DE2404972A1

DE2404972A1 - Vorrichtung zur ermittlung von fehlstellen auf der oberflaeche eines bewegten reflektierenden materials

Info

Publication number: DE2404972A1
Application number: DE2404972A
Authority: DE
Inventors: Walter Kamber; Alfred Dr Roulier
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1974-02-01
Filing date: 1974-02-01
Publication date: 1975-08-07
Also published as: CH601793A5; JPS50110381A; FR2260100B1; FR2260100A1; BE825041A; US3992111A; IT1029407B; CA1047621A; GB1484537A

Description

PSRA-ΓΪΡΙΠΥ

ClBA-GElGYAG,CH-4002Easel V *E3 lffi-Λ— -V ^| U^ ^ f

DR. BERG D ! P L.-! N G. ST AP F DIPL-ING. SC! ⁵V-¹A"^ DP!. ΓΓ?. r.-V:o:-.5AIR

:AT:-:i_s-f..;■·..■-.! - · 9A04972

8 MÖNCHEN βθ · MAUEKKiHGHERSTRi45 "*" ^w ^v ' *"

Anwaltsakte 24 782 1. Februar 1974

Case 87-9250/TEL 147

DEUTSCHLAND

Vorrichtung zur Ermittlung von Fehlstellen auf der Oberfläche eines bewegten reflektierenden Materials

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Fehlstellen auf der Oberfläche eines bewegten reflektierenden Materials, mit einer Lichtquelle und einem ersten optischen System, welches deren Licht nacheinander auf längs einer im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Materials verlaufenden Linie liegende'Oberflächenbeieiche des Materials richtet, mit einem fotoelektrischen Wandler und einem zweiten optischen System, welches das von den einzelnen Oberflä'chenbereichen reflektierte Licht auf den Wandler sammelt, und mit einer Anzeigevorrichtung, die in Abhängigkeit von der Intensität des von jedem Oberflächenbereich reflektierten Lichtes

509832/0865

ein dem jeweiligen Oberflächenbereich zugeordnetes, insbesondere optisches Signal erzeugt. Solche Vorrichtungen werden insbesondere zu Oberflächenkontrollen bei der Herstellung fotografischer Materialien, wie z.B. Filme, Papiere etc., verwendet.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art werden Über ein bewegliches optisches System nacheinander Teilbereiche der zu untersuchenden Materialbahn beleuchtet (Flying-spot-Technik) und über eine zweite Optik auf einen feststehenden Lichtdetektor abgebildet. Diese bekannten Vorrichtungen sind relativ kompliziert und benötigen grosse optische Bauteile, die sich über die ganze Breite der Materialbahn und darüberhinaus erstrecken. Da solche grossen optischen Bauteile schwer herzustellen und deshalb teuer sind, sind die bekannten

nur
Vorrichtungen/für relativ geringe Materialbahnbreiten geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche baulich einfach und auch für grosse Materialbahnbreiten geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist, dass das erste optische System den Laserstrahl in ein im wesentlichen zweidimensionales Parallelstrahlenbündel aufspaltet, dessen Ebene die Oberfläche des zu untersuchenden Materials etwa angenähert senkrecht schneidet und welches streifend, insbesondere unter einem Winkel kleiner

509832/0865

als 5° auf die Materialoberfläche auftrifft, und dass im Strahlengang des auf das Material auffallenden Lichts eine bewegliche Blende angeordnet ist, die periodisch nur einzelne Teilbereiche des ebenen Strahlenbündel freigibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzip'skizze der erf indungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht nach der Linie II-II der Fig. 1 in grb'sserer Darstellung und

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht einer Detailvariante.

In Fig. 1 wird das aus einer Laserlichtquelle 1 kommende

509 8 3 2/0865

Parallelstrahlenbündel 2 durch ein System von zylindrischen Linsen 3' und 3" in ein im wesentlichen zweidimensionales Parallelstrahlenblindel 4 aufgefächert, dessen Ebene in der Zeichenebene liegt. Die Wellenlänge des Laserlichts kann im langwelligen sichtbaren Bereich des Spektrums oder im kurzwelligen Infrarot liegen. Die Dicke des Parallelstrahlenbündels senkrecht zu seiner Ebene beträgt nur wenige Millimeter. Das Parallelstrahlenblindel 4 fällt unter einem sehr flachen Winkel cc streifend auf die reflektierende Oberfläche einer zu untersuchenden Materialbahn 5, beispielsweise einer Bahn eines fotografischen Films, auf und wird dort unter dem selben Winkel reflektiert. Der Einfallswinkel α beträgt vorzugsweise weniger als 5°. In der Zeichnung ist er jedoch aus Gründen der besseren Erkennbarkeit wesentlich grosser dargestellt. Die Breite des'Parallelstrahlenbündels ist so bemessen, dass dieses bei gegebenem Einfallswinkel α die gesamte Breite der Materialbahn erfasst, wie dies in Fig. 1 durch die strichlierten Linien angedeutet ist. Die zu untersuchende Materialbahn ist über Rollen 6 senkrecht zur ^eichenebene in ihrer Längsrichtung vorschiebbar.

Im Strahlengang des auf die Materialbahnoberfläche einfallenden Lichts befindet sich eine bewegliche Blende 7 in Form einer Kreisscheibe, welche mittels eines nicht dargestellten Motors um ihre Achse 7a drehbar ist. Die Blendenscheibe 7 ist in Fig. 2 grosser dargestellt. Sie weist eine

5098 3 2/0865

Reihe von kreisbogenförmigen Schlitzen 7b auf, die alle konzentrisch zur Scheibenachse angeordnet sind und den gleichen Zentriwinkel besitzen. Ihre Abstände von der Scheibenachse und somit ihre Radien sind jedoch verschieden. Die Drehachse 7a der Blendenscheibe 7 ist in der Ebene des ParallelstrahlenbUndels 4 parallel zu den Lichtstrahlen, jedoch ausserhalb derselben angeordnet. Der Durchmesser der Scheibe ist so bemessen, dass diese das Strahlenbündel über seine ganze Breite

kann
unterbrecher/. Die Lage des Strahlenbündels 4 zur Blendenscheibe 7 ist in Fig. 2 strichliert angedeutet. Je nach Drehstellung der Scheibe 7 wird durch die Schlitze 7b derselben nur ein enger Teilbereich 8 des Strahlenbündel 4 freigegeben, welcher periodisch quer zur Strahlenausbreitungsrichtung wandert und dabei jeweils nur einen kleinen, quer zur Materialbahn-' längsrichtung periodisch hin und her wandernden Oberflächenbereich der Materialbahn beleuchtet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Materialbahn entsprechend der Anzahl der Schlitze in der Blende in acht solcher Bereiche eingeteilt. Selbstverständlich wäre auch eine gröbere oder feinere Einteilung möglich.

Das von der Materialbahnoberfläche reflektierte Licht

9 wird durch eine weitere Optik 3"' auf ein undurchsichtiges Hindernis 10 gesammelt. Hinter diesem Hindernis

10 ist ein lichtelektrischer Wandler 11, beispielsweise ein Fototransistor oder dergleichen angeordnet. Wenn die Ober-

5 Ü 9 ·-■. ,^: ei ■ 0 H 6 5

fläche der zu untersuchenden Materialbahn keine Fehlstellen aufweist, wird alles Licht auf das Hindernis 10 gesammelt und der Wandler 11 wird nicht beleuchtet. Bei einer Fehlstelle auf der Materialoberfläche hingegen werden die Lichtstrahlen unter einem anderen Winkel als α reflektiert und daher nicht mehr auf das Hindernis 10 sondern vielmehr an diesem vorbeigelenkt und auf den fotoelektrischen Wandler 11 treffen, wie dies durch den strichpunktierten Lichtstrahl 9¹ angedeutet ist. Der fotoelektrische Wandler 11 gibt also nur dann ein elektrisches Signal ab, wenn auf der Materialoberfläche eine Fehlstelle beleuchtet wird. Dieses Signal wird Über einen Verstärker 12 einer Anzeigevorrichtung 13 zugeführt, welche eine der Anzahl der Schlitze in der Blendenscheibe 7 entsprechende Anzahl von Kontrollampen 13a besitzt. Jede Kontrolllampe ist einem bestimmten Oberflächenbereich der Bahnbreite zugeordnet.

Die Blendenscheibe 7 ist an ihrem äusseren Rand mit Löchern 7c versehen, die zusammen mit einer aus einer Lampe 14 und einer Fotozelle 15 bestehenden Lichtschranke über einen Verstärker 16 ein in der Anzeigevorrichtung 13 enthaltenes System zur Erfassung der Drehstellung der Blendenscheibe ansteuern. In der Anzeigevorrichtung 13 werden die vom Wandler 11 und dem System zur Erfassung der Drehstellung kommenden Signale korreliert, dass heisst, ein eine Fehlstelle anzeigendes Signal des Wandlers 11 wird der jeweiligen Drehstellung der Blendenscheibe 7 und damit der Lage der Fehlstelle in einem bestimmten Oberflächenbereich auf der Materialbahn zu-

b Ci l^: ..·=-/ 0 8 6 5

geordnet. Bei Vorliegen einer Fehlstelle leuchtet dann die entsprechende der jedem Bereich zugeordneten Signallampen 13a auf. Somit können Oberflächenfehler sehr einfach lokalisiert ■werden.

Vorzugsweise ist die Anzeigevorrichtung 13 so aufgebaut, dass die Brenndauer der Signallampen 13a bei Vorliegen einer Fehlstelle gerade so lange ist wie die Periode der Blendenbewegung. In diesem Fall können nämlich Fehler, die nicht punktförmig, sondern in Längsrichtung der Materialbahn ausgedehnt sind, leicht daran erkennt werden, dass die betreffende Signallampe kontinuierlich brennt.

In Fig. 3 ist eine andere Mögichkeit zur Unterbrechung des ParallelstrahlenbUndels 4 dargestellt. Ein im Strahlengang befindlicher Streifen 17 aus einem undurchsic htigen Material ist parallel zur Strahlenebene und senkrecht zu den Strahlen verschiebbar gelagert. Er besitzt einen transparenten Schlitz 17a. Der Antrieb des Streifens 17 erfolgt Über eine Exzenterscheibe 17b, die ihrerseits von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird. Die Exzentrizität der Scheibe und damit der Hüb des Streifens sind so bemessen, dass der Schlitz 17a von einem zum anderen Rand des Lichtstrahlenbündels periodisch hin- und herwandert. Bei dieser Anordnung wird die Oberfläche der Materialbahn

bCGo ^{5 ;} / 0 3 6 5

kontinuierlich überstrichen. Durch geeignete elektrische Konstruktion der Anzeigevorrichtung kann jedoch die Gesamtbreite der Materialbahn in einzelne Teilbereiche zerlegt und diese wieder je einer Signallampe zugeordnet werden.

Eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art wurde zur Kontrolle der frisch gegossenen Schichten eines lithographischen Films mit einer Bahnbreite von 110cm verwendet. Als Lichtquelle wurde ein He-Ne-Laser von ImW Ausgangsleistung benutzt, dessen Strahlen vom Zylinderlinsensystem zu einem ParallelstrahlenbUndel von 4x40mnr· Querschnitt aufgefächert wurden. Der Einfallwinkel der Laserstrahlen auf die Filmoberfläche betrug 3°. Es wurde eine Kreisscheibenblende nach Fig. 2 mit acht Schlitzen verwendet. Die Scheibe wurde durch einen Synchronmotor mit .50 Umdrehungen pro Sekunde umgetrieben. Die Anzeigevorrichtung umfasste acht Signallampen, welche über den entsprechenden Bereichen über der Filmbahn angeordnet waren.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Fehlerermittlung hat zwei wesentliche Vorteile. Sie erfordert zunächst nur relativ kleine optische Bauteile und besitzt mit Ausnahme der bewegten Blende keinerlei mechanisch bewegten Teile. Sie ist dadurch baulich sehr einfach und funktionssicher. Dies und die geringe Grosse der optischen Bauteile - einfache

509832/0865

Linsen herkömmlicher Durchmesser - wirkt sich sehr günstig auf die Herstellungskosten der Vorrichtung aus.

Obwohl die erfindungsgemässe Vorrichtung vorstehend nur in Zusammenhang mit der Prüfung und Kontrolle fotografischer Materialien beschrieben ist, versteht sich, dass die Vorrichtung selbstverständlich auch zur Ermittlung von Oberflächenfehlern anderer reflektierender Materialbahnen, beispielsweise Metall-, Glas- oder Kunststoffplatten und -folien, über Unterlagen fliessende Rieselfilme, frei fallende Flüssigkeitsvorhänge oder durch Extrusion erzeugte Flüssigkeitsschichten geeignet ist. Ebenso ist auch die Kombination einer Laserlichtquelle mit einer Zylinderoptik und einer beweglichen Blende nicht nur zur Detektierung von Oberflächenfehlstellen, sondern generell für Abtastzwecke aller Art sehr vorteilhaft.

509Hi2/0865

Claims

- ίο - Ansprüche

1.) Vorrichtung zur Ermittlung von Fehlstellen auf der Oberfläche eines bewegten reflektierenden Materials, mit einer Lichtquelle und einem ersten optischen System, welches deren Licht nacheinander auf längs einer im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Materials verlaufenden Linie liegende Oberflächenbereiche des Materials richtet, mit einem fotoelektrischen Wandler und einem zweiten optischen System, welches das von den einzelnen Oberflächenbereichen reflektierte Licht auf den Wandler sammelt, und mit einer Anzeige-

von vorrichtung, die in Abhängigkeit/der Intensität des von jedem Oberflächenbereich reflektierten Lichtes ein dem jeweiligen Oberflächenbereich zugeordnetes, insbesondere optisches Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist, dass das erste optische System den Laserstrahl in ein im wesentlichen zweidimensionales Parallelstrahlenbündel aufspaltet, dessen Ebene die Oberfläche des zu untersuchenden Materials etwa angenähert senkrecht schneidet und welches streifend, insbesondere unter einem Winkel kleiner als 5° auf die Materia lober fläche auftrifft, und dass im Strahlengang des auf das L'aterial auffallenden Lichts eine bewegliche Blende angeordnet ist, die periodisch nur einzelne Teilbereiche des ebenen Strahlenbündels freigibt.

50983^/0865

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem zweiten optischen System und dem fotoelektrischen Wandler ein undurchsichtiges Hindernis derart angeordnet ist, dass die unter dem Einfallswinkel reflektierten Lichtstrahlen auf das Hindernis gesammelt und die unter einem anderen als dem Einfallswinkel reflektierten Lichtstrahlen an dem Hindernis vorbeigelenkt und auf den fotoelektrischen Wandler gesammelt werden, und dass die Anzeigevorrichtung nur dann ein Signal erzeugt, wenn der fotoelektrische Wandler belichtet worden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung mehrere Signalerzeuger ansteuert, welche jeweils einer bestimmten Stellung der Blende zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Anzeigevorrichtung erzeugten Signale etwa so lange wie eine Periode der Blendenbewegung dauern.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Blende aus einer Scheibe besteht, die um eine zur Richtung der Lichtstrahlen im wesentlichen parallele und ausserhalb derselben angeordnete Achse drehbar ist und einer Reihe kreisbogenförmiger Schlitze

B ü 'r - :-. · ν 8 6 5

- 12 gleicher Zentriwinkel, aber unterschiedlicher Radien aufweist,

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Blende einen Schlitz aufweist und parallel zur Ebene des Strahlenbündels, jedoch quer zur Strahlenrichtung kontinuierlich hin- und herbewegbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Laserlichts im langewelligen sichtbaren Bereich des Spektrums oder im nahen Infrarot liegt.

5 Ü If- "*-■ -- ; ^/ ü 8 6 5

♦3 .

Leerse ite