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Anlage zur Eingabe vom 8.März 1974 Verfahren und Vorrichtung zum
Prüfen von reflektieDenclen Flächen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Prüfen von ebenen, stark reflektierenden Flächen, insbesondere blankem
und spiegelbelegtem Flachglas mittels eines durch einen Abtaststrahl erzeugten fliegenden
Lthtpunktes.
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Es sind bereits Abtastvorrichtungen bekannt, beispielsweise aus den
DT-OS 1 475 681 und 1 573 497, mit denen im wesentlichen Papierbahnen abgetastet
werden, wobei von der Bahn das Licht diffus reflektiert wird und dieses diffuse
Licht einem Fotomultiplier zugeführt wird. Bei Auftreten von Oberflächenfehlern
in der zu prüfenden Bahn ändert sich die zum Fotomultiplier gelangende Lichtmenge
und damit der der Auswerteeinrichtung vom Fotomultiplier aus zufließende Strom.Das
Prüfen von stark reflektierenden Flächen, also beispielsweise spiegelbelegtem Flachglas,
ist mit den vorgenannten Aggregaten nicht möglich.
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Durch die direkte Reflektion wird dem Fotomultiplier die volle Lichtmenge
der Lichtquelle zugeführt, so lange der Abtaststrahl über eine Spiegelfläche gleitet,
die fehlerfrei ist.
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Demgegenüber sinkt diese volle Lichtmenge beispielsweise bei Belegfehlern
eines Spiegels, bei denen dunkle Streifen durch die rückseitliche Behandlung der
Verspiegelung durchschlagen, bei -entsprechender Fehlergröße völlig auf Null ab.
Es ergibt sich damit ein immenser Kontrast, der entweder einen relativ unempfindlichen
Fotormlltiplier erfordert oder eine Lichtquelle
mit geringerer Lichtausbeute.
Beide Alternativen führen jedoch dazu, daß dann feine Oberflächenfehler, wie Walzendrücker,
Kratzer, Ziehfäden, Belegfehler usw. mit dem vergröberten Aggregat nicht mehr erkannt
und ausgewertet werden können. Für die Prüfung von Metalloberflächen ist deshalb
bereits mit der DT-AS 2 152 510 vorgeschlagen worden, das direkt reflektierte Licht
aller-während des Abtastzyklusses entstehenden Muster auf einen Punkt zu fokussieren
und zu dämpfen oder auszufiltern. Nicht ausgefiltert werden dabei alle Teile des
Abtastmusters, bei denen das Oberflächengefüge des Werkstoffes fehlerhaft ist. Eine
solche Ausfilterung und Fokussierung setzt jedoch ein seh aufwendiges Linsen- und
fflltersystem voraus, desweiteren ist eine sehr genaue Justierung nicht nur des
Linsensystemes sondern auch der Führung der Materialbahn erforderlich, damit der
reflektierte Punkt eines fehlerfreien Musters stets genau auf die Filterebene projiziert
werden kann, die beispielsweise von einem fotografischen Film gebildet ist, der
mit an einem normalen fehlerfreien Teil der Werkstoffoberfläche erzeugten Beugungsmuster
belichtet wurde. Die Werkstoffbahn muß damit vollkommen plan und flatterfrei geführt
werden und darf desweiteren keine Höhenschwankungen aufweisen, wenn diese Voraussetzung
erfüllt sein soll.
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Der Erfindung-liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren rund
eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es ohne den Einsatz aufwendiger optischer
Systeme möglich ist, grobe und feinste Fehler an ebenen, spiegelnden Flächen zu
erfassen und auszuwerten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Prüfen von ebenen
stark reflektierenden Flächen, insbesondere blankem und spXgelbelegtem Flachglas
mittels eines durch einen Abtaststrahl- -erzeugten fliegenden Lichtpunktes mit
dem
kennzeichnenden Merkmal, daß der fliegende Lichtpunkt von der zu prüfenden Fläche
zunächst auf eine Hilf sebene reflektiert, dort abgebildet, in diffuses Licht umgewandelt
und ausgewertet wird.
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Unter stark reflektierenden ebenen Flächen ist dabei nicht nur bahn-
sondern auch stückförmiges Material zu verstehen, d.h. also, Bahnabschnitte, wie
sie beispielsweise in Form von Metalltafeln, Flachglas oder Spiegelplatten vorliegen,
ebenso wie bahnförmiges Material, beispielsweise Metallbänder oder Hochglanz-Papier
gemäß dem vorliegenden Verfahren geprüft werden kann. Daall diesen Materialien der
spiegelnde Oberflächenglanz gemeinsam ist, wird die Erfindung nachstehend am Beispiel
der Prüfung von spiegelbelegtem Flachglas weiterbeschrieben, ohne sie jedoch darauf
zu beschränken.
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Die Hilfsebene dient im wesentlichen der Umwandlung des direkten Lichtes
in diffuses Licht und damit der Verteilung des I,ichtes auf den oder die Fotomultiplier.
Die ITilSsebene kann dabei sowohl aus einem opakten Material bestehen, das auf Grund
seiner Oberfläche nicht direkt sondern diffus reflektiert oder aus einem Material,
das den Lichtstrahl beim Durch tritt durch die Hilfsebene in diffuses Licht umwandelt.
Daduich wird die hohe Lichtintensität des Lichtpunktes bei der Reflektion von einer
fehlerlosen Oberfläche so weit verringert, daß ein empfindlicher Fotomultiplier
zur Auswertung des reflektierten Lichtes eingesetzt werden kann, ohne daß gleicIzeitig
eine Verringerung der Lichtstärke erforderlich ist, die das Auffinden feinster Fehler
unmöglich macht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Abtastung
im Schräglicht, wobei der Abtaststrahl gegenüber der Senkrechten zur zu prüfenden
Fläche einen Winkel von 5 bis 45 bildet. Bevorzugt wird dabei ein Bereich, der zwischen
5 und 150 liegt, d.h., daß der Abtaststrahl relativ
steil auf das
zu prüfende Material auftrifft. Die Abtastung imSchräglicht unter einem spitzen
Winkel ermöglicht, da die zu prüfenden Materialien direkt reflektieren, die Anordnung,
von Lichtquelle und Fotomultiplier in einem Gehäuse. Dadurch wird die Justierung
rs Prüfaggregates gegenüber der zu prüfenden'Materialbahn bzw. den Materialstücken
wesentlich vereinfacht, da lediglich ein Aggregat ausgerichtet werden muß.
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Bevorzugt geeignet zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung,
die aus einer Lichtquelle für gebündeites Licht, einem umlaufenden Spi egelrad,
Fotomultiplier und Auswerte -einrichtung besteht, mit dem kennzeichnenden Merkmal,
daß zwischen der zu prüfenden reflektierenden Fläche und dem Fotomultiplier eine
planparallele Scheibe als IIilfsebene angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung besteht diese planparallele Scheibe aus einem Trübglas. Unter dem
Begriff Trübglas ist im wesentlichen ein Fluoridglas zu verstehen - Opalglas oder
Milchg@as -ein Glas, das Flußspat- oder Kryolit-getriibt ist. Desweiterell fällt
unter diesen Begriff auch Beinglas, bei dem die Trübung durch Kalziumphosphat hervorgerufen
wird, sowie Bleiopalglas, das durch die Ausscheidunfg von Bleiarsenat und gegebenenfalls
durch Ausscheidung von Kalziumphosphat und Zinndioxid getrübt ist. Weiterhin geeignet
ist Alabasterglas, dessen Trübung durch Rekristallisation eines kieselsäure reichen
Alkali-Magnesiaglases entsteht.
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Durch den Einsatz einer Trübglasscheibe ist es möglich, Fotomultiplier
hinter der IIilfsebene anzuordnen und dadurch das Prüfgerät baulich kleiner und
gedrungener auszugestalten.
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Desweiteren kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
der Fotomultiplier in einem von der planparallelen Scheibe angeschloseenen Gehäuse
angeordnet sein, wodurch er vor Verst auben und mechanischer Beschädigung geschützt
ist.
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Das in dieses Gehäuse eindringende Licht ist diffus. Es wird als@nicht
mehr der Fot@mul@iplier durch einen direkt
reflektierten stahl getroffen,
sondern nur der in das gescllltissene Gehäuse durch die Trübglasscheibe eintretende
Helligkeitswert wird vom Fotomultiplier ausgewertet. Um hier möglichst differenzierte
Signale zu erreichen, soll der von der fehlerfreien Spiegelfläche reflektierte Lichtpunkt
gleichmäßig hell sein. Um gleichzeitig feinste Fehler zu erfassen, darf er nur eine
geringe Ausdehnung aufweisen, weil mit Abnahme der Lichtpunktgröße auch feinste
Fehler erfaßt werden können, da das Verhältnis von Fehlerfläche zu fehlerfreier
Fläche im Abtastlichtpunkt sich zu Gunsten der Fehlerfläche verschiebt, d.h. daß
sich das bei einem feinen Fehler reflektierte Licht bereits merklich verringert.
Der Lichtpunkt weist deshalb eine Größe bis zu 2 mm Durchmesser, vorzugsweise zwischen
0,2 und 0,5 mm , auf und wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
durch einen Laserstrahl erzeugt.
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Durch den Einsatz eines Laserstrahlers als Lichtquelle wird einmal
eine hohe Lichtintensität in einem kleinen Punkt gesammelt, zum anderen ist eine
im wesentlichen gleichbleibende Helligkeit während der gesamten Lebensdauer des
Lasers gegeben.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
das Gehäuse, in dem der Fotomultiplier angeordnet ist, lichtleitende oder lichtreflektierende
Mittel aufweist. Im einfaehsten Fall ist hierunter eine Verspiegelung zu verstehen,
durch die das diffus in das Gehäuse eintretende Licht von den Begrenzungsflächen
des Gehäuses reflektiert und in (len Fotomultipller geworfen wir d. Es ergibt sich
dadurch eine wesentlich bessere Ausnutzung des eintretenden Lichtes, d.h. ein höherer
Helligkeitswert, der von dem Fotomultiplier aufgenommen werden kann. Bevorzugt geeignet
ist hierfür gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaitung der Erfindug ein Parabolsplegel,
in dessen Brennpunkt der jeweilige Fotomultiplier angeordnet ist. Der Parabolspiegel
besteht dabei zweckmäßig
nicht aus Glas sondern aus einem verspiegelten
Kunststoffmaterial, wie beispielweise Polymethacrylsäureestern, wie sie im Handel
unter dem Warenzeichen Plexiglas erhältlich sind.
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Statt eines entsprechenden Hohlspiegels kann selbstverständlich auch
, insbesondere aus dem obengenannten Sunststoffmaterial, ein massiver Körper eingesetzt
werden, der dann zweckmäßig so gestaltet ist, daß seine Außenflächen poliert sind,
um dadurch eine Totalreflektion in Richtung der Fotomultiplier zu erreichen, wodurch
die Lichtausbeute noch weiter erhöht wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, zwischen der planparallelen
Scheibe und dem Fotomultiplier fluoreszierendes Material anzuordnen. Dadurch ergibt
sich eine sehr gute Umwandlung des eintretenden Lichtpunktes in diffuses Licht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die planparalleb
Scheibe teilweise von einer Blende abgedeckt ist. Je nach Qualität der zu prüfenden
Materialfläche wird in Abhängigkeit von der Oberflächengüte mehr oder weniger Licht
diffus abgestrahlt. Soll auch dieses diffus abgestrahlte Licht noch zur Auswertung
herangezogen werden, so wird eine planparallele Scheibe eingesetzt, die eine relativ
große Breltenausdehnung besitzt, so daß zumindest ein Großteil des Streulichtes
noch auf die planparallelPScheibe fällt.
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Soll daggen nur das direkt reflektierte Licht ausgewertet werden,
wie das insbesondere bei hochwertigen Spiegeln der Fall ist, dann kann durch Vorschalten
einer Blende das Streulicht praktisch völlig ausgeschaltet werden.
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Eine vorteilhafte AusXvstaltun der Erfindung sieht vor, daß die Blende,
die sich über die volle Breite des zu prüfenden MateriaLs erstreckt, einen Spalt
bildet, der sich zur spaitmitte hin verjüngt. Durch diese Verjüngung des
Blenpenspaltes
wird die auf Grund des unterschiedlichen Lichtweges auftretende Helligkeitsschwankung
bei der Abtastung ausgeglichen, d.h. daß die Außenseiten der zu prüfenden Materialfläche,
also die Stellen, wo der Lichtstrahl den längsten Weg zurückdlgen muß und daher
eine geringere Leuchtintensität aufweist, ohne Ausblendung auf die planparallele
Scheibe reflektiert werden, wohingegen direkt unter dem Polygonspiegelrad, also
auf der kürzesten Entfernung, die der Lichtstrahl zurücklegt, die stärkste Ausblendung
stattfindet.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt die Seitenansicht einer Abtastvorrichtung im Schnitt.
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Fig. 2 die perspektivische Darstellung im Teilschnitt.
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Beide Figuren sind lediglich Prinzipskizzen.
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Im Gehäuse 1 ist ein Laserstrahler 2 angeordnet, der auf das rotierende
Polygonspiegelrad 3 einen Abtaststrahl 4 wirft.
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Dieser Abtaststrahz 4 wird von dem rotierenden Polygonspiegelrad 5
über die Gesamtbreite der Materialbahn 5 geleitet und von dieser reflektiert. Das
direktrnflektierte Licht des Abtaststrahles 4 gelangt als Strahl 4a auf die Trübglasscheibe
6.
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Die Trübglasscheibe 6 besteht aus Opalglas und ist durch eine Blende
7 abgedeckt. Das auf die Trübglasscheibe 6 auftreffende Licht wird in diffuses Licht
verwandeltz,dem Fotomultiplier 8 zugeführt. Zur Erhöhung der Lichtausbeute sind
cie Innenwandungen 9 des Multiplierraumes 10 verspiegelt.
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Die Blende 7 erstreckt sich über die volle Breite der Material bahn
5 und weist eine Form auf, die dem Schnitt durch eine bikonkave Linse entspricht.
Dadurch wird ein Teil des Lichtes, das den kürzesten Weg zurücklegt, weil es direkt
senkrecht unter dem rotierenden Polygonspiegelrad 5 auf die zu prti-Sende Materialbahn
5 auftrifft, auseblendet, so daß sicllß
verglichen mit den Randflächen
11 der Materialbahn 5, an denen auf Grund der Konstruktion der Blende 7 keine Ausblendung
auftritt, der gleiche Helligkeitswert ergibt.
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Die Blende 7 ist austauschbar, um verschiedene Schlitzbreiten einsetzen
zu können.
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Zwischen der Materialbahn 5 und dem Polygonspiegelrad 3 ist eine planparallele
Klarglasscheibe 12 angeordnet.
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Diese Klarglasscheibe 12 dient als Lichtstrahlteiler, d.h.
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daß aus dem Abtaststrahl 4 ein Hilfsstrahl 15 abgeleitet wird, der
zur Steuerung der Kantenbegrenzung dient. Die Kantenbegrenzung als solche ist nicht
dargestellt. De-r HilSsstrahl 15 fällt jedoch im Bereich der Randfläche 11 der Materialbahn
5 auf Begrenzungsfotomultiplier 14, die in ihrer Entfernung zueinander verstellt
werden können. Erreicht der Abtaststrahl 4 die Randfläche 11 so tritt der abgeteilte
Hilfsstrahl 15 in die Begrenzungsfotomultiplier 14 ein d bewirkt die Unterbrechung
der Auswerteeinrichtung bis ein neuer Hilfsstrahl 15, durch Eintreten eines Abtaststrahles
4 in den Randbereich 11 der gg,enüberlie,enden Fläche erzeugt, auf den zweiten Begrenzungsfotomultiplier
14 auftrifft, der dadurch die Auswerteeinrichtung wieder einschaltet. Durch diese
Anordnung findet also eine Auswertung lediglich dann statt, wenn der Abtaststrahl
4 über die Fläche der Materialbahn 5 streicht, d.h. daß die beim Auftreffen auf
die Kanten der Materialbahn 5 im Bereich der -Randflächen 11 auftretenden Fehleranzeigen
nicht ausgewertet werden.