DE2827705C3

DE2827705C3 - Gerät zur Feststellung von Fehlern an Bahnmaterial

Info

Publication number: DE2827705C3
Application number: DE2827705A
Authority: DE
Inventors: Erwin 8021 Icking Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1978-06-23
Filing date: 1978-06-23
Publication date: 1981-07-30
Also published as: US4295743A; SE7905469L; DE2827705B2; DE2827705A1; GB2025083A; JPS554600A; FR2429414A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Feststellung von Fehlern an Bahnmaterial mit einer von einem Lichtstrahl beaufschlagten, einen Abtastlichtfleck auf der Bahn erzeugenden Lichtablenkvorrichtung, einer sich über dem Abtastbereich erstreckenden ersten Zylinderlinse mit optisch parallel zur Laufrichtung des Abtastlichtflecks auf der Bahn verlaufender Brennlinie.

zwei dahinter im optischen Abstand ihrer beiden Brennweiten voneinander angeordneten streifenförmigen Zylinderspiegeln mit optisch senkrecht zur Laufrichtung des Abtastlichtflecks auf der Bahn verlaufender Brennlinie und einer von dem zweiten Zylinderspiegel beaufschlagten Lichtempfangsanordnung mit wenigstens einem entlang eines Mantelbereiches von dem zweiten Zylinderspiegel Licht empfangenden Lichtleitstab, der eine den betreffenden Mantelbereich diametral gegenüberliegende Stufenspiegelanordnung aufweist, welche das auftreffende Licht unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab hineinreflektiert, damit es zu einem wenigstens an einer Stirnseite des Lichtleitstabes angeordneten photoelektrischen Wandlergelangt.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Feststellung von solchen Fehlern, die einen unter einem vorbestimmten Winkel auftreffenden scharf gebündelten Lichtstrahl, insbesondere einen Laserstrahl, um

vorbestimmte Winkelbeträge bzw. in einen bestimmten Raumwinkelbereich ablenken. Geräte zur Feststellung derartiger Fehler und insbesondere zur Differenzierung zwischen unterschiedlichen Fehlerarten müssen also zwischen Lichtstrahlen bzw. Lichtbündeln unterscheiden können, die unter unterschiedlichen Winkeln von der Bahn ausgehen. Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung bei Geräten zur Feststellung von Oberflächenfehlern bei Blechen anwenden. Der Laserstrahl wird dabei schräg auf das Blech gerichtet, und die Empfangszylkiderlinse ist bevorzugt unter dem Reflexionswinkel angeordnet. Das Gerät kann aber auch in Transmission bei insbesondere der Untersuchung von Folien oder Textilien arbeiten, wobei sich die Empfangszylinderlinse bevorzugt in der Verlängerung des die Bahn von einer Seite beaufschlagenden scharf gebündelten Lichtstrahls befindet. Fehler in der Bahn ergeben dann charakteristische Winkelablenkungen und/oder Streuungen des Lichtstrahls in der Natur des Fehlers entsprechende Raumwinkelbereiche.

Besonders wichtig ist die Erfassung sowohl von Kratzern auf Metalloberflächen als auch von großflächigeren Beulen oder Erhebungen auf der Oberfläche. In jedem Fall weist jedoch das Fehlerfeststellungsgerät gemäß der Erfindung zweckmäßigerweise zusätzlich einen in Remission arbeitenden Empfangskanal auf, welcher in bekannter Weise auf Flecken anspricht, welche das remittierte Licht beeinflussen. Auch bei der Durchleuchtung von Folien kann ein derartiger Empfangskanal seitlich des Hauptstrahls zur Erkennung von Flecken vorgesehen werden. Dieser Kanal kann sowohl mit remittiertem Licht als auch mit gestreutem Durchlicht arbeiten. Bei Textilien arbeitet ein derartiger zusätzlicher Fleckenerkennungskanal in Remission.

Zur Ermittlung von unter unterschiedlichen Winkeln von einer Bahnoberfläche ausgehendem Licht ist bereits die optische Vorrichtung nach der DE-AS 25 32 603 bekanntgeworden. Sie erfordert jedoch einen Lichtleitstab mit rechteckigem Querschnitt von hoher optischer Qualität, da die Lichtleitung in dem Lichtleitstab so exakt durchgeführt werden muß, daß die ursprüngliche Winkelbeziehung zwischen den von dem Abtastlichtfleck ausgehenden Lichtstrahlen bis zum Empfänger voll erhalten bleibt.

Eine wesentlich geringere optische Qualität der Lichtleitstäbe kann hingenommen werden, wenn diese nicht zur Differenzierung von unter unterschiedlichen Winkeln von einer Oberfläche ausgehendem Licht herangezogen werden, sondern nur dazu, daß auf andere Weise aus einem bestimmten Winkelbereich zu ihrer Mantelfläche geschickte Licht durch Totalreflexion einem an einer oder beiden Stirnseiten angeordneten Photoempfänger zuzuführen. Eine derartige Vorrichtung zur Überwachung einer Materialbchn auf Fehlstellen ist aus der DE-OS 24 33 683 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung gestattet jedoch nur zwischen zwei in einer bestimmten Ebene liegenden Winkelbereichen zu differenzieren.

Durch die DE-OS 25 08 366 ist ein völlig neuer Typ eines Lichtleitstabes bekanntgeworden, welcher auf der dem Lichteinfalls-Mantelbereich diametral gegenüberliegenden Seite mit einer sich geradlinig in Richtung der Längsachse des Stabes erstreckenden schmalen Stufenspiegelanordnung versehen ist, deren Einzelspiegel derart zur Längsachse des Lichtleitstabes geneigt sind, daß diametral auffallendes Licht unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab hinein abgelenkt wird. Wesentlich ist dabei, daß die in einem Schnitt senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Lichtstrahlen möglichst nicht senkrecht, sondern schräg auf die kleinen Planspiegel auffallen, damit nach ein- oder mehrmaliger Totalreflexion die Lichtstrahlen möglichst -, nicht ein zweites Mal auf die Stufenspiegelanordnung auftreffen, wo sie für die weitere Lichtleitung verloren gehen würden.

Der vorbekannte Lichtleitstab hat runden Querschnitt und ermöglicht es, den größten Teii des auf den

ίο Mantelbereich auffallenden Empfangslichtes zu einem an einer oder beiden Stirnseiten vorgesehenen Photoempfänger zu führen. Sofern nur ein Photoempfänger an einer Stirnseite vorgesehen ist, wird die gegenüberliegende Stirnseite des Stabes zweckmäßigerweise

!S verspiegelt Es ist auch schon bekannt, die einzelnen Spiegel der Stufenspiegelanordnung quer zur Längsachse konvex gekrümmt auszubilden, um den die Gleichmäßigkeit verbessernden Streueffekt zu verbessern. Auch können mehrere sehr schmale Stufenspiegelanordnungen unmittelbar nebeneinander angeordnet werden.

Der eine wesentlich größere Lichtausbeute ergebende neue Lichtlei<stab wird z. B. in einem optischen Abtastsystem, beispielsweise zur Untersuchung einer Materialbahn, nach der DE-OS 25 50 815 verwendet, wobei allerdings eine Differenzierung zwischen unterschiedlichen Winkelbereichen des von der Materialbahn ausgehenden Lichtes nicht möglich ist.

Bei einem älteren Vorschlag für eine Vorrichtung zur Ermittlung von Fehlstellen auf der reflektierenden Oberfläche einer Bahn (DE-OS 27 27 926) werden drei Lichtleitstäbe der u. a. aus der DE-OS 25 08 366 bekannten Art nebeneinander parallel angeordnet, wobei der mittlere in Lichtstrahlnchtung gegenüber den beiden Seiten-Lichdeitstäben etwas versetzt ist. Durch geeignet angeordnete Zylinderlinsen wird unter unterschiedlichen Winkelbereichen von der Bahnoberfläche ausgehendes Licht jeweils nur auf einen der drei Lichtleitstäbe gelenkt. Der mittlere Lichtleitstab empfängt dabei das unter dem Reflexionswinkel von der Bahn ausgehende Licht, während die beiden seitlichen Lichtleitstäbe im Dunkelfeld arbeiten. Bei einem weiteren älteren Vorschlag (DE-OS 28 00 351) wird das von der Oberfläche der Bahn ausgehende Licht zunächst durch eine Zylinderlinse in einer Ebene parallel gerichtet und dann durch einen Zylinderspiegel zu einer Lichtempfangsanordnung geleitet.

Wenn es auch mit den vorbekannten Vorrichtungen und den Geräten nach den älteren Vorschlägen möglich ist, zwischen verschiedenen Winkelbereichen des von einer Oberfläche ausgehenden Lichtes zu unterscheiden, so bereitet insbesondere die Unterscheidung von Kratzern und Beulen bzw. großflächigeren Erhebungen auf Metalloberflächen noch gewisse Schwierigkeiten.

Des weiteren ist es mit den bekannten optischen Anordnungen schwierig, auf den Lichtleitstäben bzw. den ihnen vorgeschalteten Zylinderlinsen exakt geradlinige Abtastlinien zu erzeugen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Gerät zur Feststellung von Fehlern an Bahnmaterial, welche sich durch in unterschiedlichen Richtungen von der Bahn zurückreflektiertes oder durchgehendes Licht unterscheiden, zu schaffen, welches sich bei optimaler Abbildung des Abtastbereiches auf div, Lichtempfangsanordnungen sowie einfachem und übersichtlichen optischen Aufbau besonders gut für eine klare Differenzierung unterschiedlicher Fehlerarten, insbesondere von Kratzern auf Blechoberflächen

einerseits und großflächigeren Beulen bzw. Erhebungen andererseits, eignet.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Die Zylinderlinse ist zur Abbildung des Abtastlichtflecks auf den ersten Zylinderspiegel ausgebildet und angeordnet;

b) der erste Zylinderspiegel ist zur Reflexion des auftreffenden Lichtes zu einer im optischen Abstand seiner Brennweite von ihm parallel zur ersten Zylinderlinse angeordneten zweiten Zylinderlinse ausgebildet und angeordnet;

c) hinter der zweiten Zylinderlinse ist wenigstens entlang eines Teils ihrer Länge ein Planspiegel derart angeordnet, daß er das auflreffende Licht durch die zweite Zylinderlinse hindurch zu dem zweiten Zylinderspiegel reflektiert;

d) die aufgrund der Anordnung des Planspiegels zweimal durchlaufende zweite Zylinderlinse ist zur Abbildung der Oberfläche des ersten Zylinderspiegels auf die Oberfläche des zweiten Zylinderspiegels ausgebildet und angeordnet.

Aufgrund dieser Ausbildung können Fehlstellen, welche senkrecht zur Abtastrichtung verlaufende Ablenkungen des in normaler Weise reflektierten bzw. durchgehenden Laserstrahls hervorrufen, in demjenigen Bereich der zweiten Zylinderlinse erfaßt werden, welcher nicht von dem Planspiegel bedeckt ist. Bei diesen Fehlern handelt es sich insbesondere um Beulen. Dellen. Buckel od. dgl. Das von anders gearteten Fehlstellen, insbesondere Kratzern in Abtastrichtung abgelenkte Licht wird dagegen von dem hinter der zweiten Zylinderlinse angeordneten Planspiegel erfaßt und über den zweiten Zylinderspiegel der Lichtempfangsanordnung zugeführt, wo ebenfalls mit photoelekirischen Wandlern ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird.

Besonders vorteilhaft ist es. wenn die Lichtempfangsanordnung vom zweiten Zylinderspiegel im Abstand von dessen Brennweite von diesem entfernt angeordnet ist. Außerdem soll der zweite Zylinderspiegel im Abstand seiner Brennweite von der /weiten Zylinderlinse entfernt angeordnet sein. Auf diese Weise tritt das normal reflektierte bzw. durch die Bahn durchgehende Licht als parallel zu sich selbst verschobener Fahrstrahl aus dem zweiten Zylinderspiegel aus und beaufschlagt so den bzw. die Lichtleitstäbe der Lichtempfangsanordnung senkrecht zu deren Achse. Dies ist wichtig, weil das an der Stirnseite jedes Lichtleitstabes erhaltene elektrische Signal aufgrund der Eigenarten der Stufensniegelanordnung geschwächt wird, wenn der Einfallswinkel größer als 20' wird.

Besonders vorteilhaft ist es. wenn die beiden Zylinderspiegel gleiche Brennweite aufweisen und zu einem einzigen streifenförmigen Zylinderspiegel baulich vereinigt sind. Es kann also erfindungsgemäß ein einziger streifenförmiger Zylinderspiegel verwendet werden, auf dem der Abtastlichtfleck durch Zylinderlinsen zweimal an senkrecht zu seiner Längsachse einen Abstand aufweisenden Stellen erzeugt wird. Da die durch die Zylinderlinsen verwirklichte Abbildung den Abtastlichtfleck als sich in Längsrichtung des streifenförmigen Zylinderspiegels erstreckende schmale Linie darstellt, und aufgrund der erfindungsgemäßen Abbil dungsvorschrift auch bei Lichtablcnkungen senkrecht zur Abtastrichtung keine Verbreiterung dieser schmalen Linie auftnit. kann der 7ylinderspiegel trot/ der doppelten Ausnutzung erfindungsgemäß außerordentlich schmal gehalten werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Zylinderlinse plankonvex ist und der Planspiegel durch eine Verspiegelung der ebenen Fläche gebildet ist. Auf diese Weise werden zwei Zylinderlinsen und ein Planspiegel baulich miteinander vereinigt, was herstellungstechnische und Montage-Vorteile hat.
Nach einer ersten praktischen Ausführungsform kann

κι vorgesehen sein, daß der Planspiegel sich über die gesamte zweite Zylinderlinse erstreckt und in deren mittlerem Bereich Umlenkspiegel vorgesehen sind, welche das beidseits der Linsenlängsachse in den mittleren Bereich auftreffende Licht zu Photoempfän-

i^ri gern ausspiegeln. Bevorzugt ist es jedoch, wenn im initiieren Gereich der zweiten Zylinderlinse der Planspiegel unterbrochen ist und sich hinter diesem Bereich Photoempfänger befinden. Besonderer Ausspiegelungsmittel bedarf es also in diesem Falle nicht.

Quer zur Linsenlängsachse sind vorzugsweise drei Photoempfänger nebeneinander angeordnet.

Der mittlere Photoempfänger empfängt dabei das normal an der Oberfläche der Bahn reflektierte bzw. geradlinig durch diese hindurchgehende Licht, während

r> die beiden benachbarten Photoempfänger lediglich dann Licht empfangen sollen, wenn der Abtastlichtfleck auf eine Fehlstelle trifft, die eine Ablenkung des auftreffenden Lichtes senkrecht zur Abtastrichtung hervorruft. Derartige Ablenkungen werden von großflächigeren Erhebungen bzw. Beulen auf der Oberfläche eines Bleches hervorgerufen.

Vorzugsweise ist dabei die quer zur zweiten Zylinderlinse kurz vor oder hinter ihr eine das Licht auf die Photoempfänger konzentrierende dritte Zylinderlin-

n se angeordnet. Deren Länge ist gleich der Breite der zweiten Zylinderlinse. Sie ist allen drei Pholoempfängern gemeinsam.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Lichtempfangsanordnung drei nebeneinander

AO angeordnete, gegebenenfalls in Lichtstrahlrichtung etwas versetzte Lichtleitstäbe auf. Vor jedem Lichtleitstab ist dabei eine Empfangszylindcrünsc angeordnet, welche das Lichtbündel zusammen mit dem vorzugsweise runden Lichtleiterstab auf die Stufenspiegelanord-

■n nung konzentriert. Die drei Empfangszylinderlinsen sollen dabei vorzugsweise in Längsrichtung aus einer ein/igen plankonvexen Zylinderlinse herausgeschnitten sein, wobei die beiden Außenlinsen umgekehrt an das Mittelstück angesetzt sind. Hierdurch werden die

^r)(i äußeren Strahlengänge etwas nach außen abgeknickt, so daß die zugeordneten Lichtleitstäbe besser von dem mittleren Lichtleitstab abgesetzt sind.

Die Reihenfolge, in der die einzelnen optischen Elemente in einer Ebene senkrecht zur Abtastrichtung

■ü angeordnet sind, ist nicht gleichgültig. Bevorzugt sind das erste Bild des Abtastlichtflecks, die zweite Zylinderlinse, das zweite Bild des Abtastlichtflecks und die Lichtempfangsanordnung in einer senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Ebene in einer bestimmten

η» Richtung in dieser Ebene gesehen aufeinanderfolgend angeordnet.

Die Erfindung soli sich auch auf solche Ausführungsformen erstrecken, bei denen die Strahlengängc zwischen wenigstens einigen der einzelnen optischen

ι-. Elemente durch streifenförmige Planspiegel gefaltet sind Auf diese Weise können die einzelnen optischen Bauelemente raumlich optimal angeordnet werden, und es wird insgesamt cm sehr kompaktes, leicht monticrba

res und gut zugängliches Gerät geschaffen.

Eine baulich besonders vorteilhafte Verwirklichung des Erfindungsgegenstandes kennzeichnet sich dadurch, daß der Zylinderspiegel im wesentlichen über der ersten Zylinderlinse angeordnet ist und zwischen der ersten Zylinderlinse und dem Zylinderspiegel zwei Umlenkspiegel angeordnet sind, wodurch der Strahlengang in der erwünschten und erforderlichen Weise seitlich versetzt wird.

Durch die Strahlfaltung mittels Planspiegeln können sowohl die zweite Zylinderlinse als auch die Lichtempfangsanordnung oben angeordnet sein.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Fehlstellenermittlungsgerätes in einem Schnitt senkrecht zur Abtastrichtung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht nach Linie H-II in Fig.l.

F i g. 3 eine schematische Ansicht nach Linie 1II-1II in Fig.l,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich der zweiten Zylinderlinse,

Fig. 5 einen schematischen Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich der mit Lichtleitstäben arbeitenden Lichtempfangsanordnung,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI durch einen erfindungsgemäß verwendeten Lichtleitstab,

F i g. 7 eine schematische Schnittansichl in einer Ebene senkrecht zur Abtastrichtung eines dem in F i g. 1 dargestellten ähnlichen Fehlstellenermittlungsgerätes mit zur Schaffung einer kompakten baulichen Anordnung mehrfach gefaltetem Strahlengang,

F i g 8 eine zu den F i g. 1 und 7 analoge Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform und

Fig. 9 eine zu den Fig. 1, 7 und 8 analoge Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fehlstellenermittlungsgerätes.

Nach Fig.l ist das erfindungsgemäße Gerät zur Fehlerermittlung in einem strichpunktiert angedeuteten Gehäuse 31 untergebracht, welches am unteren Ende eine Öffnung 35 aufweist, die sich in Richtung senkrecht zur Zeichenebene über die gesamte Breite einer Materialbahn 20 erstreckt, welche in Richtung des Pfeils ρ kontinuierlich unter dem Gehäuse 31 hindurchbewegt wird. Wie sich aus den F i g. 1 und 2 ergibt, ist die öffnung 35 also schlitzförmig ausgebildet.

Auf der dem Gehäuse 31 zugewandten Oberfläche der Bahn 20 wird durch einen scharf gebündelten Laserstrahl 36 ein Abtastlichtfleck 15 erzeugt. Dieser Abtastlichtfleck vollführt nach F i g. 2 m Richtung des Doppelpfeils P eine pei indische Abiastbeivegung über die Oberfläche der Bahn 20. In Fig.l steht die Abtastrichtung Psenkrecht auf der Zeichnungsebene.

Der den Abtastlichtfleck 15 erzeugende scharf gebündelte Laser-Fahrstrahl 36 soll sich zur Verwirklichung des Abtastvorgangs parallel zu sich selbst in einer senkrecht auf der Ebene der Fi g. 1 stehenden Richtung bewegen. Dies kann in bekannter Weise beispielsweise durch eine Laser-Lichtquellenanordnung 11. ein kontinuierlich umlaufendes Spiegelrad 12 und einen sich senkrecht zur Ebene der F i g. 1 erstreckenden, streif enförmigen Hohlspiegel 13 bewirkt werden.

Soll das Gerät in Durchlicht arbeiten, so ist die Fahrsirahlei-zeugungsanordnung auf der gegenüberliegenden Seite der Bahn 20 anzuordnen. Der sich hierbei ergebende Fahrstrahl 36' ist in F ι g. 1 gestrichelt angedeutet. Bei der folgenden Beschreibung wird jedoch davon ausgegangen, daß es sich bei der Bahn 20 um ein Blech handelt, dessen Oberfläche 20' auf Fehlstellen untersucht werden soll.

^r, Der Fahrstrahl 36 trifft nicht senkrecht, sondern schräg auf die Oberfläche 20' des Bleches 20 auf und wird unter dem Reflexionswinkel zu einer ersten Zylinderlinse 14 reflektiert, welche sich nach den F i g. 1 und 2 parallel zur Bahn 20 bzw. zur Schlitzöffnung 35

ίο und in Abtastrichtung Perstreckt. Bei handelsüblichen Blechoberflächen erfolgt die Reflexion des Fahrstrahls 36 nicht allein in den unter dem Reflexionswinkel angeordneten Hauptstrahl 37, sondern auch unter weiteren Streuwinkeln um den Hauptstrahl 37 herum.

r> Es liegt also kein exakter Reflexionswinkel, sondern eine in Richtung des Hauptstrahls 37 weisende Reflexionskeule vor.

Die Brennweite der Zylinderlinse 14 ist so gewählt, daß sie den Abtastlichtfleck 15 in der Ebene der F i g. 1

2(i bei 15' auf der Oberfläche eines ersten Zylinderspiegels 16a abbildet. Der Zylinderspiegel 16a erstreckt sich optisch gerade senkrecht zur Zylinderlinse 14, so daß er in der Ebene der F i g. 1 lediglich die Wirkung eines ebenen Reflektors hat.

?■> Aus F i g. 2 wird anschaulich, daß die Zylinderlinse 14 in der betreffenden Ebene keine Brechwirkung hai, sondern nur der Zylinderspiegel 16a.

Die gestrichelten Strahlen in den F i g. 1 und 2 sollen Ablenkungen des Hauptreflexionsstrahls 37 in allen vier

κι Richtungen andeuten, welche durch Fehlstellen auf der Oberfläche 20' der Bahn 20 hervorgerufen werden können. F i g. 1 zeigt, daß in der betreffenden Ebene erfolgende Ablenkungen aufgrund der Eigenschaften der Zylinderlinse 14 nichts daran ändern, daß bei 15'

r. eine schmale Linie mit der Breite des Bildes des Abtastlichtflecks 15 erzeugt wird.

Ablenkungen des Hauptstrahls 37 in der zu F i g. 1 senkrechten Ebene der F i g. 2 führen jedoch dazu, daß das von der ersten Zylinderlinse 14 kommende Licht an

W unterschiedlichen Stellen 38a, 386 bzw. 38c auf den Zylinderspiegel 16a auftrifft.

Nach den F i g. 1 und 3 wird das auf den Zylinderspiegel 16a auftreffende Licht zu einer neben der ersten Zylinderlinse 14 angeordneten zweiten

4i Zylinderlinse 21 reflektiert weiche an der vom Zylinderspiegel 16a abgewandten Seite eben ausgebildet ist und bis auf einen mittleren Bereich 27 auf ihrer ebenen Seite mit einer Verspiegelung 22 versehen ist. Die Zylinderlinse 21 wirkt daher wie eine Zylinderlinse

w mit dahinter angeordnetem Planspiegel.

Die Längsachse 28 der zweiten Zylinderlinse 21 verläuft optisch ebenfalls in Abtastrichtung P, d. h., daß die Achser, der Zvhnderünsen !4 und 2! parallel zueinander verlaufen.

η Die von dem ersten Zylinderspiegel 16a zur Zylinderlinse 21 reflektierten Lichtstrahlen werden gemäß F i g. 1. soweit sie auf die ebene Verspiegelung 22 treffen, zu einem weiteren Zylinderspiegel 16Z> reflektiert, wobei sie die Zylinderlinse 21 ein zweites Mal

wi durchlaufen. Die Brennweite der Zylinderlinse 21 ist so gewählt, daß sie in der Ebene der F i g. 1 das Bild 15' des Abtastlichtflecks 15 bei 15" auf der Oberfläche des zweiten Zylinderspiegels 16£> abbildet.

Die Zylinderachse des Zylinderspiegels Wb verläuft

·■· parallel zu der des Zylinderspiegels 16a und damit senkrecht zu den Längsachsen der Zylinderlinsen 14,21. Bei der bevorzugten Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 3 weisen die beiden Zyhnderspiegel 16a. 16i>auch die

gleiche Brennweite f auf und sind zu einem einzigen streifenförmigen Zylinderspiegel 16 baulich vereinigt.

Wie besonders deutlich aus den Fig. 1, 3 und 4 hervorgeht, ist der durchlässige mittlere Bereich 27 der Zylinderlinse 21 so gelegt, daß das Licht des unter dem Reflexionswinkel von der Oberfläche 20' zurückgeworfenen Hauptstrahls 37, welches nach F i g. 2 parallel zur optischen Achse des Zylinderspiegels 16 auf diesen auftrifft, zur Mitte des mittleren Bereiches 27 der Zylinderlinse 21 gelangt. Dort befindet sich die Brennlinie des Zylinderspiegels 16.

Unmittelbar hinter der zweiten Zylinderachse 21 befindet sich eine senkrecht zu ihr angeordnete dritte Zylinderlinse 19, deren Länge gleich der Breite der Zylinderlinse 21 ist und deren Breite nach F i g. 3 der Breite des durchlässigen mittleren Bereiches 27 entspricht.

Nach F i g. 3 konzentriert die weitere Zylinderlinse 19 das auf sie auftreffende Licht auf drei nach den F i g. 1 und 4 nebeneinander angeordneten Photoempfängern 18a, 186, 18c, welche bevorzugt als Photomultiplier ausgebildet sind. Die Zylinderlinse 19 und die Photoempfänger 18 bilden zusammen eine photoelektrische Wandleranordnung 17 zur Feststellung von großflächigeren Beulen und Erhebungen auf der Oberfläche 20' des Bleches 20.

Sofern ein Fehler auf der Oberfläche 20' das Licht in der Ebene der F i g. 2 nicht ablenkt, jedoch in der Ebene der Fig. 1, gelangen die abgelenkten Seitenstrahlen 37' bzw. 37" zu den Photoempfängern 18a, 18c. Durch ein elektrisches Signal am Ausgang dieser Photoempfänger können also derartige für Beulen und Dellen auf Blechoberflächen charakteristische Lichtablenkungen meßtechnisch erfaßt werden. Hierzu können die Photoempfänger 18a, 186, 18c an eine geeignete Auswerteelektronik angeschlossen sein.

Eine weitere Möglichkeit zur meßtechnischen Erfassung der abgelenkten Strahlen 37', 37" ist in Fi g. 1 bei 25, 26 angedeutet. Im mittleren Bereich 27 können ebene Umlenkspiegel 25 oberhalb der zweiten Zylinderlinse 21 befestigt sein, welche die Seitenlichtbündel 37', 37" zu Photoempfängern 26 umlenken.

Sofern jedoch auch innerhalb der Ebene der F i g. 2 durch anders geartete Fehler (z. B. Kratzer) Ablenkungen des Hauptstrahls 37 hervorgerufen werden, gelangen die abgelenkten Strahlen bzw. Bündel 37'" bzw. 37"" nach F i g. 3 nicht mehr zum mittleren Bereich 27. sondern treffen auf die Verspiegelungen 22 zu beiden Seiten des minieren Bereiches 27 auf. Hierdurch werden die Lichtstrahlen 37'", 37"" in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise zum Zylinderspiegel 166 reflektiert, wo sie bei 15" erneut eine Abbildungslinie des Abtastlichtflecks 15 erzeugen. Bei der Dimensionierung der Zylinderlinse 21 ist auf jeden Fall zu berücksichtigen, daß die zum Zylinderspiegel 166 gelangenden Lichtstrahlen die Zylinderlinse 21 zweimal durchlaufen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung verlassen die vom Zylinderspiegel 166 reflektierten Lichtstrahlen diesen praktisch parallel zum in den Zylinderspiegel 16a eintretenden Lichtstrahl. Die Folge ist die, daß das Licht weitgehend senkrecht auf die Lichtempfangsanordnung 24 auftrifft, welche neben den Zylinderlinsen 14,21 angeordnet ist und aus drei nebeneinander angeordneten Lichtleitstäben 23a, 236. 23c und davor angeordneten Zylinderlinsen 29a, 296, 29c (siehe auch Fi g. 5) besteht Die Zylinderlinsen 29a. 296,29c sind aus einer einzigen plankonvexen Zylinderlinse herausgeschnitten, wobei dann die beiden Außenteile in der aus

den Fig. 1 und 5 ersichtlichen Weise umgekehrt angeordnet sind. Hierdurch wird eine Knickung des Strahlengangs nach außen erzielt, so daß die Lichtleitstäbe 23a, 236, 23c in einem etwas größeren Abstand voneinander angeordnet werden können.

Nach den F i g, 5 und 6 sind die Lichtleitstäbe an ihren von der Lichteintrittsseite abgewandten Mantelbereichen mit einer Stufenspiegelanordnung 30 versehen, welche in der aus F i g. 6 ersichtlichen Weise dafür sorgt, daß senkrecht zur Stabachse auftreffendes Licht unter Winkeln der Totalreflexion in den Stab hineinreflektiert wird. Auf diese Weise gelangt das Licht zu einem Photoempfänger 39 oder zu einer Verspiegelung 40 an der gegenüberliegenden Stirnseite. Von dieser Verspiegelung 40 wird das Licht wieder in den Stab zurückreflektiert, so daß es nach abermaliger Totalreflexion ebenfalls zum Lichtempfänger 39 gelangt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung fällt das Meßlicht unter nur wenig von der senkrechten abweichenden Winkeln auf die Lichtleitstäbe 23, was für ein einwandfreies Meßergebnis wichtig ist.

An einer oder beiden Stirnseiten jedes Lichtleitstabes 23a, 236, 23c sind Photoempfänger angeordnet, welche ebenfalls an diejenige Auswerteelektronik angeschlossen ist, an der auch die Photoempfänger 18 anliegen.

Im einfachsten Fall wird durch die Auswerteelektronik lediglich angezeigt, an welchem der Photoempfänger 18 bzw. 39 ein eine vorbestimmte Schwelle überschreitendes elektrisches Signal ansteht.

Wie bereits oben erläutert wurde, erscheinen ausschließlich an den Photoempfängern 18a, 186, 18c elektrische Signale, wenn Ablenkungen des Hauptstrahls 37 nur in der Ebene der Fig. 1, nicht jedoch in der Ebene der F i g. 2 auftreten.

Kommen nur Ablenkungen in der Ebene der Fig. 2 vor (37'", 37""), so empfängt entweder der mittlere Photoempfänger 186 Licht und gibt ein entsprechendes elektrisches Signal ab oder der am mittleren Lichtleitstab 236 angebrachte Photoempfänger 39. Derartige Ablenkungen sind charakteristisch für Kratzer auf der Blechoberfläche. Eine Überlagerung der beiden Grundablenkungen führt auch zu elektrischen Signalen an den Photoempfängern 39 der beiden äußeren Lichtleitstäbe 23a, 23 c.

In Fig. 3 ist in gestrichelten Linien auch noch eine andere Möglichkeit angedeutet, die Zylinderlinse 19 vor der zweiten Zylinderlinse 21 anzuordnen.

F i g. 7 zeigt ein optisch mit der Anordnung nach F i g. 1 identisches Gerät, wobei jedoch zur Erzielung eines kompakten Aufbaus die einzelnen Strahlengänge durch Planspiegel 32, 33, 34 in der aus F i g. 7 ersichtlichen Weise gefaltet sind. Zunächst wird das aus der Zylinderlinse 14 austretende Lichtbündei durch einen ersten Umlenkspiegel 32 zu einem versetzt daneben und parallel angeordneten weiteren Planspiegel 33 gelenkt, welcher das Lichtbündel schließlich nach oben zum Zylinderspiegel 16 richtet. Aufgrund dieser Strahlversetzung kann der Zylinderspiegel 16 praktisch über dem Abtastschlitz 35 angeordnet werden, und zwar am oberen Ende des Gehäuses.

Der weitere Planspiegel 34 übt eine Dreifachfunktion aus und könnte auch in drei einzelne Planspiegel unterteilt sein. Er ermöglicht es, daß die zweite Zylinderlinse 21 mit den Photoempfängem 18 und die Lichtempfangsanordnung 24 im oberen Bereich des Gehäuses 31 untergebracht werden können. Da an diesen Stellen auch die elektrischen Anschlüsse vorgesehen werden müssen und gegebenenfalls auch

elektrische Verstärkungs- und Verarbeitungsvorrichtungen untergebracht sind, ist es zweckmäßig, diese Teile möglichst weit von dem Abtastschlitz 35 entfernt anzuordnen.

In Fig.7 ist schematisch auch eine Empfangsanordnung 41 für remittiertes Licht angedeutet. Sie besteht aus einer sich parallel zur Zylinderlinse 14 erstreckenden Zylinderlinse 29c/und einem weiteren Lichtleitstab 23c/ mit Stufenspiegelanordnung 30. Ein oder zwei an der bzw. den Stirnseiten des Lichtleitstabes 23c/ _m angeordnete Photoempfänger geben ein elektrisches Signal ab, welches Flecke auf der Oberfläche der Bahn 20 zur Anzeige bringt.

F i g. 8 zeigt eine weitere Möglichkeit für die Führung des Strahlenganges. Hierbei wird das die Abbildung 15' bewirkende Lichtbündel zunächst von dem zweiten Lichtfleckbild 15" weg zu der entsprechend angeordneten zweiten Zylinderlinse 21 reflektiert, welche das Lichtbündel dann jedoch wieder auf die entgegengesetzte Seite des Bildes 15' an die Stelle 15" wirft. Darunter ist die Lichtempfangsanordnung 24 vorgesehen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 9 sind die Verhältnisse spiegelbildlich umgekehrt wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 8, was ebenfalls zu einer brauchbaren Lösung führt.

Einen besonders geraden Tastpunktverlauf an allen abgetasteten optischen Elementen erhält man jedoch bei der bevorzugten Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 7.

Der unverspiegelte Mittelbereich des Planspiegels 22 wird in seiner Breite so abgestimmt, daß die Ausdehnung des von der Lichtquelle erzeugten Lichtflecks bei exakt spiegelnder Oberfläche der Bahn gegebenenfalls unter Berücksichtigung der durch die ^ Transportbewegung auftretenden geringfügigen Kippungen sich gerade innerhalb des unterbrochenen Spiegelbereiches befindet. Das Hauptlicht wird auf diese Weise nicht zu den drei Lichtleitstäben reflektiert.

so daß dort das durch Fehler, insbesondere Kratzer, gestreute Licht wesentlich empfindlicher festgestellt werden kann. Der unverspiegelte Bereich des Planspiegels 22 soll also das nicht von Störungen der Oberfläche herrührende gestreute Licht von den drei Lichtleitstäben 23 fernhalten.

In Fig.4 ist in gestrichelten Linien auch noch angedeutet, wie das erfindungsgemäße Gerät auch zur Erkennung von Farbfehlern auf der Bahnoberfläche bzw. im transparenten Bahnmateria! weitergebildet werden kann.

Nach Fig. 4 ist vor dem Photoempfänger 18b wahlweise ein Strahlenteiler 42 angeordnet, welcher einen Teil des Hauptlichtes abspaltet und über ein Rotfilter 44 einem weiteren Photoempfänger \8'b zuführt. Vor dem zentralen Photoempfänger 186 ist ein Biaufiher45 angeordnet Der grundlegende Erfindungsgedanke dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, daß das bei exakt reflektierender Bahnoberfläche bzw. ungestört durch eine durchsichtige Bahn hindurchgehende Licht nach dem Durchgang durch den unverspiegelten Bereich in zwei oder mehrere Farbkanäle aufgespalten wird, deren Ausgangssignale dann einer geeigneten Auswerteelektronik zugeführt werden, in der die Farbfehlererkennung durchgeführt wird.

In den seitlich des Hauptlichtstrahls 37 verlaufenden abgelenkten Lichtstrahlen 37', 37" können nach F i g. 4 ebenfalls Strahlenteiler 43 vorgesehen sein, welche die betreffenden Lichtstrahlen wieder in zwei Teilstrahlen aufspalten, die entweder über Rotfilter 44 Photoempfänger 18'a, 18'coder Blaufilter 45 die Photoempfänger 18a, 18c beaufschlagen. Auch die Seitenstrahlen können also in zwei oder mehrere Farbkanäle aufgespalten werden, so daß auch farbige, beulenartige Erhebungen oder Vertiefungen auf der Oberfläche oder Schlieren in Folien erkannt werden können.

Die Photoempfänger 18 sind vorzugsweise Photomultiplier.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Feststellung von Fehlern an Bahnmaterial mit einer von einem Lichtstrahl beaufschlagten, einen Abtastlichtfleck auf der Bahn erzeugenden Lichtablenkvorrichtung, einer sich über dem Abtastbereich erstreckenden ersten Zylinderlinse mit optisch parallel zur Laufrichtung des Abtastlichtflecks auf der Bahn verlaufender Brennlinie, zwei dahinter im optischen Abstand ihrer beiden Brennweiten voneinander angeordneten streifenförmigen Zylinderspiegeln mit optisch senkrecht zur Laufrichtung des Abtastlichtflecks auf der Bahn verlaufender Brennlinie und einer von dem zweiten Zylinderspiegel beaufschlagten Lichtempfangsanordnung mit wenigstens einem ent'ang eines Mantelbereiches von dem zweiten Zylinderspiegel Licht empfangenden Lichtleitstab, der eine den betreffenden Mantelbereich diametral gegenüberliegende Stufenspiegelanordnung aufweist, weiche das auftreffende Licht unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab hineinreflektiert, damit es zu einem wenigstens an einer Stirnseite des Lichtleitstabes angeordneten photoelektrischen Wandler gelangt, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) die Zylinderlinse (14) ist zur Abbildung des Abtastlichtflecks (15) auf den ersten Zylinderspiegel (16a,)ausgebildet und angeordnet;

b) der erste Zylinderspiegel (16a,) ist zur Reflexion des auftreffenden Lichtes zu einer im optischen Abstand seiner Brennweite von ihm parallel zur ersten Zylinderlinse (14) angeordneten zweiten Zylinderlinse (21) ausgebildet und angeordnet;

c) hinter der zweiten Zylinderlinse (21) ist wenigstens entlang eines Teils ihrer Länge ein Planspiegel (22) derart angeordnet, daß er das auftreffende Licht durch die zweite Zylinderlinse (21) hindurch zu dem zweiten Zylinderspiegel (16ö; reflektiert;

d) die aufgrund der Anordnung des Planspiegels (22) zweimal durchlaufende zweite Zylinderlinse (21) ist zur Abbildung der Oberfläche des e; sten Zylinderspiegels (16a,) auf die Oberfläche des zweiten Zylinderspiegels (166,) ausgebildet und angeordnet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinderspiegel (160,) im Abstand seiner Brennweite von der zweiten Zylinderlinse (21) entfernt angeordnet ist.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zylinderspiegel (16a, i6b) gleiche Brennweite aufweisen.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zylinderspiegel (16a, i6b) zu einem einzigen streifenförmigen Zylinderspiegel (16) baulich vereinigt sind.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zylinderlinse (21) plankonvex ist und der Planspiegel (22) durch eine Verspiegelung der ebenen Fläche gebildet ist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Planspiegel (22) sich über die gesamte zweite Zylinderlinse (21) erstreckt und in deren mittleren Bereich (27)

Umlenkspiegel (25) vorgesehen sind, welche das beidseits der Linsenlängsachse (28) in dem mittleren Bereich (27) auf treffende Licht zu Photoempfängern (25) ausspiegeln.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Bereich (27) der zweiten Zylinderlinse (21) der Planspiegel (22) unterbrochen ist und sich hinter diesem Bereich Photoempfänger (18) befinden.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß quer zur Linsenlängsachse (28) drei Photoempfänger (18a, 18ö, 18c,/ nebeneinander angeordnet sind.

9. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zur zweiten Zylinderlinse (21) kurz vor oder hinter ihr eine das Licht auf die Photoempfänger (18) konzentrierende dritte Zylinderlinse (19) angeordnet ist.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bild (15') des Abtastlichtflecks (15), die zweite Zylinderlinse (21), das zweite Bild (15') des Abtastlichtflecks (15) und die Lichtempfangsanordnung (24) in einer senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Ebene in einer bestimmten Richtung in dieser Ebene gesehen aufeinanderfolgend angeordnet sind.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengänge zwischen wenigstens einigen der einzelnen optischen Elemente (14,16,21,24) durch streifenförmige Planspiegel (32,33,34) gefaltet sind.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderspiegel (16) im wesentlichen über der ersten Zylinderlinse (14) angeordnet ist und zwischen der ersten Zylinderlinse (14) und dem Zylinderspiegel (16) zwei Umlenkspiegel (32, 33) angeordnet sind.