DE3216754A1 - Sensor for illuminating a measuring surface and for detecting radiation reflected from said measuring surface - Google Patents

Sensor for illuminating a measuring surface and for detecting radiation reflected from said measuring surface

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DE3216754A1 DE19823216754 DE3216754A DE3216754A1 DE 3216754 A1 DE3216754 A1 DE 3216754A1 DE 19823216754 DE19823216754 DE 19823216754 DE 3216754 A DE3216754 A DE 3216754A DE 3216754 A1 DE3216754 A1 DE 3216754A1
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Abstract

The invention relates to a sensor having light guides (optical fibres) for illuminating a measuring surface and for measuring the radiation reflected from said measuring surface. The one ends of the light guides are arranged parallel to the measuring surface; a portion of the light guide serves to illuminate the measuring surface, and another portion to receive the reflected radiation. In known sensors, the end faces of the light guides that are adjacent to the measuring surface are ground at an angle of 90 DEG to the longitudinal axis, so that the light coupled into the illuminating light guides is emitted perpendicularly onto the measuring surface and the reflected radiation is coupled vertically into the receiving light guides. In the case of this design, surface reflections feature in the measurement, giving rise to incorrect measured values of colour density. According to the invention, the influence of surface reflections is avoided by arranging for the end faces (7) of all the light guides which face the measuring surface to have an oblique polished section with a polished-section angle ( alpha S) which is larger than the critical angle ( alpha G) of the propagation of light inside the light guide. <IMAGE>

Description

Sensor zur Beleuchtung einer Meßfläche und zur ErfassungSensor for illuminating a measuring surface and for detection

der von dieser Mebfläche remittierten Strahlung Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.of the radiation remitted by this surface. Technical area The invention relates to a sensor according to the preamble of claim 1.

Stand der Technik Aus der DE-OS 29 47 791 ist bereits eine Einrichtung mit Sensoren zur Farbdichtemessung an bogen- oder bahnförmigen, in Bewegung befindlichen Materialien bekannt, die eine gleichzeitige Messung der Farbdichtcwertc aller Farbfelder eines Farbkontrollstreifeng erlaubt, der in Abständen auf dem Material quer zu dessen Laufrichtung mitgedruckt wird, wobei die farbigen Neßfelder dieser Strcifen mittels Lichtleiter beleuchtet werden, während die von diesen Neßfeldern remittierte Strahlung über weitere Lichtleiter an Lichtdetektoren geführt ist, deren Signale in einem nachgeordneten Rechner verarbeitet werden, der unter Berücksichtigung weiterer Parameter eine Berechnung der Farbdichtewerte durchführt.State of the art From DE-OS 29 47 791 is already a device with sensors for color density measurement on curved or web-shaped moving parts Known materials that allow simultaneous measurement of the color density values of all color fields of a color control strip allowed, which at intervals on the material across its Direction of travel is also printed, the colored Neßfelder of these stripes by means of Light guides are illuminated while the radiation remitted by these Neßfeldern is guided via further light guides to light detectors, their signals in one downstream computer are processed, taking into account other parameters performs a calculation of the color density values.

Bei der bekannten Einrichtung ist quer" zur Laufrichtung des Materials dicht über diesem eine Meßschiene angeordnet, die zur Halterung der einen Sensorenenden dient, deren Stirnflächen senkrecht zur optischen Achse geschliffen sind; diese Sensorenenden sind im Bereich der Xeßschiene parallel und senkrecht zur Naterialoberfläche geführt. Über die anderen Enden der Beleuchtungs-Lichtleiter wird Licht eingekoppelt, das an den der Materialoberfläche zugewandten Enden dieser Beleuchtungs-Lichtleiter austritt und senkrecht auf die Materialoberfläche abgestrahlt wird; auch die remittierte Strahlung wird in die Detektions-Lichtleiter senkrecht eingekoppelt.In the known device is transverse "to the direction of travel of the material arranged closely above this a measuring rail, which is used to hold one of the sensor ends serves, the end faces of which are ground perpendicular to the optical axis; these Sensor ends are parallel and perpendicular to the material surface in the area of the Xeßschiene guided. Light is coupled in via the other ends of the lighting light guide, that at the ends of these lighting light guides facing the material surface emerges and is radiated perpendicularly onto the material surface; also the remitted Radiation is coupled vertically into the detection light guide.

Bei einer derartigen Ausbildung der Sensoren werden Oberflächenreflexe nicht untcrdrückt, so daß sich fehlerhafte, nicht reproduzierbare Farbdichtemeßwerte ergeben.When the sensors are designed in this way, surface reflections occur not suppressed, so that incorrect, non-reproducible color density measurement values result.

Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sonden der cinganges genannten Art zu schaffen, mit denen eine Messung der von einer beleuchteten Fläche remittierten Strahlung ohne Verfälschung der Meßwerte durch Oberflächenreflexe möglich ist.Task The invention is based on the task of providing probes of the cinganges called type to create a measurement of the area of an illuminated area remitted radiation is possible without falsification of the measured values due to surface reflections is.

Lösung Diese Aufgabe wird erfindungsgem,äß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs t gelöst.Solution According to the invention, this object is achieved by the features of Characteristic of claim t solved.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Expedient developments of the invention are set out in the subclaims refer to.

Vorteile Ein durch die Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß eine weitgehende Unabhängigkeit der Messung gegenüber Schwingungen (Abstandsänderungen) erzielt wird, wenn die Sonde in das Maximum der Abstands-Intensitätskurve gesetzt wird. Dic Lage dieses Maximums kann über die geometrischen Maße der Sonde eingestellt werden.Advantages An advantage achieved by the invention is that that the measurement is largely independent of vibrations (changes in distance) is achieved when the probe is placed in the maximum of the distance-intensity curve will. The position of this maximum can be set via the geometric dimensions of the probe will.

Darstellung der Erfindung Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig 1 eine bekannte Ausbildung eines Lichtleiters, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausbildung eines Licht leiters, Fig. 3 eine Meßsonde tnit zwei Lichtleitfaserbündeln, Fig. 4 eine Meßsonde mit mehreren abwechselnden Lagen von Bclcuchtungs- und Beobachtungs-Lichtleitfasern, Fig. 5 eine genaucre Ausbildung der Sonde nach der Fig. 4, Fig. 6 Abstands-Intensitätslcurven von unterschiedlich ausgebildeten Sonden.DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention is explained below with the aid of a In the drawing schematically illustrated embodiment explained in more detail. 1 shows a known embodiment of a light guide, and FIG. 2 shows an embodiment according to the invention Formation of a light conductor, Fig. 3 shows a measuring probe with two optical fiber bundles, 4 shows a measuring probe with several alternating layers of eye and observation optical fibers, Fig. 5 shows a more precise design of the probe according to FIG. 4, FIG. 6, distance-intensity curves of differently designed probes.

Aus Gründen der Einfachheit sind in den Figurcn lediglich die der jeweiligen Menfläche zugewandten Endenabschnitte von Lichtleitern dargestcllt, die in geeigneter Weise über einer Meßfläche angeordnet sind.For the sake of simplicity, only those of the are shown in the figures end sections of light guides facing the respective menu area, which are arranged in a suitable manner over a measuring surface.

Die Fig. 1 zeigt einen Endenabschnitt 2 einer aus Kernglas 3 und Hüllglas 4 bestehenden Lichtleitfaser L, deren Stirnfläche 5 senkrecht zur optischen Achse geschliffen ist; angedeutet ist der Grenzwinkel a G der Licht ausbreitung innerhalb der Lichtleitfaser und der Grenzwinlcel aO der Lichtausbreitung nach Verlassen der Lichtleitfaser. Die Verwendung derartig ausgebildeter Endenabschnitte 2 bei Einrichtungen zur Messung der von einer Fläche remittierten Strahlung ergeben die vorstehend genannten Nachteile.Fig. 1 shows an end section 2 of a core glass 3 and cladding glass 4 existing optical fiber L, the end face 5 of which is perpendicular to the optical axis is ground; indicated is the critical angle a G of the light propagation within the optical fiber and the Grenzwinlcel aO of the light propagation after leaving the Optical fiber. The use of such designed end sections 2 in devices for measuring the radiation remitted by a surface, the above-mentioned results Disadvantage.

In der Fig. 2 ist ein Endenabschnitt 6 mit einer schräg angeschliffenen Stirnfläche 7 dargestellt, wobei der Anschliffwinkel a5 größer als der Grenzwinkel aG der Lichtausbreitung innerhalb der Lichtleitfaser ist; durch einen derartigen Anschliff erfolgt der Austritt des Lichtes aus einer zur Beleuchtung der Fläche dienenden Lichtleitfaser in einem einseitig zur Normalen liegenden Winkelbereich,und in einer dem Empfang der remittierten Strahlung dienenden Lichtleitfaser kann sich Licht nur ausbreiten, wenn es die Stirnfläche 7 unter einem entsprechenden Winkel trifft.In FIG. 2, an end section 6 is shown with an obliquely ground End face 7 shown, the bevel angle a5 greater than the critical angle aG is the propagation of light within the optical fiber; by such a The light emerges from a section to illuminate the surface serving optical fiber in an angular range lying on one side to the normal, and in an optical fiber serving to receive the reflected radiation can Light spreads only when the end face 7 is at an appropriate angle meets.

Die Fig. 3 zeigt eine Sonde mit einem aus Einzelfasern bestehenden Faserbündel 8 für die Beleuchtung und einem entsprechenden Faserbündel 9 für den Empfang und die Detektion der remittierten Strnlllung; die schräg angeschliffenen Stirnflächen 7 der Faserbiindel 8, 9 verlaufen parallel zur Meßfläche 1; Oberflächenreflexe werden von der Sonde wegreflektiert und können die Stirnfläche des Faserbündels 9 nicht treffen. Mit dieser Sonde ist also ohne Verfälschung der >Ießwerte durch Oberflächenreflexe nur die von der Elenflache 1 remittierte Strahlung meßbar, Die Fig. 4 zeigt eine Meßsonde, die aus mehreren Lagen von Lichtleitfasern 10 bis i4 mit zur optischen Achse schräg angeschliffenen Stirnflächen 7 besteht , wobei die Lichtleitfasern 10, 12, 14 zur Beleuchtung der Meßfläche 1 und die Lichtleitfasern 11, 13 zur Detektion der von der sßfläche 1 remittierten Strahlung dienen mögen.Fig. 3 shows a probe with one consisting of single fibers Fiber bundle 8 for lighting and one corresponding fiber bundle 9 for receiving and detecting the remitted incident; the bevelled End faces 7 of the fiber bundles 8, 9 run parallel to the measuring surface 1; Surface reflections are reflected away from the probe and can damage the end face of the fiber bundle 9 does not meet. With this probe, the measured values are passed without any falsification Surface reflections can only be measured by the radiation remitted by the surface 1 Fig. 4 shows a measuring probe, which consists of several layers of optical fibers 10 to i4 with obliquely ground end faces 7 to the optical axis, the Optical fibers 10, 12, 14 for illuminating the measuring surface 1 and the optical fibers 11, 13 may serve to detect the radiation remitted by the surface 1.

Aus den der Beleuchtung dienenden Lichtleitfasern 10, 12, 14 tritt das Licht unter dem Öffnungswinkel 15, 15., 15" (waagerechte Strichelung) aus und beleuchtet die Meßfläche 1. Eine Detektion des remittierten Lichtes kann nur erfolgen, wenn das Licht unter dem Öffnungswinkel 16, 16' (schräge Strichelung) in die zur Detektion dienenden Lichtleitfasern 11, 13 eintritt.The optical fibers 10, 12, 14 used for illumination emerge the light at the opening angle 15, 15., 15 "(horizontal dashed lines) off and illuminates the measuring surface 1. The reflected light can only be detected if if the light at the opening angle 16, 16 '(oblique dashed lines) in the for Detection serving optical fibers 11, 13 occurs.

Infolge des schrägen Anschliffs der Stirnflächen 7 liegen die Beleuchtungs- und Detektionskegel 15, 15', 15", 16, 16' jeweils einseitig zur Flächen-Normale, so daß Oberflächenreflexe sich nicht in den der Detektion dienenden Lichtleitfasern 11, 13 ausbreiten können, selbst wenn sie die Stirnflächen 7 treffen.Due to the inclined bevel of the end faces 7, the lighting and detection cones 15, 15 ', 15 ", 16, 16' each on one side to the surface normal, so that surface reflections are not reflected in the optical fibers used for detection 11, 13 can spread even if they hit the end faces 7.

Wegen des im Verhältnis zur Größe der Sonde geringen Abstandes X liegt bei Messungen die Meßfläche i im Schattenbereich der Sonde, die damit gegen Fremdstrahlung weitgehend geschützt ist.Because of the small distance X in relation to the size of the probe for measurements the measuring surface i in the shadow area of the probe, which is against external radiation is largely protected.

Aus der Fig. 5 ist die genauere Ausbildung der Sonde nach der Fig. 4 ersichtlich.From FIG. 5, the more precise design of the probe according to FIG. 4 can be seen.

Die Sonde besteht aus einem mehrere Lagen 10'bis t4' von Lichtleitfasern aufweisenden Bereich A mit quadratischem Querschnitt, welcher in zwei abzweigende Lichtleitfaserbündel 17, 18 mit kreisförmigem Querschnitt ausläuft; in das froie Ende 19 des Lichtleitfaserbündels 17 möge Licht eingekoppelt werden, das an den Lichtleitfaserlagen 10', 12', 14' austritt und durch die das jeweilige Meßfeld beleuchtet wird, dessen remittierte Strahlung von den Lagen 11', 13' empfangen und am freien Ende 20 des Lichtleitfaserbündels 18 zur Weiterverarbeitung austritt.The probe consists of several layers 10 'to t4' of optical fibers having area A with a square cross-section, which branches off into two Optical fiber bundle 17, 18 terminates with a circular cross-section; in the froie End 19 of the fiber optic bundle 17 may light be coupled in, which at the Optical fiber layers 10 ', 12', 14 'emerge and through which the respective measuring field is illuminated whose remitted radiation is received by the layers 11 ', 13' and on the free The end 20 of the fiber optic bundle 18 emerges for further processing.

Durch Wahl der Anzahl der Lichtleitfaserlagen und deren Dicke d sind Intensitätsmaxima in einem Abstandsbereich vom Meßfeld zwischen etwa 0,5 und 2,5 mm erzielbar, wie aus der Fig. 6 ersichtlich, die Abstands-Intensitätskurven 21 bis 23 dreier unterschiedlich ausgebildeter Sonden zeigt.By choosing the number of optical fiber layers and their thickness d are Intensity maxima in a distance range from the measuring field between approximately 0.5 and 2.5 As can be seen from FIG. 6, the distance-intensity curves 21 can be achieved to 23 shows three differently designed probes.

4, Werden bei einer Sonde mit einem Querschnitt von beispielsweise 3 x 3 mm fünfzehn Lichtleitfaserlagen mit einer Dicke d von 0,2 mm gewählt, so ergibt sich die Abstands-Intensitätskurve 21, bei welcher das Maximum der Intensität I bei einem bleßabstand X zur Menfläche von etwa 0,6 mm liegt; besteht die Sonde bei gleichem quadratischen Querschnitt aus sechs Lichtleitfaserlagen mit einer Lagendicke d von 0,5 mm, so ergibt sich die Abstands-Intensitätskurve 22, mit einem Intensitätsmaximum, das bei einem Abstand X von etwa 1,4 mm liegt; bei einer Sonde mit vier Lichtleitfaserlagen und einer Lagendicke d von 0,75 mm ergibt sich die Abstands-Intensitätskurve 2; mit einem etwa bei 2 mm liegenden Maximum der Intensität I. 4, Are in the case of a probe with a cross-section of, for example 3 x 3 mm selected fifteen optical fiber layers with a thickness d of 0.2 mm, so results the distance-intensity curve 21, at which the maximum of the intensity I. is at a bleß distance X to the menstrual area of about 0.6 mm; insists the probe at the same square cross-section from six optical fiber layers with one layer thickness d of 0.5 mm, the result is the distance-intensity curve 22, with an intensity maximum, which is at a distance X of about 1.4 mm; for a probe with four layers of optical fiber and a layer thickness d of 0.75 mm results in the distance-intensity curve 2; with a maximum of intensity I at around 2 mm.

Durch die Positionierung der Sonde im jeweiligen Intensitätsmaximum ist eine weitgehende Abstandsunabhängigkeit erreicht.By positioning the probe in the respective intensity maximum an extensive independence of distance is achieved.

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Claims (3)

Patent ansprüche 1. Sensor zur Beleuchtung einer Meßfläche und zur Erfassung der von dieser Meßfläche remittierten Strahlung, bestehend aus parallel über dieser blenflachc angeordneten Lichtleitern, die der Beleuchtung dieser Fläche und der Detektion der remittierten Strahlung dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (7) der der endfläche (1) zugewandten Enden (6) aller Lichtleiter (L) einen schrägen Anschliff mit einetn Anschliffwinkel (as) ) aufweisen, der größer ist als der Grenzwinkel (aG) der Lichtausbreitung innerhalb des Lichtleiters (Fig. 2).Patent claims 1. Sensor for illuminating a measuring surface and for Detection of the radiation reflected from this measuring surface, consisting of parallel above this blenflachc arranged light guides that illuminate this area and serve to detect the remitted radiation, characterized in that the end faces (7) of the end face (1) facing ends (6) of all light guides (L) have an oblique bevel with a bevel angle (as)) which is larger is than the critical angle (aG) of the light propagation within the light guide (Fig. 2). 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg gesChliffenen Stirnflächen (7) der Lichtleiter in einer Ebene und parallel zur Meßfläche (i) liegen.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the oblique Ground end faces (7) of the light guide in one plane and parallel to the measuring surface (i) lie. 3. Sensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus mehreren Lagen (10' bis 14') von Lichtleitfasern besteht und daß der Sensor entsprechend der dadurch erzielten Abstands-Intensitäts-Charakteristik im das Intensitätsmaximum (I) ergebenden Abstand (X) zur Meßfläche (1) angeordnet ist.3. Sensor according to claim 1 and 2, characterized in that the sensor consists of several layers (10 'to 14') of optical fibers and that the sensor corresponding to the distance-intensity characteristic achieved in this way, the intensity maximum (I) resulting distance (X) to the measuring surface (1) is arranged.
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