DE3000352A1

DE3000352A1 - Optoelektronisches ueberwachungsgeraet

Info

Publication number: DE3000352A1
Application number: DE19803000352
Authority: DE
Inventors: Siegfried 8192 Geretsried Mankel; Dieter Dipl.-Phys. Dr. 8033 Planegg Röß; Erwin 8021 Icking Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1980-01-07
Filing date: 1980-01-07
Publication date: 1981-09-24
Also published as: EP0032117A3; EP0032117A2; US4431309A; EP0032117B1; DE3000352C2

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Überwachungsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und will das optoelektronische "Überwachungsgerät nach der deutschen Patentanmeldung P 29 34 55^.8 weiter verbessern.

Während das Gerät nach dem Hauptpatent in erster Linie für die Lochsuche geeignet ist, will die vorliegende Erfindung eine Anordnung schaffen, die es gestattet, von einer zu untersuchenden Bahnoberfläche remittiertes Licht zu erfassen. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die jeder Reihe von Spiegeln zugeordneten Fresnellinsen mit den dahinter angeordneten photοelektrischen Wandlern auf entgegengesetzten Seiten neben den Spiegel-Reihen angebracht sind. Auf diese Weise wird eine sehr kompakte Anordnung erhalten, denn sowohl die Spiegelleisten als auch der aus Fresnellinsen und Photoempfängern bestehende Empfangsteil können in dem gleichen Gehäuse auf einer Seite der abzutastenden Bahn angeordnet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich entlang der Spiegel- und Fresnellinsen-Reihen auf der zum Abtastobjekt hin gelegenen Seite eine allen gemeinsame Zylinderlinse erstreckt, deren Brennlinie auf der Oberfläche des Abtastobjektes liegt. Vorteilhafterweise wird also hier eine einzige Zylinderlinse nicht nur für das Sende- und Empfangslicht verwendet, sondern auch für sämtliche vorhandenen Spiegelleisten und Fresnellinsen. Gleichwohl wird eine lückenlose Überwachung der abzutastenden Bahn entlang ihrer Quererstreckung gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abtastobjekt als Bahn über eine Trommel geführt ist, deren Achse parallel zu den Spiegel- und Fresnellinsen-Reihen und symmetrisch zu diesen verläuft. Insbesondere soll der Radius der Trommel so gewählt sein, daß die Sendelichtstrahlen bei Reflexion an der Oberfläche der Trommel unter dem Spiegelreflexionswinkel zentral in die zugeordnete Fresnellinse einfallen. Auf diese Weise

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wird eine spiegelnde Reflexion in beide seitlich gegeneinander versetzte Fresnellinsen-Reihe ermöglicht.

Ein besonders bevorzugter Lichtsendeteil, welcher kompakt angeordnet und einfach aufgebaut ist, kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß der Laserstrahl über einen Strahlteiler und einen parallel dazu angeordneten Umlenkspiegel verdoppelt ist, daß beide Teilstrahlen auf einem Spiegelrad konvergent zusammenlaufen und daß das Spiegelrad symmetrisch im Brennpunkt zweier streifenförmiger Hohlspiegel liegt, welche mit den Spiegel-Reihen ausgerichtet sind und diese mit dem Abtastlichtstrahl beaufschlagen. Bevorzugt weisen die einzelnen Ablenkspiegel einen seitlichen Abstand voneinander auf, was vor allen Dingen bauliche Vorteile hat, die optische Qualität des Gerätes aber nicht beeinträchtigt. Vorteilhafterweise beträgt der Abstand der Spiegel etwa das Zweifache ihrer Breite.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform, welche in erster Linie für die Lochsuche gedacht ist, kennzeichnet sich dadurch, daß statt der streifenförmigen Fresnellinsen in zwei Reihen versetzt zueinander Lichtleitstäbe angeordnet sind, von denen jeder an wenigstens einer Stirnseite einen photoelektrischen Wandler trägt. Alle photoelektrischen Wandler sind vorzugsweise wieder an eine gemeinsame Auswerteelektronik angeschlossen.

Im Gegensatz zu allen bekannten Abtastvorrichtungen mit einem Lichtleitstab werden erfindungsgemäß zahlreiche kleine Lichtleitstäbe verwendet, welche in zwei Reihen und in Längsrichtung versetzt angeordnet werden, um insgesamt einen durchgehenden Abtastbereich ohne Lücken zu erzielen. Vorzugsweise überlappen sich die Lichtleitstäbe in Längsrichtung um jeweils 2-30 % und insbesondere um 15 % ihrer Länge.

Allen Lichtleitstäben kann vorzugsweise wieder wenigstens eine gemeinsame Zylinderlinse zugeordnet sein, wodurch der bauliche

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Aufwand ohne Beeinträchtigung der optischen Qualität wesentlich herabgesetzt wird.

Die Fresnellinsen bzw. die Lichtlextstäbe können ebenfalls einen seitlichen Abstand von vorzugsweise entsprechend ihrer Breite bzw. ihrem Durchmesser aufweisen, so daß insbesondere die Halterung dieser einzelnen Elemente und deren Anschluß an die Auswerteelektronik ohne weiteres möglich sind.

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

Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht des Lichtsendeteils des erfindungsgemäßen optoelektronischen Überwachungsgerätes,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht des Gegenstandes der Pig. 1 im Bereich der Laserstrahlverdoppelung,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht des Gegenstandes der Fig. 1 im Bereich des Spiegelrades,

Fig. 4- eine Schnittansicht nach Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer mit überlappten kleinen Lichtleitstäben arbeitenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungsgerätes,

Fig. 6 eine Ansicht nach Linie VI-VI in Fig. 5 und

Fig. 7 eine Stirnansicht des Gegenstandes der Fig. 5 in Richtung der Linie VII-VII.

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BAD ORIGINAL

Nach Fig. 1 ist oberhalb eines Gehäuses 13 ein Laser 30 parallel zur Abtastrichtung angeordnet, welcher einen scharfgebündelten Lichtstrahl 2 auf einen auch in Fig. 2 dargestellten teildurchlässigen Spiegel 21 richtet, der den Lichtstrahl 2 im Intensitätsverhältnis 1:1 in zwei Teilstrahlen 2',2" aufteilt. Hierzu wird der am Strahlenteiler 21 abgelenkte Teilstrahl durch einen Umlenkplanspiegel 22 in die gleiche Richtung wie der durchgehende Teilstrahl 2¹ umgelenkt.

Der Spiegel 22 ist so angeordnet, daß die Teilstrahlen 2^f,2" geringfügig gegeneinander konvergieren, so daß sie nach Umlenkung über einen weiteren Umlenkplanspiegel 31 auf der Oberfläche eines Spiegelrades 23 zusammentreffen.

Das Spiegelrad erzeugt nach den Fig. 1 und 3 zwei leicht divergierende Abtastlichtstrahlen 32, 33» welche parallel zur Erstreckung des Lasers 30 auf zwei im seitlichen Abstand zueinander angeordnete Planspiegel 24',25' auftreffen. Zwischen dem Umlenkspiegel 31 und dem Spiegelrad 23 verlaufen die beiden Teilstrahlen 2',2" senkrecht zur Abtastrichtung des Gerätes.

Die streifenförmigen Planspiegel 24',25' reflektieren nach den Fig. 1 und 3 die auftreffenden Abtsststrahlen 32,33 zu Hohlspiegeln 24,25, in deren Brennpunkt das Spiegelrad sitzt. Auf diese Weise treten aus den beiden Spiegeln 24, 25 eine parallele Abtastbewegung ausführende scharfgebündelte Strahlen 34,35 aus, welche die auch im Hauptpatent 29 34 554 vorhandenen, unter 45°" angeordneten Spiegelleisten 9,10 beaufschlagen. Und zwar beaufschlagt der aus dem Hohlspiegel 24 austretende Abtastlichtstrahl 34 nacheinander die halbdurchlässigen Spiegel 9, während der Abtaststrahl 35 des Hohlspiegels 25 die teildurchlässigen, hintereinander angeordneten Spiegelleisten 10 abtastet.

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Uach S¹Ig. 4 treffen die nach unten angelenkten Taststrahlen 34,35 auf eine sich über die gesamte Länge der Spiegelreihenanordnung erstreckende Zylinderlinse 18, welche die Abtastlichtstrahlen an zwei nebeneinanderliegenden Stellen 26,26' auf der Oberfläche der zu untersuchenden Materialbahn 17· Diese ist über die Oberfläche einer Trommel 19 gespannt, welche um eine Achse 20 drehbar ist, die sich in Richtung der Abtastbewegung der Strahlen 3% 35 erstreckt.

Die Abtaststellen 26, 26" liegen im Abstand der Brennweite von der Zylinderlinse 18.

Wie aus IPig. 4 ersichtlich ist, weisen die Spiegelleisten 9,10 einen Abstand A voneinander auf, der etwa doppelt so groß wie ihre Breite ist. Die Zylinderlinse 18 ist symmetrisch zur vertikalen Mittelebene 36 zwischen den beiden Reihen von Spiegelleisten 9 »10 angeordnet.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, erstreckt sich die Zylinderlinse 18 zu beiden Seiten jedoch deutlich über die Sendelichtstrahlen 34, 35 hinaus, so daß sie an ihren Außenbereichen für den Lichtempfang genutzt werden kann. Oberhalb der äußeren Bereiche der Zylinderlinse 18 sind hierzu die einen Abstand aufweisenden und in Längsrichtung versetzten Fresnellinsen 5»6 angeordnet, welche zusammen mit der Zylinderlinse 18 und einer vor den Photoempfängern 7 angeor dneten weiteren Zylinderlinse 37 das Empfangslicht auf den photoelektrischen Wandlern 7 konzentrieren. Der einfachen Darstellung halber sind in Fig. 4 nur ein Wandler 7 und nur eine Zylinderlinse 37 auf eier einen Seite der Mittelebene 36 dargestellt. Auf der entgegengesetzten Seite der Mittelebene 36 ist eine gleiche Anordnung von Photowandlern 7 und Zylinderlinse 37» jedoch in der Länge versetzt, zu denken.

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BAD ORIGINAL

Nach Pig. 4- ist der Radius r der Trommel 19 so gewählt, daß die an den Stellen 26, 26' auf die Oberfläche der Bahn 17 auftreffenden Lichtstrahlen in die äußeren Bereiche der Zylinderlinse 18 und die Fresnellinsen 5» 6 gelenkt werden, wenn an der Oberfläche der Bahn 17 eine spiegelnde Reflexion angenommen wird. Die Anordnung eignet sich deswegen besonders für die Untersuchung von Metalloberflächen zur Fehlerermittlung.

Fig. 5 zeigt eine zu Fig. 1 des Hauptpatentes analoge Anordnung, wobei jedoch statt der Fresnellinsen seitlich nebeneinander angeordnete und in Längsrichtung versetzte kleine Lichtleistäbe 5¹ j6' vorgesehen sind. Nach Fig. 5 "bis 7 sind vor und hinter der Materialbahn sich über die gesamte Reihe von LichtleSstäben und Spiegelleisten 9» 10 erstreckende Zylinderlinsen 28,29 vorgesehen, welche die von den Spiegelleisten 9» 10 abgegebenen Abtast licht strahlen 34-, 35 zunächst auf der Bahn 17 und dann im Innern der Lichtleitstäbe 5',6' konzentrieren. Die Lichtleitstäbe weisen in bekannter Weise an der dem Lichteinfall gegenüberliegenden Mantelfläche Stufenspiegelanordnungen 39 auf, welche alles auftreffende Licht unter Winkeln der Totalreflexion in das Stabinnere und damit zu den an denStirnseiten jeweils vorgesehenen photoelektrischen Wandlern 7 lenken. Nach Fig. 6 sind alle photoelektrischen Wandler 7 an eine gemeinsame Auswerteelektronik 8 angeschlossen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung werden sämtliche in einer Reihe liegenden Lichtleitstäbe 5' bzw. 6' gleichzeitig abgetastet. In der Auswerteelektronik 8 können die hierbei erhaltenen verschiedenen, im vorliegenden Fall fünf Abtastsignale getrennt der Länge nach ausgewertet werden.

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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lichtleitstabanordnung ist in Querrichtung der Bahn 17 eine lückenlose Überwachung gewährleistet. Die Bewegungsrichtung der Bahn 17 ist in Fig.7 durch den Efeil f angedeutet.

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Leerseite

Claims

1.) Optoelektronisches Überwachungsgerät, insbesondere Suchgerät für Löcher in Bahnen bzw, für Oberflächenfehler auf Licht remittierenden Oberflächen, bestehend aus einer einen Laser umfassenden Lichtsendevorrichtung, die einen sich über den zu überwachenden Bereich erstreckenden Lichtvorhang erzeugt und mehrere hintereinander angeordnete, geneigte Spiegelelemente aufweist, die einen in Richtung der Spiegelelement-Reihe auftretenden Abtastlichtstrahl um 90° in den Vorhangbereich ablenken, einer von einer Reihe von jeweils einem Spiegelelement zugeordneten Linsen mit sich dahinter befindenden photοelektrischen Wandlern gebildeten Lichtempfangsvorrichtung, wobei die Linsen das auf sie fallende, vom Lichtvorhang kommende Licht auf die photoelektrischen Wandler konzentrieren und die elektrischen Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler einer elektronischen Auswerteschaltung zugeführt sind und die Spiegelelemente aus Stufen-

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spiegelleisten bestehen, welche seitlich versetzt und innerhalb einer Jeden Reihe mit ihren Endbereichen überlappend angeordnet sind, nach Patentanmeldung P 29 34 554·8 dadurch gekennzeichnet , daß die jeder Reihe von Spiegeln (9; 10) zugeordneten Freanellinsen (5>6) mit den dahinter angeordneten photoelektrischen Wandlern (7) auf entgegengesetzten Seiten neben den Spiegel (9»10)-Reihen angebracht sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich entlang der Spiegel (9>10)~ und Fresnellinsen (5,6)-Reihen auf der zum Abtastobjekt(17) hin gelegenen Seite eine allen gemeinsame Zylinderlinse (18) erstreckt, deren Brennlinie auf der Oberfläche des Abtastobjektes (17) liegt.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Abtastobjekt (17) als Bahn über eine Trommel (19) geführt ist, deren Achse (20) parallel zu den Spiegel (9»10)- und Fresnel-Linsen (5ι6)-Reihen und symmetrisch zu diesen verläuft.

4. Gerat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r) der Trommel (19) so gewählt ist, daß die Sendelichtsirrahlen (4,4') bei Reflexion an der Oberfläche der Trommel (19) unter dem Spiegelreflexionswinkel zentral in die zugeordnete Fresnellinse (5,6) einfallen.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Laserstrahl (2) über einen Strahlteiler (21) und einen parallel dazu angeordneten Umlenkspiegel (22) verdoppelt ist, daß beide Teilstrahlen (2\ 2") auf einem Spiegelrad (23) konvergent zusammenlaufen und daß das Spiegelrad (23)

symmetrisch im Brennpunkt zweier streifenförmiger Hohlspiegel (24,25) liegt, welche mit den Spiegel (9»10)-Reihen ausgerichtet sind und diese mit dem Abtastlichtstrahl beaufschlagen.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Ablenkspiegel (9i"IO) einen seitlichen Abstand (A) voneinander haben.

7· Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Spiegel (9»10) etwa das Zweifache ihrer Breite beträgt.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß statt der streifenförmigen Fresnellinsen in zwei Reihen versetzt zueinander Lichtleitstäbe (5',6') angeordnet sind, von denen jeder an wenigstens einer Stirnseite einen photoelektrischen Wandler (7) trägt.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß alle photoelektrischen Wandler (7) an eine gemeinsame Auswerteelektronik (S) angeschlossen sind.

10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitstäbe (5',6') sich in Längsrichtung um jeweils 2-30 % und vorzugsweise um etwa 15 % ihrer Länge überlappen.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß allen Lichtleitstäben (5',6'Λ wenigstens eine gemeinsame Zylinderlinse (28,29) zugeordnet ist.

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12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch.
gekennzeichnet , daß die Fresnellinsen (5» bzw. die Lichtleitstäbe (5',6') einen seitlichen Abstand vorzugsweise entsprechend ihrer Breite bzw. ihrem Durchmesser aufweisen.

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