DE2932602C3 - Optical scanning device - Google Patents

Optical scanning device

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DE2932602C3 DE19792932602 DE2932602A DE2932602C3 DE 2932602 C3 DE2932602 C3 DE 2932602C3 DE 19792932602 DE19792932602 DE 19792932602 DE 2932602 A DE2932602 A DE 2932602A DE 2932602 C3 DE2932602 C3 DE 2932602C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung für stetig fortbewegte ebene Materialbahnen, insbesondere zur Fehlerüberwachung mit einem einen scharf gebündelten Lichtstrahl auszusendenden Lichtsender und einer von dem Lichtstrahl beaufschlagten Lichtablenkvorrichtung, insbesondere einem Spiegelrad, die im Brennpunkt eines streifenförmigen Hohlspiegels angeordnet ist und den Lichtstrahl zum Hohlspiegel lenkt und periodisch in Längsrichtung des streifenförmigen Hohlspiegels über dessen spiegelnde OberflächeThe invention relates to an optical scanning device for continuously moving flat material webs, especially for error monitoring with a light transmitter to be emitted with a sharply focused light beam and a light deflection device acted upon by the light beam, in particular a mirror wheel, which is arranged at the focal point of a strip-shaped concave mirror and the light beam to the concave mirror steers and periodically in the longitudinal direction of the strip-shaped concave mirror over its reflective surface

streichen läßt, so daß ein parallel zu sich selbst verschobener Fahrstrahl zu einer senkrecht dazu verlaufenden Abtastebene gelangt, in der ein scharfer Abtastlichtfleck erzeugt wird, wobei zur Faltung des Sfahlenganges zwischen der Lichtablenkvorrichtung und dem Hohlspiegel wenigstens ein streifenförmiger Umlenkplanspiegel angeordnet ist.can be deleted so that a driving beam shifted parallel to itself becomes a perpendicular to it running scanning plane arrives in which a sharp scanning light spot is generated, with the folding of the Sfahlenganges between the light deflection device and the concave mirror at least one strip-shaped Deflecting plane mirror is arranged.

Derartige optische Abtastvorrichtungen, wie sie zum Beispiel in der DE-OS 25 52 331 beschrieben sind, dienen dazu, stetig fortbewegte ebene Materialbahnen quer zu ihrer Transportrichtung periodisch mit einem Abtastlichtfleck abzutasten, wobei eine parallel zur Abtastbahn angeordnete Lichtempfangsvorrichtung das von der Bahn reflektierte bzw. durch sie hindurch gelassene Licht empfängt und in ein elektrisches Signal umsetzt, daß repräsentativ für Oberflächen bzw. innere Fehler der Materialbahn ist. Die optischen Empfangsvoi richtungen umfassen im allgemeinen einen Lichtleitstab und einen an deren Stirnseite angeordneten fotoelektrischen Wandler.Such optical scanning devices, as described for example in DE-OS 25 52 331, serve to periodically move flat webs of material transversely to their transport direction with a To scan the scanning light spot, a light receiving device arranged parallel to the scanning path receives light reflected from or transmitted through the web and converts it into an electrical signal implements that is representative of surfaces or internal defects of the material web. The optical reception voi directions generally comprise a light guide rod and one arranged on the end face thereof photoelectric converter.

Die Güte der Fehlererkennung hängt bei derartigen optischen Abtastvorrichtungen von der Schärfe des auf die Materialbahn projizierten Lichtfleckes ab. Insbesondere kommt es darauf an, daß der Lichtfleck über die gesamte Abtastbahn gleichmäßig scharf abgebildet wird, weil sich sonst die Fehlererkennung an den Rändern der Bahn von der Fehlererkennung in der Mitte der Bahn unterscheidet.The quality of the error detection in such optical scanning devices depends on the sharpness of the the material web projected light spot. In particular, it is important that the light spot on the entire scanning path is imaged evenly in focus, because otherwise the error detection on the Differentiates the edges of the web from the error detection in the middle of the web.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine optische Abtastvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der über die gesamte Arbeitsbreite der Abtastlichtfleck gleichmäßig scharf abgebildet wird. Die hierfür erforderlichen optischen Maßnahmen sollen jedoch äußerst einfach und unkompliziert sein und weder den Herstellungsaufwand für die Abtastvorrichtung nennenswert erhöhen noch sehr platzaufwendig sein.The object of the invention is now to provide an optical scanning device of the type mentioned at the beginning To create a species in which the scanning light spot is evenly sharp over the entire working width is mapped. The optical measures required for this should, however, be extremely simple and uncomplicated be and neither increase the manufacturing costs for the scanning device significantly nor very much be space consuming.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Umlenkplanspiegel um eine parallel zu seiner Ebene und senkrecht zu seiner Längserstreckung verlaufenden Achse geringfügig konvex durchgebogen ist.To solve this problem, the invention provides that the deflecting plane mirror by a parallel to his Plane and slightly curved in a convex manner perpendicular to its longitudinal axis is.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei derartigen optischen Abtastvorrichtungcn in der Abtastebene normalerweise eine Bildfeldwölbung vorliegt, welche zu einer ungleichmäßigen Schärfe des Abtastfleckes in der Abtastebene führt. Aufgrund der geringfügigen, in Abhängigkeit von der jeweiligen Bildfeldwölbung erfolgenden Durchbiegung eines ohnehin im Strahlengang vorhandenen optischen Elementes, wobei sich in dessen Mitte ein kleinerer Radius als am Rande ergibt, kann die jeweilige Bildfeldwölbung vollständig zum Verschwinden gebracht werden. Es ist nicht nur überraschend, daß dies mit einer äußerst geringen Verbiegung eines an sich ebenen optischen Bauelementes gelingt, sondern es ist auch von großer Bedeutung, daß zur Lösung der Erfindungsaufgabe keinerlei optische Elemente mit kompliziert ausgebildeten Oberflächen herangezogen werden müssen. Ein Planspiegel kann sehr einfach hergestellt werden und braucht erfindungsgemäß dann nur noch etwas durchgebogen zu werden, um die zur Lösung der Erfindungsaufgabe keinerlei optische Elemente mit kompliziert ausgebildeten Oberflächen herangezogen werden müssen. Ein Planspiegel kann sehr einfach hergestellt werden und braucht erfindungsgemäß dann nur noch etwas durchgebogen zu werden, um die zur Lösung der Erfindungsaufgabe erforderliche Funktion vollbefriedi-The invention is based on the knowledge that with optical scanning devices of this type in the scanning plane normally there is a curvature of field, which leads to an uneven sharpness of the scanning spot leads in the scanning plane. Due to the minor, depending on the respective Image field curvature occurring bending of an optical element already present in the beam path, The respective field curvature can result in a smaller radius in the middle than at the edge can be made to disappear completely. It is not only surprising that this is extremely with one small bending of an inherently flat optical component succeeds, but it is also of great magnitude Significance that to solve the problem of the invention no optical elements with complicated design Surfaces must be used. A plane mirror can be manufactured very easily and then only needs to be bent slightly according to the invention in order to achieve the object of the invention no optical elements with complex surfaces have to be used. A plane mirror can be produced very easily and, according to the invention, then only needs it to be bent a little in order to fully satisfy the function required to solve the task of the invention.

gend zu erfüllen. Mil einem praktisch vernachlässigbaren Aufwand wird also die optische Abtastvorrichtung in bezug auf die Qualität der Fehlererkennung wesentlich verbessert.to meet. With a practically negligible expense, the optical scanning device is therefore significantly improved in terms of the quality of error detection.

Das Verhältnis der Durchbiegung /ur Spiegellänge liegt vorzugsweise im Bereich von 1 : JOOO.The ratio of the deflection / ur mirror length is preferably in the range of 1: JOOO.

Ferner ist vorzugsweise der an seinem Ende durch auf seiner Spiegelseite angeordnete gestellleste Anschläge gehaltene Umlenkplanspiegel in der Mitte von der entgegengesetzten Seite durch ein mechanisches Glied beaufschlagt. Insbesondere kann der Umlenkspiegel gegen eine ebene Unterlage gespannt sein, wobei i.i der Mitte ein Abstandshalter als das mechanische Glied für die ebene Unterlage vorsteht.Furthermore, it is preferably at its end by means of stops arranged on the mirror side of the frame Deflecting plane mirrors held in the middle from the opposite side by a mechanical link applied. In particular, the deflection mirror can be stretched against a flat surface, i.i the A spacer protrudes in the middle as the mechanical link for the flat surface.

Fine besonders einfache Lösung kennzeichnet sich dadurch, daß der Abstandshalter eine Folie, insbesondere aus gehärtetem Stahl und mit einer Stärke von zum Eeispiel etwa 0.2 mm bei einer Spiegeliänge von 400 mm ist. Der Umlenkplanspiegel braucht also lediglich in der üblichen Weise durch eine Kammer gehalten zu werden, wobei allein die Zwischenlage der Folie ausreicht, die geringfügige konvexe Krümmung zur Beseitigung der Bildfeldwölbung herbeizuführen. Der aufgrund der Durchbiegung erhaltene Konvexspiegel hat dabei in der Mitte eine größere Brechkraft wie am Rande und kann somit die Bildfeldwölbung, die auf einer längeren Schnittweite am Rande beruht, kompensieren. A particularly simple solution is characterized in that the spacer is a film, in particular made of hardened steel and with a thickness of, for example, about 0.2 mm with a mirror length of 400 mm. The deflection plane mirror therefore only needs through a chamber in the usual way to be held, whereby the intermediate layer of the film alone is sufficient, the slight convex curvature to remove the field curvature. The convex mirror obtained due to the deflection has a greater refractive power in the middle than at the edge and can thus reduce the curvature of the field that is on a longer focal length based on the edge, compensate.

Falls eine optimale Einstellung der konvexen Durchbiegung des Umlenkplan.spiegels erwünscht ist, kann das in seiner Mitte von hinten angreifende Glied verstellbar ausgebildet sein. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß der Abstandshalter ein Exzenter ist.If an optimal setting of the convex Deflection of the Umlenkplan.spiegel is desired, the member engaging in its center from behind can be adjustable. This happens, for example, in that the spacer is an eccentric.

Wichtig ist stets, daß die Vorrichtung sehr stabil gebaut ist, d.h. daß vorzugsweise ein gehärteter Abstandshalter verwendet wird.It is always important that the device is built to be very stable, i.e. preferably a hardened one Spacer is used.

Um Veränderungen durch Temperatureinflüsse zu verringern, kaim der Spiegel gegen eine ebene Unterlage aus Glas gespannt werden. Diese Glasunterlage besitzt vorzugsweise etwa die doppelte Dicke des Hohlspiegels, wodurch sich eine ca. 8fache Steifigkeit der Unterlage ergibt.In order to reduce changes due to the influence of temperature, the mirror comes against a plane Base made of glass can be stretched. This glass base is preferably about twice the thickness of the Concave mirror, which results in an approx. 8-fold stiffness of the base.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigtThe invention is described below, for example, with reference to the drawing. In this shows

Fig. I eine schematische Ansicht einer optischen Abtastvorrichtung etwa in Richtung der Spiegelradachse, Fig. I a schematic view of an optical scanning device approximately in the direction of the mirror wheel axis,

Fig. 2 eine um 90 Grad gedrehte Ansicht des Gegenstandes der Fig. !,Fig. 2 is a 90 degree rotated view of the object of Fig.!,

Fig. 3 teilweise geschnittene Ansicht der bevorzugten praktischen Auslührungsforni der Umienkplanspicgelanordnung gemäß F i g. 1 undFig. 3 partially sectioned view of the preferred practical execution form of the surrounding plan mirror arrangement according to FIG. 1 and

F i g. 4 eine zu F i g. 3 analoge Ansicht einei1 weiteren Ausführung.F i g. 4 one to F i g. 3 view analogous Einei 1 further embodiment.

Nach den Fig. 1 und 2 erzeugt ein aus einem Laser, optischen Mitteln zur Strahlaufweitung 18 und wenigstens einem Objektiv bestehender Lichtsender einen scharf gebündelten Lichtstrahl 19, der gegen die Oberfläche eines Spiegelrades 11 gerichtet ist, welches mit konstanter Drehzahl in Richtung des Pfeiles f umläuft.According to FIGS. 1 and 2, a light transmitter consisting of a laser, optical means for beam expansion 18 and at least one objective produces a sharply focused light beam 19 which is directed against the surface of a mirror wheel 11 which rotates at a constant speed in the direction of arrow f .

Die lichtreflektierende Oberfläche des SpiegelradesThe light-reflecting surface of the mirror wheel

It befindet sich im Brennpunkt eines streifenförmigen Hohlspiegels 12. welcher sphärisch oder z>lindrisch gekrümmt sein kann. Die Längsrichtung des sireileniörmigen Hohlspiegels 12 hegt senkrecht zur Drehachse des .Spiegelrades 11.It is at the focal point of a stripe-shaped Concave mirror 12. which is spherical or z> cylindrical can be curved. The longitudinal direction of the circlet-shaped Concave mirror 12 lies perpendicular to the axis of rotation of .Spiegelrades 11.

Zwischen das Spiegelrad 11 und den Hohlspiegel 12 ist der IJmlenksplanspiegel 13 geschallet, weicher ebenfalls Streifenform ha', und parallel zum HohlspiegelBetween the mirror wheel 11 and the concave mirror 12 the IJmlenksplanspiegel 13 is sounded, softer also strip shape ha ', and parallel to the concave mirror

12 verläuft. An den beiden Enden ist der Umlenkspiegel12 runs. The deflection mirror is at both ends

13 durch Anschläge 17 auf seiner Spiegelfläche geh;jlien. Etwa in der Mine /wischen den beiden Außenlagern 17 greift von der anderen Seite ein mechanisches Glied 16 an der Rückseite des Umlenkplanspiegels 13 an. Das mechanische Glied 16 übt in Richtung des Spiegelrades 11 eine Kraft auf den Planspiegel 13 derart aus. daß dieser in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise konvex gekrümmt wird. Die Stärke der Krümmung ist der Anschaulichkeit halber in F i g. 1 stark übertrieben dargestellt.13 go through stops 17 on its mirror surface; jlien. Approximately in the mine / between the two outer bearings 17, a mechanical link 16 engages from the other side on the back of the deflecting plane mirror 13. The mechanical member 16 exercises in the direction of the mirror wheel 11 exerts a force on the plane mirror 13 in this way. that this in the from F i g. 1 evident way convex is curved. For the sake of clarity, the strength of the curvature is shown in FIG. 1 greatly exaggerated shown.

Das vom .Spiegelrad 1J reflektierte Licht gelangt zum I Imlenkplanspiegei 13 und von dort über den streifenförmigen Hohlspiegel 12 zu der Abtastebene 20. Die Abiastebene 20 wird so von einem parallel zu sich selbst verschobenen Fahrstrahl F periodisch abgetastet. Die Abtastbewegung ist in Fig. 1 durch den Doppelpfeil ρ veranschaulicht. Im allgemeinen is; die Abtastebene 20 durch eine Materialbahn verwirklicht, welche gemäß F i g. 2 in Richtung des Pfeiles q kontinuierlich senkrecht zur Abtastbewegung bewegt wird. In F i g. 2 sind auch zwei Liehtempfangsvorrichtungen für reflektiertes Licht (2\a)bzw. durchgehendes Licht (21 bjangedeutet.The light reflected from the light reaches the .Spiegelrad 1y I Imlenkplanspiegei 13 and from there via the strip-like concave mirror 12 to the scanning plane 20. The Abiastebene 20 is sampled periodically by a so to itself displaced parallel scanning beam F. The scanning movement is illustrated in FIG. 1 by the double arrow ρ. In general is; the scanning plane 20 is realized by a material web which according to FIG. 2 is continuously moved in the direction of arrow q perpendicular to the scanning movement. In Fig. 2, two light receiving devices for reflected light (2 \ a) and transmitted light (21 bj) are also indicated.

Aufgrund geeigneter Durchbiegung des Umlenkplanspiegels 13 wird de,' Abtastlichtfleck 22 entlang der gesamten Abtastbreite gleichmäßig scharf auf der Oberfläche der Abtastebenc 20 abgebildet. Eine sonst vorhandene gewölbte Abiastbahn des Abtastlichtflekkes 22 wird durch den in geeigneter Weise konvex gekrümmten Umlenkplanspiegel 13 vollständig beseitigt. Due to suitable bending of the deflecting plane mirror 13, the 'scanning light spot 22 along the The entire scanning width is mapped equally sharply on the surface of the scanning plane 20. One else The existing curved Abiastbahn of the scanning light spot 22 is convex in a suitable manner curved deflection plane mirror 13 completely eliminated.

Die F i g. 3 und 4 zeigen einige sehr einfache praktische Möglichkeiten für die Erzielung der geringfügigen Konvexkrüm nungdes Umlenkplanspiegels 13.The F i g. 3 and 4 show some very simple practical ways to achieve the minor Konvexk r üm nungdes Umlenkplanspiegels 13th

Nach Fig 3 ist der Umlenkplanspiegel 13 durch an seinen beiden Schmalseiten angebrachte Klammern 23 mil seine spiegelnde Oberfläche übergreifenden Anschlägen 17 gegen einen Glasblock 15 gespannt. Zur Erzielung der geringfiigigen konvexen Krümmung ist in der Mitte zwischen den beiden Klemmstellen eine Stahlfolie 16' mit e ner Stärke von etwa 7m mm zwischen den Glasblock 15 und den Umlenkplanspiegel 13 gelegt. Die Enden des Umlenkplanspiegels 13 werden durch die Vorsprünge 17 so beaufschlag'., daß sie den Glasblock 15 berühren.According to FIG. 3, the deflecting plane mirror 13 is on its two narrow sides attached brackets 23 mil its reflective surface overlapping stops 17 clamped against a glass block 15. To achieve the slight convex curvature, in the middle between the two clamping points a steel foil 16 'with a thickness of about 7 mm placed between the glass block 15 and the deflecting plane mirror 13. The ends of the deflecting plane mirror 13 are acted upon by the projections 17 so that they touch the glass block 15.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 umgreift ein Joch 24 den Umlenkplanspiegel 13 derart, daß er wieder an seinen beiden Enden von der Vorderseite her durch die Anschläge 17 gehalten wird. In der Mitte greift von der Rückseite her ein am joch 24 drehbar befestigter Exzenter 16" an der Rückseite des Umlenkspiegels 13 an. je weiter der Exzenter 16" gedreht ist, umso stärker wird die konvexe Durchbiegung des Umienkplanspiegels 13.In the embodiment according to FIG. 4, a yoke 24 engages around the deflecting plane mirror 13 in such a way that it is again is held at both ends from the front by the stops 17. In the middle it takes hold of the rear side is an eccentric 16 ″ rotatably fastened to the yoke 24 on the rear side of the deflecting mirror 13 at. the further the eccentric 16 ″ is rotated, the greater the convex deflection of the Umienkplanspiegel 13th

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (8)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Optische Abtastvorrichtung für stetig fortbewegte ebene Materialbahnen, insbesondere zur Fehlerüberwachung, mit einem einen scharf gebündelten Lichtstrahl aussendenden Lichtsender und einer von dem Lichtstrahl beaufschlagten Lichtablenkvorrichtung, insbesondere einem Spiegelrad, die im Brennpunkt eines streifenförmigen Hohlspiegels angeordnet ist und den Lichtstrahl zum Hohlspiegel lenkt und periodisch in Längsrichtung des streifenförmigen Hohlspiegels über dessen spiegelnde Oberfläche streichen läßt, so daß vom Hohlspiegel ein eine Abiastbewegung ausführender Fahrstrahl zu einer senkrecht dazu verlaufenden Abtastebene gelangt, in der ein scharfer Abtastlichtfleck erzeugt wird, wobei zur Faltung des Strahlenganges zwischen der Lichtablenkvorrichtung und dem Hohlspiegel wenigstens ein streifenförmiger Umlenkplanspiegel angeordnet is!, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkplanspiegel (13) um eine parallel zu seiner Ebene und senkrecht zu seiner Längserstreckung verlaufende Achse (14) geringfügig konvex durchgebogen ist.1. Optical scanning device for continuously moving flat material webs, in particular for Error monitoring with a light transmitter emitting a sharply focused light beam and a light deflection device acted upon by the light beam, in particular a mirror wheel, which is arranged at the focal point of a strip-shaped concave mirror and the light beam to Concave mirror directs and periodically in the longitudinal direction of the strip-shaped concave mirror over it can be painted reflective surface, so that a concave mirror executing an Abiastbewegung The driving beam arrives at a scanning plane running perpendicular thereto, in which a sharp scanning light spot is generated, wherein for folding the beam path between the light deflection device and At least one strip-shaped deflecting plane mirror is arranged on the concave mirror !, characterized in that that the deflecting plane mirror (13) about a parallel to its plane and perpendicular to it its longitudinal extension axis (14) is slightly curved convex. 2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Durchbiegung zu Spiegellänge im Bereich von 1 : 2000 liegt.2. Scanning device according to claim 1, characterized in that the ratio of deflection to mirror length is in the range of 1: 2000. 3. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkplanspiegel (13) an seinen Enden durch auf seiner Spiegelseite angeordnete gesiellfeste Anschläge (17) gehalten und in der Mitte von der entgegengesetzten Seite durch ein mechanisches Glied (16) beaufschlagt ist.3. Scanning device according to one of the preceding claims, characterized in that the deflecting plane mirror (13) at its ends by means of jointly fixed ones arranged on its mirror side Stops (17) held and in the middle from the opposite side by a mechanical Member (16) is acted upon. 4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkplanspiegel (13) gegen eine ebene Unterlage (15) gespannt ist, wobei in der Mitte ein Abstandshalter (16', i6") als das mechanische Glied über die ebene Unterlage (15) nach Form vorsteht.4. Scanning device according to claim 3, characterized in that the deflecting plane mirror (13) is stretched against a flat base (15), with a spacer (16 ', i6 ") in the middle as the mechanical member protruding from the flat base (15) according to shape. 5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter eine Folie (16) ist.5. Scanning device according to claim 4, characterized in that the spacer is a film (16) is. 6. Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (16) aus gehärtetem Stahl besteht.6. Scanning device according to claim 5, characterized in that the film (16) made of hardened Steel is made. 7. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter ein insbesondere gehärteter Exzenter (16") ist.7. Scanning device according to claim 3, characterized in that the spacer is a particular hardened eccentric (16 ") is. 8. Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Unterlage (15) aus Glas besteht und daß die Dicke dieser Glasplatte im wesentlichen der doppelten Dicke des durchgebogenen Spiegels (13) entspricht.8. Scanning device according to claim 4, characterized in that the flat base (15) from There is glass and that the thickness of this glass plate is essentially twice the thickness of the bent one Mirror (13) corresponds.
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