundenen Gleitschienen 23 und 24 parallel zur Bahnoberfläche der Bahn 8 hin- und herbewegt werden kann, so daß die Abtastlinie 14 bei dieser Traversierbewegung senkrecht zur Bahnlängsrichtung über die Bahnbreite in den angegebenen Pfeilrichtungen nin- und herbewegt wird, während gleichzeitig der Scanner 20 die Bahn 8 auf der AbtastlTnie 14 abtastet. Der Antrieb für die Traversierung erfolgt über den Motor 25. die in den Lagerböcken 26, 27 gelagerten Antriebszahnrollen 28, 29, 30, 31 und über den auf niesen Rollen laufenden und mittels der Schelle 32 am Scanner 20 befestigten Zahnriemen 33. Mittels der hier nicht näher beschriebenen Motorsteuerung J4 und der beiden an den Lagerböcken 26 und 27 befestigten und für die jeweilige Bahnbreite justierten Endschalter 35 und 36 wird der Wagen 21 bei Erreichen einer Endstellung automatisch in die andere r-anrtrichtung umgesteuert.

Die Schalter 35, 36 können z. B. induktive Nähe-55. rungsinitiatoren sein. Die Motorsteuerung 34 enthält, abgeleitet von der Spannungsversorgung des Motors , '^eint; Vorrichtung, die ein Signal in Form einer von ^üer J^eweiiigen Traversierrichtung abhängigen Gleichspannung an die Auswerteelektronik 37, deren Wirkungsweise in den Fig. 4a und 4b näher beschrieben ist, weiterleitet. Zur Festlegung der Stellung des Scanners ZU in bezug auf die Bnhnbreite während des Traversierens ist ein mit der Zahnroüe 30 verbundener Ucber38, z. B. in Form eines Potentiometers, digitaien Urehgebers od. dgl., vorgesehen, dessen Signal in der Auswerteelektronik 37 zur Bestimmung der Hdhnbreitenkoordinale eines Längsfehlers verwendet

Fig. 4a zeigt das Blockschakbild der Auswerteclcktronik 37 (Fig. 3) und Fig. 4b das zugehörige Impuls-Zeit-Diagramm für zwei aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen des Scanners (Fig. 1 und 2). Zur besseren Erklärung der Wirkungsweise der elektronischen Schaltung werden Fig. 4a und 4b nebeneinander betrachtet. Das vom Photoempfänger 13 erzeugte Signal der durch die Eigenschaften der Bahnoberfläche modulierten reflektierten Strahlung wird im Verstarker 39 breilbandig verstärkt und gelangt auf den Eingang eines sowohl fur positive als auch fur negative liingangsamplituden geeigneten Sample and HoIduliedes 40. Das am Ausgang des Verstärkers 39 erhaltene Signal ist in Fig. 4b - a für zwei aufeinanderfolgende Ablast/eilen dargestellt. 17 ist der bereits erwähnte Hereinlauf impuls, 18 der Herauslaufimpuls für die er;,te Abtastzeile, 17' und 18' die entsprechenden Impulse für die folgende Abtastung. V= 1,25 ms ist die Gesamtdurchlaufzeit eines Spiegels.

Der von der Photodiode 16 erzeugte Zeilenstartimpuls vor Beginn einer jeden Abtastzeile wird im Verstärker 41 verstärkt und in dem Schmitt-Trigger 42 in einen positiven Rechteckimpuls umgeformt. Fig. 4b - b zeigt den zeitlichen Verlauf des Zeilenstartimpulses 19 bzw. 19' für die folgende Abtastung, Fig. 4b-c den daraus genormten Rechteckimpuls am Ausgang des Schmitt-Triggers 42. Hinter den Schmitt-Trigger 42 sind nacheinander vier monostabile Multivibratoren 43, 44, 45 und 46 geschaltet, die positive Rechteckimpulse liefern und ausgehend vom genormten Zeilenstartimpuls (Fig. 4b-c) jeweils von der negativen Flanke des vorhergehenden Impulses angetriggert werden. In Fig. 4 b. d - g ist der zeitliche Verlauf dargestellt. Fig. 4b - d entspricht dem /eit'ichen Verhalten des monostabilen Multivibrators 43. Fig. 4b - e dem des Multivibrators44, Fig. 4b - f dem des Multivibrators 45 und Fig. 4b - g dem des Multivibrators 46. Die zugehörigen Impulsdauern haben die folgenden Werte: 7", = 160 ^s, 7", = 500 μα. /', = 40 μ$ und T₄ = 500 μ$. Es soll 7\~= T₄ sein. Durch die negative Flanke (von L nach 0) des durch den Multivibrator 43 erzeugten Impulses (Fig. 4b-d) sowie durch die negative Flanke des durch den Multivibrator 45 erzeugten Impulses (Fig. 4b-f) werden, angedeutet durch die Pfeile, zwei zeitliche Abtastmarken 47 und 48 bzw. 47' und 48' festgelegt, die in etwa symmetrisch zu den Impulsen 17 und 18 bzw. 17' und 18' liegen.

Die Ausgänge der monostabilen Multivibratoren 43 und 45 werden über das Oder-Gatter 49 auf den Steuereingang des Sample and Hold-GIiedes 40 zusammengeführt. Der zeitliche Verlauf des Ausgangs des Oder-Gatters 49 ergibt sich aus der Addition der zeitlichen Verläufe der Fig. 4b-d und Fig. 4b-f und ist in Fig. 4b-h dargestellt.

Liegt der Steuereingang des Sample and HoId-Gliedes 40 auf L-Potential, das ist also wählend der Zeiten 7", und T₃, so ist die Funktion »Sample« eingeschaltet, liegt er auf O-Potential, so ist die Funktion »Hold« eingeschaltet. An den zeitlichen Abtastmarken 47, 48 bzw. 47', 48' wird also jedesmal von »Sample« auf »Hold« umgeschaltet, während an den 0-L-Übergängen auf «Sample« geschaltet wird. Die Funktion »Sample« bedeutet, daß am Ausgang des Sample and Hold-Gliedes stets das Eingangssignal vorhanden ist, während nach dem Umschalten auf »Hold« der zu diesem Zeitpunkt am Eingang anstehende Signalwert am Ausgang für die Hold-Zeit als fester Spannungswert erhalten bleibt. Der Ausgang des Sample and HoiJ-Gliedes 40 ist mit zwei Spannungs-Frequenzwandlern 50 und 51 verbunden, wobei der eine 50 für positive Eingangssignale, der andere 51 fur negative Eingangssignale geeignet ist. Sie haben die Aufgabe, während einer genau definierten Wandelzeit innerhalb der Hold-Zeit (des Sample and Hold-Gliedes 40) den gerade am Ausgang des Sample

ίο and Hold-Gliedes 40 anstehenden positiven oder negativen Wert in eine Impulsfolge definierter Rechteckimpulse mit einer dem Wert proportionalen Frequenz umzuwandeln. Das Wandelverhältnis beträgt 10 kHz/V.

Die Wandelzeit beträgt, wie weiter unten näher erläutert wird, für den an der Abtastmarke 47 bzw. 47 festgehaltenen und im Sample and Hold-Glied 40 gespeicherten Momentanwert 7\ = 500 /^s, entsprechend fur die Abiastmarke 48 bzw. 48 ebenfalls I₄ = 500 μs. Die Wandelzeiten für beide Abtastmarken sind also gleich.

Der Ausgang des Spannungs-Frequenzwandlers 50 fur positive Eingangswerte ist mit je einem Eingang der LJnd-Gatter 52 und 53 verbunden, der des Spannungs-Frequenz-Wandlers 51 für negative Eingangswerte mit je einem Eingang der Und-Gatter 54 und 55. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 44 ist mit dem zweiten Eingang der Galter 52 und 54 verbunden, so daü diese Gatter nur während der Wandelzeit Ί\ aufgesteuert werden. Die Gatter 52 und 54 sind als'i der linken Abtastmarke 47 bzw. 47' zugeordnet. Ihre Ausgänge sind mit den Eingängen des Vor-Rückwärls-Zählers 56 derart verbunden, daß der Ausgang des Gatters 52 an den Vorwärtseingang 57 und der Ausgang des Gatters 54 an den Rückwärtseingang 58 des Zählers 56 angeschlossen ist. Der Vor-Ruckwärts-Zähier 56 hai eine wählbare Voreinstellung, z. B. die Zahl 32. Des weiteren sind zwei Ausgänge des Zählers angewählt, der Ausgang 59

z. B. mit der Zahl 64, der Ausgang 60 mit der Zahl 0. Das bedeutet, gelangen Impulse auf den Eingang 57 so werden sie ab der Zahl 32 weiter »vorwärts« gezählt. Ist die Vorwahl 64 erreicht, so erscheint am Ausgang 59 ein Impuls. Dies ist dann nach genau 32 Eingangsimpulsen der Fall. Gelangen andererseits Impulse auf den Rückwärtseingang 58, so werden sie von der Voreinstellung 32 beginnend »rückwärts« gezählt, bis nach ebenfalls 32 Impulsen die Zahl 0 erreicht wird und am Ausgang 60 ein Impuls entsteht Die Ausgänge 59 und 60 des Zählers 56 sind übei das Oder-Gatter 61 zusammengefaßt.

Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 4f ist entsprechend mit dem zweiten Eingang der Und-Gatter 53 und 55 verbunden, so daß diese Gatter nui während der Wandelzeit T₄ aufgesteuert werden. Die Gatter 53 und 55 sind also der rechten Abtastmark« 48 bzw. 48' zugeordnet. Ihre Ausgänge sind mit der beiden Eingängen des Vor-Rückwärts-Zählers 61 verbunden. Dabei liegt der Ausgang des Gatters 52 am Vorwärtseingang 63, der Ausgang des Gatters Si am Rückwärtseingang 64 des Zählers 62, der. wie dei Zähler 56, als Voreinstellung die Zahl 32 hat und des sen Ausgang 65 der angewählten Zahl 64 entspricht während der Ausgang 66 die Anwahl 0 hat. Die Funk tion des Zählers 62 entspricht der des Zählers 56. Di< Ausgänge 65 und 66 sind über das Oder-Gatter 6" zusammengefaßt.

Der Ausgang des Schmitt-Triggers 42. der den ge

normten ZeilenstartJTipuls erzeugt (siehe Fig. 4b-c). ist mit einem Impulsuntersetzer 68 verbunden, der die Zeilenstartimpulse 8:1 untersetzt. Nach jeder achten Abtastung erscheint am Ausgang des Untersetzers 68 ein Signal, aus dem durch den monostabilen Multivibrator 69 ein kurzer, etwa 40 /is langer, Rechteckimpuls erzeugt wird, der auf die beiden Voreinstellungseingänge 70 und 71 der Zähler 56 und 62 weitergeleitet wird. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß jeweils nach acht Zeilenabtastungen die Zähler 56 und 62 erneut auf die Zahl 32 voreingestellt werden. An Hand eines Beispiels wird zur besseren Verdeutlichung die Wirkungsweise der bisherigen Anordnung näher erläutert. Dabei wird zunächst nur eine Abtastmarke betrachtet. Nachdem die Zähler 56 und 62 durch die vorher beschriebene Anordnung auf die Voreinstellung 32 gebracht worden sind, beginne wieder die erste der acht Zeilenabtastungen.

Während der ersten Zeilenabtastung sei der Signal-Momentanwert des Bahnrauschens an der Abtastmarke 47 z. B. + 0,4 Volt. Dieser Wert steht während der Hold-Zeit am Ausgang des Sample and Hold-Gliedes 40 an, wird im Spannungs-Frequenz-Wandler 50 in eine Impulsfolge gewandelt und während der Wandelzeit 7\ = 500 μ$ über das aufgesteuerte Und-Gatter 52 in den Vorwärtseingang 57 des Zählers 56 eingezählt. Das entspricht bei dem angegebenen Wandelverhältnis von 10 KHz/Volt einer Anzahl von 10" 0,4 5 10 ⁴ = 2 Impulsen. Der Zähler 56 hat damit den neuen Wert 32 + 2 = 34. Bei der folgenden, zweiten Zeilenabtastung sei der Signal-Momentanwert an der (linken) Abtastmarke 47' z. B. — 1,2 Volt. Dieser Wert wird entsprechend vom Spannungs-Frequenz-Wandler 51 in eine Impulsfolge umgesetzt und ebenfalls während der Wandelzeil T₂ = 500 ^s über das aufgesteuerte Und-Gatter 54 auf den Rückwärtseingang 58 des Zählers 56 gegeben, so daß vom dort vorhandenen (eingespeicherten) Wert 34 nunmehr H)⁴ 1,2 5· 1(T⁴ = 6 Impulse subtrahiert (rückwärtsgezählt) werden und der neue Zählerwert nunmehr 34 - 6 = 28 lautet.

In den folgenden sechs Abtastungen (drei bis acht) wird dieser Vorgang fortgesetzt. Danach erfolgt die beschriebene Voreinstellung des Zählers auf din Zühl

Da sowohl durch die Bahnbewegung wie auch zusätzlich durch die Traversierbewegung des Meßkopfes die Zeilenabtastungen sich auf immer andere Bahnbereiche erstrecken, erscheint das in Fig. 4b - a dargestellte Oberflächen-Bahnrauschen statistisch verteilt, so daß sich durch den oben beschriebenen Vorgang der digitalen Mittelwertbildung für je acht Abtastungen das Oberflächenrauschen der Bahn herausmittelt, da weder am Ausgang 59 des Zählers 56 die Vorwahl 64 noch am Ausgang 60 die Vorwahl 0 erreicht wird, also am Ausgang des Oder-Gatters 61 kein Impuls erscheint.

Für die rechte Abtastmarke 48 bzw. 48' usw. gilt der oben beschriebene Vorgang entsprechend, da die Anordnung symmetrisch aufgebaut ist. Hier werden dann das Sample and Hold-Glied 40, die Spannungsfrequenz-Wandler 50, 51, der monostabile Multivibrator 46, die Gatter 53 und 55, der Zähler 62 und das Oder-Gatter 67 entsprechend wirksam.

Liegt dagegen ein l.ängSifehler vor, so erscheint innerhalb des statistisch verteilten Bahnrauschens während der Abtastungen ein stets gleichförmiger positi

ver oder negativer Impuls, der während der Traversierung des Scanners zuerst von der einen dann von der anderen Abtastmarke mit der Traversiergeschwindigkeit überfahren und dabei laufend abgetastet wird. Dies ist als Beispiel in der Fig. 4c, a-c für einen positiven Fehlerimpuls 72 und eine Traversierbewegung des Scanners von rechts nach links dargestellt. Der Fehlerimpuls 72 wandert also in der Figur relativ zum Scannend, h. relativ zu den Abtastmarken 47, 47' und 48, 48' von links nach rechts.

In Fig. 4c - a ist der Zeitpunkt dargestellt, in dem gerade die erste der acht Abtastungen des, wie vorher beschriebenen, aus acht Abtastungen bestehenden Zyklus erfolgt. Der Fehlcrimpuls 72 wurde gerade von der Abtastmarke 47 erfaßt. Bei der folgenden Abtastung, Fig. 4c-b, erfaßt die Abtastmarke 47' den Fehlerimpuls 72 an einer anderen Stelie. da der Fehlerimpuls 72 durch die Traversierbewegung relativ zur Abtastmarke etwas nach rechts gewandert ist. Dieser Vorgang wird während der noch folgenden sechs Abtastungen dt ; Zyklus fortgesetzt, so daß also der Fehlerimpuls 72 insgesamt achtmal, jeweils an einer anderen Stelle, von der Abtastmarke abgetastet wird. Die dazu benötigte Zeit beträgt 8 T= S 1.25 ms= 10 ms. So lange rriuß also, bezogen auf dieses Ausführungsbeispiel, der Fehlerimpuls beim Durchlaufen der Abtastmarke anstehen. Dies ist selbst hei schmalen Impulsen der Fall, da die Traversiergeschwindigkeit mitz. B. 1 mm/10 ms sehr langsam dazu ist. Da es sich bei Längsfehlerimpulsen um gleichförmige Impulse, in diesem Beispiel um den (immer) positiven Fehlerimpuls 72, handelt, erfolgt hier bei jeder Abtastung die Spannungs-Frequenz-Wandlung im Spannungs-Frequenz-Wandler 50 (Fig. 4a), so daß bei der ersten Abtastmarke über das durch den monostabilen Multivibrator 44 aufgesteuerte Und-Gatter 52 nur Impulse über den Vorwärtseingang 57 des Zählers 56 eingezählt werden. Der Fehlerimpuls 72 wird als Fehler erkannt, wenn nach acht Abtastungen ausgehend von dem voreingestellten Zählerinhalt 32 weitere 32 Impulse eingezählt worden sind und die Vorwahl f>4 erreicht ist, so daß am Ausgang 59 des Zählers 56 und somit am Ausgang des Oder-Gatters 61 ein Impuls erscheint. Dies ist der Fall, wenn der mittlere abgetastete Impulswert während der acht Abtastungen des Fehlerimpulses 72 gerade + 0.8 Volt beträgt. Denn es ergibt sich bei dem Wandelverhältnis des Spannungs-Frequenz-Wandlers 50 von K) kHz Volt, der Wandelzeit T₂ = 500 /is und acht Abtastungen für die Anzahl der in den Zähler 56 eingezahlten Impulse: 10⁴ 0,8 500 ■ 10~« · 8 = 32. Wie sich leicht nachprüfen läßt, entspricht schon die Anstiegsflanke eines Dreieckimpulses von 20 ms Dauer und 1,6 Volt Amplitude bei acht Abtastungen einem mittleren abgetasteten Impulswert von 0,8 Volt.

Die Amplitude des Fehlerimpulses 72 kann durchaus auch gleich oder kleiner als die Amplitudenwerti des Bahnrauschens sein, da das Rauschen wegen dci Herausmittlung keinen Einfluß auf die Fehlererkennung hat.

Nach weiterer Travers<erung gelangt der Fchlerim puls 72 an die zweite Abtastmarke 48 (Fig. 4c - c und wird auch von dieser, wie oben beschrieben, (nach dem gleichen Verfahren) als Fehler erkannt, wöbe dann (Fig. 4a) das Sample and Hold-Glied 40. dei Spannungs-Frequenz-Wandler 50, der monostabili Multivibrator 46, das Und-Gatter 53, der Zähler 6Ϊ und das Oder-Gatter 67 entsprechend wirksam wer

/ύ

IS

Die Erkennung negativer Längsfehler-Impulsc geschieht in analoger Weise. H'er werden gegenüber der oben beschriebenen Erkennung positiver Fehler dann der Spannungs-Frequenz-Wandler 51 und die Und-Gatter 54 und 55 wirksam, die auf die Rückwärtseingänge 58 und 64 der Zähler 56 und 62 geben, in denen dann von der voreingestellten Zahl 32 subtrahierend gezählt wird. Wird die Vorwahl 0 erreicht, erscheint an den Ausgängen 60 (für die linke Abtastmarke) bzw. 66 (für die rechte Abtastmarke) und damit an den Ausgängen der Oder-Gatter 61 bzw. 67 ein Impuls.

Damit nur Längsfehler und keine punktförmigen Fehler erkannt werden, muß derselbe Fehler während des Tiraversierens von beiden Abtastmarken gefunden werden. Die logische Entscheidung, daß es sich um denselben Fehler handelt, geschieht in der sich an den Ausgängen der Oder-Gatter 61 und 67 anschließenden Schaltung, bestehend aus den beiden monostabilen Multivibratoren 73 und 74, den Und-Gattern 75 und 76 sowie dem Oder-Gatter 77. An den monostabilcn Muliivibratoren sind die Steuereingänge 78 und

79 vorhanden, an denen durch Zuschalten einer positiven Steuerspannung der Multivibrator erst freigegeben wird.

Liegt eine solche Spannung nicht an, ist der Multivibrator gesperrt. Diese Steuerspannung wird der Motorsteuerung 34 (Fig. 3) für die Traversierung in der Weise entnommen, daß für eine Traversierung von rechts nach links nur dem Steuereingang 78 eine Steuerspannung zugeführt wird, so daß also der monostabile Multivibrator 73 freigegeben wird, während der monostabile Multivibrator 74 und somit auch das Gatter 76 gesperrt bleiben. Findet die Traversierung von links nach rechts statt, wird der Multivibrator 74 freigegeben, während der Multivibrator 73 und damit das Gatter 75 gesperrt bleiben.

Traversiert nun der Scanner, wie im vorherigen Beispiel, von rechts nach links, so erscheint, wenn die linke Abtastmarke den Fehler erkennt, am Ausgang des Oder-Gatters 61 ein Impuls. Dieser löst den monostabilen Multivibrator 73 aus, dessen Impuls das Und-Gatter 75 so lange öffnet, bis die rechte Abtastmarke den Fehler erkennt, so daß der am Ausgang des Oder-Gatters 67 erscheinende Impuls über das geöffnete Und-Gatler 75 und das Oder-Gatter 77 auf die Registrier- oder Speichervorrichtung 80 weitergeleitct wird, in der auch eine vom Geber 38 (Fig. 3) abgeleitete Fehlerb^.hnbreitenzuordnung enthalten sein kann.

Traversiert der Scanner von links nach rechts, so wird zuerst durch das Erkennen des Fehlers an der fechten Abtastmarke, da am Ausgang des Oder-Gatters 67 ein Impuls erscheint, der monostabile Multivibrator 74 angestoßen, dessen Impuls das Und-Gatter 76 so lange öffnet, bis die linke Abtastmarke den Fehler erkennt, so daß der am Ausgang des Oder-Gatters 61 auftretende Impuls über das geöffnete Und-Gatter 76 und das Oder-Gatter 77 auf die Auswerteinheit

80 gelangt.

Die Länge der von den beiden Multivibratoren 73. 74 erzeugten Impulse muß größer sein als die Zeit, in der sich der Fehler während des Traversierens relativ von der einen zur anderen Abtastmarke bewegt. Bei einer Traversiergeschwindigkeit von z. B. 1 mm/ K) ms und einem Abstand der Ahtastmarken von 40 mm betragt diese Zeit 400 ms, so daß eine Impulsdauer der Multivibrator-Impulse von 500 ms ausreichend ist.

Durch den Abstand der beiden Abtastmarken, die Traversiergeschwindigkeit sowie durch die Geschwindigkeit der Matcrialbahn ist die Länge eines noch als Längsfehler zu erkennenden Fehlers bestimmt. Ausgehend von der Zeit von 400 ms für die Relativbewegung des Fehlers von der einen zur anderen Abtastmarke ergibt sich bei einer Bahngeschwindigkeit von

ίο z. B. 60 m/min = 1 mm/ms eine Fehlerlänge von 400 mm.

Durch zwei punktförmige Fehler könnte ein Längsfehler-Impuls vorgetäuscht werden, wenn der eine Fehler von der einen, der andere Fehler von der anderen Abtastmarke erkannt wird. Die Wahrscheinlichkeit für eine solche Fehlerkonstellation ist jedoch sehr gering, zumal erst eine mehrmalige Wiederholung die Vortäuschungeines Längsfehlers verursachen würde. Die oben beschriebene Methode zur Erkennung von Längsfehlern ermöglicht es auch, dicht am Rand der Materialbahn verlaufende Fehler zu finden. Dies ist in Fig. 5 schematisch für den linken Bahnrand der Materialbahn 8 dargestellt. Die Traversierrichtung ist von rechts nach links (Fig. 5a). Der Längsfehler wird zuerst von der linken Abtastmarke 47 erkannt. Kurz vor Erreichen des linken Bahnrandes werden die für die linke Abtastmarke maßgeblichen Und-Gatter 52 und 54 über den gemeinsamen, sonst offen liegenden Eingang 82 gesperrt (Fig. 4a), indem durch ein vom Bahnbreitengeber 38 (Fig. 3) erzeugtes Signal der Eingang 82 auf O-Potential gelegt wird. Durch diese Abschaltmaßnahme wird erreicht, daß die linke Abtastmarke 47 den Bahnrand nicht als Fehler erkennen kann. Nachdem auch die rechte Abtastmarke 48 den Fehler 81 erkannt hat, wird die Rechts-Links-Traversierung durch den Endschalter 35 (Fig. 3) indem Augenblick beendet, in dem die Abtastmarke 48 gerade den linken Bahnrand erreicht hat, sich aber noch auf der Bahn 8 befindet (Fig. 5b).

Beginnt nun die Traversierung von links nach rechts, so werden die gesperrten Gatter 52 und 54 durch Abschalten des O-Potentials am Eingang 82 erst wieder freigegeben, wenn sich die linke Abtastmarke wieder auf der Bahn 8 befindet, so daß also der Fehler

_4S 81 zuerst von der rechten Abtastmarke 48 und dann von der linken Abtastmarke 47 eindeutig gefunden wird.

Die Fehlererkennung am rechten Bahnrand geschieht in analoger Weise, indem die rechte Abtastmarke 48 kurz vor dem Verlassen der Bahn durch Sperrung der Und-Gatter 53 und 55 über den gemeinsamen Eingang 83 unwirksam gemacht wird. Bei umgekehrter Traversierung erfolgt die Aufhebung der Sperre, sobald die Abtastmarke 48 sich wieder aul der Bahn 8 befindet.

Die in dem Ausführungsbeispiel zur besseren Verdeutlichung angegebenen Zahlen sind willkürlich. Sie können durch beliebige, dem Problem angepaßk Werte ersetzt werden.

Für das oben beschriebene Verfahren der Mittel wertbildung ist es vorteilhaft, unabhängig von der zi prüfenden Materialbahn immer von in etwa gleichet Amplitudenwcrten des Bahn-Oberflächenrauschen auszugchen, um nicht bei jedem neu zu untersuchen den Material, oder bei Material, dessen Oberflächen eigenschaften sich während der Prüfung ändern, dii einmal voreingestcllten Werte für die Verstärkung Zählervoreinstellung, Zählervorwahl usw. neu einzu

stellen. Zu diesem Zweck wird die Lampenintensität der Scannerlampe 1 (Fig. I) automatisch so geregel·. daß das am Fotoempfänger 13 (Fig. 1) anstehende Oberflächenrauschsignal konstant bleibt. Dies ist in den Fig. 6a und 6b dargestellt.

Fig. 6a zeigt das Blockschaltbild der Regelschaltung für die Lampenintensität, Fig. 6b das zugehörige lmpuls-Zeit-Diagramm, für zwei aufeinander folgende Abtastungen. Die eigentliche Regelschaltung (Fig. 6a) liegt zwischen den Anschlußstellen 84 und 85 der Fig. 4a. Der Vollständigkeit und der besseren Erklärung wegen sind die Photoempfänger 13 und 16. die Verstärker 39 und 41 sowie der Schmilt-Trigger 42 in Fig. 6a noch einmal mit aufgeführt. Im Impulsdiagramm Fig. 6b sind die Darstellungen a, b und c identisch mit den Darstellungen a, b und c der Fig. 4b. Fig. 6b - a zeigt also das im Verstärker 39 verstärkte Ausgangssignal des Photoempfängers 13 mit Hereinlaufimpuls 17 und Herauslaufimpuls 18 bzw. 17' und 18' für die folgende Abtastung, Fig. 6b - bden zeitlichen Verlauf des Zeilenstartimpulses 19 bzw. 19' für die folgende Abtastung und Fig. 6b-c den daraus genormten Rechteckimpuls am Ausgang des Schmitt-Triggers 42.

An den Ausgang des Schmitt-Triggers 42 ist der monostabile Multivibrator 86 geschaltet, dessen Ausgang mit dem gate des Feldeffekttransistors 87 (selbstsperrender n-Kanal-FET) verbunden ist. Getriggert von der negativen Rückflanke des Schmitt-Trigger-Impulses (Fig. (Sb-c) liefert der monostabile Multivibrator 86 einen positiven Rechteckimpuls (Fig. 6b- d), während dessen Dauer der sonst gesperrte Feldeffekttransistor 87 aufgestcuert wird. Die Impulsdauer ist dabei so gewählt, daß nur der Hereinlaufimpuls 17 (bzw. 17'), dessen Amplitude ein Maß für die Intensität der von der Materialbahn reflektierten Strahlung darstellt, vom Feldeffekttransistor 87 durchgelassen wird. Fig. 6b-e zeigt das entsprechende Impulsdiagramm am Ausgang des Feldeffekttransistors 87. Vom Ausgang des Feldeffekttransistors 87 gelangen die Hereinlaufimpulse auf den Spitzenwertdetektor 88, dessen Ausgang über den Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 89 und 90 und der zum Widerstand 90 parallelgeschalteten Kapazität 91 mit dem Eingang 92 (Istwert-Eingang) des Differenzverstärkers 93 verbunden ist. Von dem Spannungsgeber 94 wird dem zweiten Eingang 95 (Sollwert-Eingang) des Differenzverstärkers 93 eine feste positive Gleichspannung als Sollwert zugeführt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 93 ist mit der Basis des in Serie mit der Scannerlampe 1 liegenden npn-Leistungs-Steuertransistors 96 verbunden, an dessen Kollektor die Lampenversorgungsspannung zugeführt wird.

Der Spitzenwertdetektor 88 hat die Aufgabe, das Maximum des Hereinlaufimpulses 17 bzw. 17' pro Abtastung zu erkennen und analog abzuspeichern Die Ladezeit des Spitzenwertdetektors soll dabei kleir gegenüber der Austastzeit Γ sein, während die Entla dezeit so bemessen ist, daß der gespeicherte Spitzen wert um etwa 1 % pro Abtastung abfallen kann, se daß am Ausgang des Spitzenwertdetektors 88 eint dem Spitzenwert entsprechende Gleichspannung ah ein Maß für die Intensität der von der Bahn reflektier len Strahlung zur Verfügung steht. Das Ausgangssi

,o gnal des Spitzenwertdetektors 88 ist in Fig. 6b-ι dargestellt.

Eine zusätzliche Glältung dieses Signals erfolg: über das RC-Glied 89, 91. Der Widerstand 90 dieni beim Übergang von höheren zu niederen Spannungswerten wegen üer Hochohmigkeit des Verstärkereingangs 92 zur schnelleren Entladung des Kondensators 91. wobei jedoch R₁C^R,C sein muß {ζ. Β R₁C= 1 s, RX= Ids).

Am Istwert-Eingang 92 des Differenzverstärkers 93 liegt also eine der Intensität der von der Bahn reflektierten Strahlung entsprechende positive Gleichspannung an.

Der Regelvorgang geschieht in der folgenden Weise: Werden z. B. durch einen Bahnwechsel die Reflexionseigenschaften der zu untersuchenden Materialbahn schlechter, die Intensität der reflektierten Strahlung und damit der Hereinlaufimpuls 17 also kleiner, so sinkt auch die Istwert-Gleichspannung am Eingang 92 des Differenzverstärkeis 93, so daß die Differenz zwischen der festen Sollwert-Spannung am Eingang 95 und der Istwert-Spannung am Eingang 92 größer wird. Dadurch wird der Ausgang des Differenzverstärkers 93 positiver, so daß der npn-Leistungs-Steuertransistor 96 weiter aufgesteuert und die Intensität der Lampe 1 erhöht wird. Dieser Vorgang geschieht so lange, bis der Istwert den Sollwert und damit die Intensität der reflektierten Strahlung wieder den ursprünglichen Wert erreicht haben.

Eine Regelung in umgekehrter Weise von hoher zu niedriger Intensität geschieht in analoger Weise. Um eine Beeinflussung der Intensitätsregelunj! durch große Störimpulse, wie sie z. B. an Bahnklebestellen auftreten können, zu vermeiden, liegt am Ausgang des Verstärkers 39 die Zenerdiodc 98 als Impulsabschneides'.ufe für große Impulse. Die Zenerspann-ing ist so hoch gewählt, daß im Normalfall keine Beeinflussung der Regelung erfolgt.

Mit der automatischen Intensitätsregelung ist gewährleistet, daß unabhängig von den Reflexionseigenschaften des zu untersuchenden Materials die Intensität der von der Bahn reflektierten Strahlung konstant bleibt, so daß die für eine bestimmte Längsfehlererkcnnung voreinzustellenden Werte, wie Verstärkung, Zählervoreinstellung, Zählervorwahl usw. nur einmal eingestellt zu werden brauchen.

Hierzu 6 Blaf. Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Fehlersuche und zum Erkennen und Orten von längsorientierten Fehlern auf laufenden Papier- oder Folienbahnen, insbesondere auf photographischen Materialien, bei dem die Bahn quer zu ihrer Bewegungsrichtung von einem Abtastgerat zellenförmig optisch gescannt und in Reflexion abgetastet wird, bei dem von den vom Abtastgerat ausgehenden Momentanwerten des reflektierten Abtastsignals ein Mittelwert gebildet wird und bei dem eine Fehleranzeige nur bei einer Abweichung vorn MittelwcH gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastgerat, dessen Abtastzeilenlänge wesentlich kleiner als die Materialbahnbreite ist. mil konstanter, gegenüber der Abtastbewegung wesentlich kleinerer Geschwindigkeit quer über die gesamte Bahn hin- und herbewegt wird, daß jeweils während einer vorgegebenen Anzahl von Abtastungen (Abtastzyklus) an zwei innerhalb der Abtastzeile fest vorgegebenen Zeitmarken periodisch der Momentanwert des reflektierten Abtastsignals abgefragt, gespeichert und für beide Zeitmarken getrennt über einen Abtastzyklus der Mittelwert gebildet wird und daß die nur bei einer Abweichung vom Mittelwert gegebene Fehleranzeige erfolgt, wenn der Mittelwert von einem vorgegebenen, dem Untergrundrauschen entsprechenden Wert nacheinander ;;n beiden Zeitmarken abweicht.

   2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Zeitmarken abgefragten Momontanwerte analog gespeichert und anschließend digitalisiert wo den und daraus für jede Zeitmarke digital der Mittelwert gebildet wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zeitmarken innerhalb der Abtastzeile jeweils mittels eines Zeile nstartimpulses vorgegeben werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leistung der Strahlungsquelle so geregelt wird, daß die Intensitat der von der Bahnoberfläche reflektierten Strahlung stets konstant bleibt.

   5 Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der am Beginn oder am Ende jeder Abtastzeile erscheinende Herein- bzw. Herauslaufimpuls als Regelgroße benutzt wird.

   (1. Reflexionsanordnung /ur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche ! bis 5, bestehend aus Strahlungsquelle, Spiegelnd mit Fokussiereinrichtung (Scanner) und photoelektri-Sehern Detektor in Autokollimationsanordnung, sowie einer Auswertelektronik /ur Weiterverarbeitung der vom Detektor gelieferten Signale, die eine Schaltung zur Mittelwertbildung der vom Detektor gelieferten Abtastsignale aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Scanner (20) einschließlich Detektor (13) auf einem quer zur Bahnlaufrichtung verschiebbaren Wagen (21) montiert ist. so daß die Abtastzeile (14) des Scanners die laufende Bahn (8) traversiert und daß eine Schaltung zur quasikontinuierlichen Mittelwertbildung der vom Detektor gelieferten Abtastsignale vorgesehen ist. die aus folgenden Baugruppen besteht:

   a) ein für positive umi negative Spannungen geeignetes Sample and Holdglied (40), das im Rhythmus der Zeitmarken (47. 48) während einer Zeit, die kurzer ist als die zwischen den Abtastmarken liegende Zeit, auf »Hold« geschaltet wird (Holdwert) und die übrige Zeit auf »Sample« geschaltet bleibt.

   b) je ein Spannungs-Frequen/wandler (50. 51) für positive und negative Spannungen, der die am Ausgang des Sample and Holdgliedes (40) anstehenden Spannungswerte in eine Impulsfolge mit spannungsproportionaler Frequenz umwandelt und die Hold-Werte während einer innerhalb der Hold-Zeit liegenden Wandelzeit an zwei den beiden Zeitmarken (47. 48) schaltungstechnisch zugeordnete Vor-Rückwärtszähler (56. 62) weitergibt, in denen die digitale Mittelwertbildung stattfindet, und an deren Ausgängen (59. 60, 65, 66) ein Impuls erzeugt wird, wenn ausgehend von einem voreingestellten Wert bei Vorwärtszählung eine obere Grenze überschritten bzw. bei Rückwärlszählung eine untere Grenze unterschritten wird.

   c) eine synchron mit der Traversierrichtung gesteuerte digitale Kontrollschaltung, in der die an den Ausgängen (59. 60. 65, 66) der Vor-Rückwärtszähler (56, 62) auftretenden Impulse nur dann zum Registriergerät (80) weitergeleitet werden, wenn von jedem der beiden Vor-Rückwärtszähler (56, 62) nacheinander ein Impuls geliefert wird, und die zeitliche Reihenfolge dieser Impulse der Reihenfolge entspricht, mit der die beiden Zeitmarken (47. 48) beim Traversieren nacheinander ein von demselben Fehler erzeugtes Fehlersignal erfassen.

   7. Anordnung nach Anspruch 3 und 6. dadurch gekennzeichnet, daß der mittels einer Photodiode (16) erzeugte und anschließend verstärkte und normierte Zeilenstartimpuls (19) einen monostabilen Multivibrator (43) triggert, dem drei weitere monostabile Multivibratoren (44, 45 und 46) seriell nachgeschaltet sind, und daß der Ausgang des ersten Multivibrators (43) und der Ausgang des dritten Multivibrators (45) über ein Oder-Gatter (49) an den Steuereingang des Sample and Holdgliedes (4Ci) geschaltet ist, und beim Übergang vom Sample in die Hold-Funktion vom Multivibrator (43) die eine (47) und vom Multivibrator (45) die darauffolgende Zeitmarke (48) festgelegt wird.

   S. Anordnung nach Anspruch (1 und 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandelzeit, während der die von den Spannungsfrequenzwandlern (50, 51) erzeugten Spannungsimpulse von den Vorwärts-Rückwärtszählern (56. 62) gezählt werden, durch die monostabilen Multivibratoren (44 und 46) festgelegt ist, wobei der Multivibrator (44) die zu der einen Zeitmarke (47) gehörende Wandelzeit 7\ erzeugt und der Multivibrator (46) die zu der darauffolgenden Zeitmarke (48) gehörende Wandelzeit T₄ erzeugt.

   V). Anordnung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß c'.er normierte Zeilenstartimpuls (19) einen Untersetzer (68) ansteuert, in dem der Abtastzyklus festgelegt wird und daß nach jedem Abtastzykli.s beide Vor-Rückwärtszähler

   (56.62) durch das im monostabilen Multivibrator (69) umgeformte Ausgangssignal des Untersetzers (68) auf den voreingestellten Ausgangswerl zurückgesetzt werden.

   K). Schaltung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Kontrollschaltung aus zwei monostabilen Multivibratoren (73. 74) besteht, denen die Und-Gatter (75, 76) und das Oder-Gatter (77) nachgeschaltet sind, und daß die monostabilen Multivibratoren (73, 74) in eindeutiger Weise den beiden Traversierungsrichtungen schalungstechnisch zugeordnet sind, so daß jeweils nur ein Multivibrator entsprechend der jeweiligen Traversierrichtung betriebsbereit ist.

   11. Anordnung nach Ansprüche bis K), dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsfrequenzwandler (50, 51) über die Gatter (52, 53, 54 und 55) gesteuert sind, und daß die Zuschaltung der Spannungsfrcquenzwandler (50, 51) zu dem Vor-Rückwärtszähler (56) über die während der Wandelzeit T₂ geöffneten Gatter (52 und 54) und die Zuschaltung der Spannungsfrequenzwandler (50, 51) zum Vor-Rückwärtszähler (62) über die während der Wandelzeit T₄ geöffneten Gatter (53 und 55) erfolgt.

   12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter (52, 54) über den Eingang (82) abgeschaltet sind, wenn bei der Rechts-Linkstraversierung die Zeitmarke (47) den Bahnrand verläßt, während die Zeitmarke (48) noch die Bahnoberfläche erfaßt und daß die Gatter (53, 55) über den Eingang (83) abgeschaltet sind, wenn bei der Links-Rechtstraversierung die Zeitmarke (48) den Bahnrand verläßt, während die Zeitmarkc (47) noch die Bahnoberfläche erfaßt.