DE2519386A1

DE2519386A1 - Laser-abtastsystem zum auffinden von rissen

Info

Publication number: DE2519386A1
Application number: DE19752519386
Authority: DE
Inventors: Frank Arthur Slaker
Original assignee: Intec Corp
Current assignee: Intec Corp
Priority date: 1974-04-30
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1975-11-13
Also published as: CA1043883A; FR2269714B1; GB1512661A; JPS56157662U; US3920970A; JPS50147982A; SE7505028L; FR2269714A1; NL7505021A; SE423282B

Description

PFENNING - MAAS - SEILER
MEIiMiG - LEMKE - SPOTT

8000 MÜNCHEN 40 SCHLEISSHEIMERSTa 299

INTEC CORP-, Norwalk, Connecticut, V.St«A.

Laser-Abtastsystem zum Auffinden von Rissen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laser-Abtastsystem zum Auffinden von Rissen und betrifft insbesondere ein derartiges System, bei dem das Ausgangssignal des Detektors zur Kompensation verschiedener Systemfehler und Anomalitäten in dem Vorgang des Auffindens von Rissen benutzt wird.

In der US-Patentschrift 3 781 531 ist ein Laser-Abtastsystem zum Auffinden von Rissen in Materialoberflächen beschrieben, wobei ein Laser-Strahl wiederholt über die Oberfläche des zu untersuchenden Materials getastet wird. Das Laser-Licht wird je nach den Materialeigenschaften von dem Material reflektiert, hindurchgelassen oder gestreut und danach von einem Fotomultiplier-Detektor aufgenommen. Zu jedem Zeitpunkt während der Abtastung ändert sich das Ausgangssignal des Fotomultipliers mit dem Reflexionsvermögen, dem Transmissionsvermögen bzw. den Streuungseigenschaften der Stelle, auf die der Laser-Strahl auftrifft, wobei Abweichungen von normalen Schwankungen ein Mittel bilden, Materialrisse anzuzeigen. Wie in der genannten Patentschrift dargelegt, wird beim Abtasten von homogenen Flächen ohne Risse eine bestimmte Lichtmenge von der Fotomultiplier-Röhre auf-

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genommen, die dementsprechend einen Lichtpegel oder ein als "Grundpegelsignal" bezeichnetes Signal erzeugt. Der Lichtpegel nimmt beim Abtasten eines auf der Materialoberfläche vorhandenen Risses gegenüber dem Grundpegel zu oder ab und bildet somit das Mittel, derartige Risse aufzufinden. Jedoch bleibt der Grundpegel selbst bei Fehlen von Rissen nicht konstant, sondern ändert sich als Funktion des Winkels, unter dem der Laser~Strahl auf das abgetastete Material auf trifft, sowie in Abhängigkeit von den relativen Winkeln und Entfernungen zwischen dem Laser-Strahl und der Fotomultiplier-Röhre. Auch die Art der zu untersuchenden Oberfläche, Änderungen im Umgebungslicht sowie Änderungen in den optischen und elektrischen Eigenschaften des Systems führen zu änderungen des Grundpegelsignals. Um nun eine Unterscheidung von Rissen gegenüber Anomalitäten des Systems zu gestatten, müssen Wirkungen von Änderungen des Grundpegelsignals, die nicht durch an der Materialoberfläche vorkommende Risse erzeugt werden, behandelt oder kompensiert werden, um tatsächliche Risse auffinden zu können. In der erwähnten Patentschrift wird dieses Problem dadurch gehandhabt, daß das Grundpegelsignal derart normiert wird, daß an irgendeiner Stelle in dem aktiven Abtastbereich auftretende Risse die gleiche Amplitude haben,und diejenigen Risse, die einen verwendeten festen Schwellenwert überschreiten, einem Diskriminator zur Erzeugung eines Riß-Ausgangssignals zugeführt werden. Das bekannte System arbeitet für viele Anwendungsfälle ganz gut; in solchen Fällen jedoch, bei denen große Schwankungen in dem Grundpegelsignal auftreten, kann es schwierig werden, das Grundpegelsignal zu normieren. Ein derartiger Fall besteht beispielsweise dann, wenn das zu untersuchende Material eine glänzende Oberfläche hat, wie es für bestimmte Papierarten und andere Materialien zutrifft. Das System arbeitet ferner mit festen Schwellenwerten, die mit dem normierten Signal verglichen werden, um Risse oberhalb des Schwellenwertes aufzufinden. Sind in dem normierten Signal Fehler vorhanden, so kann es sein, daß der feste Schwellenwert von einem Riß¹ überschritten wird, wo keiner vorhanden ist, oder einen Riß übergeht, obwohl einer vorhanden ist.

Eine weitere bei Laser-Abtastsystemen bestehende Fehlerquelle

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liegt in den Umgebungs-Lichtbedingungen. Die auf die Fotomultiplier-Röhre fallende Lichtmenge stellt eine Kombination aus dem von dem Material hindurchgelassenen, reflektierten oder gestreuten Laser-Licht sowie dem gegebenenfalls vorhandenen und ebenfalls das Material beleuchtenden Umgebungslicht dar. Um die Umgebungslichtmenge, die auf die Oberfläche des zu untersuchenden Materials fällt, zu begrenzen, sind komplizierte Abdeckhauben-Aufbauten vorgesehen worden. Dennoch läßt sich nicht vermeiden, daß eine gewisse Menge an Umgebuhgslicht vorhanden ist, die auf das Material trifft und in dem Ausgangssignal Fehler hervorruft.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, ein Laser-Abtastsystem zum Auffinden von Rissen zu schaffen, bei dem Schwierigkeiten, wie sie bei vergleichbaren Systemen nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise beseitigt sind. Insbesondere soll ein neuartiges und verbessertes Laser-Abtastsystem zum Auffinden von Rissen geschaffen werden, mit dem sich Materialien auch auf solche Risse untersuchen lassen, die unter Verwendung bekannter Systeme schwierig aufzufinden sind. Zur Aufgabe gehört es ferner, eine neuartige Laser-Abtastverarbeitung vorzusehen, die mehrere Verarbeitungsfunktionen vereinigt und sich zur Untersuchung von Materialien anwenden läßt, die bisher schwierig zu untersuchen waren. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, ein Laser-Abtastsystem zu schaffen, dessen Ausgangssignal kontinuierlich nach den Umgebungs-Lichtverhältnissen kompensiert wird. Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges und verbessertes System zum Auffinden von Rissen zu vermitteln, bei dem Systemfehler und/oder Empfindkeits-Schwankungen des Systems automatisch kompensiert werden, um zu einer größeren Flexibilität und der Möglichkeit zu gelangen, Risse auf unterschiedlichen Materialarten aufzufinden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Laser-Strahl über die Oberfläche eines zu untersuchenden Materials getastet, und ein Detektor ist so angeordnet, daß er die von dem Material ausgehende Strahlung aufnimmt und ein Signal erzeugt, das von der Intensität der aufgenommenen Strahlung abhängt. Das Signal des Detektors wird einer Grundpegel-Auszieheinrichtung zu-

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geführt, deren Ausgangssignal ein sich bewegendes, dem mittleren Grundpegel entsprechendes Signal, erzeugt; dieses Signal wird zusammen mit dem Detektorsignal bei einem Modus einer Differentialschaltung zugeführt, die ein Differenzsignal erzeugt, das einem Diskriminator zugeführt wird. In einem alternativen Modus wird das Detektorsignal direkt dem Diskriminator zugeleitet. Das Grundpegelsignal aus der Auszieheinrichtung wird ferner einer Schwellenwertschaltung zugeführt, deren Ausgangssignal sich entsprechend dem Grundpegelsignal ändert. Das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung wird dem Diskriminator zugeführt, und je nach dem benutzten Modus werden die Signale aus der Differentialschaltung oder aus dem Detektor von dem Diskriminator hindurchgelassen, wenn sie den vorgegebenen Schwellenwert überschreiten, so daß ein Riß-Ausgangssignal erzeugt wird. Vorgesehen ist ferner eine Klemmschaltung, die an dem Detektor vorhandenes Umgebungslicht aus dem Detektor-Ausgangssignal entfernt.

Die- Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig«, 1 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer Schaltung, wie sie für bestimmte Teile des Blockschaltbildes nach Fig. 1 verwendet werden mag; und

Fig. 3 und 4 Diagramme des Detektor-Signals, aufgetragen über der Zeit, zur weiteren Erläuterung der Fig. 2 gezeigten Schaltung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Abtasteinrichtung 10 einen herkömmlichen Laser 12, etwa einen Helium-Neon*· oder Argonionen-Gas-Laser oder einen sonstigen geeigneten Typ, der in der Lage ist, einen monochromatischen Laser-Lichtstrahl vorgegebener Fleckgröße zu erzeugen. Der Laser-Strahl wird von einem Galvanometerspiegel oder einer sonstigmgeeigneten Abtasteinrichtung schrittweise über ein Band aus einem Material 18 getastet, das sich kontinuierlich senkrecht zur Zeichenebene bewegt. Die Abtastung wird durch Antrieb eines Galvanometers 16 erreicht, das den Galvanometerspiegel 14 in Schwenkbewegungen versetzt, so daß der Spiegel den vom dem

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Laser 12 kommenden Laser-Strahl ablenkt und über die Oberfläche des Materials 18 hin und her tastet. Eine Abtastung in der dazu senkrechten Richtung zur Erzeugung eines Rasters wird automatisch durch die Bewegung des Materialbandes bewirkt. Das Licht durchsetzt das Material 18 und fällt auf einen Empfänger 20, der einen Detektor in Form einer Fotomultiplier-Röhre 22 aufweist. Zu jedem Zeitpunkt während der Tastung erzeugt die Fotomultiplier-Röhre 22 ein Ausgangssignal, das proportional ist zu dem Durchlässigkeits-Reflektionsvermögen desjenigen Flecks, auf den der Laser-Strahl trifft. An der Oberfläche des zu untersuchenden Materials 18 auftretende Risse ändern das Ausgangssignal der Fotomultiplier-Röhre 22 infolge der Durchlässigkeits- oder Reflektionseigenschaften des Materials und bilden ein Mittel, um an der Oberfläche vorhandene Risse anzuzeigen. In der * Patentanmeldung P 24 28 123.0 ist eine Ausführungs-

form für die Abtasteinrichtung 10 und den Empfänger 20 dargestellt und beschrieben. Als Ausführungsbeispiel für die vorliegende Offenbarung ist ein System gewählt worden, das mit der Durchlässigkeit arbeitet; die Erfindung ist jedoch auch.bei einem Reflektions-System anwendbar, bei dem das Ausgangssignal der Fotomultiplier-Röhre 22 proportional zum Reflektionsvermögen oder zum Brechungsindex desjenigen Flecks ist, auf den der Laser-Strahl trifft. Ob mit dem Transmissions- oder mit dem Reflektions-Modus gearbeitet wird, hängt von dem jeweiligen Anwendungsfall und von dem zu untersuchenden Material ab.

Die Abtasteinrichtung 10 kann mit einer Maske 15 versehen sein, die eine Öffnung aufweist, um die Größe des Abtastwinkels des Laser-Strahls und damit die Breite der auf dem Material 18 abgetasteten Zeile zu begrenzen. Erreicht der Laser-Strahl das Ende der Abtastung einer bestimmten Zeile, so wird er durch die Maske 15 abgeschirmt, wobei das Material 18 dann nur noch durch die Umgebungs-Lichtverhältnisse beleuchtet wird. Zur Abschirmung können auch andere Einrichtungen, etwa Masken am Empfänger oder lichtundurchlässige Walzen, über die sich das Materialband bewegt, vorgesehen sein. Die Abtasteinrichtung 10 ist ferner mit einer Abtaststellungs-Schaltung 24 versehen, um das aktive Abtastintervall zu bestimmen, das der Diskriminatorschaltung zugeführt wird,

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so daß Risse nur während aktiver Abtastintervalle angezeigt werden. Dabei kann die in der oben erwähnten US-Patentanmeldung offenbarte Abtaststellungs-Schaltung verwendet werden; die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine derartige Abtastung, gleichgültig ob sie sinusförmig oder linear verläuft, und sie beschränkt sich auch nicht auf eine derartige Abtaststellungs-Schaltung zur Bestimmung der Periode der aktiven Abtastung.

Das von der Fotomultiplier-Rohre 22 aufgenommene Licht erzeugt ein zusammengesetztes Signal, das weiter untsn siit A(t) bezeichnet wird. Dieses Signal wird einem Tiefpaßfilter 28 zugeführt, das dazu dient, den Rauschabstand des Signals möglichst groß zn machen. Es können auch mehrere Filter in Verbindung mit einer geeigneten Schalteinrichtung verwendet werden, wobei das jeweilige Filter so gewählt wird, daß der erforderliche Bandpaß und der 'beste Rauschabstand erzielt werden. Das Ausgangssignal des Filters 28 wird dann einer Klemmschaltung 30 zugeführt. Die Klemmschaltung 30 umfaßt einen Kondensator 32 und einen Schalter 34-2 de'? vorzugsweise in Form eines Feldeffekttransistors ausgefüllt ist und durch einen gegebenenfalls von der Abtaststellungs~ Schaltung 24 abgeleiteten Klemmimpuls 26 betätigt wird. Der Klemmimpuls 26 wird von der Maske 15 bzw. einer sonstigen geeigneten Einrichtung am Ende einer Abtastzeile erzeugt, wenn das Material 18 nicht mehr durch den Laser "beleuchtet wird. Da unter diesen Bedingungen nur noch ümgebungslicht auf die Fotomultiplier-Röhre 22 fällt, wird deren Ausgangssignal, das nur das Umgebungslicht enthält, über den Schalter 34 an OV geklemmt, wodurch die Wirkung des Umgebungslichts durch Abziehen dieses Lichts von dem Ausgangssigiial der Fotomultiplier-Röhre während der aktiven Tastung eliminiert wird. Da die Tllemmschaltung bei jeder Zeile aktiviert wird, findet eine automatisch© ifacliführung mit Abtast frequenz statt, wodurch Änderungen in den Umgebungs-Lichtverhältnissen für jede Abtastzeile berücksichtigt werden. Die Klemmschaltung 30 mag "beispielsweise mit einem Analogschalter der Type National AH0019 arbeiten, Das Ausgangssignal der Klemmschaltung 30 wird über einen Pufferverstärker 36 einer Differentialschaltung 50 vmd einer Grundpegel-Ausziehschaltung 40 zugeführt. Das "geklemmte" Signal A(t) bildet ein

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zusammengesetztes Signal, das das Grundpegelsignal, Rauschen sowie etwa von der Fotomulüplier-Röhre erfaßte Riß-Impulse enthält, nicht dagegen die Wirkungen von Umgebungslicht, die ja durch die Klemmschaltung 30 entfernt worden sind.

Wie oben dargelegt, trifft beim Abtasten homogener Oberflächen, die keine Risse enthalten, eine gewisse Menge von reflektiertem bzw. hindurchgelassenem Licht auf die Fotomultiplier-Röhre, die ein als Grundpegelsignal bezeichnetes Lichtwertsignal erzeugt. Dieses Signal enthält bei der Abtastung gegebenenfalls erzeugte Anomalitäten, etwa Amplitudenschwankungen während der Tastung, und hängt von der Art der untersuchten Oberfläche sowie von Änderungen in den optischen und elektrischen Eigenschaften des Systems ab. Die darauf beruhende Tatsache, daß sich das Grundpegelsignal ändert, auch wenn keine Risse auf der Oberfläche des untersuchten Materials vorliegen, erhöht die Schwierigkeit der Rißauffindung, wenn feste Schwellenwertfunktionen benutzt werden, so daß einige Fehler ausgelassen, andere dagegen, die gar nicht vorhanden sind, wahrgenommen werden. Da jedes Laser-Abtastsystem seine eigene "Handschrift", d.h. ein von der Art der Abtastung und vom Typ des abgetasteten Materials abhängendes Grundpegelsignal erzeugt, sorgt die vorliegende Erfindung dafür, daß dieses Signal ausgezogen und in der Signalverarbeitungsschaltung dazu verwendet wird, Fehler zu beseitigen, die durch eben das verwendete Grundpegelsignal verursacht werden.

Gemäß Fig. 2 wird das Ausgangssignal A(t) des Puffers 36 der positiven Klemme eines in der Ausziehschaltung 40 vorgesehenen Komparators 42 zugeführt. Das Ausgangssignal des Komparators wird über einen variablen Widerstand 44 und einen Schalter 62, dessen Funktion weiter unten erläutert werden soll, einem Kondensator 46 zugeführt. Von dem Kondensator 46 führt ein Rückkopplungsweg 45 zurück zu der negativen Eingangsklemme des Komparators 42. Das Ausgangssignal des Komparators 42 bildet eine digitalisierte Form des analogen ^ingangssignals, das mit dem Eingangssignal verglichen wird, das die aus dem Widerstand 44 und dem Kondensator 46 bestehende RC-Schaltung passiert hat und über den Rückkopplungsweg 45 an den Komparator gelangt. Die mit B(t)

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bezeichnete Spannimg an dem Kondensator 46 läuft dem sich bewegenden Mittel von A(t) nach, indem abwechselnd zwischen einem positiven und negativen, durch die Analog/Digital-Umsetzung durch den Komparator 42 erzeugten Signalwert umgeschaltet %irird. Da die an den Kondensator 46 auftretende Spannung B(t) gegenüber dem Signal A(t) als Differential auftritt, hat sie die Wirkung, das Signal A(t) wie durch ein Hochpaßfilter durchzulassen, dessen Grenzfrequenz durch den variablen Widerstand 44 steuerbar ist. Der variable Widerstand 44 bewirkt die Einstellung der Nachführgeschwindigkeit der Schaltung, d.h. der Geschwindigkeit, mit der die Schaltung Änderungen in der Grundpegelfunktion aufnehmen kann. Das an dem Kondensator 46 auftretende resultierende Signal B(t), das den sich bewegenden Mittelwert des Grundpegelsignals darstellt, wird über einen weiteren .Pufferverstärker 48 einer Verstärkerschaltung 50 zugeführt. Der Pufferverstärker 48 dient dazu, eine Verlängerung der durch den Widerstand 44 und den Kondensator 46 bestimmten RC-Zeitkonstante zu verhindern. Bei dem Komparator 42 mag es sich beispielsweise um die Type 311N, bei dem Pufferverstärker 48 um die Type 747 handeln.

Die Verstärkerschaltung 50 umfaßt einen Funktionsverstärker 52, dessen einer Eingangsklemme das Signal A(t) und dessen anderer Eingangsklemme das Signal B(t) zugeführt wird, wobei in einem Betriebsmodus aus den beiden EingangsSignalen die Differenz gebildet und ein Ausgangssignal A(t)- B(t) gebildet wird, das dann einem Diskriminator 56 zugeführt wird. Der Funktionsverstärker 52 mag beispielsweise mit einer integrierten Schaltung der Type 1322 arbeiten. Die Verstärkerschaltung 50 dient also dazu, die Differenz zwischen dem "geklemmten" Signal aus der Fotomultiplier-Röhre und dem ausgezogenen Grundpegelsignal zu bilden und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das frei ist von dem Grundpegel und Umgebungseinflüssen. In dem anderen Betriebsmodus wird das Signal B(t) von der Verstärkerschaltung 50 entfernt, so daß das Aus gangs signal der Verstärkerschaltung nur das Signal A(t) darstellt.

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Das ausgezogene Grundpegelsignal B(t) wird ferner einer Schwellenwertschaltung 54 zugeführt, in der ein variabler Widerstand 55 vorgesehen ist. Der variable Widerstand 55 führt eine Maßstabsfunktion aus. Bei entsprechender Einstellung der Maßstabsfunktion auf kleiner als 1, werden ins Positive verlaufende Riß-Signale ermittelt. Durch Multiplikation der Maßstabsfunktion mit -1, werden ins Negative verlaufende Riß-Impulse festegestellt.

Ein Schalter 49 dient dazu, den Verstärker 52 von einem Differentialverstärker auf einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1, dessen Ausgangssignal einfach das Signal A(t) darstellt, umzuschalten. Das Signal B(t), das den sich bewegenden Mittelwert des Grundpegels darstellt, kann zur Schwellenwertsteuerung von ins Positive verlaufenden Signalei mit einem Faktor größer als 1, für negative Schwellenwertsteuerung mit einem Faktor kleiner als 1 maßstäblich geändert werden. Da das Signal B(t) immer den Wirkungsgrad des Empfängers, bezogen auf den Abtastwinkel, beschreibt, wird durch eine maßstäbliche Änderung dieses Signals mit einem Faktor K in ein Signal KB(t) seine normierende Beziehung gegenüber dem Signal A(t) bei Verwendung zur Amplitudendiskriminierung der Funktion A(t) beibehalten. Um dies zu erläutern, wird auf Fig. 3 Bezug genommen, in der das Signal A(t) sowie das durch die Grundpegel-Ausziehschaltung 40 ausgezogene, sich bewegende Grundpegelsignal B(t) gezeigt sind. Zur Erläuterung der obigen maßstäblichen Änderung durch Zahlenwerte sei angenommen, daß die mittlere Amplitude gemäß Fig. 3 am Ende der Abtastung gleich 1 und in der Mitte der Abtastung gleich 2 ist. Ein am Rand der Abtastung auftretendes Riß-Signal habe eine Amplitude von 1, was, zu dem Mittelwert von 1 hinzuaddiert, einen Spitzenwert von 2 ergibt. Der gleiche Riß in der Mitte der Abtastung hätte eine Amplitude von 2, was, zu 2 hinzuaddiert, einen Spitzenwert von 4 Einheiten ergäbe. Wird nun der sich bewegende Mittelwert um den Faktor K = 1,5 maßstäblich geändert, so beträgt der Schwellenwert an den Enden 1,5 und in der Mitte 3. In beiden Fällen würde die Diskriminierung an den 50%-Punkten des Riß-Signals stattfinden. In Fig. 3 ist der Schwellenwert KB(t) durch die gestrichelte Linie dargestellt. Es läßt sich also sagen,

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daß die Normierung durch maßstäbliche Änderung des Schwellenwertes anstelle des Signals erreicht worden ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Maßstabsfaktor K größer oder kleiner ist als 1. Was tatsächlich erreicht wird, ist also ein sich bewegender Schwellenwert, der eine dem mittleren Grundpegelsignal entspre- .. chende Welligkeit aufweist, so daß Riß-Signale gleicher Amplitude unabhängig davon, an welcher Stelle sie während eines gegebenen AbtastIntervalls über dem Grundpegel auftreten, auf dem gleichen Pegel den Schwellenwert durchlaufen. Das Ausgangssignal KB(t) der Schwellenwertschaltung 54 wird zusammen mit dem Differenzsignal A(t) - B(t) sowie einer Stellungsinformation der aktiven Abtastung dem Diskriminator 56 zugeführt; überschreitet das Differenzsignal den Schwellenwert während eines Abtastintervalls, so tritt am Ausgang des Diskriminators 56 ein Riß-Ausgangssignal auf. Bei dem Diskriminator 56 kann es sich um eine integrierte Schaltung der Type LM311 handeln.

Das Auftreten eines sehr breiten Risses auf der Oberfläche des zu unter&cohenden Materials hat zur Folge, daß die Wirkung des sich bewegenden mittleren Grundpegelsignals B(t) erheblich verzerrt und eliminiert wird. Zur Lösung dieses Problems ist zwischen den Ausgang des Disicriminators 56 und die Grundpegel-Ausziehschaltung 40 ein Haltekreis 60 eingeschaltet. Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht der Haltekreis 6ö aus einem Analogschalter, der bei Auftreten eines einem breiten Riß entsprechenden Signals am Ausgang des Diskriminators 56 betätigt wird und den Schalter 62 öffnet, wobei das Signal B(t) dann von der an dem Kondensator 46 aufgsfcauten Ladung abgenommen 'fird, die den Grundpegel gerade vor Auftreten dss Risses darstellt» Iu Fig. 4 ist dieses Problem erläutert. Das Auftreten eines breiten Risses würde gemäß Fig. 4 bewirken, daß das Signal Bit) dem scheinbaren sich bewegenden Grundpegel-Mittelwert su feigen suolit. Der scheinbare Mittelwert ist jedoch eine Fiktion,, und die richtige Steigung wäre diejenige, die dem Verhalten gerade vor Auftreten des Risses folgt. Das normale Signal B(t) bei Anwesenheit eines breiten Risses würde steil abfallen und dann bei Verschwinden des breiten Risses wieder anzusteigen beginnen. Würde dieser Ver-

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lauf nicht korrigiert, so würde er die Funktion des Diskriminator s ernstlich beeinträchtigen. Die richtige Steigung des Grundpegelsignals wäre dagegen dann gegeben, wenn der Verlauf gerade vor Auftreten des breiten Risses fortgesetzt würde. Da diese Wirkung fehlt, besteht der beste Kompromiß darin, den Wert des Grundpegelsignals gerade vor Auftreten des Risses beizubehalten. Dies läßt sich ohne weiteres dadurch erreich, daß der Schalter 62 gemäß Fig. 2 am Ausgang der Grundpegel-Ausziehschaltung 40 vorgesehen und bei Erzeugung eines Ausgangssignals an dem Diskriminator 56 betätigt wird. Eine Betätigung dieses Schalters ergibt das korrigierte Signal B(t), das in Fig. 4 gestrichelt gezeigt ist. Bei dem Analogschalter kann es sich um jeden beliebigen geeigneten Schalter, beispielsweise um die Type AH0015CD, handeln.

Es wird darauf hingewiesen, daß das System mit einem durchwegs gleichspannungsmäßig gekoppelten Signal arbeitet, dessen Mittelwert um OV liegt, was ein brauchbares Mittel ist, um Riß-Signale aufzufinden und zu verarbeiten. Bei der angewandten Verarbeitungsweise wird der Schwellenwert für den Diskriminator aus dem Signal selbst, das den weiteren Anomalitäten des Systems folgt, abgeleitet, Jede Art der Materialabtastung erzeugt eine bestimmte Rausch-"Handschrift" und Signalschwankung; da das vorliegende System eine Diskriminierung vermittelt, die mit dem Signal selbst arbeitet, wird das Erfassungsvermögen vergrößert. So beschränkt sich das System beispielsweise nicht auf feste Parameter, etwa feste Gleichspannungs-Schwellenwertpegel. Da ferner der Wirkungsgrad des Erfassungssystems in dem Signal liegt, werden durch den Schwellenwert Probleme in dieser Hinsicht wirkungsvoll eliminiert. Bei Verwendung des Signals selbst für die Schwellenwertsteuerung wird auch erreicht, daß sich die Schaltung vereinfacht und eine größere Fähigkeit erhält, Risse an Materialien aufzufinden, die bei Verwendung früherer Ermittlungssysteme schwierig festzustellen wären.

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Claims

Patentansprüche

ΛΑ System zum Auffinden von Rissen mit einer Strahlungsquelle, die über eine zu untersuchende Materialoberfläche getastet wird, sowie mit einem Detektor, der die Strahlung von dem Material empfängt und ein Detektorsignal erzeugt, das von der Intensität der von der Materialoberfläche aus zugeführten Strahlung abhängt, gekennzeichnet durch eine Grundpegel-Auszieheinrichtung (40), der das Detektorsignal zugeführt wird und die ein Grundpegelsignal erzeugt, eine Differentialschaltung (50), die ein der Differenz zwischen dem Detektorsignal und dem Grundpegelsignal entsprechendes Differenzsignal erzeugt, eine Schwellenwerteinrichtung (54) zur Erzeugung eines Schwellenwertsignals sowie eine Diskriminatoreinrichtung (56), der das Differenzsignal und das Schwellenwertsignal zugeführt werden und die ein Riß-Ausgaigssignal erzeugt, wenn das Differenzsignal das Schwellenwertsignal überschreitet.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundpegelsignal der Schwellenwerteinrichtung (54) zur maßstäblichen Änderung des Schwellenwertsignals entsprechend dem Grundpegelsignal zugeführt wird.
3. System zum Auffinden von Rissen mit einem Laser, der einen Laser-Strahl aussendet, einer Einrichtung, die den Laser-Strahl über eine abzutastende Materialoberfläche tastet, und einem Detektor, der die Strahlung von dem Material empfängt und ein Detektorsignal erzeugt, das von der Intensität der zugeführten

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Strahlung abhängt, gekennzeichnet durch eine Grundpegel-Auszieheinrichtung (40), der das Detektorsignal zugeführt wird und die ein Grundpegelsignal erzeugt, eine Schwellenwerteinrichtung (54), der das Grundpegelsignal zugeführt wird, und die ein diesem entsprechend maßstäblich geändertes Schwellenwertsignal erzeugt, sowie eine Diskriminatoreinrichtung (56), der das Detektorsignal und das Schwellenwertsignal zugeführt werden und die ein Riß-Aus gangs signal erzeugt, wenn das Detektorsignal das Schwellenwertsignal überschreitet.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen zwischen den Ausgang der Diskriminatoreinrichtung (56) und die Grundpegel-Auszieheinrichtung (40) eingeschalteten Haltekreis (60), der den Wert des Grundpegelsignals während des Auftretens eines Riß-Ausgangssignals an der Diskriminatoreinrichtung (56) aufrecht erhält.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekreis (60) einen Analogschalter umfaßt.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Klemmschaltung (30), der das Detektorsignal zugeführt wird, eine Austasteinrichtung (50), die verhindert, daß der Abtaststrahl während inaktiver AbtastIntervalle auf das Material auftrifft,und eine Einrichtung (24), die die Klemmeinrichtung während des Austastintervalls der Austasteinrichtung (15) beaufschlagt, um das Detektorsignal an einen vorgegebenen Pegel zu klemmen und die Auswirkungen von Umgebungs-Lichtverhältnissen auf das Detektorsignal zu kompensieren.

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7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundpegel-Auszieheinrich ung (40) einen Komparator (42) umfaßt, dessen einer Eingangsklemme das Detektorsignal zugeführt wird, ferner einen an den Ausgang des Komparators (42) angeschlossenen, von einem variablen Widerstand (44) und einem Kondensator (46) gebildeten RG-Kreis sowie einen den RC-Kreis mit einer weiteren Eingangskiemine des Komparators (42) verbindenden Rückkopplungsweg (45) zur Erzeugung eines Grundpege!signals, das den sich bewegenden Mittelwert des Detektorsignals bildet,
8» System nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zwischen den Ausgang der Diskriminatoreinrichtung (56) und den RC-Kreis (44«, 46) eingeschalteten Haltekreis (60), der durch ein Riß-Ausgangssignal der Diskriminatoreinrichtung (56) aktivierbar ist und den Wert des Grunapegelsignals an dem Kondensator (46) während des Auftretens eines Riß-Ausgangssignals aufrecht erhält.
9. System zum Auffinden von Rissen mit einem Laser, der einen Laser-Strahl aussendet, einer Einrichtung, die den Laser-Strahl über die zu untersuchende Materialoberfläche tastet, sowie einer Betektoreinriclrtung, die die Strahlung von dem Material empfängt- und ein Detektor signal erzeugt, aas von der Intensität der aufgenommenen Strahlung abhängt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (15), die verhindert, da 8 der Las er·-Strahl xfährend inaktiver Abtastintervalle auf da & !Material trifft, eins Einrichtung (24), die während eines Teils der inaktiven Abtastintervalle einen Klemmimpuls erzeugt, eine Klemmeinrichtung (30), der das Detek-

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