DE2411407C3 - Vorrichtung zum Prüfen von reflektierenden Flächen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von ebenen, stark reflektierenden Flächen, insbesondere blankem und spiegelbelegtem Flachglas mit einer Lichtquelle, einer Optik zur Herstellung eines gebün-

6₅ delten Lichtstrahles, einer Einrichtung zum Abtasten der Flächen mit einem fliegenden Lichtpunkt, einem Fotodetektor für das reflektierte Licht und einer nachgeordneten Auswerteeinrichtung.

Es sind bereits Abtastvornchiungen bekannt, beisoielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften 1473681 und 1573497, 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 Flachen, also beispielsweise spiegelbelegtem Flachglas, ist mit den vorgenannten Aggregaten nicht möglich.

Durch die direkte Reflexion wird dem Fotomultiplier die volle Lichtmenge der Lichtquelle zugeführt, so lange der Abtaststrahl über eine Spiegelfläche gleitet die fehlerfrei ist. Demgegenüber sinkt diese volle Lichtmenge beispielsweise bei Belegfehlern eines Spiegels bei denen dunkle Streifen durch die rückseitlichc'Behandlung der Verspiegelung durchschlagen, bei entsprechender Fehlergröße völlig auf Null ab Es ergibt sich damit ein immenser Kontrast, der entweder einen relativ unempfindlichen Fotomultiplier 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 deutschen Auslegeschrift 2152510 vorgeschlagen worden, das direkt reflektierende Licht aller während des Abtastzyklusses entstehenden Muster auf einen Punkt zu fokussieren und zu dämpfen oder auszufiltern. Nicht ausgefilteit werden dabei alle Teile des Abtastmusters, bei denen das Oberflächengefüge des Werkstoffes fehlerhaft ist. Eine solche Ausfilterung und Fokussierung setzt jedoch ein sehr aufwendiges Linsen- und Filtersystem voraus, des weiteren ist eine sehr genaue Justierung nicht nur des Linsensystems, 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 des weiteren keine Höhenschwankungen aufweisen, wenn diese Voraussetzung erfüllt sein soll.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1103622 ist ein Verfahren zum Messen der Oberflächengüte mit Photometerkugeln bekannt. Das ungestört gespiegelte Licht wird hierbei aus der Photometerkugel herausgeführt und unmittelbar oder mit Hilfe einer zweiten Photometerkugel gemessen. Vorrichtungen dieser Ausgestaltung eignen sich jedoch nicht zum Prüfen von breiten, relativ großen, flächigen Gebilden und sind auch nicht mit einem fliegenden Lichtpunktsystem kombinierbar.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es ohne den Einsatz aufwendiger optischer Systeme möglich ist, grobe und feinste Fehler an ebenen Spiegelflächen zu erfas-

jen und auszuwerten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung »um Prüfen von ebenen, stark reflektierenden Fläzen, insbesondere von blankem und spiegelbelegtem Flachglas mit einer Lichtquelle, einer Optik zur Herstellung eines gebündelten Lichtstrahles_: einer Einrichtung zum Abtasten der Flächen m.H einem fliegenden Lichtpunkt, einem Fotodetektor für das reflektierte Licht und einer nachgebrdneten Auswerteeinrichtung dadurch, daß im Wege des Lichtstrahls !Wischen den Flächen und dem Fotodetektor eine das Licht streuende Scheibe angeordnet ist.

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 Jlocliglanz-Papier mit der vorliegenden Vorrichtung geprüft werden kann. Da all 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.

Die lichlstreuende Scheibe dient im wesentlichen der Umwandlung des direkten Lichtes in diffuses Licht und damit der Verteilung des Lichtes auf den oder die Fotomultiplier. Die lichtstreuende Scheibe kann dabei sowohl aus einem opaken Material bestehen, das auf Grund seiner Oberfläche nicht direkt, sondern diffus reflektiert oder aus einem Material, das den Lichtstrahl beim Durchtritt durch die lichtstreuende Scheibe in diffuses Licht umwandelt. Dadurch wird die hohe Lichtintensität des Lichtpunktes bei der Reflexion von einer fehlerlosen Oberfläche so weit verringert, daß ein empfindlicher Fotomultiplier zur Auswertung des reflektierten Lichtes eingesetzt werden kann, ohne daß gleichzeitig eine Verringerung der Lichtstärke erforderlich ist, die das Auffinden feinster Fehler unmöglich macht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung 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 15° liegt, d. h. daß der Abtaststrahl relativ steil auf das zu prüfende Material auftrifft. Dia Abtastung im Schräglicht 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 des Prüfaggregates gegenüber der zu prüfenden Materialbahn bzw. den Materialstücken wesentlich vereinfacht, da lediglich ein Aggregat ausgerichtet werden muß.

Bevorzugt geeignet ist eine Vorrichtung, bei der zwischen der zu prüfenden reflektierenden Fläche und dem Fotomultiplier eine planparallele Scheibe als lichtstreuende Scheibe angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht diese planparallele Scheibe aus einem Trübglas.

Durch den Einsatz einer Trübglasscheibe ist es möglich, Fotomultiplier hinter der Hilfsebene anzuordnen und dadurch das Prüfgerät baulich kleiner und gedrungener auszugestalten. Des weiteren kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Fotomultiplier in einem von der planparallelen Scheibe abgeschlossenen Gehäuse angeordnet sein, wodurch er vor Verstauben und mechanischer Beschädigung geschützt ist. Das in dieses Gehäuse eindringende Licht ist diffus. £s wüd also nicht mehr der Fotomultiplier durch einen direkt reflektierten Strahl getroffen, sondern nur der in das geschlossene 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 zugunsten der Fehlerfläehe 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 Θ, auf und wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch einen Laserstrahl erzeugt.

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.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Gehäuse, in dem der Fotomultiplier angeordnet ist, lichtleitende oder lichtref lektierende Mittel aufweist. Im einfachsten Fall ist hierunter eine Verspiegelung zu verstehen, durch die das diffus in das Gehäuse eintretende Licht von den Begrenzungsflächen des Gehäuses reflektiert und in den Fotomultiplier geworfen wird. 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 Ausgestaltung der Erfindung ein Parabolspiegel, in dessen Brennpunkt der jeweilige Fotomultiplier angeordnet ist. Der Parabolspiegel besteht dabei zweckmäßig nicht aus Glas, sondern aus einem verspiegelten Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polymethacrylsäureestern, wie sie im Handel unter

dem Warenzeichen Plexiglas erhältlich sind. Statt eines entsprechenden Hohlspiegels kann selbstverständlich auch, insbesondere aus dem obengenannten Kunststoffmaterial, ein massiver Körper eingesetzt werden, der dann zweckmäßig so gestaltet ist, daß seine Außenflächen poliert sind, um dadurch eine Totalreflexion in Richtung der Fotomultiplier zu erreichen, wodurch die Lichtausbeute noch weiter erhöht wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, zwischen der planparallelen Scheibe und dem Fotomultiplier fluoreszierendes Materia! anzuordnen. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Umwandlung des eintretenden Lichtpunktes in diffuses Licht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die planparallele 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 Breitenausdehnung besitzt, so daß zumindest ein Großteil des Streulichtes noch auf die planparal-

lele Scheibe fällt. Soll dagegen 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.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Blende, die sich über die volle Breite des zu prüfenden Materials erstreckt, einen Spalt bildet, der sich zur Spaltmitte hin verjüngt. Durch diese Verjüngung des Blendenspaltes 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 zurücklegen 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.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht einer Abtastvorrichtung im Schnitt,

Fig. 2 die perspektivische Darstellung im Teilschnitt.

Beide Figuren sind lediglich Prinzipskizzen. Im Gehäuse 1 ist ein Laserstrahler 2 angeordnet, der auf das rotierende Polygonspiegelrad 3 einen Abtaststrahl 4 wirft. Dieser Abtaststrahl 4 wird von dem rotierenden Polygonspiegelrad 3 über die Gesamtbreite der Materialbahn 5 geleitet und von dieser reflektiert. Das direkt reflektierte Licht des Abtaststrahles 4 gelangt als Strahl Aa auf die Trübglasscheibe 6. Die Trübglasscheibe 6 besteht aus Opalglas und ist durch eine Blende 7 abgedeckt. Das auf die Trübglasscheibe 6 auftreffende Licht wird in diffuses Licht verwandelt und dem Fotomultiplier 8 zugeführt.

Zur Erhöhung der Lichtausbeute sind die Innenwandungen 9 des Multiplierraumes 10 verspiegelt. Die Blende 7 erstreckt sich über die volle Breite der Materialbahn 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 3 auf die zu prüfende Materialbahn S auftrifft, ausgeblendet, so daß sich, verglichen

ίο mit den Randflächen 11 der Materialbahn 5, an denen auf Grund der Konstruktion der Blende 7 keine Ausblendung auftritt, der gleiche Helligkeitswert ergibt. Die Blende 7 ist austauschbar, um verschiedene Schlitzbreiten einsetzen zu können.

Zwischen der Materialbahn 5 und dem Polygonspiegelrad 3 ist eine planparallele Klarglasscheibe 12 angeordnet. Diese Klarglasscheibe 12 dient als Lichtstrahlteiler, d. h. daß aus dem Abtaststrahl 4 ein Hilfsstrahl 13 abgeleitet wird, der zur Steuerung der

Kantenbegrenzung dient. Die Kantenbegrenzung als solche ist nicht dargestellt. Der Hilfsstrahl 13 fällt jedoch im Bereich der Randfläche 11 der Materialbahn 5 auf Begrenzungsfotomultiplier 14, die in ihrer Entfernung zueinander verstellt werden können. Eras reicht der Abtaststrahl 4 die Randfläche 11, so tritt der abgeteilte Hilfsstrahl 13 in die Begrenzungsfotomultiplier 14 ein und bewirkt die Unterbrechung der Auswerteeinrichtung, bis ein neuer Hilfsstrahl 13, durch Eintreten eines Abtaststrahles 4 in den Randbereich 11 der gegenüberliegenden 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 Abtast-

strahl 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Prüfen von ebenen, stark reflektierenden Flächen, insbesondere von blankem und spiegelbelegtem Flachglas mit einer Lichtquelle, einer Optik zur Herstellung eines gebündelten Lichtstrahles, einer Einrichtung zum Abtasten der Flächen mit einem fliegenden Lichtpunkt, einem Fotodetektor für das reflektierte Licht und einer nachgeordneten Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege des Lichtstrahles zwischen den Flächen und dem Fotodetektor eine das Licht streuende Scheibe angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gebündelte Lichtstrahl gegenüber der Senkrechten zur zu prüfenden Fläche unter einem Winkel von 5 bis 45° verläuft.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gebündelte Lichtstrahl gegenüber der Senkrechten zur Iu prüfenden Fläche unter einem Winkel von 5 bis 15° verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuende Scheibe eine planparallele Scheibe ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallele Scheibe eine Trübglasscheibe (6) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotomultiplier (8) in einem von der placparallelen Scheibe abgeschlossenen Gehäuse angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Fotomultiplier (8) umgebenden Gehäuse lichtleitende oder reflektierende Mittel angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtreflektierende Mittel Parabolspiegel eingesetzt sind, in deren Brennpunkt der oder die Fotomultiplier (8) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtleitende Mittel fluoreszierendes Material eingesetzt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Laserstrahl (2) eingesetzt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtpunkt einen Durchmesser zwischen 0,2 und 0,5 mm aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallele Scheibe von einer Blende (7) abgedeckt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (7) einen sich zur Mitte verjüngenden Spalt bildet.

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