DE3000352C2

DE3000352C2 - Optoelektronisches Überwachungsgerät

Info

Publication number: DE3000352C2
Application number: DE3000352A
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: 1986-07-24
Also published as: DE3000352A1; US4431309A; EP0032117B1; EP0032117A2; EP0032117A3

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Überwachungsgerät nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 7.

Das optoelektronische Überwachungsgerät nach dem Hauptpatent dient der Loqhsuche in Bahnen. Es soll bei einfachem und komptaktem Aufbau eine gleichmäßige Empfindlichkeit über den gesamten Abtastbereich erzielen und gleichzeitig in gewissen Grenzen eine Ortsbestimmung von Fehlern in der zu überwachenden Bahn ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei dem optoelektronischen Überwachungsgerät nach dem Hauptpatent dadurch gelöst, daß die teildurchlässigen Spiegel, die den Abtastlichtstrahl in den Vorhangbereich ablenken, in Reihenrichtung in einer Wechselfolge gegeneinander versetzt

so angeordnet sind, wobei jede Spiegelreihe von einem Abtastlichtstrahl beaufschlagt wird und jedem Spiegel ein photoelektrischer Wandler und eine Lichtsammeivorrichtung zugeordnet sind, die sich ebenso wie die Spiegel überlappen.

Die vorliegende Erfindung will zwei weitere sich durch kompakten Aufbau, hohe Betriebssicherheit und lückenlose Fehlerüberwachung auszeichnende Ausführungsbeispiele des Überwachungsgerätes nach dem Hauptpatent vorschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem in Reflexionen arbeitenden optoelektronischen Überwachungsgerät durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Auf diese Weise wird eine sehr platzsparende Vorrichtung erhalten, weil sowohl die Spiegel als auch die Fresnellinsen und Photoempfänger im gleichen Gehäuse angeordnet werden können. Eine einzige Zylinderlinse wird hier nicht nur für das Sende- und Empfangslicht

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verwendet, sondern auch für sämtliche vorhandenen nen scharfgebündelten Lichtstrahl 2 auf einen auch in

Spiegel und Fresnellinsen, ohne die lückenlose Oberwa- Fi g. 2 dargestellten teildurchlässigen Spiegel 21 rich-

chung der abzutastenden Bahn entlang ihrer Querer- tet, der den Lichtstrahl 2 im Intensitätsverhältnis 1 :1 in

Streckung zu beeinträchtigen. zwei Teilstrahlen 2', 2" aufteilt. Hierzu wird der am

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abtastobjekt 5 Strahlenteiler 21 abgelenkte Teilstrahl 2" durch einen als Bahn über eine Trommel geführt ist, deren Achse Umlenkplanspiegel 22 in die gleiche Richtung wie der parallel zu den Spiegel- und Fresnellinsenreihen und durchgehende Teilstrahl 2'umgelenkt, symmetrisch zu diesen verläuft Insbesondere soll der Der Spiegel 22 ist so angeordnet, daß die Teilstrahlen Radius der Trommel so gewählt sein, daß die Abtast- 2¹, 2" geringfügig gegeneinander konvergieren, so daß lichtstrahlen bei Reflexion an der Oberfläche der Trotn- io sie nach Umlenkung über einen weiteren Umlenkplanmel unter den Spiegelreflexionswinkel zentral in die zu- spiegel 31 auf der Oberfläche eines Spiegelrades 23 zugeordnete Fresnellinse einfallen. Auf diese Weise wird sammentreffen.

eine spiegelnde Reflexion in beide seitlich gegeneinan- Das Spiegelrad 23 erzeugt nach den F i g. 1 und 3 zwei

der versetzte Fresnellinsenreihen ermöglicht leicht divergierende Abtastlichtstrahlen 32, 33, welche

Ein besonders bevorzugter Lichtsendeteil der korn- 15 parallel zur Erstreckung des Lasers 30 auf zwei im seitli-

pakt angeordnet und einfach aufgebaut ist, kennzeich- chen Abstand zueinander angeordnete Planspiegel 24',

net sich vorteilhaft dadurch aus, daß der Abtastlicht- 25' auftreffen. Zwischen dem Umlenkspiegel 31 und

strahl über einen Strahlteiler und einen parallel dazu dem Spiegelrad 23 verlaufen die beiden Teiistrahlen 2',

angeordneten Umlenkspiegel verdoppelt ist, daß beide 2" senkrecht zur Abtastrichtung des Gerätes.

Teilstrahlen auf einem Spiegelrad konvergent zusam- 20 Die streifenförmigen Planspiegel 24', 25' reflektieren

menlaufen und daß das Spiegelrad symmetrisch im nach den F i g. 1 und 3 die auftreffendes. Abtaststrahlen

Brennpunkt zweier streifenförmiger Hohlspieg_rd liegt, 32,33 zu Hohlspiegeln 24, 25, in deren Brennpunkt das

die mit den Spiegelreihen ausgerichtet sind und diese Spiegelrad 23 sitzt Auf diese Weise treten aus den bei-

mit dem Abtastlichtstrahl beaufschlagen. Bevorzugt den Hohlspiegeln 24,25 eine parallele Abtastbewegung

weisen die einzelnen Ablenkspiegel einen seitlichen Ab- 25 ausführende scharfgebündelte Abtastlichtstrahlen 34,

stand voneinander auf, was vor allen Dingen bauliche 35 aus, weiche die auch im Hauptpatent 29 34 554 vor-

Vorteile hat, die optische Qualität des Geräts aber nicht handenen, unter 45° angeordneten leistenförmigen

beeinträchtigt Vorteilhafterweise beträgt der Abstand Spiegel 9,10 beaufschlagen. Und zwar beaufschlagt der

der Spiegel etwa das zweifache ihrer Breite. aus dem Hohlspiegel 24 austretende Abtastlichtstrahl 34

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird 30 nacheinander die halbdurchlässigen Spiegel 9, während

für in Transmission arbeitende optoelektronische Über- der Abtaststrahl 35 des Hohlspiegels 25 die teildurchläs-

wachungsgeräte durch die Merkmale des Patentan- sigen, hintereinander angeordneten Spiegel 10 abtastet.

Spruchs 7 gelöst Nach F i g. 4 treffen die nach unten abgelenkten Ab-

Es ist zwar bereits aus der DE-OS 25 08 366 bekannt, taststrahlen 34,35 auf eine sich über die gesamte Länge

Lichtleitstäbe als Lichtsammeivorrichtungen zu ver- 35 der Spiegelreihenanordnung erstreckende Zylinderlinse

wenden, jedoch ist bei diesem vorbekannten optoelek- 18, welche die Abtastlichtstrahlen 34,35 auf zwei neben-

tronischen Überwachungsgerät allen Spiegelleisten nur einanderliegenden Abtaststellen 26,26' auf der Oberfiä-

ein einziger Lichtleitstab zugeordnet, wodurch eine ehe des zu untersuchenden Abtastobjektes 17 fokus-

Ortsbestimmung, wie sie bei der erfindungsgemäßen siert, das durch eine Materialbahn gebildet wird. Diese

Verbesserung des Überwachungsgeräts nach dem 40 ist über die Oberfläche einer Trommel 19 gespannt wel-

Hauptpatent erhalten bleiben soll, nicht mehr möglich ehe u.-ri eine Achse 20 drehbar ist, die sich in Richtung

ist. der Abtastbewegung der Abtastlichmrahlen 34, 35 er-

Durch die erfindungsgemäße Verwendung zahlrei- streckt

eher kleiner Lichtleitstäbe mit zugeordnetem photo- Die Abtaststellen 26, 26' liegen im Abstand der

elektrischen Wandler, die in zwei Reihen und in Längs- 45 Brennweite von der Zylinderlinse 18.

richtung versetzt entsprechend den Spiegeln angeord- Wie aus Fi g. 4 ersichtlich ist, weisen die Spiegel 9,10

net werden, wird insgesamt ein durchgehender Abtast- einen Abstand A voneinander auf, der etwa doppelt so

bereich ohne Lücken erzielt, und eine grobe Ortsbe- groß wie ihre Breite ist Die Zylinderlinse 18 ist symme-

stimmung ermöglicht trisch zur vertikalen Mittelebene 36 zwischen den bei-

Dic Erfindung wird im folgenden beispielsweise an- 50 den Reihen von Spiegeln 9,10 angeordnet,

hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt Wie aus F ig. 4 ersichtlich ist, erstreckt sich die Zylin-

F i g. 1 eint teilweise gescnnittene schematische Sei- derlinse 18 zu beiden Seiten jedoch deutlich über die

tenansichi des Lichtsendeteils eines optoelektronischen Abtastlichtstrahlen 34, 35 hinaus, so daß sie an ihren

Überwachungsgerätes, Aulienbereichen für den Lichtempfang genutzt werden

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht des Ge- 55 kann. Oberhalb der äußeren Bereiche der Zylinderlinse

genstandes der F i g. 1 im Bereich der Laserstrahlver- 18 sind hierzu die einen Abstand aufweisenden und in

doppelung, Längsrichtung versetzten Fresnellinsen 5,6 angeordnet,

F i g. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht des Ge- welche zusammen mit der Zylinderlinse 18 und einer vor

genstandes der F i g. 1 im Bereich des Spiegelrades, den Photoempfängctn 7 angeordneten weiteren Zylin-

F i g. 4 eine Schnittansicht nach Linie IV-IV in F i g. 1, 60 derlinse 37 das Empfangslicht auf den piezoelektrischen

F i g. 5 eine schematische Seitenansicht einer mit Wandlern 7 konzentrieren. Der einfachen Darstellung

überlappten kleinen Lichtleitstäben arbeitenden Aus- halber sind in Fig.4 nur ein Wandler 7 ursd nur eine

führungsform des Überwachungsgerätes, Zylinderlinse 37 auf der einen Seite der Mittelebene 36

F i g. 6 eine Ansicht nach Linie VI-Vl in F i g. 5, und dargestellt. Auf der entgegengesetzten Seite der Mittel-

Fi g. 7 eine Stirnansicht des Gegenstandes der Fig. 5 65 ebene 36 ist eine gleiche Anordnung von Photowand-

in Richtung der Linie VII-VlI. lern 7 und Zylinderlinse 37, jedoch in der Länge versetzt,

Nach F i g. 1 ist oberhalb eines Gehäuses 13 ein Laser zu denken.

30 parallel zur Abtastrichtung angeordnet, welcher ei- Nach Fi g. 4 ist der Radius r der Trommel 19 so ge-

wählt, daß die an den Stellen 26,26' auf die Oberfläche des Abtastobjekts 17 auftreffenden Lichtstrahlen in die äußeren Bereiche der Zylinderlinse 18 und die Fresnellinsen 5,6 gelenkt werden, wenn an der Oberfläche des Abtastobjektes 17 eine spiegelnde Reflexion angenommen wird. Die Anordnung eignet sich deswegen besonders für die Untersuchung von Metalloberflächen zur Fehlerermittlung.

F i g. 5 zeigt eine zu F i g. 1 des Hauptpatentes analoge Anordnung, wobei jedoch statt der Fresnellinsen seitlich nebeneinander angeordnete und in Längsrichtung versetzte kleine Lichtleitstäbe 5', 6' vorgesehen sind. Nach F i g. b bis 7 sind vor und hinter der Materialbahn sich über die gesamte Reihe von Lichtleitstäben S', 6' und Spiegel 9,10 erstreckende Zylinderlinsen 28, 29 is vorgesehen, welche die von dem Spiegel 9, 10 abgegebenen Abtastlichtstrahlen 34, 35 zunächst auf das Abtastobjekt 17 und dann ins Innere der Lichtleitstäbe 5', 6' konzentrieren. Die Lichtleitstüb? 5'_s β' weisen in bekannter Weise an der dem Lichteinfall gegenüberliegen- den Mantelfläche Stufenspiegelanordnungen 39 auf, welche alles auftreffende Licht unter Winkeln der Totalreflexion in das Stabinnere und damit zu den an den Stirnseiten jeweils vorgesehenen photoelektrischen Wandlern 7 lenken. Nach F i g. 6 sind alle photoelektrisehen Wandler 7 an eine gemeinsame Auswerteelektronik 8 angeschlossen.

Aufgrund dieser Anordnung werden sämtliche in einer Reihe liegende 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.

Aufgrund der Lichtleitstabanordnung ist in Querrichtung der Bahn des Abtastobjekts 17 eine lückenlose Überwachung gewährleistet. Die Bewegungsrichtung des Abtastobjekts 17 ist in F i g. 7 durch den Pfeil /angedeutet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Optoelektronisches Überwachungsgerät, insbesondere Suchgerät für Löcher in Bahnen oder für Oberflächenfehler auf Licht remittierenden Oberflächen, mit einer einen Lichtstrahl aussendenden Lichtquelle, mit mehreren, hintereinander angeordneten geneigten Spiegelelementen, die den Lichtstrahl um 90° in einen Vorhangbereich ablenken und deren Relativlage so gewählt ist, daß sich die von den einzelnen Spiegelelementen in den Vorhangbereich abgelenkten Teilstrahlbereiche in Richtung der Reihe der Spiegelelemente überlappen, mit einer Linse für den abgelenkten Lichtstrahl und der linse nachgeordneten photoelektrischen Wandlern sowie mit einenelektronischen Auswerteschaltung für den Ausgang der photoetektrischen Wandler, wobei die geneigten Spiegelelemente aus teildurchlässigen Spiegeln, bestehen, die in Reihenrichtung in einer Wechselfoige gegeneinander versetzt angeordnet sind, wobei jeder Reihe von ausgerichtet aufeinanderfolgenden Spiegeln der Wechselfolge je ein Abtastlichtstrahl zugeordnet ist, wobei jedem Spiegel je ein photoelektrischer Wandler und je eine Fresnellinse zugeordnet sind und sich die Fresnellinsen entsprechend der Überlappung der Spiegel überlappen, nach Patent 29 34 554, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnellinsen (5, 6) mit den dahinter angeordneten photoelektrischen Wandlern (7) neben den beiden Spiegel (9, 10)-Reihen, und zwar auf einander entgegengesetzten Seiten derselben, angebracht sind, und dtif sich entlang der Spiegel (9, 10)- und FresiK'Ilinsen (5, 6)-Reihen auf der zum Abtastobjekt (17) hin gek genen Seite eine allen gemeinsamen Zylinderlinse (18) erstreckt, deren Brennlinie auf der Oberfläche des Abtastobjekts (17) liegt.

2. Gerät nach Anspruch 1, 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 (5,6)-Reihen und symmetrisch zu diesen verläuft

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r) der Trommel (19) so gewählt ist, daß die Abtast-Lichtstrahlen (34, 35) bei Reflexion an der Oberfläche der Trommel (19) unter dem Spiegelreflexionswinkel zentral in die zugeordnete Fresnel-Linse (5,6) einfallen.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastlichtstrahl (2) über einen Strahlleiter (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.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ablenkspiegel (9,10) einen seitlichen Abstand f/lj voneinander haben.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Spiegel (9, 10) etwa das Zweifache ihrer Breite beträgt.

7. Optoelektronisches Überwachungsgerät, insbesondere Suchgerät für Löcher in Bahnen oder für Oberflächenfehler auf Licht remittierenden Oberflächen, mit einer einen Lichtstrahl aussendenden Lichtquelle, mit mehreren, hintereinander angeordneten geneigten Spiegelelementen, die den Lichtstrahl um 90° in einen Vorhangbereich ablenken und deren Relativlage so gewählt ist, daß sich die von den einzelnen Spiegelelementen in den Vorhangbereich abgelenkten Teilstrahlbereiche in Richtung der Reihe der Spiegelelemente überlappen, mit einer Linse für den abgelenkten Lichtstrahl und der Linse nachgeordneten photoelektrischen Wandlern sowie mit einer elektronischen Auswerteschaltung für den Ausgang der photpelektrischen Wandler, wobei die geneigten Spiegelelemente aus teildurchlässigen Spiegeln bestehen, die in Reihenrichtung in einer Wechselfolge gegeneinander versetzt angeordnet sind, wobei jeder Reihe von ausgerichtet aufeinanderfolgenden Spiegeln der Wechselfolge je ein Abtastlichtstrahl zugeordnet ist, wobei jedem Spiegel je ein photoelektrischer Wandler und eine Linse zugeordnet sind und sich die Linsen entsprechend der Überlappung der Spiegel überlappen, nach Patent 29 34 554, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder der beiden Reihen von Spiegeln (9, 10) zugeordneten Linsen durch wenigstens eine Zylinderlinse (28, 29 gebildet sind, dsr für jeden Spiegel (9,10) je ein an wenigstens einer Stirnseite.den zugeordneten photoelektrischen Wandler (7) aufweisender Lichtleitstab (5', 6') nachgeschaltet ist.