DE3027373C2

DE3027373C2 -

Info

Publication number: DE3027373C2
Application number: DE3027373A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Makihira; Yasuo Nakagawa; Toshimitsu Yokohama Jp Hamada; Makoto Yokosuka Jp Udaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1988-07-21
Also published as: DE3027373A1; GB2057675A; GB2057675B; US4410278A; FR2461944B1; FR2461944A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Prüfung der Oberfläche eines zylindrischen Gegenstandes auf Fehler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derar tige Einrichtung ist durch die DE-OS 26 59 461 bekannt geworden.

In einem Kernreaktor erzeugte Wärmeenergie wird aus Uran dioxid-Tabletten in in den Kernreaktor eingebauten Brenn stäben erhalten. Jede Brennstofftablette wird aus Uran pulver gepreßt, gesintert und geschliffen. Während dieses Formungsvorgangs treten in der Tablettenoberfläche (vgl. Fig. 1) Fehler wie eine "Absplitterung 2", eine "nicht geschliffene Teilfläche 5", ein "Metalleinschluß 6", ein "Riß 3" und eine "Vertiefung 4" auf. Durch die Ober flächenfehler wie Absplitterungen 2, nicht geschliffene Teilflächen 5. Risse 3 und Vertiefungen 4 ist die Wärmeab gabe oder Wärmeleitung ungleichmäßig. Fehler wie eine Absplitterung 2, ein Riß 3 und ein Metalleinschluß 6 fördern andererseits eine mechanische oder chemische Reaktion mit dem Hüllrohr des Brennstabs, wodurch mög licherweise die Leistung des Kernreaktors nachteilig be einflußt wird. Bei einem bekannten Verfahren zur Vermei dung dieser Nachteile wird durch eine Person eine Sicht- Gesamtprüfung durchgeführt. Um den Wirkungsgrad und die Genauigkeit dieser Prüfung einerseits zu verbessern und andererseits die radioaktive Verseuchung der Person zu vermindern, wurde bereits ein Verfahren zum automatischen Prüfen der Fehler der Tablette vorgeschlagen. Eine Ein richtung zum Prüfen der Außenfläche eines massiven zylin drischen Prüflings ist in der US-PS 41 62 126 angegeben. Die US-PS 41 62 126 ist bezüglich der ersten der drei Prioritätsschriften nachveröffentlicht.

Die Oberfläche einer Kernbrennstofftablette kann eine An zahl Fehlerarten aufweisen, die erfaßt werden müssen. Das Beurteilungskriterium ist für jede Fehlerart verschieden. Bei einer Absplitterung wird der Flächenbereich, bei einem Riß dessen Breite und Länge und bei einem Grübchen dessen Durchmesser herangezogen. Ferner kann eine Mehr zahl Fehlerarten an der selben Stelle auftreten, z. B. ein Riß innerhalb einer Absplitterung. In anderen Fällen kann ein Grübchen oder ein Riß in oder nahe einem Identifika tionszeichen 7, das z. B. eine Zahl ist (vgl. Fig. 1) auf treten. Mit dem bekannten Verfahren bzw. der bekannten Einrichtung ist es schwierig, eine Prüfung durch Klassi fizierung dieser Vielfalt von Oberflächenfehlern durchzu führen, obwohl in der auf die Fehlererfassung folgenden Stufe eine Zeichenerkennungsfunktion vorgesehen ist.

So wird z. B. in der bereits genannten US-PS 41 62 126 erst das von einer Bildaufnahmeeinrichtung gelieferte Signal hinsichtlich zweier Schwellwerte quantisiert, um zwischen den Fehlern "Absplitterung" einerseits und den Fehlern "Riß" bzw. "Vertiefung" andererseits zu unter scheiden und es wird dann nachfolgend durch Ermittlung der Längenausdehnung und der Fläche eines Fehlerbereichs eine Trennung der Fehler "Riß" und "Vertiefung" herbei geführt. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird der zu prüfende Gegenstand nur auf das Vorliegen von drei verschiedenen Fehlerarten hin untersucht, während mit der vorliegenden Erfindung insgesamt fünf verschie dene Fehlerarten erfaßt werden, die in drei unterschied liche Gruppen eingeordnet werden.

Weitere herkömmliche Einrichtungen zum Prüfen der Oberfläche eines massiven zylindrischen Prüflings sind in den JP-OS 79 593/78 und 1 25 057/78 angegeben. Ein massiver zylindrischer Prüfling wird auf ein Paar umlaufende Rollen gelegt. Eine Mehrzahl Organe an einem Kettenförderer, die gleichbeabstandet vorgesehen sind und zwischen den Rollen nach oben ragen, wird in Kontakt mit der Seitenfläche des sequentiell zugeführten zylindrischen Prüflings gebracht. Der zylindrische Prüfling wird mit vorbestimmter Geschwin digkeit längs seiner Achse bewegt, während er gleichzeitig um seine Achse gedreht wird. Ein ortsfester optischer Fühler beleuchtet die Außenumfangsfläche des Prüflings mit punktförmigem Licht und führt spiralförmig eine Ab tastung um die Außenfläche des Prüflings mit einer Teilung von jeweils 1 mm durch. Das von der Außenfläche des Prüf lings reflektierte Licht wird erfaßt, um eine Absplitterung oder andere Fehler festzustellen. Dadurch, daß die Prüfling- Oberfläche spiralförmig in Abständen von 1 mm oder weniger abgetastet wird, besteht jedoch ein erster Nachteil dieser Einrichtung zum automatischen Prüfen der Oberfläche eines massiven zylindrischen Prüflings darin, daß die Prüfung der Gesamtoberfläche eines 10-15 mm langen Prüflings 10-15 Umdrehungen des Prüflings erfordert, was eine unan nehmbar langsame Prüfgeschwindigkeit zur Folge hat. Ein zweiter Nachteil der Einrichtung ist, daß es dadurch, daß der massive zylindrische Prüfling längs seiner Achse be wegt wird, während er um seine Achse gedreht wird, schwie rig ist, eine gleichbleibende Umlaufgeschwindigkeit des zylindrischen Prüflings im strengen Sinn zu erzielen, wo durch die Prüfung mit hoher Genauigkeit und Gleichmäßig keit unmöglich gemacht wird.

Schließlich ist es bereits bekannt, in Streifenform ge bündeltes Licht zur elektro-optischen Prüfung transparen ter Behälter zu verwenden (DE-OS 22 53 445). Im Gegen satz zur vorliegenden Erfindung wird hierbei nur mit einem einzigen Impulshöhendiskriminator in der Auswerte logik für die Bildsignale gearbeitet.

Die vorliegende Erfindung geht insbesondere von einem Stand der Technik aus, der durch die DE-OS 26 59 461 bekannt geworden ist. Die dort beschriebene Einrichtung zum automatischen Prüfen und Sortieren von Kernbrennstofftabletten arbeitet im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung nur mit einem einzigen optischen Prüfkopf und bei der Auswertung der damit erzeugten Bildsignale wird nur hinsichtlich eines einzigen Schwellenwertes entschieden. Mit der bekannten Einrichtung kann somit nur geprüft werden ob die Oberfläche einer Kernbrennstofftablette fehlerfrei oder fehlerhaft bzw. brauchbar oder unbrauchbar ist. Für eine differenzierte Beurteilung der Fertigungsgüte der Kernbrennstofftabletten ist deshalb die bekannte Einrichtung nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung entsprechend der DE-OS 26 59 461 so weiterzubilden, daß insgesamt fünf unterschiedliche Fehlerarten in der Oberfläche eines zylindrischen Gegen standes erkannt und festgestellte Fehler in eine von drei Fehlergruppen eingeordnet werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweck mäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfin dung sind im Unteranspruch angegeben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Aussehen und den fehlerhaften Zustand einer Kernbrennstofftablette, die mit der Einrichtung nach der Erfindung zu prüfen ist;

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 3 ein Diagramm, das schematisch den Aufbau der Einrichtung nach Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 eine Perspektivansicht, die vergrößert einen an der Position Q in Fig. 3 vorgesehenen ersten optischen Prüfkopf zeigt;

Fig. 5 eine Perspektivansicht, die vergrößert einen an der Position R in Fig. 3 vorgesehenen zweiten optischen Prüfkopf zeigt;

Fig. 6A eine Schnittansicht einer Brennstofftablette, die Fehler wie Absplitterungen, eine nicht geschliffene Teilfläche, eine Vertiefung, einen Riß und einen Metalleinschluß in ihrer Ober fläche aufweist;

Fig. 6B ein Diagramm von Schwellenwerten Va, Vb und Vc und den Verlauf eines Bildsignals, das von der Bildauf nahmeeinrichtung des ersten optischen Prüfkopfs der Fig. 3 und 4 entsprechend den Fehlern nach Fig. 6A erhalten wird.

Fig. 7 ein Diagramm, das zeigt, wie das vom ersten optischen Prüfkopf nach den Fig. 3 und 4 abgestrahlte Licht auf der Tabletten-Oberfläche reflektiert wird;

Fig. 8A eine Schnittansicht einer Brennstofftablette mit Oberflächenfehlern wie einer Absplitte rung, einer nichtgeschliffenen Teilfläche, einer Vertiefung, einem Riß und einem Metallein schluß;

Fig. 8B einen Schwellenwert Vd und einen Bildsignal verlauf, der von einer Bildaufnahmeeinrichtung des zweiten optischen Prüfkopfs nach den Fig. 3 und 5 gemäß den Fehlern nach Fig. 8A erzeugt wird;

Fig. 9A eine Schnittansicht einer Tablette mit einem Riß;

Fig. 9B einen Schwellenwert Vd und einen Bildsignal verlauf, der von einer Bildaufnahmeeinrichtung des zweiten optischen Prüfkopfs nach den Fig. 3 und 5 entsprechend den Fehlern nach Fig. 9A erhalten wird;

Fig. 10A eine Vertiefung;

Fig. 10B und 10C einen Riß;

Fig. 11 ein Diagramm der Lage eines tatsächlichen Betrachtungsfeldes der Bildaufnahmeeinrichtung, die auf dem Schlitten nach Fig. 2 angeordnet ist;

Fig. 12A und 12B Diagramme, die insbesondere die Schwellen wert- und Koordinaten-Einstellstufen von Fig. 3 zeigen;

Fig. 13A bis 13D Signalverläufe, die von den Vorrichtungen und Schaltungen der Fig. 12A und 12B erzeugt werden;

Fig. 14 ein Diagramm, das zeigt, wie der Startpunkt der Abtastung durch die Bildaufnahmeeinrichtung auf dem Schlitten verschoben wird, und wie der Ab tast-Startpunkt erneuert wird; und

Fig. 15 ein Diagramm, das einen Fehler zwischen dem Betrag der Bewegung eines Musters auf der Tabletten-Umfangsfläche und einer Soll- Koordinate zeigt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2-9 wird ein Ausführungs beispiel der Erfindung erläutert. Mit 1 ist eine zylindrische Kernbrennstofftablette (kurz: Tablette) bezeichnet. Ein Halteblock 8 ist beidseitig auf Ketten förderern 10, die auf Platten 9 laufen, abgestützt. In dem Halteblock 8 sind drehbar Rollen 11 a und 11 b gelagert, die mit vorbestimmter Geschwindigkeit eine Vielzahl von auf ihnen ausgerichteten und sie kontaktierenden Tabletten 1 drehen. Die Rollen 11 a und 11 b sind mit einer Antriebs welle (nicht gezeigt) über ein Untersetzungsgetriebe od. dgl. (nicht gezeigt) verbunden. Ein Stift (nicht gezeigt), der seitlich in Fig. 2 durch ein Nockenfolgeorgan (nicht gezeigt), das mit einem umlaufenden Nocken 12 in Verbin dung steht, bewegbar ist, ist in ein in der Innenfläche der Seiten des Halteblocks 8 geformtes Positionierloch (nicht gezeigt) eingesetzt und darin festgelegt, wenn der Halteblock die Positionen Q und R erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Abtriebswelle eines Motors 13, der an den Stellen Q und R positioniert ist, mit der vorgenannten Antriebswelle durch eine Gummirolle od. dgl. gekoppelt. Dieser Halteblock 8 umfaßt eine Belade-Keilnut 14 und eine Entlade-Keilnut 15. Durch die Belade-Keilnut 14 kann eine Vielzahl Tabletten 1 auf die Rollen 11 a und 11 b längs deren Achsen an der Beladeposition P aufgegeben werden. Durch die Entlade-Keilnut 15 können andererseits die auf den Rollen 11 a und 11 b getragenen und in Axialrichtung bewegten Tabletten von den Rollen 11 a und 11 b entladen werden, wenn die Kettenförderer 10 an der Entladeposition S angehalten werden, nachdem die Prüfung der Außenumfangsfläche des zylindrischen Prüflings 1 an den Positionen Q und R er folgt ist. Der Halteblock 8 ist so aufgebaut, daß er von den Kettenförderern 10 schrittweise bewegbar ist und durch eine Positioniereinheit (nicht gezeigt) genau an Erfassungs- Positionen Q und R positionierbar und anhaltbar ist. Ein Schlitten 16 ist horizontal längs Führungsstangen 19, 20 verschiebbar angeordnet; die Führungsstangen 19, 20 sind an seitlichen Rahmenteilen 17, 18, die an den Erfassungs positionen Q und R festgelegt sind, abgestützt. Der Schlit ten 16 steht mit einer Vorschubspindel 22 in Eingriff, die über ein Untersetzungsgetriebe (nicht gezeigt) mit einem Antriebsmotor 21 verbunden ist. Der Schlitten 16 um faßt einen ersten optischen Prüfkopf 23 und einen zweiten optischen Prüfkopf 24 an seiner Unterseite. Der erste optische Prüfkopf 23 umfaßt ein Bestrahlungssystem 25 zum Be leuchten der Oberfläche der Prüflinge in einem axial linearen Muster aus einer unter einem Winkel verlaufenden Richtung sowie eine erste Bildaufnahmeeinrichtung 26 zum Erfassen des von der Tabletten-Umfangsfläche unter einem Winkel reflektierten Lichts. Die Lage des ersten optischen Prüfkopfs 23 ist verstellbar. Der zweite optische Prüfkopf 24 umfaßt ein erstes Bestrahlungssystem 27 zum Beleuchten der Tabletten mit diffusem Licht, ein zweites Bestrahlungs system 28 zum Beleuchten der Tabletten mit parallelem oder diffusem Licht von unmittelbar oberhalb der Tabletten, und eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung 29, die direkt über den Tabletten angeordnet ist und das von der Tabletten-Außenumfangsfläche reflektierte Licht erfaßt. Das erste und das zweite Bestrahlungssystem 27 und 28 sowie die Bildaufnahmeeinrichtung 29 sind höhenverstellbar.

An der Beladeposition P wird eine Vielzahl Tabletten seitlich zugeführt und in fluchtender Ausrichtung durch die Belade- Keilnut 14 des Halteblocks 8 aufgegeben (wie im einzelnen in der US-Patentanmeldung Nr. 8 63 345 erläutert ist). Dann wird der Halteblock 8 abwechselnd in vorbestimmten regel mäßigen Abständen bewegt und angehalten, so daß er sequen tiell an den Erfassungspositionen Q und R unter dem Schlitten 16 angehalten wird. Jeder Motor 13 wird getrieben, so daß die Rollen 11 a und 11 b mit vorbestimmter gleich bleibender Geschwindigkeit gedreht werden, wodurch die Vielzahl der eng aneinandergrenzenden ausgerichteten Tabletten 1 mit vorbestimmter Geschwindigkeit gedreht wird. Wenn die Vielzahl Tabletten 1 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach Operationsbeginn sich zu drehen beginnt, wird ein Motor 21 angetrieben, so daß der Schlitten 16 durch die Vorschubspindel 22 stetig von rechts nach links in Fig. 2 verschoben wird. Die Tabletten 1 werden von den Rollen 11 a und 11 b gedreht, ohne längs ihren Achsen bewegt zu werden, wodurch Schwankungen der Rotationsgeschwindigkeit der Tabletten 1 kleingehalten werden, was wiederum eine genaue Prüfung ermöglicht, indem die Bildaufnahmeeinrichtungen 26 und 29 die Außenumfangsfläche der Ta bletten 1 in gleichmäßigen Abständen abtasten können. Außer dem wird der Schlitten 16, der den ersten und den zweiten optischen Prüfkopf 23 und 24 trägt, kontinuierlich längs der Achse der Tabletten 1 verschoben, wodurch der Wir kungsgrad der Einrichtung infolge der kontinuierlichen Prüfung der Vielzahl Tabletten 1 stark verbessert wird.

Nachstehend werden insbesondere der erste optische Prüfkopf 23 für die Erfassung von Oberflächenfehlern wie nicht geschliffene Teilflächen und Metalleinschlüsse, der zweite optische Prüfkopf 24 für die Erfassung von Oberflächen fehlern wie Risse und Vertiefungen und eine Einheit 30 zum Verarbeiten von solche Fehler bezeichnenden Signalen er läutert. Nach Fig. 3 umfaßt das Bestrahlungssystem 25 den ersten optischen Prüfkopf 23, eine Lichtquelle 31, eine Beleuchtungslinse 32, eine Spaltblende 33, deren Längsachse parallel zur umlaufenden Achse der Tabletten 1 gerichtet ist, und eine Zylinderlinse 34, wodurch das durch die Spaltblende 33 abgeblendete Licht linear längs der Achse der Tabletten auf der Umfangsfläche kondensiert wird. Auf diese Weise wird das in Streifenform kondensierte Licht unter einem Winkel auf die Tabletten gerichtet. Die Bildaufnahmeeinrichtung 26 des ersten optischen Prüfkopfs 23 umfaßt eine bild erzeugende Linse 35 zur Erzeugung eines reellen Bildes der Tablettenoberfläche durch Aufnahme des durch den Spalt regelmäßig auf die Tablettenoberfläche reflektier ten Lichts und einen ersten opto/elektronischen Bildwandler 36. Der opto/elektronische Bildwandler 36 tastet die gesamte Außenumfangsfläche der Tablette während einer Um drehung derselben ab. Ein Verstärker 37 verstärkt das vom Bildwandler 36 erzeugte Bildsignal auf einen vorbe stimmten Pegel. Ein Analog-Digital-Umsetzer setzt das Bildsignal in ein digitales Bildsignal um, indem dieses mit einem Taktsignal abgetastet wird. 39, 40 und 41 sind Schwellenwert-Glieder, die das digitale Bildsignal 65 zu binären Bildelementen quantisieren, und zwar mit einem Schwellenwert Va, der niedriger als der mittlere Pegel der Normal-Oberfläche ist, der von einem Schwellenwert- und Koordinaten-Stellglied 48 erzeugt wird, sowie mit einem Schwellenwert Vb, der höher als der vorhergehende Schwellenwert Va ist, und mit einem höchsten Schwellen wert Vc, während gleichzeitig Störungen eliminiert werden. 42, 43 und 44 sind Logikelemente, die Prüfbereiche (EG₁+δ bis EG₂-δ ) für einzelne Tabletten bestimmen. Ein Merkmalsdetektor 45 zählt die Information wie die Anzahl von zweidimensionalen Binär zeichen (die Anzahl Zeichen, die kontinuierlich "1" sind, in zweidimensionaler Weise) der Metalleinschlüsse in der Tablettenoberfläche aus dem binären Bildelement-Signal, das vom Schwellenwert-Glied 39 durch das Logikelement 42 er halten wird, so daß die Information bezüglich der Anzahl Metalleinschlüsse mit auffallenden Kennzeichen extrahiert wird. Ein weiterer Merkmalsdetektor 46 bestimmt durch Zählen die Information wie den Bereich der zwei dimensionalen Binärzeichen (Anzahl von "1"-Pegeln) der nicht geschliffenen Teilfläche aus dem binären Bildelement-Signal, das vom Schwellenwert-Glied 40 durch das Logikelement 43 erhalten wird, wodurch die Information bezüglich der Fläche der nichtgeschliffenen Teilfläche extrahiert wird. Der Merkmalsdetektor 46 zählt ferner die Fläche der Metalleinschlüsse. Aufgrund der geringen Anzahl von Metalleinschlüssen und der kleinen Fläche jedes Metalleinschlusses beeinträchtigt deren Zählung jedoch nicht die allgemeine Fehlerauswertung und ist ver nachlässigbar. Ein zusätzlicher Merkmalsdetektor 47 bestimmt durch Zählen z. B. den Bereich der zwei dimensionalen Binärzeichen (Anzahl von "1"-Pegeln) von Absplitterungen aus den binären Bildelement-Signalen, die vom Schwellenwert-Glied 41 durch das Logikelement 44 erhalten werden, so daß die Information bezüglich des Flächenbereichs auffallender Absplitterungen extrahierbar ist. Ferner zählt der Merkmalsdetektor 47 den Bereich von Rissen und Vertiefungen. Aufgrund der Klein heit der Flächen von Rissen und Vertiefungen im Vergleich zu derjenigen von Absplitterungen wird jedoch die allgemeine Fehlerauswertung nicht beeinträchtigt. Ein Synchronisier signalerzeuger 49 erzeugt ein Impulskennzeichen TAKT und ein Abtastsynchronisiersignal TRIGGER.

1′ ist eine Tablette, die vom Kettenförderer 10 in die Posi tion R bewegt wurde, und 11 a′ und 11 b′ sind Rollen, die von dem Kettenförderer 10 in die Position R bewegt wurden. Das erste Bestrahlungssystem 27 des zweiten optischen Prüfkopfs 24 umfaßt Lichtquellen 50, 50′ und Glasfaser-Lichtleiter 51, 51′ mit viereckigen Lichtaustrittsöffnungen 52, 52′. Die Lichtaustrittsöffnungen 52, 52′ der Lichtleiter 51, 51′ bilden somit ebene Lichtquellen und strahlen das diffuse Licht auf die Außenumfangsfläche der Tablette 1′ unter einem Winkel aus wenigstens zwei zueinander symmetrischen Richtungen ab. Das zweite Bestrahlungssystem 28 des zweiten optischen Prüfkopfs 24 umfaßt eine Lichtquelle 53, eine Beleuchtungslinse 54, die das Licht in paralleles Licht umsetzt, und einen Halbspiegel 55, der das parallele Licht von der Beleuchtungslinse 54 reflektiert und es auf die Tablette 1′ unter einem rechten Winkel dazu von direkt oberhalb derselben richtet. Das dritte Bestrah lungssystem 200 des zweiten optischen Prüfkopfs 24 umfaßt Licht quellen 201 und Kollimatorlinsen 202 und bestrahlt die Tablette aus zwei schrägen Richtungen (vgl. Fig. 5). Die Bildaufnahmeeinrichtung 29 des zweiten optischen Prüfkopfs 24 um faßt eine bilderzeugende Linse 56, die ein reelles Bild der Oberfläche der Tablette 1′, erhalten über den Halb spiegel 54, erzeugt, und einen zweiten opto/elektronischen Bildwandler 57. Ein Verstärker 58 verstärkt das vom Bildwandler system 57 erzeugte Bildsignal auf einen vorbestimmten Pegel. Ein Analog-Digital-Umsetzer 59 setzt das Bildsignal in ein digitales Bildsignal um, indem dieses mit Taktsignalen abgetastet wird. Ein Schwellenwert-Glied 60 setzt das digitale Bildsignal 66 in ein binäres Bildelement- Signal um, und zwar mit einem Schwellenwert Vd, der niedriger als der Wert für die Normal-Oberfläche ist, der von dem Schwellenwert- und Koordinaten-Stellglied 63 erzeugt wird, wobei gleichzeitig Störungen beseitigt werden. Ein Logik element 61 bestimmt Prüfbereiche (EG₁+δ bis EG₂-δ ) für einzelne Tabletten. Ein Merkmalsdetektor 62 bestimmt die Länge Lx längs der X-Achse, die Länge Ly längs der Y-Achse und die Fläche S der Vertiefung und des Risses (vgl. Fig. 10) aus dem binären Bildelement-Signal, das von dem Schwellenwert-Glied 60 durch das Logikelement 61 er zeugt wird, so daß, wenn die Beziehung

wobei ε₁ z. B. etwa 1 sein kann) erfüllt ist (vgl. Fig. 10), ein Riß 3 a identifiziert wird; wenn die Beziehung

nicht erfüllt ist und gleichzeitig die Beziehung

(wobei ε₂ z. B. etwa 1,5 sein kann) erfüllt ist (vgl. Fig. 10C), so wird ein Riß 3 b identi fiziert; und wenn die beiden Beziehungen

nicht erfüllt sind (vgl. Fig. 10A), so wird eine Vertiefung 4 identifiziert. Auf diese Weise werden ein Riß und eine Vertiefung voneinander unterschieden, so daß die Weiten Wx und Wy und die Längen Lx und Ly für den Riß bestimmt werden, während die Durchmesser Lx, Ly für die Vertiefung bestimmt werden. Ein Haupt-Merkmals detektor 64 diskriminiert die Fehlerart auf der Grundlage der Fehlerzeicheninformation, die aus den Merkmalsdetektoren 45, 46 und 47 erhalten wird, und klas sifiziert diese durch Vergleich mit dem Kriterium für jede Fehlerart. Dabei arbeitet der Haupt-Merkmalsdetektor 64 so, daß z. B. der Bereich der nichtgeschliffenen Teilfläche 5, bestimmt durch den Merkmalsdetektor 46, dem Bereich der Absplitterung 2 entsprechend dem Merkmalsdetektor 47 hinzuaddiert wird, die resultierende Summe der Bereiche mit einem Kriterium verglichen wird, die Anzahl Metall einschlüsse, bestimmt von dem Merkmalsdetektor 45, mit einem Kriterium verglichen wird, die Weiten Wx, Wy und die Längen Lx, Ly des Risses, bestimmt durch den Merkmalsdetektor 62, mit einem Kriterium verglichen werden, und die Durchmesser der Vertiefungen Lx, Ly, bestimmt durch den Merkmalsdetektor 62, mit einem Kriterium verglichen werden, so daß jede Tablette 1 klassifiziert und festgestellt wird, ob sie brauchbar oder unbrauchbar ist.

Das an der Position Q in Fig. 3 aus dem Bestrahlungssystem, umfassend die Lichtquelle 31, die Beleuchtungslinse 32, die Spaltblende 33 und die Zylinderlinse 34, abgestrahlte Spalt licht wird auf die Oberfläche der Tablette 1 gestreut. Der regulär reflektierte Anteil dieses gestreuten Lichts wird von der bilderzeugenden Linse 35 erfaßt und von dem ersten opto/elek tronischen Bildwandler 36 in ein elektrisches Signal umgesetzt. Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Oberflächenzustand und dem Bildsignal. Die Tablettenoberfläche kann Fehler, z. B. eine Absplitterung 2, hervorgerufen durch Beschädigung wäh rend der Handhabung vor oder nach dem Sintern, eine nichtge schliffene Teilfläche 5, die leicht vertieft und deshalb nicht geschliffen ist, eine Vertiefung 4, hervorgerufen durch Teilabtragung infolge der unterschiedlichen Kontraktion beim Sintern, einen Riß 3, hervorgerufen durch eine Form änderung od. dgl. im Zeitpunkt der Formgebung, und einen Metalleinschluß 6, der beim Schleifen der Oberfläche durch Vermischen mit einem Fremdmetall entsteht, aufweisen. Fig. 6A zeigt einen Axialschnitt durch die Umfangsfläche der Tablette, wobei eine Absplitterung 2, eine nichtgeschliffene Teilfläche 5, eine Vertiefung 4, ein Riß 3 und ein Metallein schluß 6 in der Oberfläche 1 a vorhanden sind. Fig. 6B zeigt ein Bildsignal 65, das vom opto/elektronischen Bildwandler 36 an der ersten Position Q erzeugt wird. Bei Vorhandensein der Absplitterung 2, des Risses 3 oder der Vertiefung 4 (vgl. Fig. 6A) ändert sich die reelle Bildposition des Spalts, die sonst bei 67 liegen würde, zur Position 68 (vgl. Fig. 7), so daß das reflektierte Licht nicht in den opto/elektronischen Bildwandler 36 ein tritt (vgl. die Vollinie), und das Bildsignal 65 einen Dunkelpegel darstellt (vgl. 69, 70 und 71). Andererseits ist die nichtgeschliffene Teilfläche 5 im Sinter zustand verblieben und hat einen Oberflächenschimmer, der sich von der normalen geschliffenen Oberfläche unterscheidet, so daß regulär reflektierte Komponenten enthalten sind und der bestimmte Abschnitt heller erfaßt wird (vgl. 72). Der Metalleinschluß 6 ist eine Metalloberfläche und wird daher am hellsten erfaßt (vgl. 73). Durch Quantisieren mit einem Schwellenwert Va, der niedriger als der Wert für die normale Oberfläche ist, einem Schwellenwert Vb, der höher als der Wert für die normale Oberfläche ist, und einem höchsten Schwellenwert Vc ist es also möglich, die Absplitterung 2, die Vertiefung 4 oder den Riß 3 mit dem Schwellenwert Va, die nichtgeschliffene Teilfläche 5 oder den Metalleinschluß 6 mit dem Schwellenwert Vb und den Metalleinschluß 6 mit dem Schwellenwert Vc zu bestimmen. An der Position Q in Fig. 3 erfaßt der erste optische Prüfkopf die Absplitterung 2, die Vertiefung 4 und den Riß 3 kollektiv als Fehler und kann diese daher von der nicht geschliffenen Teilfläche 5 und dem Metalleinschluß 6 unterscheiden. Im übrigen können konvex ausgebildete Fehler ebenso wie die Absplitterung 2 erfaßt werden.

Das Licht, das auf die Bestrahlungsvorrichtung an der Posi tion R in Fig. 3, die die Lichtquelle 50, den Lichtleiter 51, die Lichtquelle 50′, den Lichtleiter 51′, die Licht quelle 53, die Beleuchtungslinse 54 und den Halbspiegel 55 umfaßt, reflektiert wird, wird auf die Oberfläche der Tablette 1 gestreut. Das Streulicht wird an der bilderzeu genden Linse 56 erfaßt und von dem zweiten opto/elektronischen Bildwandler 57 in ein elektrisches Signal umgesetzt. Die Fig. 8A und 8B zeigen die Beziehung zwischen dem Oberflächenzustand und dem Bild signal in diesem Fall. Die in der Tablettenoberfläche vor handene Absplitterung 2 besteht aus zwei verschiedenen Ab splitterungsarten, und zwar einer vor dem Sintern aufge tretenen rauhen Absplitterung und einer Absplitterung mit einer glatten muschelartigen Bruchfläche, die nach dem Sintern aufgetreten ist. Dadurch daß das Streulicht unter einem Winkel zur Oberfläche (vgl. Fig. 5) abgestrahlt wird, verschwindet das von der Rauhigkeit abgeleitete Bild, während gleichzeitig das Streulicht von den vorspringenden Teilen verstärkt wird, so daß die gesamte Bruchfläche hell erscheint (vgl. 69′ in Fig. 8B), wenn die Bruchfläche rauh ist. Somit wird verhindert, daß die Absplitterung 2 als eine Vertiefung 4 betrachtet wird. Im Fall einer glatten muschel artigen Bruchfläche bilden andererseits die Streulicht- Austrittsflächen 52 und 52′ eine ebene Lichtquelle, so daß das Streulicht teilweise regelmäßig auf der Bruchfläche reflektiert wird, die heller als die unter einem Winkel beleuchtete Normalfläche wird (vgl. 69′ in Fig. 8B).

Im Fall der nichtgeschliffenen Teilfläche 5 und des Metall einschlusses 6 tritt das regulär reflektierte Licht, das von dem Bestrahlungssystem 28, umfassend die Lichtquelle 53, die Beleuchtungslinse 54 und den Halbspiegel 55, aus geht, in den zweiten opto/elektronischen Bildwandler 57 ein. Da die geschliffene Ober fläche ähnlich wie Mattglas ist, ist es möglich, einen Pegel zu erhalten, der gleich oder heller als die Normal oberfläche mit geringen regulär reflektierten Komponen ten entsprechend 72′ und 73′ in Fig. 8B ist. Somit werden nur der Riß 3 und die Vertiefung 4, die so tief sind, daß das Bestrahlungslicht trotz ihrer weiten Öffnung den Grund nur schwer erreichen kann, mit einem Dunkelpegel (vgl. 70′ und 71′ in Fig. 8B) erfaßt. Durch Quantisieren mit einem Schwellenwert Vd, der niedriger als der Wert für die Normal oberfläche ist (vgl. Fig. 8B), ist es möglich, den Riß und die Vertiefung unabhängig voneinander zu erfassen.

Wenn in der Absplitterung 2′ ein Riß 3′ vorhanden ist (vgl. Fig. 9A), wird von dem 2. opto/elektronischen Bildwandler 57 ein Bildsignal 66′ erzeugt (vgl. Fig. 9B). In diesem Fall kann der Riß 3′ ebenfalls gesondert von der Absplitterung 2′ erfaßt werden, indem der Schwellenwert Vd genutzt wird, der niedriger als der Wert für die Normaloberfläche ist. D. h., im Gegensatz zu dem 1. opto/elektronischen Bildwandler 36 an der Position Q kann der 2. opto/elektronische Bildwandler 57 an der Position R nur die Vertiefung 4 oder nur den Riß 3 getrennt von der Absplitterung 2 erfassen, so daß zusammen mit dem 1. opto/elektronischen Bildwandler 36 an der Position Q die vier Fehlerarten, umfassend die Oberflächen-Absplitterung 2, die nichtgeschliffene Teilfläche 5, den Metalleinschluß 6, die Vertiefung 4 und den Riß 3, getrennt voneinander erfaßt werden.

Die vorstehende Erläuterung bezieht sich auf die Einrichtung zum Prüfen der Umfangsfläche. Ein ähnliches Erfassungsver fahren ist für die Prüfung der Enden des Prüflings realisierbar. In diesem Fall ist es beim Stand der Technik sehr schwierig, den Aufdruck 7 von dem Riß 3 (vgl. die Enden von Fig. 1) zu unterscheiden. Durch den zweiten optischen Prüfkopf 24 an der Position R in Fig. 3 können jedoch die Vertiefung und der Riß mit hoher Genauigkeit gesondert erfaßt werden, auch wenn der Aufdruck zum Erfassen zu dunkel ist oder zusammen mit der Vertiefung oder dem Riß vorhanden ist.

Die vorstehend angegebene Einrichtung ist zwar für die Er fassung von Oberflächenfehlern einer Kernbrennstofftablette bestimmt, die Erfindung ist jedoch ebenso bei anderen Prüf lingen, z. B. Keramik-, Kunststoff-, Guß- oder Schmiede stücken, anwendbar.

Wie bereits erläutert, kann der erste optische Prüfkopf 23 an der Position Q die Fehler in der Oberfläche eines Prüf lings, z. B. eine Absplitterung, eine nichtgeschliffene Teilfläche und einen Metalleinschluß, durch Unterscheiden dieser Fehler von einer Vertiefung und einem Riß genau erfassen. Durch Einsatz des 1. optischen Prüfkopfs 23 an der Position Q in Verbindung mit dem zweiten optischen Prüfkopf 24 an der Position R können die Fehler in der Prüfling-Oberfläche er faßt werden, indem sie in wenigstens drei Arten unterteilt werden, und zwar eine Absplitterung; eine nichtgeschliffene Teilfläche oder einen Metalleinschluß; und einen Riß oder eine Vertiefung, wodurch eine automatische Klassifizierung und Beurteilung der Oberflächenfehler einer Kernbrenn stofftablette od. dgl. möglich ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 11-15 wird die Schwellen wert- und Koordinaten-Stellschaltung 48, 63 erläutert. Wie bereits angegeben, werden infolge der geringen Geschwindig keitsänderung des stetig bewegten Schlittens 16 die opto/elektronischen Bildwandler 36, 57 betätigt, während das Muster der Außenumfangsfläche der Tablette 1 schräg entsprechend dem kurvenförmigen Betrachtungsfeld T in Fig. 11 bewegt wird. D. h., die Bildwandler 36, 57 wiederholen die ein dimensionale Bildaufnahme durch Abtasten auf der Grundlage des Abtastsynchronisiersignals TRIGGER. Die Bildsignale 74, 75, die aus der eindimensionalen Abtast-Bildaufnahme resultieren, werden kontinuierlich von den Bildwandlern 36, 57 erzeugt.

Ein Umlaufcodierer 75 ist mit dem linken Ende der Vorschub spindel 22 (vgl. Fig. 2) verbunden und erzeugt jedesmal ein Impulskennzeichen, wenn der Schlitten 16 um einen vor bestimmten Betrag vorgeschoben wird. D. h., der Umlauf codierer 75 erfaßt die Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 16. Ein Synchronisiersignalerzeuger 49 erzeugt ein Abtastsynchronisiersignal TRIGGER und ein Taktsignal. Ferner ist ein Analog-Digital-Umsetzer 38, 59 vorgesehen, der die Bildsignale von 36, 57 in Digitalsignale umsetzt.

Nachstehend werden insbesondere die Schwellenwert- und Koordinaten-Stellstufen 48, 63 erläutert. Ein Schwellen wert-Stellglied 76 ist für die Randerfassung vorgesehen; in diesem wird der Höchstwert Vh einer Abtastzeile des vom Analog-Digital-Umsetzer 38, 59 erzeugten digitalen Bild signals mit dem Wert Δ V, der vorher in einen digitalen Vergleicher gesetzt wurde, verglichen und um diesen Wert vermindert, wodurch ein erster Schwellenwert Vth 1 für die Randerfassung eingestellt wird. Mit dem digitalen Schwellenwert-Stellglied 77 wird das digitale Bildsignal, das vom Analog-Digital-Umsetzer 38, 59 mit dem Randerfas sungs-Schwellenwert Vth 1, der am ersten Randerfassungs- Schwellenwertstellglied 76 eingestellt ist, erzeugt wird, in ein binäres Bildelement umgesetzt. Eine Koordinaten- Steuerschaltung 78 bestimmt die Koordinate in der Weise, daß das von den opto/elektronischen Bildwandlern 36, 57 erfaßte Bild auf der Grundlage des vom Umlaufcodierer 75 erzeugten Im pulskennzeichens und des vom Synchronisiersignalerzeuger 49 erzeugten Taktsignals und Abtastsynchronisiersignals TRIGGER festgehalten wird. Diese Koordinaten-Steuer schaltung 78 umfaßt einen Randerfassungssignalerzeuger 80 zum Erfassen der Anwesenheit der ersten Randposition BEG 1 bei Anlegen des Abtastsynchronisiersignals TRIGGER nach dem Erfassen des ersten Randpositions-Koordinatensignals BEG 1, das vom ersten Randerfasser 79 erzeugt wird, ferner ein Koordinatenänderungs- bzw. -fortschreibungs-Befehlsglied 82, das ein Koordinatenänderungs-Ladesignal erzeugt, wenn das erste Randpositionssignal vom Randerfassungssignal erzeuger 80 erzeugt wird, nachdem ein Prüfung-beendet- Signal 81 empfangen wurde, das die Beendigung der Prüfung der gesamten Außenumfangsfläche einer Tablette 1 anzeigt; ferner ein Addierglied 83, das die Koordinate (Adresse) X _H vom äußerst linken Ende des Betrachtungsfelds vor der Koordinatenänderung (vgl. Fig. 14) mit dem Wert (X _r+ε ) addiert, ein Subtrahierglied 84, das die erste Randpositions-Koordinate BEG 1 vom Ausgangssignal X _H+(X _r+ε ) des Addierglieds 83 subtrahiert, einen Ab taststart-Koordinatenzähler 85 zum Laden des Ausgangssignals des Subtrahierglieds 83 und zur Subtraktion desselben von dem vom Umlaufcodierer 75 erzeugten Signal, wodurch die Abtaststart-Koordinate (Adresse) auf der äußerst linken Seite des Betrachtungsfelds gezählt wird, und einen Koordinatenzähler 86, der vom Abtaststart-Koordinatenzähler 85 ein Koordinatensignal empfängt, die Anzahl Taktimpulse der bestimmten Koordinate hinzuaddiert und eine Koordinate auf der Abtastzeile extrahiert. Durch den ersten Flanken erfasser 79 wird das vom Schwellenwert-Glied 77 erzeugte Bildelement-Signal (vgl. Fig. 13B) differenziert, so daß ein "1"-Signal an Anstiegs- und Abfallpunkten ("0"-Signale an den anderen Teilen) erzeugt wird, so daß eine Frequenz verteilung z. B. für 256 Abtastzeilen entsprechend Fig. 13C erhalten wird, die sequentiell in einem Vergleicher ver glichen wird, wodurch ein Koordinatenwert (Adresse) der ersten maximalen Randposition BEG 1 und der letzten maxima len Randposition BEG 2 erzeugt wird. Ein erster digitaler Vergleicher 87 erzeugt ein Signal zum Beginn der Extraktion eines niedrigen Pegels V 1 zum Festlegen des zweiten Schwel lenwerts, wenn die Ausgangskoordinate des Koordinatenzählers 86 eine geänderte erste Randpositions-Koordinate EG 1 wird. Ein letzter digitaler Vergleicher 88 erzeugt ein Signal zur Beendigung des niedrigen Pegels V 1, während gleich zeitig die Extraktion des hohen Pegels Vh 2 beginnt, wenn die Ausgangskoordinate des Koordinatenzählers 86 eine ge änderte Randpositions-Koordinate EG 2 wird. Ein digitaler Vergleicher 89 erzeugt ein Signal zum Beendigen der Ex traktion des hohen Pegels Vh 2, wenn die zu ändernde Ko ordinate EG 1′ der ersten Randposition des zylindrischen Prüflings erreicht ist. Ein zweites Schwellenwert-Stellglied 90 ist vorgesehen, mit dem auf der Grundlage der vom ersten digitalen Vergleicher 35 und vom letzten digitalen Vergleicher 36 nach Fig. 13 erzeugten Signale die digitalen Bild signale, die die Analog-Digital-Umsetzer 38, 59 z. B. für 255 Abtastzeilen über den Bereich von EG 1 nach EG 2 erzeugen, in den Adressen eines ersten Speichers entsprechend der Helligkeit (Ausgangspegel) gespeichert werden, wodurch die Frequenzverteilung der Helligkeit der Außenumfangs fläche der Tablette bestimmt wird, der maximale Frequenz wert V 1 bestimmt wird und ferner die vom Analog-Digital- Umsetzer 38 erzeugten digitalen Bildsignale für 255 Ab tastzeilen über den Bereich von EG 2 nach EG 1′ (vgl. Fig. 13D) in den Adressen des zweiten Speichers entsprechend ihrer Helligkeit (Ausgangspegel) gespeichert werden, die Frequenzverteilung der Helligkeit für den Randbereich be stimmt wird, und der maximale Frequenzwert Vh 2 erhalten wird, wodurch ein Schwellenwert Vth 2 eingestellt wird, der gegeben ist durch Vth 2= α (Vh 2-V 1)+V 1 (wobei α je weils in geeigneter Weise für Va, Vb, Vc und Vd geändert wird). Die Schwellenwert-Stufen 39, 40, 41 und 60 umfassen ein digitales Schwellenwert-Glied 91 zum Quantisieren der digitalen Bildsignale 65, 66, die von den Analog-Digital- Umsetzern 38, 59 erzeugt werden, in Abhängigkeit von den zweiten Schwellenwerten Va, Vb, Vc und Vd, die in dem zweiten Schwellenwert-Stellglied 90 gesetzt sind, und ein Geräuschdämpfer-Glied 92, 92′ ist ein Vergleicher, der den Wert EG 1+ δ aus dem Signal von EG 1 bestimmt, während er gleichzeitig ein "1"-Signal erzeugt, und 93 ist ein Vergleicher, der den Wert von EG 2- δ aus dem Signal EG 2 bestimmt, während er gleichzeitig ein "1"-Signal erzeugt. 42, 43, 44 und 61 sind logische Glieder zum Weiterleiten des Bereichs von EG 1+ δ bis EG 2- δ unter den binären Bildelement-Signalen, die vom Geräuschdämpfer-Glied 92 erzeugt werden. 45, 46, 47 und 62 sind Merkmalsdetektoren, durch die das durch das Logik element durchgelassene binäre Bildelement-Signal in einem Speicher mit z. B. 512 Adressen gespeichert wird, wodurch der Bereich, die Anzahl und die Länge (Breite) der Fehler bestimmt wird. 64 ist ein Haupt-Merkmalsdetektor. Ein Prüfstartsignalerzeuger 94 erzeugt ein Prüfstartsignal aufgrund eines Signals mit einem festgestellten zweiten Schwellenwert vom zweiten Schwellenwert-Stellglied 90. Ein Prüfendsignalerzeuger 95 wird durch das Prüfstartsignal gesetzt und erzeugt ein Prüfendsignal, wenn die Abtastzeilen gezählt sind und eine vorbestimmte Zahl erreicht haben (die Anzahl für die Abtastung des gesamten Außenumfangs der Tablette). Eine Aufgelaufener-Fehler-Meßstufe 96 um faßt ein Einstellglied 97 zum Einstellen der Anzahl Ab tastzeilen, einen Zähler 98, einen Rechner 99, einen Ver gleicher 100 und ein Dividierglied 101. Aufgrund des Ab tastsynchronisiersignals TRIGGER zählt der Zähler 98 die von dem Umlaufcodierer 75 von der ersten Abtastzeile ys zur zweiten Abtastzeile yt erzeugten Impulse, wobei die An zahl M von Zwischen-Abtastzeilen von dem Einstellglied 97 eingestellt wird. Der Rechner 99 arbeitet so, daß der Abstand e₁ von dem binären Abtastsynchronisiersignal TRIGGER, das von dem digitalen Schwellenwert-Glied 77 an der gleichen ersten Abtastzeile ys bis zum ersten Anstieg erzeugt wird, dadurch bestimmt wird, daß die Bildelemente durch die Takt impulse gezählt werden, wonach der Abstand e₂ von dem binären horizontalen Synchronisiersignal des digitalen Schwellenwert-Glieds 77 an der zweiten Abtastzeile yt nach dem Abtasten von M Abtastzeilen entsprechend der Einstellung durch das Einstellglied 97 bis zum ersten Anstieg dadurch bestimmt wird, daß die Bildelemente durch Takt impulse gezählt werden, so daß die Differenz e₂-e₁ bestimmt wird. Der Vergleicher 100 bestimmt die Differenz zwischen dem Wert e₂-e₁, der vom Rechner 99 erhalten wurde, und dem Wert q (entsprechend der Soll-Koordinate), der vom Zähler 98 erhalten wurde. Das Dividierglied 101 dividiert die Anzahl M Abtastzeilen, die vom Einstellglied 98 einge stellt ist, durch den vom Vergleicher 100 erzeugten Wert und extrahiert eine ganze Zahl Ns von Abtastzeilen aus dem Quotienten durch Zählen von Bruchteilen von 0,5 und mehr als ganze Zahl und Vernachlässigen des Rests.

Ein Steuerglied 102 betätigt ein Koordinaten-Korrektur glied 103 so, daß vom Dividierglied 101 der Aufgelaufener- Fehler-Meßstufe 96 erzeugte positive und negative Signale und die Anzahl Ns von Abtastzeilen gespeichert werden, so daß bei Empfang eines positiven Signals jedesmal dann, wenn das Abtastsynchronisiersignal TRIGGER die Anzahl Ns von Abtastzeilen erreicht, der letzte Impuls (eine ganze Zahl von Bildelementen) der dem Koordinaten-Korrektur glied 103 vom Umlaufcodierer 75 zugeführten Impulse eli miniert wird, wogegen bei Empfang eines negativen Signals jedesmal, wenn das Abtastsynchronisiersignal TRIGGER die Anzahl Ns von Abtastzeilen erreicht, der letzte Impuls (eine ganze Zahl von Bildelementen) der an das Koordinaten- Korrekturglied 103 vom Umlaufcodierer 75 angelegten Impulse addiert wird.

Bei dem vorstehend erläuterten Aufbau, bei dem die miteinander fluchtend ausgerichteten Tabletten 1 von den Rollen 11 a und 11 b mit unveränderlicher Geschwindigkeit gedreht werden (vgl. Fig. 2), werden die Lichtquellen 31, 50, 50′ und 53 eingeschaltet und der Motor 21 in Betrieb gesetzt, so daß der Schlitten 16 von einem Ende her verfahren wird. Die opto/elektronischen Bildwandler 36, 57 werden zusammen mit dem Schlitten 16 in Richtung des Pfeils in Fig. 2 bewegt, während sie die Oberfläche der Tabletten 1 eindimensional über den Bereich des Betrachtungsfelds S nach Fig. 11 abtasten und dadurch die Abbildung der Oberfläche aufnehmen. Somit wird ein Bildsignal erzeugt und in ein mehrstelliges digitales Signal umgesetzt. Der Abtaststart-Koor dinatenzähler 85, der anfangs einen voreingestellten Zu stand hat, wird mit X _r+ε, das vorher gesetzt wird, beladen, und es werden ihm mit der Bewegung der 1. opto/elektronische Bildwandler 36, 57 sequentiell Impulse vom Umlaufcodierer 75 aufgedrückt, die von ihm sequentiell subtrahiert werden, wodurch die Abtaststart-Koordinate gespeichert wird. Selbst wenn also die Bewegungsgeschwindigkeit der Bildwandler 36, 57 Schwankungen bzw. Änderungen unterliegt, wird ständig eine Rechteckform entsprechend Fig. 14 erhalten, und zwar in folge der Korrektur durch das vom Umlaufcodierer 75 er zeugte Signal (wobei jeder einzelne Impuls bei der Bewegung der Bildwandler 36, 57 um ein Bildelement erzeugt wird). Obwohl (vgl. Fig. 14) der äußerst linke Punkt des Betrachtungsfelds für die Abtastzeile Y₁ auf der Abszisse X _n-1 ist, wird die Bewegung des Betrachtungsfelds um ein Bildelement durch den Abtaststart bei Y _m erfaßt mit dem Ergebnis, daß die Adresse des Abtaststartpunkts von Y _m X _n-1 ist. Der Koordinatenzähler 86 wird mit der Abtast startpunkt-Koordinate X _n, die im Abtaststart-Koordinaten speicher 85 gespeichert ist, aufgrund jedes Abtastsynchroni siersignals TRIGGER geladen, und der Zähler 86 zählt das Taktsignal ausgehend von der Koordinate X _n, wodurch die Koordinate jeder Abtastzeile bestimmt wird.

D. h., der Wert X _r wird in solcher Weise eingestellt, daß der Anfangspunkt längs der Abszisse links außerhalb des Betrachtungsfelds der Bildwandler liegt. Wenn man z. B. annimmt, daß die opto/elektronischen Bildwandler im Betrachtungs feld T Bildelemente haben, sollte die Koordinate geändert oder erneuert werden, bevor X _r+ε das Betrachtungsfeld am äußersten linken Ende zuerst verläßt. Zum Zweck dieser Änderung wird bei Abwesenheit der Tablette 1 im Betrach tungsfeld X _r+ε zum äußersten linken Punkt des Betrach tungsfelds rückgeführt, wenn X+ε um einen vorbestimmten Betrag vom linken Ende des Betrachtungsfelds verschoben wird. Durch Wiederholen dieses Vorgangs erfolgt ein Suchen nach der Bildlage des zylindrischen Prüflings, und bei Er fassen der ersten Position BEG 1 der Tablette 1 wird X _r in eine naheliegende Position, die um ε davon entfernt ist, verschoben.

Durch Lesen des Bildsignals mit dem Wert X _r, der nahe der Abbildung der Tablette 1 gesetzt ist, genügt es, wenn die Speicherbreite für die bestimmte Bildinformation nur einen kleinen Teil der Breite des maximalen Bilds der Tablette nach rechts von X _r hat, wie durch ε+L+K in Fig. 14 angegeben ist.

D. h., der Speicher braucht nur die Breite von X _r bis X _r+ε+L+K zu haben. Dieser schmale Speicher bewegt sich und fängt die Abbildung der Tablette jedesmal bei deren Erzeugung ein, um deren Information zu lesen, so daß der Speicher wirksam einsetzbar ist, wodurch die für die Zei chenverarbeitung erforderliche Zeit verkürzbar ist.

Das Schwellenwert-Stellglied 76 für die erste Randerfassung sucht andererseits nach einem Höchstwert der digitalen Signale vom digitalen Vergleicher od. dgl. in einem vorbe stimmten Bereich einer anfänglichen Änderung von einem hohen zu einem niedrigen Pegel und subtrahiert Δ V, das vorher eingestellt wurde, von diesem Höchstwert Vh, wo durch der erste Schwellenwert Vth 1 bestimmt wird. Aufgrund dieses ersten Schwellenwert-Signals Vth 1 erfolgt eine Um setzung des digitalen Bildsignals durch das digitale Schwellenwert-Glied 77 in ein binäres Bildelement, das dem ersten Randerfasser 79 zugeführt wird. Wie durch die Vollinie in Fig. 15 angedeutet ist, enthält der Betrag der Zeichenbewegung Ls (=e₂-e₁) der Umfangs fläche der Tablette, der durch die tatsächliche Bewegung α der opto/elektronischen Bildwandler 36, 57 bestimmt wird, und die Bilderzeu gungs-Vergrößerung A einen Fehler in bezug auf die Soll- Koordinate q, die während der Verschiebung auf der Grund lage des Impulszugsignals gesetzt wurde, das vom Umlauf codierer 75 erfaßt wird (vgl. die Strichlinien in Fig. 15). Vor der Prüfung wird daher die Anzahl M von Abtastzeilen im Einstellglied 97 eingestellt. Der Rechner 99 bestimmt infolge eines binären Bildelement-Signals, das von dem digitalen Schwellenwert-Glied 77 an der ersten Abtastzeile Ys erzeugt wird, den Abstand e₁ zum Anstiegspunkt in bezug auf das Abtastsynchronisiersignal TRIGGER durch Zählen der durchgelassenen Taktimpulse mit einem Zähler od. dgl. Dann wird aufgrund des binären Bildelement-Signals, das vom digitalen Schwellenwert-Glied 77 an der zweiten Abtastzeile Yk, die um M Abtastzeilen entfernt ist, die im Einstell glied 97 voreingestellt wurden, der Abstand e₂ zu dem An stiegspunkt in bezug auf das Abtastsynchronisiersignal TRIGGER bestimmt, indem die durchgelassenen Taktimpulse mit einem Zähler od. dgl. gezählt werden. Der Wert e₁ wird von e₂ subtrahiert, wodurch der Betrag der Zeichen bewegung (=e₂-e₁) der Umfangsfläche der Tablette bestimmt wird. Andererseits bestimmt der Zähler 98 den Wert q durch Zählen der von der ersten Abtastzeile Ys zur zweiten Ab tastzeile Yt von dem Umlaufcodierer 75 erzeugten Signale. Der Vergleicher 100 vergleicht den vom Rechner 99 bestimmten Betrag der Zeichenbewegung Ls mit der Soll-Koordinaten verschiebung q, die vom Zähler 78 bestimmt wird, wodurch der aufgelaufene Fehler an den M Abtastzeilen bestimmt wird. Das Dividierglied 101 bestimmt durch Berechnen einerseits, ob der Wert Ls/q positiv oder negativ ist, und andererseits eine ganze Zahl von Abtastzeilen Ns. Der Wert Ls wird deshalb durch den Bezugsbetrag der Koordinaten verschiebung q dividiert, um die Anzahl Abtastzeilen Ns zu bestimmen, die einen Fehler eines Bildelements be wirken. Um den Fehler eines Bildelements in Zyklen von Ns Abtastzeilen zu eliminieren, addiert das Koordinaten- Korrekturglied 103 einen Impuls zu dem bzw. subtrahiert einen Impuls von dem vom Umlaufcodierer 75 erzeugten Signal und führt es dem Abtaststart-Koordinatenzähler 85 zu, so daß dieser die Abtaststart-Koordinate (Adresse) auf der äußerst linken Seite des verschobenen Betrach tungsfelds um eine Adresse (ein Bildelement) in Zyklen von Ns korrigiert, wodurch verhindert wird, daß der Fehler größer wird. Auf diese Weise wird vor der Prüfung die Information auf dem Oberflächenmuster der Tablette von der ersten Abtastzeile Ys zur zweiten Abtastzeile Yt erfaßt, und die Anzahl Ns von Abtastzeilen, die an dem Aufgelaufener-Fehler-Meßglied 96 bestimmt wird, wird in dem Steuerglied 102 gespeichert. Infolgedessen wird, während die opto/elektronischen Bildwandler 36, 57 von rechts nach links in Fig. 2 verschoben werden, während sie sequentiell Abbil dungen der miteinander fluchtenden Tabletten 1 aufnehmen, der Verschiebefehler in Zyklen von Ns korrigiert, wodurch es möglich ist, daß die Vollinie im wesentlichen mit der Strichlinie in Fig. 15 koinzidiert. Es wurde zwar vorstehend erläutert, daß das Muster bei Abwesenheit eines Verschiebe fehlers ständig mit der Soll-Koordinate koinzidiert, tat sächlich ist es aber schwierig, eine Koinzidenz der Verschie betakte miteinander zu ermöglichen, so daß sich unvermeid bar ein Koinzidenzfehler um etwa ±1 Bildelement ergibt.

Der erste Randerfasser 79 differenziert das binäre Bild element-Signal, und das Ergebnis wird in einem Abwärtszähler für abfallende Werte und in einem Aufwärtszähler für an steigende Werte gespeichert; diese Werte werden gezählt, um die Frequenzverteilung für z. B. H (=256) Abtastzeilen von dem Zeitpunkt, in dem das Bildelement-Signal den Rand anstieg BEG 1 zu enthalten beginnt, zu ermitteln. Die Ab fall-Frequenzverteilung, die im Abwärtszähler gespeichert ist, wird für den Bereich von der ersten Adresse zu einer vorbestimmten Adresse X _r+ε+L/2 ausgelesen, und nach sequentiellem Vergleich in einem Vergleicher wird eine Adresse erzeugt, die den Höchstwert (anfängliche Rand positions-Koordinate BEG 1) repräsentiert. Auch wird die Anstiegs-Frequenzverteilung, die im Aufwärtszähler ge speichert ist, für den Bereich von der Adresse X _r+ε+L/2 zu der Adresse X _r+ε+d/2L ausgelesen, und nach sequen tiellem Vergleich in einem Vergleicher wird eine dem Höchst wert (der End-Randpositions-Koordinate BEG 2) zugeordnete Adresse erzeugt. Wenn der vom Koordinatenzähler 86 erzeugte Koordinatenwert diesen Koordinatenwert BEG 1 erreicht, wird der Vergleicher 87 ausgelöst und betätigt den Rand erfassungssignalerzeuger 80. Infolgedessen wird vom Koordinatenänderungs-Befehlsglied 82 ein Koordinatenän derungs-Ladesignal zusammen mit dem Abtastsynchronisier signal TRIGGER erzeugt. Der von dem Abtaststart-Koordinaten zähler 85 erzeugte Koordinatenwert X _H wird X _r+ε im Addierglied 83 zuaddiert, während das Subtrahierglied 84 BEG 1 subtrahiert, wodurch die Daten im Abtaststart- Koordinatenzähler 85 auf den Wert X _I(=X _H+X _r+e-BEG 1) geändert werden. Dies ergibt sich aus der Beziehung X _I-X _r=X _H-(BEG 1- ε ) . Dann wird auch der Anfangswert des Koordinatenzählers 86 geändert, ebenso wie die Adresse des ersten Randerfassers 79. Aufgrund der Signale EG 1, EG 2 und EG 1′, die in geänderter Form von den Vergleichern 87, 88 und 89 erzeugt werden, bestimmt das zweite Schwellen wert-Stellglied 90 die Frequenzverteilung durch Speichern an der Adresse des Speichers, die dem Helligkeitspegel des digitalen Bildsignals von EG 1 bis EG 2 entspricht, wo durch eine Suche nach dem den Höchstwert darstellenden Helligkeitspegel Ve erfolgt. In gleicher Weise bestimmt das zweite Schwellenwert-Stellglied 90 die Frequenzverteilung durch Speichern an der Adresse eines weiteren Speichers, die dem Helligkeitspegel des digitalen Bildsignals im Bereich von EG 2 bis EG 1′ entspricht (die Suche erfolgt für einen vorbestimmten Bereich, der von EG 2 ausgehend ursprünglich gesetzt wurde, wenn EG 1′ nicht extrahierbar ist), so daß eine Suche nach dem Helligkeitspegel Vh 2, der den Höchstwert darstellt, erfolgt, so daß der Rechenvorgang Vth 2= α (Ve-Vh 2)+Vh 2 durchgeführt wird, wodurch der Schwellenwert Vth 2 (Va, Vb, Vc und Vd) einge stellt wird. Das digitale Bildsignal wird in binäre Bild elemente mit den zweiten Schwellenwerten Va, Vb, Vc und Vd umgesetzt und besteht aus Bildelementen in 3×3-Anord nung, wobei Störgeräusche dieser Bildelemente durch ein Geräuschdämpferglied 92 beseitigt werden, das ein logisches Produkt sämtlicher Bildelemente erzeugt. Diese binären Bildelement-Signale werden durch die Logikglieder 42, 43, 44 und 61 zwischen den von den Vergleichern 92′, 93 erzeugten Signalen EG 1+ δ und EG 2- δ durchgelassen und den Merkmalsdetektoren 45, 46, 47 und 62 zugeführt. Diese zählen die Anzahl Bildelemente, die Fehler darstellen, wodurch die Größe der Fehler über die Gesamtfläche bestimmt wird, um die Anzahl solcher Fehler oder ihre Breite, Länge oder den Durchmesser ent sprechend Fig. 10 zu bestimmen, so daß die Fehlerart iden tifiziert wird, und zwar während der Zeit vom Empfang des Prüfstartsignals des Prüfstartsignal-Erzeugers 94 bis zum Empfang eines Prüfende-Signals vom Prüfendesignal-Erzeuger 95. Der Haupt-Merkmalsdetektor 64 entscheidet, ob das Prüf ergebnis annehmbar ist oder nicht, und erzeugt ein Signal 104, das das Prüfergebnis darstellt. Während die Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Bildwandler 36, 57 in je dem Augenblock korrigiert wird, wird auf diese Weise die im Speicher zu speichernde Koordinate bezüglich des der Bewegung der Bildwandler 36, 57 folgenden Bildsignals ver schoben, während gleichzeitig die im Speicher für jede Tablette gespeicherte Koordinate geändert wird. Damit können die Bildwandler 36, 57 ständig die Abbil dung der gesamten Außenumfangsfläche jeder Tablette so aufnehmen, als ob diese in bezug auf die Tablette ortsfest wäre, was eine genaue und wirksame Prüfung der Tabletten-Oberfläche ermöglicht.

Dabei wird insbesondere eine Vielzahl miteinander ausge richteter Tabletten mit vorbestimmter Geschwindigkeit von Rollen gedreht, um die Abtastung der gesamten Außen umfangsfläche der Tabletten in gleichmäßigen Abständen zu ermöglichen, ohne daß die Tabletten längs den Achsen der Rollen verschoben werden. Stattdessen werden die Bildwandler kontinuierlich längs der Achse der Tabletten bewegt, um die gesamte Außenumfangsfläche der miteinander fluchtenden Tabletten zu prüfen.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß mit dem zweiten optischen Prüfkopf 24 die in der Tablettenober fläche vorhandenen Fehler wie eine Absplitterung, eine nicht geschliffene Teilfläche und ein Metalleinschluß genau erfaßbar sind, und zwar gesondert von Fehlern wie einem Riß und einer Vertiefung. Durch Vorsehen von zwei Schwellen werten Va und Vc für den ersten optischen Prüfkopf 23 werden Fehler in der Tablettenoberfläche wie eine nichtgeschliffene Teilfläche und ein Metalleinschluß getrennt von einem Riß, einer Absplitterung und einer Vertiefung mit hoher Genau igkeit erfaßt. Durch Verwendung des ersten optischen Prüfkopfs in Verbindung mit dem zweiten optischen Prüfkopf können wenigstens drei Arten von Oberflächenfehlern der Tabletten unter den Fehlerarten Absplitterung, nichtgeschlif fene Teilfläche oder Metalleinschluß, Riß oder Vertiefung gesondert erfaßt werden, was eine automatische Klassifizie rung und Beurteilung der Oberflächenfehler einer Kern brennstofftablette od. dgl. ermöglicht.

Nach der Erfindung ist eine Vielzahl Tabletten oder zylindrische Prüflinge auf Rollen miteinander ausgerichtet, wobei die Rollen mit einer vorbestimmten unveränder lichen Geschwindigkeit umlaufen; die Bildwandler werden kon tinuierlich längs der Fluchtungsrichtung der zylindrischen Prüflinge bewegt; die Größe der Bewegung (Geschwindigkeit) der Bildwandler wird erfaßt, die Bildelement-Koordinate des Bildsignals, das von den Bildwandlern infolge ihrer Bewe gung erzeugt wird, wird von Zeit zu Zeit korrigiert und verschoben, um jeden aufgelaufenen Fehler zu vermeiden, und außerdem wird die Koordinate für jeweils einen oder zwei zylindrische Prüflinge geändert bzw. fortgeschrieben. Infolgedessen bietet die angegebene Einrichtung im Ver gleich zum bekannten Stand der Technik, bei dem die Bild wandler schrittweise weiterbewegt werden, um die Abbildung der Prüfling-Oberfläche ausschließlich stationär aufzu nehmen, den großen Vorteil, daß die Außenumfangsfläche einer Vielzahl miteinander ausgerichteter zylindrischer Prüflinge sowohl mit hohem Wirkungsgrad als auch mit hoher Genauigkeit mit einem sehr kleinen Speicher ge prüft wird.

Claims

1. Einrichtung zur Prüfung der Oberfläche eines zylin drischen Gegenstandes auf Fehler
mit mindestens einem optischen Prüfkopf bestehend

- aus einem Bestrahlungssystem mit einer Lichtquelle,
- aus einer Bildaufnahmeeinrichtung mit einem opto/elek tronischen Bildwandler und aus einer Auswerteeinrichtung, die die elektrischen Signale des opto/elektronischen Bildwandlers mit mindestens einem Schwellwert vergleicht und deren Ausgangssignale einem Merkmalsdetektor zur Fehlerfeststellung zugeführt werden,

mit wenigstens zwei Rollen, die den Gegenstand unter dem Prüfkopf drehen, und
mit einer Zuführungseinrichtung für den Gegenstand zum und vom Ort des Prüfkopfs,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zwei an verschiedenen Orten (Q, R) angeordnete Prüfköpfe (23, 24) umfaßt, zwischen denen der Gegenstand (1) durch die Zuführungseinrichtung (8, 10) transportiert wird,
daß das Bestrahlungssystem (25) des ersten Prüfkopfs (23) zur Bestrahlung mit einem Lichtstreifen dient, der den Gegenstand (1) unter einem vorgegebenen Winkel trifft, und eine Beleuchtungslinse (32), eine Spaltblende (33) und eine Zylinderlinse (34) umfaßt,
daß die Bildaufnahmeeinrichtung (26) des ersten optischen Prüfkopfs (23) zur Aufnahme des (ordentlich) reflektierten Lichtes dient und eine Linse (35) umfaßt,
daß in der Auswerteeinrichtung des ersten optischen Prüfkopfs (23) Schwellwertglieder (39, 40, 41; 48) mit Hilfe wenigstens zweier Schwellwerte (Vb, Vc, Va), von denen einer über, einer unter dem Durchschnittswert des elektrischen Signals des ersten opto/elektronischen Bildwandlers (36) liegt, zur Quantisierung dieses elek trischen Signals dienen und Binärsignale liefern,
daß die Merkmalsdetektoren (45, 46, 47) des ersten opti schen Prüfkopfs (23) aufgrund dieser Binärsignale fest stellen, ob ein Fehler einer ersten Gruppe angehört, in der die Fehler "nicht geschliffene Teilfläche (5)" und "Metalleinschluß (6)" eingereiht sind, oder einer zwei ten Gruppe angehört, in der die Fehler "Absplitterung (2)", Riß (3)" und "Vertiefung (4)" eingereiht sind,
daß das Bestrahlungssystem (27, 28) des zweiten opti schen Prüfkopfs (24) zur Bestrahlung des Gegenstandes (1) aus mehreren, unterschiedlichen Richtungen dient, daß die Bildaufnahmeeinrichtung (29) des zweiten opti schen Prüfkopfs (24) zur Aufnahme des senkrecht vom Bildabtastbereich reflektierten Lichtes dient und eine bilderzeugende Linse (56) umfaßt,
daß in der Auswerteeinrichtung des zweiten optischen Prüfkopfs (24) ein Schwellwertglied (60, 63) mit Hilfe eines Schwellwerts (Vd) unterhalb des Durchschnitts wertes des elektrischen Signals des zweiten opto/elek tronischen Bildwandlers (57) zur Quantisierung dieses elektrischen Signals dient und Binärsignale liefert,
daß der Merkmalsdetektor (62) des zweiten optischen Prüfkopfs (24) aufgrund dieser Binärsignale feststellt, ob ein Fehler entweder ein "Riß (3)" bzw. eine "Vertiefung (4)" oder eine "Absplitterung (2)" ist, und
daß ein Hauptmerkmalsdetektor (64), angesteuert von den Merkmalsdetektoren (45, 46, 47) des ersten optischen Prüfkopfs (23) und vom Merkmalsdetektor (62) des zweiten optischen Prüfkopfs (24) entscheidet, ob ein Fehler zu einer der drei Gruppen "nicht geschliffene Teilfläche (5)" und "Metalleinschluß (6)" (Gruppe 1) oder "Absplitterung (2)" (Gruppe 2) oder "Riß (3)" und "Vertiefung (4)" (Gruppe 3) gehört.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestrahlungssystem (27, 28) des zweiten opti schen Prüfkopfs (24) zusätzlich ein Teilsystem (200) aufweist, mit dem Licht aus zwei Richtungen unter je weils einem vorbestimmten Winkel auf einen Längsteil des Gegenstandes (1) gerichtet wird.