DE3013244A1

DE3013244A1 - Automatische fehlstellen-detektorvorrichtung

Info

Publication number: DE3013244A1
Application number: DE19803013244
Authority: DE
Inventors: Bradley R Hoover; Gary Luois Neiheisel
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1979-04-05
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1980-10-09
Also published as: SE8002507L; JPS55154444A; GB2051349A; US4223346A; FR2453407A1

Description

Patentanwälte 3 O 1 3 2 A 4

Dipl.-Ing. Dipl-Chem. Dipl.-lng.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60
- 4 -

ARMCO INC. 3. April 1980

703 Curtis Street
Middletown, Ohio / V.St.A.

Unser Zeichen: A 1837

Automatische Fehlstellen-Detektorvorrichtung

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur automatischen Kontrolle der Oberfläche von sich bewegenden Materialschichten, Blechen oder Folien, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die kontinuierliche Kontrolle halbfertiger Produkte bei der kontinuierlichen Herstellung ist kritisch im Hinblick auf die Gewährleistung, daß Endprodukte frei von Fehlstellen oder Mängeln sind. Wenn diese Fehlstellen rechtzeitig erfaßt und eingeordnet werden, können sie behoben werden, bevor das halbfertige Produkt zur nächsten Verarbeitungsstation weiterbewegt wird. Ein besonderes Gebiet, bei dem die Fehlstellenermittlung sehr wichtig ist, ist die Verarbeitung und Kontrolle von Metallplatten oder Blechmaterial, bei denen die Fehlstellen bzw. Mängel in Form von Perforierungen, Rissen, Einzackungen, Materialeinschlüssen usw. auftreten können. Wenn von der Materialoberfläche Licht reflektiert wird,

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können diese Fehlstellen ein optisches Aussehen haben, das von der übrigen Oberfläche verschieden/Lst, und zwar infolge des von der Fehlstelle reflektierten oder absorbierten Lichtes. Wenn das Material heiß ist, wie z.B. bei heißen Stahlplatten, können die Fehlstellen als dunklere oder hellere Bereiche erscheinen, je nach der davon emittierten Strahlung.

Es wurde gefunden, daß ein unterschiedliches Aussehen bei Fehlstellen einerseits und der umgebenden Materialoberfläche andererseits derart ist, daß die Fehlstellen in vielen Fällen allein durch Sichtkontrolle erfaßt und klassifiziert werden können. Dies trifft besonders dann zu, wenn das Material sich mit relativ langsamer Geschwindigkeit bewegt, so daß der Beobachter die Oberfläche im Hinblick auf Fehlstellen leicht kontrollieren kann. In manchen Fällen ist es nicht erforderlich, daß der Beobachter sich direkt an der Kontrollstation befindet, weil eine Abbildung der Materialoberfläche zu einer entfernten Stelle übertragen werden kann, wo ein Beobachter die Bedingungen einer oder mehrerer Kontrollstationen überwacht. Ein solches Verfahren ist in der US-PS 3 176 306 beschrieben.

Bei höherer Geschwindigkeit des an der Kontrollstation vorbeilaufenden Materials wird es jedoch immer schwieriger für einen Beobachter, Fehlstellen oder Mängel an der Oberfläche des sich schnell bewegenden Materials optisch auszumachen. Daher wurden verschiedene Techniken zum automatischen Ermitteln von Fehlstellen bei sich schnell bewegenden Materialschichten bzw. Flächen, Platten oder Folien entwickelt. Eine solche automatische Kontrolltechnik ist z.B. in der US-PS 3 096 443 beschrieben.

Bei dieser Anordnung wird die Oberfläche der zu kontrollierenden Streifen, Bloche oder Platten von einer geeigneten

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Lichtquelle beleuchtet. Eine Vidicon-Bildwandlerröhre ist so angeordnet, daß sie das Licht aus der Lichtquelle empfängt, das von der Oberfläche der Streifen oder Platten reflektiert wird, derart, daß diese Oberfläche von der Vidicon-Bildwandlerröhre in einer Richtung im wesentlichen transversal zur Bewegungsrichtung des Materials abgetastet wird. Die an der Oberfläche des Materials erscheinenden Fehlstellen haben ein anderes Reflexionsvermögen und erscheinen daher dunkler oder heller. Wenn das kontrollierte Material auf hohe Temperaturen erhitzt wird und daher Strahlung aussendet, erscheinen Fehlstellen an seiner Oberfläche heller oder dunkler als der übrige Teil des Materials.In allen Fällen erzeugt die Vidicon-Bildwandlerröhre ein Videosignal, das Impulse mit Pulsbreiten enthält, die proportional der Breite der an der Oberfläche der Streifen oder Platten erscheinenden Fehlstellen sind. Diese Impulse und Informationen, welche die Geschwindigkeit und die Abmessungen der Streifen oder Platten angeben, können danach verarbeitet werden, um Informationen über Größe, Lage, Charakteristik oder Häufigkeit des Auftretens von Fehlstellen zu liefern.

Mit Vidicon-Bildwandlern ausgerüstete Oberflächen-Kontrollsysteme haben sich zwar allgemein als geeignet zur Erfassung von Fehlstellen an der Oberfläche von bewegten Blechen oder Platten erwiesen, dies jedoch mit bestimmten Einschränkungen. Neuere Sensortypen haben eine Anzahl von Vorteilen, die sie gegenüber einer Vidicon-Bildwandlerröhre für die automatische Oberflächenkontrolle überlegen machen. Solche Sensoren sind lineare Festkörper-Ladungsverschiebeeinrichtungen (z.B. ladungsgekoppelte Silizium-Gruppierungen, SiIiζium-Fotodiodenanordnungen) . Solche Anordnungen oder Gruppierungen enthalten eine Reihe von kleinen einzelnen lichtempfindlichen Elementen (Größe z.B. 25 χ 25 ym), die Seite an Seite angeordnet sind. Auf diese Elemente erfolgt der Zugriff mit elektronischen

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Mitteln, zur Erzeugung einer seriellen Ausgangsspannungscharakteristik des Lichtes, das auf jedes der Elemente ausgehend von einer bestimmten Stelle an der Oberfläche fällt, die auf die Gruppierung oder Anordnung fokussiert wurde. Ein Beispiel für die Anwendung derartiger Gruppierungen bei Fehlstellen-Detektionssystemen findet sich in der US-PS 3 877 821. Die Vorteile von solchen linearen Festkörper-Gruppierungen im Vergleich zu Vidicon-Bildwandlern sind unter anderem: keine Bildverzögerung bei hoher Abtastfrequenz, kein "Einbrennen" von Bildern bei hohen Lichtintensitäten, bessere Überstrahlungs- bzw. Fluoreszenzeigenschaften, sehr genaue Positionsinformation bezüglich der Fehlstellenlokalisierung auf dem abgetasteten Gegenstand infolge der festliegenden Geometrie der Fotosensoren, geringeres Systemrauschen und höheres Signal/Störgeräusch-Verhältnis bei höheren Lichtpegeln, niedrigere Betriebsspannungen, längere Lebensdauer und eingebauter Taktgeber zum Synchronisieren der weiteren Digitalverarbeitung der Fehlstelleninformation. Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur weiteren Verbesserung der charakteristischen Betriebswerte von selbsttätig abtastenden Gruppierungsfeld-Kameras gegenüber Vidicon-Bildwandlern, und zwar durch Verbesserung der Empfindlichkeit gegenüber Fehlstellen in transversaler Richtung zu der abgetasteten Zeile des Gruppierungsfeldes.

Im allgemeinen enthält die bei Vidicon-Bildwandlern verwendete Optik eine einfache Sammellinse, die beide Dimensionen einer zweidimensionalen Bildebene gleich vergrößert. Diese Eigenschaft ist zwar für Fernsehanwendungen erwünscht, z.B. wenn ein gleichmäßig verstärktes, unverzerrtes Bild gewünscht wird; zur Anwendung bei der Ermittlung von Fehlstellen ist diese Eigenschaft jedoch unbrauchbar. Dies beruht auf der Tatsache, daß gleiche Vergrößerung in beiden Richtungen bzw. Dimensionen der Bildebene die Empfindlichkeit

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einer Zeilen-Abtastkamera für kurze Fehlstellen begrenzt, deren Abmessung eine geringe Länge in Richtung der Materialbewegung aufweist- Wenn also eine gegebene Materialbreite kontrollierb werden soll, kann eine Kameralinse mit geeigneter Vergrößerung für die gewünschte Brennweite so gewählt werden, daß gerade die Materialbreite auf das fotoempfindliche Gruppierungsfeld fokussiert werden kann. Wenn diese Sichtfeldbreite einmal gewählt ist, ist die Länge des Sichtfeldes festgelegt. Da die Befähigung zur Erfassung einer gegebenen Fehlstelle bestimmt wird durch den Prosentsatz des Sichtfeldes, der von der Fehlstelle eingenommen wird, können Fehlstellen mit einer relativ kurzen Abmessung in Richtung der Materialbewegung nicht erfaßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatische Fehlstellen-Detektorvorrichtung zu schaffen, durch die diese Schwierigkeiten behoben werden, und zur Lösung wird insbesondere vorgeschlagen, die Länge des Sichtfeldes von seiner Breite zu entkoppeln, indem ein anamorphes Optiksystem, z.B. eine oder mehrere Zylinderlinsen, zwischen das sich bewegende Material und die Kameralinse eingefügt werden. Die zylindrische Linse ist so orientiert, daß die Länge des Sichtfeldes vergrößert wird, ohne seine Breite zu beeinflussen. Das Bild der auf die fotoempfindliche Feldgruppierung der Kamera fokussierten Fehlstelle nimmt also einen höheren Prozentsatz der fotoempfindlichen Gruppierung ein, und zwar aufgrund der vergrößerten Länge der Fehlstelle. Auf diese Weise wird eine verbesserte Empfindlichkeit für Fehlstellen erreicht, die eine relativ geringe Länge aufweisen, innerhalb der Grenzen, die durch die jeweiligen Materialbreiten auferlegt sind.

Durch die Erfindung wird also eine automatische Fehlstellen-Detektor vorrichtung zur Kontrolle und Erfassung von Fehlstellen an der Oberflächen von bewegten Materialschichten, Blechen, Platten und dgl. geschaffen, wobei die Fehlstellen

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ein anderes Aussehen als der übrige Teil der Schichtoberfläche haben, mit einer Lichtquelle zur Beleuchtung eines ausgewählten Teils der Schichtoberfläche, einer Einrichtung zur Abtastung des ausgewählten Teils der Schichtoberfläche transversal zur Bewegungsrichtung der Schicht, zur Erzeugung eines Video-Ausgangssignals entsprechend der optischen Intensität der abgetasteten Fläche, und mit einer Einrichtung 7.ur Verarbeitung des Video-Ausgangssignals zu Informationen, welche die Art der optischen Intensität der abgetasteten Fläche angeben, wobei diese Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch optische Einrichtungen zwischen der bewegten Materialschicht und der Abtasteinrichtung zur Steigerung der Empfindlichkeit der Abtasteinrichtung in Richtung der Materialbewegung, während die Empfindlichkeit der Abtasteinrichtung in einer zur Materialbewegung transversalen Richtung praktisch unverändert bleibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine lineare Lichtquelle mit einer Frequenz anzuregen, die deutlich höher ist als die Abtastfrequenz der Abtasteinrichtung.

Gemäß einer v/eiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abtasteinrichtung gekennzeichnet durch eine Feldgruppierung aus optisch empfindlichen Elementen, die Seite an Seite angeordnet sind, wobei die Gesamtbreite der Feldgruppierung dem Sichtfeld der optischen Einrichtung transversal zur Materialbewegung entspricht, wobei ferner die optisch empfindlichen Elemente sequentiell abgelesen werden, um eine serielle Videoimpulsfolge zu erzeugen, die das Video-Ausgangssignal enthält, und wobei jeder der Impulse dem Ausgangssignal eines einzelnen Elements entspricht.

Vorzugsweise enthält ferner die optische Einrichtung ein anamorphot; optisches System.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Fehlstellen-Detektionssystems;

Ficf. 2 eine schematische Darstellung der Abbildungsanordnurig eines bekannten Fehlstellen-Detektionssystems;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Abbildungs anordnung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fehlstellen-Detektionssystems mit einer einzelnen Zylinderlinse;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Abbildungsanordnung bei dem in Fig. 4 gezeigten Fehlstellen-Detektionssystem;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Abbildungsanordnung bei dem Fehlstellen-Detektionssystem nach Fig. 4, wobei jedoch zwei Zylinderlinsen verwendet werden; und

Fig. 7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fehlstellen-Detektionssystems.

Fig. 1 zeigt schematisch ein übliches bekanntes automatisches Fehlstellen-Fehlstellendetektionssystem zum Analysieren von Fehlstellen oder Mängeln in oder auf sich bewegenden Streifen, Blechen oder Platten S. Die Streifen oder Platten S, die

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irgendeine Breite oder Länge aufweisen können, werden durch Führungsrollen getragen und geführt, von denen eine mit R bezeichnet ist, und zwar in der gezeigten Richtung, so daß die Streifen, Bleche bzw. Platten S unter der Kontrollstation mit relativ konstanter Geschwindigkeit durchlaufen.

Bei einigen Anwendungen, v,·. die Streifen, Bleche oder Platten S erhitzt sind, z.B. bei heißen Stahlplatten, sendet die Oberfläche des Materials Strahlung aus, wodurch die Fehlstellen als dunklere oder hellere Bereiche in Erscheinung treten, je nach der jeweils ausgesandten Strahlung. In anderen Fällen kann gemäß Fig. 1 eine äußere Lichtquelle L erforderlich sein, um die Oberfläche der sich bewegenden Streifen, Bleche oder Platten S zu beleuchten. In vielen Fällen kann die Lichtquelle L, wie in der US-PS 3 096 443 beschrieben ist, eine lineare Lichtquelle sein, z.B. eine Leuchtstofflampe o.dgl., die einen schmalen Lichtstrahl auf die Materialoberflache wirft, und zwar entlang einer Bahn,die sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung erstreckt. Zwischen der Lichtquelle L und der Oberfläche des bewegten Materials können fokussierende Optikeinrichtungen vorgesehen sein, um das Licht weiter zu konzentrieren und bündeln, so daß eine scharf begrenzte Beleuchtungsfläche entsteht.

Einige Lichtstrahlen 1, die auf die Oberfläche der bewegten Schicht (Streifen, Bloche oder Platten) S gerichtet sind, werden von dem Material oder von Fehlstellen auf oder in dein Material absorbiert oder gestreut. Die übrigen Strahlen 1' werden in Richtung zu einer optisch empfindlichen Vorrichtung V reflektiert, bei der es sich um eine Vidicon-Bildwandlerröhre bzw. -Kamera handelt, die nach dem Stand der Technik üblich ist.

Dir- Vid icon-Kaniera V tastet die Oberfläche des sich bewegen-

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den Materials innerhalb eines Bereiches ab, der durch die Linsenparameter und die Abmessungen der Kameraröhre festgelegt ist. Die an der Oberfläche des Materials erscheinenden Fehlstellen mit geringerem oder stärkerem Reflexionsvermögen führen zu einem dunkleren oder holleren Aussehen, wodurch die Vidicon-Kamera V ein Videosignal erzeugt, das Impulse mit Pulsbreiten enthält, die proportional zur Breite der an der Oberfläche des Materials erscheinenden Fehlstellen sind. Diese Videoinformation kann gemeinsam mit anderen Informationen über die; Geschwindigkeit und die Abmessungen der Materialschicht in einem Prozessor P weiter verarbeitet werden, um eine Ausgabeinformation betreffend Größe, Lage, Charakteristik oder Häufigkeit des Auftretens von Fehlstellen oder Mangeln zu liefern.

Das erfindungsgemäße Fehlstellen-Detektionssystem ist leistungsfähiger, und zwar aufgrund der Verwendung einer fotoempfindlichen Feldgruppierung 2, die aus einer Anzahl getrennten Fotodetektorelementen besteht, von denen in Fig. 3 eines gezeigt und mit 4 bezeichnet ist. Eine solche Anord-, nung ist sehr verschieden von dem Aufbau einer Vidicon-Röhre, die einen einzigen fotoleitenden Schirm aufweist, auf den der Zugriff durch einen abgelenkten Elektronenstrahl erfolgt. Die aktive Abtastfläche 2 in Fig» 3 enthält eine Mehrzahl von einzelnen Lichtfühlerelementen 4, die Seite an Seite angeordnet sind und eine lichtempfindliche Matrix bilden, wobei der Zugriff auf die einzelnen Elemente 4 derart erfolgt, daß eine serielle Ausgangssignalcharakteristik für das Licht erzeugt wird, das auf die jeweiligen Elemente von einer bestimmten Stelle des bewegten Materials ausgehend auftrifft. Dir Verwendung einer ähnlichen Feldgruppierung ist bereits in der US-PS 3 377 821 beschrieben. Eine solche Anordnung ermöglicht genaue Fehlstellenbreitenmessungen, indem einfach die Anzahl von Elementen 4 abgezählt wird,

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bei denen ein gegebener Schwellwert überschritten wird, und dann diese Zahl mit der tatsächlichen Raumauflösung jedes Elements multipliziert wird. Durch Feststellung der jeweiligen von der Fehlstelle überdeckten Elemente kann ferner eine genaue Bestimmung der Lage der Fehlstelle innerhalb des Lichtfelilos erfolgen. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel überdeckt z.B. die Fehlstelle D Teile der Elemente a und b, wodurch angezeigt wird, daß die Fehlstelle etwa in der Mitte der Materdalschicht S aufgetreten ist.

Die optisch empfindlichen Vorrichtungen, z.B. Vidicon-Kameras oder Festkörper-Zellenabtastkameras, wie sie bisher in Fehlstellen-Detektions- und Kontrollsystemen verwendet wurden, enthalten eine Optik mit einer oder mehreren Linsen, die beide Dimensionen einer zweidimensionalen Bildebene gleichmäßg vergrößern, wie die herkömmliche Optikanordnung gemäß Fig. 2 zeigt. Bei einer solchen Anordnung wird es im allgemeinen bevorzugt, eine einfache Sammellinse 1 der Kamera V in einem vorbestimmten Abstand von der Oberfläche der Schicht S anzuordnen, so daß die von der Materialoberfläche reflektierten Lichtstrahlen 1· exakt die aktive Abtastfläche 2 der Kamera V ausfüllen. Die Lage der Linse 1 in bezug auf die Materialschicht S und den aktiven Abtastbereich 2 hängt von dem gewünschten Sichtfeld und von der Brennweite der Linse ab. Bei Fehlstellen-Detektions- und -Kontrollanwendungen wird die mit (FV) bezeichnete Sichtfeldbreite im allgemeinen so gewählt, daß sie die gesamte Breite der Materialschicht S überdeckt, während die Sichtfeldlänge, die gewöhnlich mit (FV)₁ bezeichnet wird, im allgemeinen so gewählt wird, daß eine Länge der sich bewegenden Materialschicht S überdeckt wird, die der Länge der kleinsten Fehlstelle entspricht, die das System auflösen kann. Um eine optimale Empfindlichkeit zu gewährleisten, muß dieses Sichtfeld (E¹V) χ (FV)₁ den aktiven Abtastbereich 2 genau ausfüllen, nachdem es durch dio Gammellinse 1 fokussiert wurde. Der

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aktive Abtastbereich 2 ist im allgemeinen rechtwinkelig und hat eine Breite (AW), die rechtwinkelig zur Bewegungsrichtung der Bleche oder Platten ausgerichtet ist, und eine Länge (AL), die in Richtung dieser Bewegung ausgerichtet ist. Die Vergrößerung einer Sammellinse 1 steht bekanntlich mit dem Sichtfeld und dem aktiven Abtastbereich über folgende Gesetzmäßigkeit in Beziehung:

M = (AL)Z(FV)₁ = (AW)/(FV)_w.

Die Vergrößerung ist also die maximale Bildlänge bzw. Länge des Abtastelementes (AL) dividiert durch die maximale Objektlange, die auf diese Feldgruppierung (FV)₁ gerade noch fokussiert werden kann. Da die Kameralinse 1 eine zweidimensionale Vergrößerungseinrichtung ist, ist diese selbe Vergrößerung M auch gleich der maximalen Bildbreite bzw. Breite des Abtastelements (AW) dividiert durch die maximale Objektbreite, die auf die Feldgruppierung fokussiert ist bzw. entsprechende maximale Sichtfeldbreite, die auf diese Feldgruppierung (FV) gerade noch fokussiert werden kann. Ein rechtwinkeliges Feld ergibt also ein rechtwinkeliges Sichtfeld, da die Feldabmessungen so aufgefaßt werden können, als würden sie durch die Kameralinse nach rückwärts auf das Objekt proj iziert.

Wie diese Beziehungen zeigen, bestimmen die Brennweite der Kameralinse und der Objektabstand die von der Gruppierung abgetasteten Sichtfeldabmessungen, sobald eine Gruppierung mit festen Abmessungen gewählt ist. Die Linsenvergrößerung wird durch die Breite des abzutastenden Materials bestimmt. Der Abstand zwischen Linse und Objekt wird dann so eingestellt, daß die Breite des Gruppierungsfeldes diese Objektabmessung für die jeweilige Linsenbrennweite genau ausfüllt. Da die Länge (FV)₁ des Sichtfeldes durch die Wahl der Breite

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(FV) des Sichtfeldes bestimmt ist, kann eine Fehlstelle, deren Länge äquivalent einem kleinen Prozentsatz der Sichtfeldlänge ist, nicht erfaßt werden, da sich die von dem Segment des Sichtfeldes, das von dieser Fehlstelle belegt wird, reflektierte Lichtintensität nicht genügend von dem Licht unterscheiden kann, das von den angrenzenden, fehlerfreien Segmenten des sich bewegenden Materials reflektiert wird.

Durch die Erfindung wird eine beträchtliche Verbesserung der Empfindlichkeit bzw. Signal/Störsignal-Verhältnisses gegenüber den bekannten automatischen Kontroll- bzw. Fehlerdetr^tionssystemen erreicht, indem die Sichtfeldlänge von seiner Breite entkoppelt wird, was dadurch erzielt wird, daß ein anamorphes optisches System zwischen das sich bewegende Material und die Kameralinse eingefügt wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Bei der in Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist eine Zylinderlinse 3 so angeordnet, daß sie die von der Oberfläche der bewegten Streifen, Bleche oder Platten S reflektierten Lichtstrahlen 1' auffängt, und sie ist so orientiert, daß sie die Sichtfeldlänge vergrößert, die Sichtfeldbreite jedoch nicht beeinflußt. Das auf die fotoempfindliche Anordnung 2 fokussierte Fehlstellenbild überdeckt also einen höheren Prozentsatz des fotoempfindlichen Gruppierungsfeldes aufgrund der vergrößerten Länge der Fehlstelle. Auf diese Wei:;e kann eine? höhere Emj}£indlichkeit für Fehlstellen erreicht werden, die eine relativ kleine Länge aufweisen, innerhalb der Grenzen, die durch die jeweiligen Materialbreiten auferlegt werden. Das hier beschriebene Ausf ührungsbe ispiel des erf indungf;gemäßen automatischen Kontroll- und Fehl:;tellen-Detektion.ssystems enthält als anamorphes Optiksystem eine Zylinderlinse; es können jedoch anamorphe Optiknysteme mit Prismen und dgl. Anwendung finden. Die Linse 3 kann eine einzelne konvexe

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Zylinderlinse sein gemäß der dargestellten Ausführungsform, sie kann jedoch auch andere Gestalt aufweisen, z.B. bikonvex usw.

In einigen Fällen zeigt es sich, daß die gewählte Zylinderlinse 3 eine zu kurze Brennweite aufweist, wodurch es erforderlich ist/ daß sie in der Nähe der sich bewegenden Streifen, Bleche oder Platten S angeordnet wird, was bei einigen Anwendungen unerwünscht sein kann. In solchen Fällen ist die Anordnung gemäß Fig. 6 günstig, bei welcher eine zweite Zylinderlinse 5 zwischen der Zylinderlinse 3 und einer einfachen Sammellinse 1 angeordnet ist, um ein einfaches galileisches Teleskop zu bilden. Das von der ersten Zylinderlinse 3 erzeugte reale Bild \.j.rd im allgemeinen in den Hauptbrennpunkt der zweiten Linse 5 gelegt, so daß ein vergrößertes virtuelles Bild erzeugt wird, das von der Sammellinse 1 fokussiert wird. Die Vergrößerung des Systems ist also gleich derjenigen der Sammellinse 1 in einer Richtung senkrechte zur Bewegungsrichtung der Materialschicht S, während die Vergrößerung parallel zur Bewegungsrichtung gleich dem Produkt aus der Vergrößerung des Zylinderlinsen-Teleskops und der Sammellinse 1 ist. Die Zylinderlinsen 3 und 5 können also in größerem Abstand von dem sich bewegenden Material angeordnet werden, wobei dieselbe Vergrößerung in Richtung der Länge von Fehlstellen an der Materialoberfläche beibehalten wird, um ein gutes Signal/Störsignal-Verhältnis zu erzielen. Die Vergrößerung des aus den Zylinderlinsen 3 und 5 gebildeten Teleskops ist so gewählt, daß die kürzesten noch interessierenden Fehlstellen ausreichend vergrößert werden, um die Länge eines oder mehrerer Elemente 4 innerhalb des Gruppierungsfeldes 2 vollständig auszufüllen. Die Länge der Zylinderlinsen 3 und 5 wird im allgemeinen durch die Breite der zu kontrollierenden Streifen oder Platten S bestimmt, ebenso wie die Abstände der Zylinderlinsen von dienen Streifen oder Platten.

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Fig. 7 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des allgemein mit 10 bezeichneten automatischen Kontroll- und Fehlstellen-Detektionssystems, bei denen die Eigenschaften des beschriebenen Zylinderlinsensystems ausgenutzt werden.

Die Beleuchtung der Materialschicht S erfolgt durch die Lichtquelle L, bei der es sich um ei.no lineare Lichtquelle handeln kann, z.B. eine Leuchtstofflampe o.dgl., die einen schmalen Lichtstrahl auf die Materialschichtoberfläche S entlang einer Bahn wirft, die sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung erstreckt. Um ein Flimmern des Lichtsignals aus der Lampe L zu verhindern, kann diese mit relativ hoher Frequenz angesteuert werden, z.B. 40 kHz, und zwar mittels eines Leistungsoszillators 11. Für sehr hohe Abtastfrequenzen kann auch eine Hochintensitätslichtquelle mit konstanter Ausgangsleistung verwendet werden, z.B. eine Wolfram-Glühfadenlampe. Die von der Lichtquelle L erzeugten Lichtstrahlen 1 können auf der Oberfläche der bewegten Materialschicht S durch eine Zylinderlinse 12 oder eine andere geeignete Optik weiter konzentriert bzw. gesammelt werden.

Die Materialschicht S (Streifen, Bleche, Platten o.dgl.) ist auf Führungsrollen R gelagert und wird von diesen in der gezeigten Richtung geführt, so daß sie unter der Kontrollstation mit relativ konstanter Geschwindigkeit durchläuft. Ein Tachometer bzw. Wellenkodierer 13 kann an einer der Führungsrollen R angeordnet sein, um ein zur Geschwindigkeit der Materialschicht S proportionales Ausgangssignal zu erzeugen. Diese Information wird, wie später im einzelnen erläutert wird, dazu verwendet, die Lage einer an der Materialoberfläche auftretenden Fehlstelle in Längsrichtung zu bestimmen.

Die von der Oberfläche der sich bewegenden Materialschicht

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reflektierten Lichtstrahlen 1' werden durch ein Teleskop aus den Zylinderlinsen 3 und 5 geführt und gelangen von dort zu der Objektiv-Sammellinse 1 der Kamera V, wie zuvor beschrieben wurde. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kamera V eine solche, die ein Abtastelement aus einer Mehrzahl von getrennten, aneinander angrenzenden Fotodetektorelementen enthält, die seriell abgetastet werden, um ein Video-Ausgangesignal zu erzeugen, das sich ansprechend auf das von der Oberfläche der bewegten Materialschicht S reflektierte Licht ändert, wenn diese Oberfläche von der Kamera V entlang einer zur Bewegungsrichtung senkrechten Linie abgetastet wird. Fehlstellen mit höherem Reflexionsvermögen als die umgebenden Bereiche des Materials verursachen also positiv gerichtete Impulse, deren Pulsbreite proportional der Breite der gemessenen Fehlstelle ist, gemessen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Materials. Umgekehrt erzeugen Fehlstellen mit geringerem Reflexionsvermögen als die umgebenden Bereiche negativ gerichtete Impulse, die ebenfalls Pulsbreiten aufweisen, welche der Fehlstellenbreite entsprechen, und zwar ebenfalls senkrecht zur Bewegungsrichtung des Materials gemessen. Da durch das beschriebene Zylinderlinsensystem das Bild der Fehlstelle parallel zur Bewegungs richtung des Materials gestreckt wird, kann eine Fehlstelle von der Kamera V mehrere Male abgetastet werden. Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene neuartige, zwischen dem sich bewegenden Material und der optisch empfindlichen Vorrichtung bzw. Kamera V angeordnete Optikeinrichtung erhöht also die Empfindlichkeit der Vorrichtung in Richtung der Materialbewegung.

Die Kamera V kann ferner Taktsignale erzeugen, die jedes fotoempfindliche Element 4 in dem Abtastfeld seriell abfragen, um das Videosignal zu erzeugen, welches die auf das jeweilige Element 4 auftroffende Lichtintensität wiedergibt. Die Kamera

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V erzeugt ferner Freigabesignale, die anzeigen, wenn der Zugriff zu den Fotodioden bzw. Elementen erfolgt.

Das von der Kamera V erzeugte Video-Ausgangssignal durchläuft ein Störschutzfilter 14, das die Hochfrequenz-Taktsignalkomponenten aus dem Videosignal entfernt. Das gefilterte Videosignal wird gemeinsam mit dem Taktsignal einer schnellen Abtast- und Halteschaltung 15 als Eingangssignal zugeführt, die ebenfalls eine Unterdrückung des störenden Taktsignals bewirkt, indem die Amplitude jedes Videoimpulses auf einem Pegel festgelegt wird, der der relativ konstanten Amplitude des Impulses folgt, der auf den unstabilen Vorderflanken-Impulsübergang folgt.

Eine Null-Linien-Extraktionsschaltung 16 eliminiert Signale, die auf Hintergrundenergie beruhen, um die Systemempfindlichkeit über die gesamte Materialbreite gleichmäßig zu machen. Diese Eigenschaft ist besonders bei solch· η Anwendungen wichtig, wo das Reflexionsvermögen über die Materialbreite hinweg unterschiedlich sein kann, z.B. wenn Lichtflecken auf der Materialoberfläche vorhanden sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform siebt die Null-Linien-Extraktionsschaltung das Videosignal aus, um das sich mit niedrigerer Frequenz verändernde flintergrundsignal zu entfernen. Ein konstantes, festes oder von einem berechneten Mittelwert abhängiges Hintergrundsignal wird von dem Videosignal subtrahiert. Diese Signalverarbeitung ist an sich bekannt und wird daher nicht weiter erläutert.

Eine Flankrn-Detektorschaltung 17 vergleicht einen festen Spannungspegel mit dem verarbeiteten Videosignal, um ein digitales Ausgangesignal zu erzeugen, dessen Breite der Breite dos abgetasteten Materials entspricht. Ein Ausgangsimpuls wird also von der Flanken-Detektorschaltung 17 immer

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dann erzeugt, wenn das verarbeitete Videosignal den voreingestellten Schwellwert überschreitet. Die Gesamtmaterialbreite-Ermittlungsschaltung 18 zählt die Anzahl von Taktimpulsen, die während des Ausgangssignals der Flanken-Detektorschaltung 17 auftreten, um einen relativen Meßwert für die Breite des untersuchten Materials zu liefern.

Die verarbeiteten Videosignale aus der Null-Linien-Extraktionsschaltung und der Flanken-Detektorschaltung werden von einem Negativdiskriminator 19 verarbeitet, der digitale Ausgangsimpulse erzeugt, deren Breite der Breite der negativ gerichteten Videoimpulse entspricht, welche geringeren Lichtintensitäten des an der Oberfläche der bewegten Materialschicht S reflektierten Lichtes entsprechen. Eine gleiche Positiv-Diskriminatorschaltung 20 erzeugt digitale Ausgangsimpulse, deren Pulsbreiten den positiv gerichteten Videosignalen entsprechen» Die entstehenden Ausgangssignale des Negativ-Diskriminators 19 werden durch eine Verarbeitungsschaltung 21 verarbeitet,- die einen Längendetektor 22, Pulsbreitendetektor 23 und einen Detektor 24 für periodische Fehlstellen enthält. Die gleiche Verarbeitung wird in einer Verarbeitungseinrichtung 26 durchgeführt,, und zwar bei den Ausgangssignalen der Positiv-Diskriminatorschaltung 20.

Bei der in Fig« 7 gezeigten bevorzugten Ausführungsform verwertet der Längendetektor 22 die Positionsinformation aus dem Wellenkodierer 13 für jede Fehlstelle, so daß die Fehlstellen nach ihren Längen eingeteilt werden können. Der Pulsbreitendetektor 23 klassifiziert die erfaßten Fehlstellen unter Ausnutzung der Pulsbreite als Kriterium, indem die Anzahl von Videoelementen berücksichtigt wird, die von der jeweiligen Fehlstelle überdeckt werden. Der Detektor 24 für periodische Fehlstellen klassifi"iert die Fehlstellen, die durch periodische Störungen verursacht werden, z.B. durch

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periodische Glättungsstellen, Löcher, Kerben, Schlagstellen usw. Die vorstehend beschriebene Verarbeitung und die Verarbeitungseinrichtungen zur Klassifizierung sind an sich bekannt und werden daher nicht weiter erläutert.

Die sich ergebenden Ausgangssignale der Schaltung 18 für die Gesamtmaterialbreite des Prozessors 21 und des Prozessors 26 werden gemeinsam mit den Takt- und Freigabesignalen einem Rechner 29 zugeführt, die die Information in eine Tabelle umsetzt, aus der das Auftreten von Fehlstellen, die Verteilung und ihre Lage hervorgehen. Der Rechner 29 kann z.B. das Verhältnis der Oberfläche der Materialschicht zu der Gesamtoberfläche der Fehlstellen berechnen. Es kann auch die jeweilige Lage jeder Fehlstelle aufgezeichnet werden, und ein Drucker 30 kann das Auftreten dieser Fehlstellen oder die Fehlstellen-Lage information aufzeichnen, um das Bedienungspersonal durch ein Alarmsignal zu informieren, daß eine Fehlstelle aufgetreten ist; die Information kann auch dazu verwendet werden, eine (nicht dargestellte) periphere Fehlstellen-Behandlungsvorrichtung automatisch zu steuern, z.B. Anschrägmaschinen usw. Die von dem Rechner 29 zu einer Tabelle zusammengefaßten Daten können auch zur Steuerung eines auf höherer Ebene liegenden Rechners verwendet werden, der den Betrieb einer Mehrzahl von Fehlstellen-Detektionssystemen überwacht.

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Claims

Dipl.-Irig Dipl.-Chpm. Dipl.-Ing. E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser E r η s b ο r cj e r s I r n -, s e 19 8 München 60 ARMCO INC. 3. April 1980 3 Curtis Street Middletown, Ohio / V.St.A. Unser Zeichen: A 1837 PATENTANSPRÜCHE

1. Automatische Fehlstellen-Detektorvorrichtung zur Kontrolle bzw. Feststellung von Fehlstellen auf der Oberfläche (S) einer sich bewegenden Materialschicht, wobei diese Fehlstellen ein von der übrigen Oberfläche verschiedenes Aussehen aufweisen, mit einer Lichtquelle (L) zur Beleuchtung eines ausgewählten Teils der Schichtoberfläche, einer Einrichtung (V) zum Abtasten des ausgewählten Teils der Schichtoberfläche in einer Richtung transversal zur Bewegung der Schicht, zur Erzeugung eines Video-Ausgangssignals, das der optischen Intensität der abgetasteten Fläche entspricht, und einer Einrichtung (P) zur Verarbeitung des Video-Ausgangssignals in eine Information, welche die Art der optischen Intensität des abgetasteten Bereichs anzeigt, gekennzeichnet durch eine zwischen der sich bewegenden Materialschicht und der Abtasteinrichtung angeordnete optische Einrichtung (3, 5) zur Steigerung der Empfindlichkeit der Abtasteinrichtung in Richtung der

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Materialbewegung, während die Empfindlichkeit der Abtasteinrichtung in einer zur Materialbewegung transversalen Richtung praktisch unverändert bleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine lineare Lichtquelle (1) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11) zur Erregung der linearen Lichtquelle auf einer Frequenz, die beträchtlich höher als die Abtastfrequenz der Abtasteinrichtung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung eine Gruppierung (2) aus optisch empfindlichen Elementen (4) enthält, die Seite an Seite angeordnet sind, wobei die gesamte Breite der Gruppierung dem Sichtfeld der optischen Einrichtung in einer zur Bewegungsrichtung transversalen Richtung entspricht, daß sequentiell zu diesen Elementen Zugriff erfolgt, um eine serielle Folge von Videoimpulsen zu erzeugen, die das Video-Ausgangssignal enthalten, und daß jeder dieser Impulse dem Ausgangesignal eines einzelnen Elementes entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (3, 5) ein anamorphes optisches System enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung eine Zylinderlinse (3) enthält, deren Sichtfeldlänge der Breite der Materialschicht entspricht.

030041/0843

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zylinderlinse eine bikonvexe Linse ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung eine zweite Zylinderlinse

(5) enthält, die zwischen der Materialschicht und der ersten Zylinderlinse angeordnet ist, wobei diese Linsen ein galileisches Teleskop bilden.

030041/0843