DE3006072A1

DE3006072A1 - Fehlstellenermittlungsvorrichtung fuer materialbahnen

Info

Publication number: DE3006072A1
Application number: DE19803006072
Authority: DE
Inventors: Klaus 8000 München Ostertag; Dieter Dipl.-Phys. Dr. 8033 Planegg Röß
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1980-02-19
Publication date: 1981-09-03
Also published as: GB2134249B; GB2134249A; GB2134250A; US4532430A; GB2073876B; JPS56129805A; GB8322758D0; FR2476313B1; GB2134250B; GB8323267D0; DE3006072C2; JPS6359100B2; US4511803A; GB2073876A; FR2476313A1; US4450359A

Description

Die Erfindung betrifft eine Fehlstellenermittlungsvorrichtung für Materialbahnen mit einer auf der Materialbahn einen Lichtstrich erzeugenden Lichtsendevorrichtung und einer parallel zu dem Lichtstrich verlaufenden, länglichen Lichtempfangsvorrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie Licht, das vom Lichtstrich in eine vorbestimmte Empfangsebene gelangt, die unter einem bestimmten Winkel zu der den Lichtstrich enthaltenden und senkrecht auf der Materialbahn stehenden Ebene liegt, empfangen kann. Vorzugsweise besteht der Lichtstrich aus kohärentem Licht einer ganz bestimmten Frequenz, welches zweckmäßigerweise durch einen Laser erzeugt wird. Vorteilhafterweise kann die Lichtsendevorrichtung auch einen die Materialbahn periodisch abtastenden scharfgebündelten Lichtstrahl aussenden, welcher im Verlauf seiner periodischen Abtastbewegung den Lichtstrich bildet.

Bei der Untersuchung von Oberflächen bandförmigen Materials wird ein Laserstrahl so über die Oberfläche geführt, daß er - vorzugsweise unter gleichem Winkel auftreffend - die Oberfläche punktförmig abtastet. Je nach der Struktur der Oberfläche entsteht ein Streukegel, dessen Vorzugsrichtung durch den Reflexionswinkel gekennzeichnet ist. Einzelne Fehler der Oberfläche führen zu einer verstärkten Aufstreuung. Die Information über Oberflächenfehler ist also hauptsächlich in denjenigen Winkelbereichen des Streulichtes enthalten, die deutlich außerhalb des Reflexionswinkels liegen.

Da die Streukegel räumlich sind, muß man zum Zwecke der Winkeldiskriminierung zwischen Empfangsvorrichtungen unterscheiden, die Winkelbereiche innerhalb einer senkrecht zum Lichtstrich verlaufenden Ebene herausfiltern können, und solchen, die auf bestimmte Winkelbereiche innerhalb einer Empfangsebene, ansprechen, dieden Lichtstrich enthält. Bevorzugte Empfangs-

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ebenen sind die unter dem Reflexionswinkel zur Lichteinfallsebene liegende Empfangsebene bei reflektierendem Bahnmaterial oder die praktisch mit der Lichteinfallsebene zusammenfallende Empfangsebene bei lichtdurchlässigem Material.

Um unterschiedliche Winkelbereiche in der senkrecht zum Lichtstrich verlaufenden Ebene unterscheiden zu können, ist es bereits bekannt geworden, mehrere, parallel zueinander angeordnete, Lichtleitstäbe aufweisende Lichtempfangsvorrichtungen parallel in verschiedenen Empfangsebenen anzuordnen (z.B. DE-AS Zk 33 682).

Schwierigkeiten bereitet jedoch die Winkeldiskriminierung von innerhalb einer Empfangsebene unter unterschiedlichen Winkeln verlaufenden Lichtstrahlen. Der klassische Lichtleitstab mit lichtstreuend ausgebildetem Einlaßmantelbereich (DE-OS 21 15 979) kann keine Winkeldiskriminierung bewirken, weil auftreffendes Licht praktisch nach allen Seiten gleichmäßig' gestreut wird.

Es ist auch schon ein Lichtleitstab mit einer prismenförmig gezackten Lichteintritts fläche bekannt (DE-AS 19 ZfI 905), bei dem die Eintrittsprismen so zur Stabachse geneigt sind, daß ein senkrecht zur Stabachse auftreffender Abtaststrahl unter Winkeln der Totalreflexion in das Innere des Stabes hineingebrochen wird. Dieser bekannte Lichtleitstab erfordert jedoch ein transparentes Material mit ungewöhnlich hohem Brechungsindex. Er läßt eine gewisse Winkeldiskriminierung zu, weil unter bestimmten Winkeln an der Bahnoberfläche gestreute Seitenstrahlen nicht mehr unter Winkeln der Totalreflexion in das Innere des Lichtleitstabes hineingebrochen werden. Für praktische Zwecke ist jedoch auch dieser Lichtleitstab als Mittel zur Winkeldiskriminierung unbrauchbar,

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denn der sehr intensive Hauptstrahl wird voll und ganz in das Innere des Lichtleitstabes hineingelenkt, während die von Fehlern stammenden schwachen Seitenstrahlen zum Teil nicht in die Empfangsanordnung gelangen. Gerade das Umgekehrte müßte für eine erfolgreiche Fehlererkennung der Fall sein.

Weiter sind zur Feststellung von unter unterschiedlichen Winkeln innerhalb einer Empfangsebene von einer Bahnoberfläche ausgehendem Lichtstrahlen schon Empfangsvorrichtungen bekannt geworden ( DE-AS 25 32 603; DE-AS 27 27 927), die mit einer Stufenspiegelanordnung in dem dem Lichteintritt eines Lichtleitstabes diametral gegenüberliegenden Mantelbe-'reich arbeiten. Hierbei werden die unterschiedlichen Reflexionswinkel der unter unterschiedlichen Winkeln innerhalb der Abtastebene in den Lichtleitstab eintretenden Empfangsetrahlen ausgenutzt, um den jeweiligen Winkelbereichen zugeordnete photoelektrische Wandler zu beaufschlagen. Die bekannten Vorrichtun-en erfordern jedoch optisch sehr hochwerte Lichtleitstäbe und Stufenspiegelanordnungen, damit ein einem bestimmten Seitenstrahl zugeordneter Reflexionswinkel bei allen Reflexionen innerhalb des Lichtleitstabes erhalten bleibt. Aufgrund nicht zu vermeidender Unvollkommenheiten der bekannten Lichtleitstäbe sind die Möglichkeiten der Winkeldiskriminierung bei diesen bekannten Empfangsvorrichtungen begrenzt.

Schließlich ist es zur Winkeldiskriminierung in der ίώρ fangs eb schon bekannt geworden (DE-AS 28 OO 351), an der Mitte eines Lichtleitstabes einen Umlenkspiegel anzuordnen, der das Hauptreflexionsbündel ausblendet und zu einem besonderen Photoempfänger lenkt. Diese bekannte Anordnung erfordert jedoch einen hochwertigen, platzaufwendigen und schweren Hohlspiegel, welcher sich über die gesamte Bahnbreite erstreckt.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, .

eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die ähnlich wie ein Lichtleitstab Streulicht aus dem gesamten Abtast-

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bereich des Abtastlichtstrahls einheitlich aufnehmen, kann, die jedoch für jeden Abtastpunkt eine Diskriminierung der Streuwinkel innerhalb einer den Lichtstrich enthaltenden Empfangsebene bewirkt, und zwar entweder derart, daß Strahlen um den spiegelnden Reflexionswinkel herum nicht oder nur mit relativ geringer Intensität empfangen werden im Vergleich zu solchen Strahlen, deren Streuwinkel innerhalb der Empfangsebene einen bestimmten Minimalwert überschreitet, oder derart, daß bevorzugt Strahlenbündel mit vorgegebenem mittleren Streu-

herum bevorzugt zu erfassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß zwischen dem Lichtstrich und der Lichtempfangsvorrichtung parallel zu dieser ein längliches Winkelbereichsfilter angeordnet ist, welches in einem vorbestimmten Winkelbereich innerhalb der Empfangsebene verlaufende Empfangsstrahlen nicht zur Lichtempfangsvorrichtung gelangen läßt, sondern nur außerhalb dieses Winkelbereiches verlaufende Empfangsstrahlen. Die Ausbildung ist dabei- zweckmäßigerweise so, daß das Winkelbereichsfilter in einem vorgegebenen Winkelbereich in der Empfangsebene liegende Empfangsstrahlen, welche den größten Teil des von keine Fehlstellen aufweisenden Bahnbereichen ausgehenden Lichtes enthalten, an der Lichtempfangsvorrichtung vorbeitreten

oder absorbiert
läßt/ jedoch außerhalb dieses Winkelbereiches liegende, von Fehlstellen aus der Normalrichtung innerhalb der Empfangsebene abgelenkte Empfangsstrahlen zur Lichtempfangsvorrichtung gelangen läßt.

Grundsätzlich können entweder die außerhalb des vorgegebenen Winkelbereiches oder die innerhalb dieses Winkelbereiches liegenden Empfangsstrahlen abgelenkt werden, während die jeweils . übrigen Empfangsstrahlen durchgelassen werden. Bevor-

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zugt ist es jedoch, daß die in dem vorgegebenen Winkelbereich in der Empfangsebene liegenden Empfangsstrahlen abgelenkt, die außerhalb dieses Winkelbereichs liegenden Empfangsstrahlen ungehindert, durchgelassen werden. Alternativ können die unerwünschten Winkelanteile in der Vorrichtung absorbiert werden. Bevorzugt werden nicht nur die außerhalb, sondern auch die innerhalb des vorgegebenen Winkelbereiches liegenden Empfangsstrahlen einer weiteren länglichen Lichtempfangsvorrichtung zugeführt.

Sofern die Fehlstellenermittlung bei der Materialbahn durch ' schräg auftreffendes und an der Bahnoberfläche reflektiertes Licht erfolgt, soll die Empfangsebene unter dem Reflexionswinkel zur Lichteinfallsebene angeordnet sein. Wird bei einer lichtdurchlässigen Bahn mit durchgehendem Licht gearbeitet, so fällt die Empfangsebene - bis auf etwaige StrahlVersetzungen - mit der Lichteinfallsebene praktisch zusammen.

Besonders vorteilhaft an diesen Lösungen ist, daß das an fehlerfreien Stellen unter dem Reflexionswinkel von der Bahnoberfläche zurückgeworfene bzw. ungestört durchgelassene Lichtbündel, welches den größten Teil der Gesamtlichtintensität enthält, von der Lichtempfangsvorrichtung völlig ferngehalten wird, so daß ein durch Streu- oder Brechungseffekte nie ganz bu vermeidendes übersprechen in andere Winkelbereiche ausgeschlossen ist. Bei denjenigen bekannten Abtastvorrichtungen, wo die Hauptlichtbündel zwar von den Seitenbündeln empfangsmäßig getrennt werden können, bedingt das Eintreten der starken Hauptlichtbündel in den Lichtleitstab durch Streuung an Staub oder Inhomogenitäten des Lichtleitstabes ein Beaufschlagen auch der Empfangswandler für die unter größerem Winkel auftreffenden Seitenlichtstrahlen. Erfindungsgemäß werden diese sehr intensiven Hauptlichtbündel um den spiegelnden Reflexionswinkel

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bzw. den Durchtrittswinkel herum demgegenüber vor dem Eintreten in die Lichtempfangevorrichtung voll herausgefiltert, so daß sie die empfindliche Messung der unter größeren Streuwinkeln verlaufenden und durch das Winkelbereichsfilter' hindurchtretenden Seitenstrahlen nicht mehr stören können.

Besonders bevorzugt wird die Erfindung bei einer Fehlstellenermittlungsvorrichtung angewandt, bei der der Lichtstrich durch in der Lichteinfallsebene senkrecht auftretende Lichtstrahlen, insbesondere durch den parallel zu sich selbst verschobenen Fahrstrahl einer Lichtabtastvorrichtung erzeugt ist. In diesem Fall soll das erfindungsgemäße Winkelbereichsfilter über seine gesamte Länge konstante Filtereigenschaften aufweisen, so daß entlang der gesamten Abtastlänge eine gleichmäßige Fehleranzeige gewährleistet ist.

Ein besonderer.Vorteil der Erfindung besteht aber darin, daß sie sich auch bei solchen Fehlstellenermittlungsvorrichtungen anwenden läßt, bei denen der Lichtstrahl durch in der Lichteinfallsebene an unterschiedlichen Stellen unter unterschiedlichen Winkein auftreffende Lichtstrahlen, insbesondere durch den eine sektorförmige Abtastbewegung ausführenden Fahrstrahl einer Lichtabtastvorrichtung erzeugt ist. Bei dieser Art von Fehlstellenermittlungsvorrichtungen verändert :'.das Winkelbereichsfilter zweckmäßigerweise seine Filtereigenschaften ent- · lang seiner Länge entsprechend dem veränderlichen Auftreffwinkel der Lichtstrahlen entlang des Lichtstriches. Relativ zu der Auftreffrichtung des Empfangsstrahls auf die einzelnen Punkte des Winkelbereichsfilters sind jedoch die Filtereigenschaften wieder konstant. %ese Ausführungsform ist deswegen besonders bevorzugt, weil ein sektorförmiger Fahrstrahl ohne die Verwendung eines teuren und platzaufwendigen, streifenförmigen Hohlspiegels beispielsweise allein durch ein Spiegelrad erzeugt werden kann. Andererseits ist der Aufwand für die

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Herstellung eines entlang seiner Länge die Filtereigenschaften ändernden Winkelbereichsfilters sehr gering, so daß durch diese Ausführungsform insgesamt eine erhebliche Ersparnis erzielt wird. Lediglich die Lichtempfangsvorrichtung muß zur Berücksichtigung der schräg auftreffenden seitlichen Lichtstrahlen länger als bei parallel zu sich selbst verschobenen Fahrstrahlen ausgebildet werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß in zwei unmittelbar benachbarten Empfangsebenen unterschiedlich ausgebildete Winkelbereichsfilter angeordnet sind, denen eigene Lichtempfangsvorrichtungen zugeordnet sind. Jedes der beiden auf unterschiedliche Winkelbereiche abgestimmten Winkelbereichsfilter ermöglicht somit die Herausfilterung eines individuell gewünschten Winkelbereiches. Eine derartige Anordnung, die gegebenenfalls auch noch durch Aufteilung auf weitere Winkelbereichsfilter verfeinert werden kann, gestattet also noch eine weitere Vervollkommnung der Fehlstellenerkennung.

Eine besonders wirkungsvolle Wirikeldiskriminierung verbunden mit wirtschaftlicher Herstellung ist' möglich, wenn das Winkelbereichsfilter ein Interferenzgitter ,bevorzugt in Form eines Volumenholograitins, ist.

Bei klassischen Gittern wird das Licht in mehrere Ordnungen abgelenkt. Erfindungsgemäß werden aber nur solche Gitter verwendet, bei denen aufgrund eines sinusförmigen Verlaufes der Transmission, der Reflexion bzw. des Brechungsindex nur eine Ordnung auftritt. Durch entsprechende Dickenwahl des Gitters kann das abgelenkte Licht auf eine der Ordnungen zu beiden Seiten der Symmetrieachse konzentriert werden. Einen sinusförmigen Verlauf der Gitterschwärzung, des Gitterreflexionsvermögens bzw. des Gitterbrechungsindexes wird automatisch erzielt, wenn bei der Aufnahme eines Hologrammesdie Intensitäten der Objektwelle und der Referenzwelle so gewählt sind, daß der Belichtungsspielraum im linearen Teil der Photcmaterial-Kennlinie liegt.

Un geringfügige Einflüsse der Nichtlinearität des Photcrnaterials unwirksam zu machen, kann man den Beugungswinkel· so wählen, daß bereits die zweite Ordnung des gebeugten Lichtes sich nicht mehr im Material fortpflanzen kann. Der theoretische Ablenkwinkel· der zweiten Ordnung muß al·^ relativ zur Normalen der Oberfläche des Beugungsgitters größer als 90° sein.

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Als Winkelbereichsfilter könnt auch ein Interferometer, das aus nur wenigen, mindestens zwei in einem vorgegebenen Abstand befindlichen reflektierenden Flächen besteht, in Frage. Ein Beispiel für ein solches Interferometer ist das Fabry-Perrot-mterfercmeter, das aus zwei Spiegeln mit geringem Abstand besteht. Bei einem solchen Interferometer ist bei gegebener Lichtwellenlänge die Transmission winkelabhängig. Es versteht sich, daß bei Verwendung eines Interferenzgitters als Winkelbereichsfilter mit auf die Gitterkonstante des Gitters angepaßten monochranatischen Licht gearbeitet werden muß.

Die Größe des Winkelbereiches um die von dem Interferenzgitter abgelenkten und so an der Lichtempfangsvorrichtung vorbeigeführten bzw. zu einer Lichtempfangsvorrichtung geführten Lichtstrahlen kann hierbei durch Wahl der HoIogranmdicke (Braggbedingung) und durch Wahl der Wellenform bei der Aufnahme des Hologramms eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die am Hologramm abgelenkten Lichtstrahlen innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches um den spiegelnden Reflexionswinkel herum einer gesonderten Beobachtungseinrichtung zugeführt werden, welche beispielsweise ebenfalls einen Lichtleitstab enthalten kann. Es kann so auch das Hauptlichtbündel beispielsweise hinsichtlich seiner Intensität messend erfaßt werden. Wahlweise kann das Hologramm auch so ausgeführt werden, daß es nur die Lichtstrahlen mit größeren Streuwinkeln ablenkt oder Lichtstrahlen innerhalb irgendeines vorbestimmten Streuwinkelbereiches.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Interferenzgitters erfolgt bevorzugt so, daß das Hologramm auf einem lichtempfindlichen Material durch eine dem von Lichtstrich ausgehenden Licht des interessierenden Winkels entsprechende Referenzwelle und eine unter dem gewünschten Ablenkwinkel dazu einfallenden ebenen Objektwelle gebildet ist.

Die Verwendung eines Hologramms als Winkelbereichsfilter ermöglicht auch auf einfache Weise die Verwirklichung einer weiteren Ausführungsform, welche darin besteht, daß in dem Interferenzgitter mehrere Hologramme unabhängig voneinander überlagert sind, so daß mehrere unterschiedliche Winkelbereiche gleichzeitig auf mehrere räumlich getrennte Detektoren abgelenkt werden können. Dabei kann in vorteilhafter Weise auch vorgesehen sein, daß durch Überlagerung von Rugelwellen bei der Aufnahme das Hologramm gleichzeitig eine Sammelwirkung hat.

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Weiter kann erfindungsgonäß das Winkelbereichsfilter ein Lamellengitter mit wenigstens auf einer Seite lichtabsorbierend ausgebildeten Lamellen sein. Durch den Lamellenabstand, die Lamellenlänge sowie den Lamellenwinkel können genau die gewünschten Streuwinkelbereiche aus dem von der Materialbahn zurückgeworfenen Licht herausgefiltert werden.

Anstelle von Lamellengittern können in äquivalenter Weise auch andere durch geanetrische Abschattung wirksame richtungsselektive Anordnungen gewählt werden, wie z.B. aus Röhren, Kegeln oder auch aus in zwei Ebenen in vorgegebenem Abstand angeordneten gitterförmigen Strukturen bestehen. Wichtig ist in jedem Fall, daß die Anordnung der beiden Ebenen so gewählt wird, daß Lichtstrahlen in einem vorgegebenen Winkelbereich die Anordnung nicht passieren können.

Allen abschattenden geometrischen Anordnungen ist die Eigenschaft gemeinsam, daß etwa die Hälfte des auftreffenden Lichtes im gewünschten Raumwinkelbereich durch Absorption verlorengeht. Dies ist im allgemeinen ohne praktische Bedeutung. Der Transmissionsbereich von lamellenartigen Strukturen kann jedoch dadurch vergrößert werden, daß die auf der einen Seite absorbierenden Lamellen auf der Rückseite reflektierend ausgebildet sind.

Alle Strukturen dieser Art erzeugen während des AbtastVorgangs eine gewisse periodische Modulation des Lichtflusses, deren Stärke von dem Abstand der Lamellen und deren Abstand von der Streuebene abhängt, ^iese Modulation ist im allgemeinen vernachlässigbar, wenn der Abstand der lamellen sehr klein gegenüber dem Abstand zur Steuebene ist. Zum Beispiel hat sich ein Lamellenabstand von 1 cm bei 20 cm Streuebenenabstand praktisch bewährt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist so ausgebildet, daß das Winkelbereichsfilter aus einer Anordnung zur Selektion bestimmter Polarisationszustände besteht. Dabei sollen der Abtastlichtstrahl vorzugsweise linear polarisiert und im Empfangsstrahlengang ein gekreuzter Analysator angeordnet sein. Das Sendelicht ist vorzugsweise senkrecht zur

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Fahrstrahlebene polarisiert. Die Erfindung macht hierbei von der Erkenntnis Gebrauch, daß polarisiertes Licht bei der Reflexion an einem streuenden Medium seinen Polarisationszustand verändert und .daß diese Änderung im allgemeinen umso größer ist, je mehr der Streuwinkel vom Winkel der direkten, spiegelnden Reflexion abweicht.

Erfindungsgemäß werden also die spiegelnd reflektierten, sehr intensiven Hauptlichtbundel vom Analysator praktisch nicht durchgelassen. Je stärker die Lichtstrahlen relativ zum Hauptreflexionsstrahl gestreut sind, umso stärker ist ihr Polarisationszustand geändert, d.h. umso besser werden sie vom Analysator durchgelassen. Die Folge ist wieder die, daß nur die von Fehlern herrührenden gestreuten Empfangslichtanteile die Lichtempfangsanordnung erreichen.

Erfindungsgemäß lassen sich die verschiedenen Winkelbereichsfilter auch zur Optimierung der gewünschten Wirkungen miteinander kombinieren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dem als Hologramm ausgebildeten Winkelbereichsfilter im Strahlengang der nicht abgelenkten Streustrahlen ein Lamellengitter nachgeschaltet ist. Da das holographische Winkelbereichsfilter die Eigenschaft hat, daß ein gewisser Restprozentsatz der Lichtintensität der abzulenkenden Lichtstrahlen durch das Filter hindurchgeht, ist es also zweckmäßig, diese durchgelassenen Lichtanteile noch durch das der Lichtempfangsvorrichtung vorgeschaltete Lamellengitter auszufiltern.

Die längliche Lichtempfangsvorrichtung ist bei allen Ausführungsformen vorzugsweise eine Lichtleitanordnung mit gegebenenfalls vorgeschalteter Zylinderlinse, welche durch eine Modulation'

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der S^rahlrichtung sämtliche auftreffenden Lichtstrahlen auf einem in seinen Abmessungen gegen die Längenabmessung der Lichtempfangsvorrichtung kleinen Detektor sammelt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Lichtleitanordnung ein Lichtleitstab ist, welcher an dem dem Lichteintritt diametral gegenüberliegenden Mantelbereich eine Stufenspiegelanordnung trägt, welche sämtliche auftreffenden Lichtstrahlen unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab umlenkt, und daß an zumindest einer Stirnseite des Lichtleitstabes sich ein photoempfindlicher Detektor befindet.

Bei dieser Ausführungsform soll das Winkelbereichsfilter vorzugsweise zwischen der Zylinderlinse und der Lichtleitanordnung angeordnet werden, weil hier im allgemeinen Platz zur Verfugung steht, der anderweitig nicht benötigt wird.

Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe geht von einer Fehlstellenermittlungsvorrichtung für Materialbahnen mit einer auf der Materialbahn einen Lichtstrahl erzeugenden Lichtsendevorrichtung und einer parallel zu dem Lichtstrich verlaufenden, länglichen Lichtempfangsvorrichtung aus, welche so angeordnet ist, daß sie Licht, das vom Lichtstrich in eine vorbestimmte Empfangsebene gelangt, die unter einem bestimmten Winkel zu der den Lichtstrich enthaltenden und senkrecht auf der Materialbahn stehenden Ebene liegt, empfangen kann und einen Lichtleitstab mit einer Stufenprismenanordnung an der dem Lichteintritt diametral gegenüberliegenden Mantelfläche und wenigstens einen photoelektrischen Wandler an wenigstens einer Stirnseite aufweist. Die Erfindung sieht hierbei vor, daß die Stufenprismenanordnung unverspiegelt ist und die Neigung der einzelnen Prismenflächen so gewählt ist, dafs in einem vorbestimmten Winkelbereich in der Empfangsebene verlaufende Empfangsstrahlen durchgelassen werden und außerhalb dieses

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Winkelbereiches verlaufende Empfangsstrahlen unter Winkeln der Totalreflexion auf die Prismenflächen auftreffen und in das Stabinnere reflektiert werden. Die um den spiegelnden Hauptreflexionsstrahl herumliegenden Winkelbereiche werden vom Lichtleitstab somit durchgelassen und können vorzugsweise in einem nachgeschalteten, vorzugsweise ebenfalls einen Lichtleitstab enthaltenden Empfänger getrennt erfaßt werden. Zur Vermeidung störender dielektrischer:· Eeflexionen in den durchzulassenden Winkelbereichen ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Stufenprismenanordnung für den mittleren Auftreffwinkel des durchzulassenden Winkelbereiches zu entspiegeln.

Schließlich sieht eine dritte Lösung vor, daß die Lichtempfangsvorrichtung aus einer Anzahl selektiv einschaltbarer Lichtempfänger besteht, von denen zu einem bestimmten Zeitpunkt wenigstens einer ausgeschaltet ist. Die praktische Ausführung ist dabei vorzugsweise so, daß die Lichtempfänger durch eine elektronische Schaltvorrichtung zyklisch einzeln oder gruppenweise ausgeschaltet werden, wobei die Schaltvorrichtung von der Abtastlichtstrahlerzeugungsvorrichtung derart gesteuert ist, daß in einem vorbestimmten Winkelbereich in der Abtastebene verlaufende Empfangsstrahlen auf jeweils ausgeschaltete Lichtempfänger fallen und nur außerhalb dieses Winkeibreiches verlaufende Empfangsstrahlen auf eingeschaltete Lichtempfänger.

Die Lichtempfänger können hierbei unmittelbar Photowandler oder beispielsweise auch hintereinander angeordnete kurze Lichtleitstäbe sein. Durch entsprechende Länge der Lichtempfänger in Abtastrichtung bzw. Zusammenschaltung eines oder mehrerer Lichtempfänger zu gleichzeitig geschalteten Gruppen können die beim Empfang ausgeblendeten Winkelbereiche innerhalb der Abtastebene ohne weiteres auf einen gewünschten Wert festgelegt werden.

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

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer mit einem Hologramm in Reflexion arbeitenden Fehlstellenermittlungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer senkrecht zur Abtastrichtung f verlaufenden Ebene,

Figur 1a eine zu Fig. 1 analoge Ansicht einer bei einer lichtdurchlässigen Bahn im Durchlicht arbeitenden Fehlstellenermittlungsvorrichtung,

Figur Ib eineim Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsformen mit einem kontinuierlichen Lichtstrich arbeitende Ausführungsform,

Figur 1c eine mit zwei parallel geschalteten Winkelbereichsfiltern arbeitende Ausführungsform,

Figur 2 zur Definition der Fahrstrahlebene eine Ansicht nach Linie II-II in Fig. 1, la,

Figur 3 zur Definition der Abtastebene einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1, ja,

Figur 3a einen bevorzugten Strahlengang zur Herstellung eines als erfindungsgemäßes Winkelbereichsfilter verwendbaren Hologramms,

Figur 3b ein Ausführungsbeispiel mit einem Hologramm, welches gleichzeitig auf verschiedene Winkelbereiche abgestimmt ist,

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Figur if eine zu Fig. 1 analoge Ansicht einer mit Polarisationsfiltern arbeitenden Ausführungsform,

Figur 5 eine zu Fig. 3 analoge Ansicht einer weiteren Ausführungsform, die mit einem eine unverspiegelte Stufenprismenanordnung aufweisenden Lichtleitstab arbeitet,

Figur 6 eine zu Fig. 3 analoge Ansicht eines weiteren, mit einem Lamellengitter arbeitenden Ausführungsbeispiels,

Figur 6a eine zu Fig. 6 analoge Ausführungsform mit einem Lamellengitter, das entlang seiner Länge unterschiedliche Filtereigenschaften aufweist, um . mit einem sektorförmigen Abtaststrahl zusammenzuarbeiten,

Figur 7 eine vergrößerte Stirnansicht einer der Lamellen des bei der Ausführungsform nach Fig. 6 verwendeten Lamellengitters, und

Figur 8 eine analoge Ansicht wie Fig. 3 einer mit zyklisch geschalteten Lichtempfängern arbeitenden Ausführungsform der Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung.

Nach den Fig. 1 bis 3 erzeugt eine Abtastlichtstrahlerzeugungsvorrichtung l±k einen scharfgebündelten monofrequenten, kohärenten Laserlicht-Fahrstrahl 37, welcher in der Fahrstrahlebene der Fig. 2 in Richtung des Doppelpfeiles f eine periodische Hin- und Herbewegung parallel zu sich selbst ausführt. Die Abtastlichtstrahlerzeugungsvorrichtung 1+k enthält z.B. als Lichtquelle einen Laser, ein die Abtastbewegung hervorrufendes Spiegelrad und einen die Abtastlichtstrahlen parallelisierenden Hohl-

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spiegel. Eine für die Zwecke der Erfindung geeignete Abtastlichtstrahlerzeugungsvorrichtung ist beispielsweise in der DE-OS Zh 33 682 beschrieben.

Nach Fig. 1 ist die Abtastlichtstrahlenerzeugungsvorrichtung 44 so angeordnet, daß der Abtastlichtstrahl 37 auf die Oberfläche einer Materialbahn 47 unter einem Winkel OC auftrifft und dort einen Abtastlichtfleck 31 bildet, der aufgrund seiner Hin- und Herbewegung einen Abtastlichtstrich 54 erzeugt. Die Materialbahn 47 wird um zwei Umlenkrollen 48 herum an der Auftreffstelle des Abtastlichtstrahls 37 derart vorbeigeführt, daß die Bewegungsrichtung F der Bahn senkrecht zur Abtastrichtung f verläuft. Die Vorschubgeschwindigkeit der Bahn 47 und die Periode des Abtastlichtstrahls 37 sind so gewählt, daß die Bahn 47 bei ihrem Vorschub zeilenweise von dem Abtastlichtfleck 31 abgefahren wird, der von dem Abtastlichtstrahl 47 auf der Oberfläche der Bahn 47 erzeugt ist.

Die Hauptlichtmenge des Abtastlichtstrahls 37 wird unter dem dem Eintrittswinkel (X. gleichen Austritts winkel PC in Richtung auf eine Lichtempfangsvorrichtung 32, 33 reflektiert. Der spiegelnde Hauptreflexionsstrahl ist in Fig. 1 in ausgezeichneter Linie dargestellt. Aufgrund einer mehr oder weniger großen Streuung an der Oberfläche der Bahn 47 wird Licht jedoch auch unter von dem Hauptreflexionswinkel ex abweichenden Winkeln von der Bahn reflektiert, was in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Ohne das in Fig. 1 dargestellte Hologramm 34 würde das Empfangslicht in der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Weise über eine Zylinderlinse 32 in einen im Querschnitt kreisförmigen Lichtleitstab 33 gelenkt werden, wo es auf eine im einzelnen aus den Fig. 1 und 3 hervorgehenden Stufenspiegelanordnung 46 konzentriert werden würde. Die Zylinderlinse 32 und der

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Lichtleitstab 33 sind mit ihren Achsen parallel zur Abtastrichtung f angeordnet. Wie in Fig. 3 in gestrichelten Linien angedeutet ist, würde das Empfangslicht an den Einzelspiegeln der Stufenspiegelanordnung i+6 unter solchen Winkeln in das Stabinnere hineinreflektiert, daß durch Totalreflexion an den Wänden des Lichtleitstabes 33 das Licht des Hauptreflexionsstrahls 35 zu einem an wenigstens einer Stirnseite des Lichtleitstabes 33 angeordneten photoelektrischen Wandler k9 gelangt. An der entgegengesetzten Stirnseite kann ebenfalls ein photoelektrischer Wandler angeordnet sein. Bevorzugt befindet sich jedoch dort eine Verspiegelung 50, aufgrund der dort auftreffendes Licht in den Lichtleitstab 33 zurückreflektiert wird, so daß es schließlich ebenfalls zu dem photoelektrischen Wandler k9 gelangt.

Wesentlich ist, daß aufgrund der Zylinderlinse 32 und der runden Form des Lichtleitstabes 33 das Empfangslicht konvergierend in der Ansicht der Fig. 1 auf die Stufenspiegelanordnung Zf6 auf trifft, damit nach einmaliger Reflexion an der Innenwand des Lichtleitstabes 33 das von der Stufenspiegelanordnung if6 zurückgeworfene Licht nicht erneut auf die relativ schmal auszubildende Stufenspiegelanordnung 46 auftrifft.

Während aufgrund von Fehlern der Oberfläche der Bahn W? wesentlich stärker als unter dem spiegelnden Hauptreflexionswinkel OC gestreutes Licht durch eine oder mehrere weitere Lichtempfangeanordnungen aufgefangen werden könnte, von denen eine beispielsweise bei 33^f angedeutet ist, würde normalerweise in der Empfangsebene der Fig. 3 eine Winkeldiskriminierung zwischen den spiegelnden Hauptreflexionswinkeln und Streuwinkeln nicht möglich sein. Um eine derartige Winkeldiskriminierung jedoch auch in der Empfangsebene der Fig. 3 zu verwirklichen, ist erfindungsgemäß zwischen

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dem Abtastlicht fleck 31 und der Lichtempfangsvorrichtung 32, 33 ein Hologramm 3k angeordnet, welches derart ausgebildet ist, daß es den spiegelnden Hauptreflexionslichtstrahl 35 einschließlich eines engen Winkelbereiches um diesen herum in der Ebene der Fig. 1 seitlich so weit ablenkt, daß dieses Licht an der Hauptempfangsvorrichtung 32, 33 vorbeiläuft. Dieses Licht kann - wenn gewünscht - in einer aus einer Zylinderlinse 32." und einem Lichtleitstab 33" bestehenden weiteren Lichtempfangsvorrichtung aufgefangen werden. Aufgrund dieser Ausbildung gelangt der unter dem Spiegelwinkel reflektierte Hauptreflexionsempfangsstrahl 35 nicht mehr in die Haupt emp fangs vorrichtung 32., 33· Unter einem Winkel oberhalb eines vorbestimmten Streuwinkels von der Bahn k7 in der Ebene der Fig. 3 zurückgeworfene Empfangsstrahlen 36 gelangen dagegen weitgehend ungehindert durch das Hologramm 3k hindurch zum Lichtleitstab 33, wo sie durch die Stufenspiegelanordnung 46 zum photoelektrischen Wandler k9 gelenkt werden. Erfindungsgemäß wird also das die Hauptlichtintensität enthaltende Empfangs bündel um· den spiegelnd reflektierten Hauptlichtstrahl herum am Empfangsl*ichtleitstab 33 vorbeigelenkt.

Das Hologramm 3k ist erfindungsgemäß durch die überlagerung einer ebenen Welle mit Strahlfortpflanzung in der Fahrstrahlebene (Fig. 2) mit einer ebenen Welle in der Richtung des Strahls 33 in Fig. 1 gebildet. Der vom Hologramm abgelenkte Winkelbereich wird durch die Dicke des Hologramms nach der Bragg-Bedingung bestimmt. Er ist dadurch beeinflußbar, daß für die Herstellung des Hologramms als Referenzstrahl eine Welle mit endl icher öffnung verwendet wird.

Die Herstellung des für die Abtastvorrichtung nach den Fig. 1 bis 3 geeigneten Hologramms wird im folgenden anhand von Fig. 3a im einzelnen beschrieben:

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Der von einem Laser 57 gelieferte scharfgebündelte Strahl wird durch ein Linsensystem 59 in der aus Fig. 3a ersichtlichen Weise aufgeweitet und durch einen Strahlenteiler 60 in zwei Teilbündel aufgespalten. Die durch den Strahlenteiler gerade hindurchgehende ebene !felle wird als Referenzwelle 33 bezeichnet. Sie trifft auf ein das spätere Hologramm 3k bildendes lichtempfindliches Material senkrecht auf. Das am Strahlenteiler 60 abgelenkte Lichtbündel wird an einem Umlenkspiegel 61 reflektiert und bildet die unter einem Winkel β die Referenzwelle 55 schneidende Objektwelle 56. In die Schnittebene der Referenzwelle 55 und der Objektwelle 56 ist das später das Hologramm 3k bildende lichtempfindliche Material in der aus Fig. 3a ersichtlichen Weise hineingelegt.

Im Uberschneidungsbereich der Referenzwelle 33 und der Objektwelle 56 liegt ein stationäres Interferenzfeld vor, welches auf dem photoempfindlichen Material aufgezeichnet wird. Nach Entwicklung des latenten Interferenzbildes liegt dann ein Hologramm 3k vor, welches bei . Beleuchtung mit der Referenzwelle 55 allein diese indie Objektwelle 56 umwandelt. Dies entspricht einer Ablenkung der Referenzwelle 55 um den Winkel β beim Durchgang durch das Hologramm 3k·

Bei Anwendung des Hologramms 3k im Rahmen der vorliegenden Erfindung entspricht die Referenzwelle 55 der vom Lichtstrich 3k kommenden Welle innerhalb des vorgegebenen Winkelbereiches. Das abgelenkte Bündel entspricht dann der Objektwelle 56 (Fig. 1)

Würde man als Referenzwelle 35 eine Kugelwelle verwenden', so würde das Hologramm nicht nur den Reflexionswinkel selbst, sondern einen größeren Winkelbereich ablenken.

Während in Fig. 1 eine unter dem Refelexionswinkel in Reflexion arbeitende Anordnung gezeigt ist, veranschaulicht Fig.1a die

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Anwendung der Erfindung bei einer im Durchlicht arbeitenden Fehlstellenermittlungsvorrichtung. Das Hauptlicht wird durch das Hologramm 34 abgelenkt, während beispielsweise das durch Schlieren in einer durchsichtigen Folie 47 gestreute Licht ungehindert zur Lichtempfangsvorrichtung 32, 33 gelangt.

Fig, Ib veranschaulicht, daß der Lichtstrich 54 auch durch die Anordnung einer Leuchtröhre 62 parallel zur Bahn 47 erzeugt werden kann, indem parallel zur Leuchtröhre 62 eine Zylinderlinse 63 verläuft, welche das Lichtband auf den Strich 54 konzentriert. Die Möglichkeit der Verwendung eines kontinuierlichen Lichtstrichs 54 anstatt eines Abtast licht Strahls stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar,weil hier auf bewegliche Ablenkelemente verzichtet werden kann. Das gesamte, von der Bahn 47 normalreflektierte Licht wird nämlich durch das Hologramm 34 an der Lichtablenkvorrichtung 32, 33 vorbeigelenkt. Lediglich an irgendwelchen Fehlstellen in der Empfangsebene gestreutes Licht gelangt in die Lichtempfangsvorrichtung 32, 33·

Fig. Ic zeigt, wie das von dem Lichtstrich in zwei nahe beieinander gelegenen Empfangsebenen 64, 65 verlaufende Empfangslicht durch eine Zylinderlinse 32. auf zwei nebeneinander angeordnete Winkelbereichsfilter, insbesondere Hologramme 34* 34' aufgeteilt werden kann, wobei jedem Winkelbereichsfilter 34 bzw. 34' eine eigene, als Lichtleitstab 33 bzw. 33' ausgebildete Empfangsvorrichtung zugeordnet ist. Die Winkelbereichsfilter 34, 34' sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß sie unterschiedliche Winkelbereiche innerhalb der Empfangsebenen 64 bzw. 65 ablenken, was durch Pfeile angedeutet ist. Lediglich die außerhalb dieser abgelenkten Winkelbereiche vorliegenden Streuanteile innerhalb der Ebenen 64, 65 gelangen zu den Lichtleitstäben 33 bzw. 33'.

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Fig. 3b veranschaulicht ein Mehrfach-Winkelbereichsfilter 34, welches durch ein dickes Hologramm gebildet sein kann. Hierzu werden in dem lichtempfindlichen Material, welches zur Herstellung des Hologramms verwendet wird, mehrere unterschiedliche Interferenzfelder aufgezeichnet. Das Filter kann auf diese Weise mehrere unterschiedliche Winkelbereiche gleichzeitig auf mehrere räumlich getrennte Lichtempfangsvorrichtungen 33, 33^! bzw. 33» lenken. . ,.Dem Hologramm 34 kann dabei gleichzeitig eine .Sammelwirkung gegeben werden, indem bei der Aufnahme Zylinderwellen überlagert werden. Das Hologramm hat die Eigenschaft, daß auch bei begrenztem Wirkungsgrad die abgelenkten Strahlanteile nahezu frei von unerwünschten Winkelanteilen sind. Im durchgelassenen Best sind alle Winkelanteile vermischt wiederum vorhanden.

Fig. Zf zeigt eine Ansicht analog Fig. 1, wobei gleiche Bezugszahlen entsprechende Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 durchläuft der Abtastlichtstrahl 37 vor dem Auftreffen auf der Bahn 47" einen linearen Polarisator 51, dessen Polarisationsrichtung in der Ebene der Fig. 4 liegt.

Das vom Abtastlichtfleck" 31 im wesentlichen in Richtung der Lichtempfangsvorrichtung 32, 33 zurückgeworfene Licht ist demnach ebenfalls linear polarisiert. Der Hauptempfangsstrahl 35 kann so durch einen zwischen dem Abtastlichtfleck 31 und der Empfangsvorrichtung 32, 33 angeordneten gekreuzten Analysator 38 einschließlich eines gewissen Winkelbereiches um den Hauptreflexionsstrahl 35 herum von der Lichtempfangsvorrichtung 32, 33 ferngehalten werden. Die in der Abtastebene stärker gestreuten Seitenstrahlen werden dagegen mehr oder weniger depolarisiert, so daß sie durch den Analysator 33 mehr oder weniger hindurchtreten und durch die Empfangsvorrichtung 32, 33 erfaßt werden können. Am photoelektrischen Wandler 49 entsteht somit ein für die Intensität dieser Seitenstrahlen charakteristisches elektrisches Signal, welches zur Fehlerauswertung herangezogen werden kann.

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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 arbeitet mit einem speziellen Lichtleitstab 33 als Empfänger für die von der Bahn 47 zurückgeworfenen Empfangsstrahlen. An der dem Lichteintritt diametral gegenüberliegenden Mantelfläche ist eine Stufenprismenanordnung 39 vorgesehen, welche aus einzelnen, dach- oder sägezahnartig aneinandergereihten ebenen Prismenflächen besteht. Wesentlich für die Erfindung ist die Neigung dieser Prismenflächen 40 relativ zur Achse des Lichtleitstabes 33· Wie am Beispiel des H_aUptreflexionsstrahls 35 und eines unter einem gewissen Streuwinkel V dazu reflektierten Seitenstrahls 36 veranschaulicht ist, wird die Neigung der Prismenflächen ifO so gewählt, daß der Hauptreflexionsstrahl 35 einschließlich von Strahlen innerhalb eines engen Winkelbereiches um diesen herum beim Auftreffen auf die Prismenflächen 40 nicht totalreflektiert wird, sondern durch die Fläche austritt, wo er beispielsweise in einem sekundären Lichtleitstab 33"' aufgefangen und zur Erzeugung eines Signals nutzbar gemacht werden kann.

Oberhalb eines bestimmten- Grenzwinkels in den Lichtleitstab 33 in der Ebene der Fig. 5 eintretende Lichtstrahlen treffen dagegen unter Winkeln der Totalreflexion auf die ebenen Prismenflächen ^O auf, so daß - wie am Beispiel des Empfangsstrahls 36 gezeigt wird - das Empfangslicht in das Innere des Lichtleitstabes 33 reflektiert wird, wo es nach eventuell mehrfacher Reflexion an den Wänden des Lichtleitstabes 33 schließlich zum photoelektrischen Wandler 49 gelangt. Es können somit die relativ schwachen gestreuten Empfangslichtstrahlen 36 ohne wesentliche Störung durch die Hauptstrahlen 35 vom Wandler 49 meßtechnisch erfaßt werden.

Bei dieser Anordnung geht jedoch die Hälfte des gestreuten und totalreflektierten Lichtes verloren, da dieses die Stufenprismenanordnung unter einem Winkel unterhalb des Grenzwinkels

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der Totalreflexion trifft. Dies ist jedoch für die kontrasterhöhende Wirkung der Anordnung ohne Belang.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 entspricht der Lichtleitstab 33 wieder dem nach den Fig.' 1 bis 3, wobei der einfacheren Darstellung halber die wahlweise vorzusehende Zylinderlinse 32 nicht gezeigt ist.

Nach Fig. 6 ist zwischen dem Abtastlichtfleck 31 und dem Empfangslichtleitstab 33 ein Lamellengitter 41 mit schräggestellten, unter sich jedoch parallelen Lamellen 42 angeordnet. Abstand, Länge und Winkel der Lamellen 42 sind so gewählt, daß der spiegelnd reflektierte Hauptlichtstrahl 35 einschließlich unter einem bestimmten Winkelbereich um diesen Hauptlichtstrahl herumliegende Empfangsstrahlen das Lamellengitter 41 nicht passieren kann, weil Abstand, Winkel und Länge der Lamellen 42 entsprechend beispielsweise den Abmessungen in Fig. 6 gewählt sind, ^ie Auftreffseite der Lamellen 42 ist gemäß Fig. 7 mit einem lichtabsorbierenden Belag 42a versehen.

Oberhalb des Winkels gegenüber dem Hauptlichtstrahl 35 gestreute Empfangslichtstrahlen 36 können jedoch durch den Baum zwischen den Lamellen 42 hindurch zum Empfangslichtleitstab 33 gelangen, wo sie nach Reflexion an der Stufenspiegelanordnung 46 und Empfang durch den photoelektrischen Wandler 49 zur Anzeige gebracht werden.

Die Rückseite der Lamellen ist nach Fig. 7 bevorzugt-.mit einem spiegelnd reflektierenden Belag 42b versehen, so daß unter sehr großen Streuwinkeln auftreffende Empfangsstrahlen 36' (Fig. 6) ebenfalls noch zum Lichtleitstab 33 gelenkt werde». Der Durchlaßbereich des Lamellengitters 41 wird auf diese Weise wesentlich erweitert.

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Zur Vermeidung eines platzaufwendigen Hohlspiegels kann nach den Fig. 2 und 6a durch eine geeignete Lichtstrahlerzeugungsvorrichtung 44' auch ein, eine sektorförmige Abtastbewegung ausführender Fahrstrahl 37'· verwendet werden. Dieser trifft jedoch in der Lichteinfallsebene (Fig. 6a) unter stetig sich ändernden Winkeln auf den Abtaststrich 54 auf, so daß auch der unter dem entsprechenden Hauptreflexionswinkel von der Bahn reflektierte Strahl einen sich in der Empfangsebene stetig ändernden Winkel aufweist. Um auch in ]jesem Fall eine einwandfreie Ablenkung der Hauptreflexionsstrahlen zu erreichen, ist nach Fig. 6a das Lamellengitter 41 so ausgebildet, daß es entlang seiner Länge unterschiedliche Filtereigenschaften aufweist. Die einzelnen Lamellen 42 sind entlang der Länge derart unterschiedlich geneigt, daß der jeweils auftreffende Hauptreflexionsstrahl unabhängig von dem Winkel innerhalb des sektorförmigen Abtastbereiches stets in der gleichen Weise von dem Lamellengitter abgefangen wird. Trotz des sektorförmigen Abtastbereiches des Abtastlichtstrahls 37' wird somit über die gesamte Länge des Lamellengitters 41 ein weitgehend konstantes Filterungsverhalten erzielt.

Auch das erfindungsgemäße Hologramm 34 kann mit entlang seiner Länge unterschiedlichen Filtereigenschaften ausgebildet werden, indem beispielsweise bei der Herstellung gemäß Bild J>a. die Referenzwelle durch Einschaltung einer Linse als Kugelwelle ausgebildet wird. Auch ein Hologramm 34 kann also'so hergestellt werden, daß trotz eines sektorförmigen Abtaststrahls 37' ein konstantes Ablenkverhalten über die gesamte Länge des Hologramms 34 erhalten wird.

Da ein-Jiologramm einen bestimmten Wirkungsgrad von allerdings bis zu 90 % aufweist, wird stets ein Teil der an sich abzulenkenden Lichtintensität vom Hologramm 34 durchgelassen.

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Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, gemäß Fig. 1 ein Lamellengitter ij-1 nach den Fig. 6 bis 7 mit einem Hologramm 3k nach Fig. 1 zu kombinieren. Zu diesem Zweck kann das Lamellengitter AfI zwischen der Zylinderlinse 32 und dem Lichtleitstab 33 angeordnet sein. Es ist für das ungehinderte Hindurchtreten der gestreuten Strahlung ausgebildet und verhindert das Durchtreten der aufgrund der Unvollkommenheiten des Hologramms 3k nicht abgelenkten Hauptstrahlung.

Nach Fig. 8 sind auf der Empfangsseite parallel zur Abtastrichtung 31 photoelektrische Wandler 1 bis 30 in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Sie sind jeweils über eine Leitung mit einer elektronischen Schaltvorrichtung 45 verbunden, welche an ihrem Ausgang beispielsweise ein Fehleranzeigeinstrument 52 aufweist. Die photοelektrischen Wandler 1 bis 30 bilden zusammen eine' längliche Lichtempfangsvorrichtung k3, welche in ihrer Länge der Lange der Abtastlinie auf der Oberfläche der Bahn k7 entspricht.

Nach Fig. 8 werden bei Annahme des Lichtfleckes 3I in der dargestellten Lage die inneren photoelektrischen Wandler Ik bis 17 von dem spiegelnden Hauptreflexionsstrahl 35 und eng benachbarten Seitenstrahlen beaufschlagt. Die unter erheblichen Streuwinkeln zurückgeworfenen Empfangsstrahlen gelangen dagegen auf die photoelektrischen Wandler 1 bis bzw. 18 bis 30.

Sorgt man nun aufgrund geeigneter Steuerung der elektronischen Schaltvorrichtung k5 dafür, daß die photoelektrischen Wandler I4, 15_S 16, 17 in dem in Fig. 8 wiedergegebenen Augenblick abgeschaltet sind, so zeigt die elektronische Schaltvorrichtung bei 52 lediglich das von den gestreuten Lichtstrahlen stammende Licht an.

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Da jedoch, der spiegelnd reflektierte Hauptlichtstrahl 35 im Sinne des Doppelpfeiles f eine periodische Abtastbewegung durchführt, müssen dementsprechend ständig andere photoelektrische Wandler abgeschaltet werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Abtastlichtstrahlerzeugungsvorrichtung l±k durch eine Steuerleitung 53 mit der elektronischen Schaltvorrichtung 45 verbunden ist. Es können jetzt synchron mit der Bewegung des Abtastlichtfleckes 31 die unter dem spiegelnden Hauptreflexionswinkel vorhandenen photoelektrischen Wandler abgeschaltet werden, so daß die in Fig. 8 für einen bestimmten Moment wiedergegebenen Verhältnisse während des gesamten Abtastzyklus des Abtastlichtfleckes 31 gegeben sind.

Indem mehr oder weniger phot ο elektrische Wandler zu Gruppen (in Fig. 8: 14, 15, 16, 17, also vier photoelektrische Wandler) zusammengefaßt werden, können mehr oder weniger große Winkelbereiche um den spiegelnden Hauptreflexionsstrahl 35 herum aus der Messung ausgeblendet werden.

Statt der photoelektrischen Wandler 31 bis 30 können auch hintereinander angeordnete Lichtleitstäbe oder dergl. als separate Empfänger verwendet werden.

Bei der Ausführungsform mit einem Lamellengitter nach den Fig. 6-7 weist das elektrische Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlers 49 eine Modulation auf, die jedoch elektronisch durch geeignete Filter leicht eliminiert werden "kann.

Weiter ermöglicht es die mit einem Lamellengitter arbeitende Ausführungsform auch bei nicht konstanter Abtastgeschwindigkeit des Abtastlichtstrahles eine konstante Modulationsfrequenz zu erhalten, indem einfach die Abstände der Lamellen entsprechend der sich entlang des Abtastweges verändernden Abtastgeschwindigkeit derart unterschiedlich

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gewählt werden, daß am Ausgang des photoelelttrisehen Wandlers 4 9 insgesamt eine gleichbleibende Modulationsfrequenz erhalten wird, welche wie gesagt durch ein geeignetes Filter leicht aus dem Ausgangssignal herausgefiltert werden kann.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

Fehlstellenermittlungsvorrichtung für Materialbahnen mit einer auf der Materialbahn einen Lichtstrich erzeugenden Lichtsendevorrichtung und einer parallel zu dem Lichtstrich verlaufenden, länglichen Lichtempfangsvorrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie Licht, das vom Lichtstrich in eine vorbestimmte Empfangsebene gelangt, die unter einem bestimmten Winkel zu der den Lichtstrich enthaltenden und senkrecht auf der Materialbahn stehenden Ebene liegt, empfangen kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lichtstrich (3O und der Lichtempfangsvorrichtung (32, 33) parallel zu dieser ein längliches Winkelbereichsfilter (33) angeordnet ist, welches in einem vorbestimmten Winkelbereich innerhalb der Empfangsebene (Fig. 3) verlaufende Empfangsstrahlen (35) nicht zur Lichtempfangsvorrichtung (32, 33) gelangen läßt, sondern nur außerhalb dieses Winkelbereiches verlaufende Empfangsstrahlen (36).

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelbereichsfilter (33) in einem vorgegebenen Winkelbereich in der Empfangsebene (Fig. 3) liegende Empfangsstrahlen, welche den größten Teil des von keine Fehlstellen aufweisenden Bahnbereichen ausgehenden Lichtes enthalten, absorbiert oder an der Lichtempfangsvorrichtung (32, 33) vorbeitreten läßt, jedoch außerhalb dieses Winkelbereiches liegende, von Fehlstellen aus der Normalrichtung innerhalb der Empfangsebene abgelenkte Empfangsstrahlen zur Lichtempfangsvorrichtung (32, 33 gelangen läßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem vorgegebenen Winkelbereich in der Empfangsebene (Fig. 3) liegenden Empfangsstrahlen abgelenkt, die außerhalb dieses Winkelbereichs liegenden Empfangsstrahlen absorbiert oder ungehindert durchgelassen werden.

Zf. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch _g ekennz.e ic hne t, daß auch die innerhalb des vorgegebenen Winkelbereiches liegenden Empfangsstrahlen einer weiteren länglichen Empfangsvorrichtung (32^a, 33") zugeführt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer reflektiertes Licht empfangenden Lichtempfangsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsebene (Fig. 3) unter dem Be flexions winkel (·£) zur Lichteinfallsebene (Fig. 2) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer durchgehendes Licht empfangenden Lichtempfangsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsebene (Fig. 3) mit der Lichteinfallsebene (Fig. 2) praktisch zusammenfällt.

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" ³ " 3003072

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Lichtstrich durch in der Lichteinfallsebene senkrecht auftretende Lichtstrahlen, insbesondere durch den parallel zu sich selbst verschobenen Fahrstrahl einer Lichtabtastvorrichtung erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelbereichsfilter (3k) über seine gesamte Länge konstante Filtereigenschaften aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Lichtstrahl durch in der Lichteinfallsebene an unterschiedlichen Stellen unter unterschiedlichen Winkeln auftreffende Lichtstrahlen, insbesondere durch den eine sektorförmige Abtastbewegung ausführenden Fahrstrahl einer Lichtabtastvorrichtung erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelbereichsfilter (3A-) seine Filtereigencchaften entlang seiner Länge entsprechend dem veränderten Auftreffwinkel der Lichtstrahlen entlang des Lichtstriches (5k) verändert.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei unmittelbar benachbarten Empfangsebenen unterschiedlich ausgebildete Winkelbereichsfilter (3k, 3k') angeordnet sind, denen eigene Lichtempfangsvorrichtungen (33, 33¹) zugeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelbereichsfilter

ein Interferenzgitter (3k) in Form eines Hologramms,

bevorzugt eines Volumenhologramms, ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (3k) auf einem lichtempfindlichen Material durch eine dem vom Lichtstrich (5k) ausgehenden Licht der bevorzugten Richtung entsprechende Referenzwelle (55) und eine

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unter dem gewünschten Ablenkwinkel dazu einfallenden Objektwelle (56) gebildet ist.

12« Vorrichtung nach Anspruch IO oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Interferenzgitter (34) mehrere Hologramme unabhängig voneinander überlagert sind, so daß mehrere unterschiedliche Winkelbereiche gleichzeitig auf mehrere räumlich getrennte Detektoren abgelenkt werden können.

13- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch überlagerung von Kugelwellen bei der Aufnahme das Hologramm (34) gleichzeitig eine ßammelwirkung hat,

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelbereichsfilter ein Lamellengitter (4I) oder dergl. mit wenigstens auf einer Seite lichtabsorbierend ausgebildeten Lamellen (4-2) ist.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (42) "auf der Rückseite (42b) spiegelnd ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelbereichsfilter aus einer Anordnung zur Selektion bestimmter Polarisationszustände besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastlichtstrahl (37) vorzugsweise linear polarisiert ist und im Empfangsstrahlengang (35, 3β) ein gekreuzter Analysator (38) angeordnet ist.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht senkrecht zur Lichteinfallsebene (Fig. 2) polarisiert ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13 und I4, 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Hologramm ausgebildeten Winkelbereichs filter (34) im Strahlengang der nicht abgelenkten Streustrahlen ein Lamellengitter (41 ) nachgeschaltet ist(Fig. 1).

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Lichtempfangsvorrichtung (32, 33) eine Lichtleitanordnung mit gegebenenfalls vorgeschalteter Zylinderlinse (32) ist, welche durch eine Modulation der Strahlrichtung sämtliche auftreffenden Lichtstrahlen auf einem in seinen Abmessungen gegen die Längenabmessung der Lichtempfangsvorrichtung (32, 33) kleinen Detektor (49) sammelt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Liehtleitanordnung ein Lichtleitstab (33) ist, welcher an dem dem Lichteintritt diametral gegenüberliegenden Mantelbereich eine Stufenspiegelanordnung (46) trägt, welche sämtliche auftreffenden Lichtstrahlen unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab umlenkt, und daß an zumindest einer Stirnseite des Lichtleitstabes sich ein photoempfindlicher Detektor (49) befindet.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Winkelbereichsfilter (34, 34') zwischen der Zylinderlinse (32) und der Lichtleitanordnung (33) befindet.

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23. Fehlstellenermittlungsvorrichtung für Materialbahnen mit einer auf der Materialbahn einen Lichtstrich erzeugenden Lichtsendevorrichtung und einer parallel zu dem Lichtstrich verlaufenden, länglichen Lichtempfangsvorrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie Licht, das vom Lichtstrich in eine vorbestimmte Empfangsebene gelangt, die unter einem bestimmten Winkel zu der den Lichtstrich enthaltenden und senkrecht auf der Materialbahn stehenden Ebene liegt, empfangen kann und einen Lichtleitstab mit einer Stufenprismenanordnung an der dem Lichteintritt diametral gegenüberliegenden Mantelfläche und wenigstens einen photoelektrischen Wandler an wenigstens einer Stirnseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenprismenanordnung (39) unverspiegelt ist und die Neigung der einzelnen Prismenflächen (40) so gewählt ist, daß in einem vorbestimmten Winkelbereich in der Empfangsebene verlaufende Empfanersstrahlen (35) durchgelassen werden und außerhalb dieses Winkelbereichs verlaufende Empfangsstrahlen (36) unter Winkeln der Totalre- -flexion auf d±e Prismenflächen (40) auftreffen und in das Stabinnere reflektiert werden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich net, daß die Prismenflächen (40) für den mittleren Empfangsstrahl (35) entspiegelt sind.

2.5, Fehlstellenermittlungsvorrichtung für Materialbahnen mit einer auf der Materialbahn einen Lichtstrich erzeugenden Lichtsendevorrichtung und einer parallel zu dem Lichtstrich verlaufenden, länglichen Lichtempfangevorrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie Licht, das vom Lichtstrich in eine vorbestimmte Empfangsebene gelangt, die unter einem bestimmten Winkel zu der den Lichtstrich enthaltenden und senkrecht auf der Materialbahn stehenden Ebene liegt, empfangen kann,

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wobei der Lichtstrich durch einen die Materialbahn periodisch abtastenden Lichtfleck gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangsvorrichtung (if3) aus einer Anzahl selektiv einschaltbarer Lichtempfänger (1 bis 30) besteht, von denen zu einem bestimmten Zeitpunkt wenigstens einer ausgeschaltet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich net, daß die Lichtempfänger (1-30) durch eine elektronische Schaltvorrichtung (if5) zyklisch einzeln oder gruppenweise ausgeschaltet werden, wobei die Schaltvorrichtung (Zf5) von der Abtastlichtstrahlerzeugungsvorrichtung (kk) derart gesteuert ist, daß in einem vorbestimmten Winkelbereich in der Empfangsebene (Fig. 3) verlaufende Empfangsstrahlen (35) auf jeweils ausgeschaltete Lichtempfänger (W+ bis 17) fallen und nur außerhalb dieses Winkelbereiches verlaufende Empfangsstrahlen (36) auf eingeschaltete Lichtempfänger (1 bis 13; 18 bis 30).

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