DE3338802A1

DE3338802A1 - Vorrichtung und verfahren zum pruefen von materialbahnen

Info

Publication number: DE3338802A1
Application number: DE19833338802
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 4800 Bielefeld Eikmeyer
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Lasor Laser Sorter GmbH
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1983-10-26
Publication date: 1985-05-09
Also published as: ES537053A0; US4634281A; CS802784A2; CA1224256A; DE3338802C2; CS257783B2; ES8506900A1; JPS60111948A

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen von Materialbahnen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen von transparenten Materialbahnen, wie Flachglas oder dergleichen/ die als Fehler Oberflächenverformungen und/oder Einschlüsse aufweisen. Die Vorrichtung besteht aus einer Lichtquelle, insbesondere einem Laserstrahler, einem diesem zugeordneten, umlaufenden Spiegelrad zur Erzeugung eines Lichtstriches auf einem den Lichtstrich auf die Materialbahn reflektierenden Spiegel, sowie mindestens einem Empfänger für das durchgelassene Licht der aus einem mit einer lichtstreuenden Scheibe abgedeckten Gehäuse besteht, in dem mindestens ein fotoelektrischer Wandler angeordnet ist.

Eine Vorrichtung der vorgenannten Art ist mit der DE-OS 24 11 407 beschrieben worden, wobei diese Vorrichtung insbesondere zum Prüfen von Flachglas eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung soll deshalb ,auch am Beispiel der Flachglasprüfung beschrieben werden, ohne sie jedoch darauf zu beschränken .

Beim Prüfen von Flachglas ist die Fehlerermittlung als solche nicht sehr kritisch. Es tritt jedoch"ein Problem auf, das sich nicht ohne weiteres lösen läßt.
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Verformungen der Oberfläche oder auch der Unterfläche von Flachglasbahnen beschränken sich im allgemeinen auf relativ kleine Bereiche. Diese Verformungen führen sofort zu einer Fehleranzeige, wie erwünscht. Eine langsame, gleichmäßige Dicken- .

änderung beeinflußt aber ebenfalls das Meßergebnis, obwohl in einem solchen Falle diese Dickenänderung meist toleriert werden kann.

Die Prüfung als solche geht dabei so vor sich, daß die Oberfläche des Flachglases quer zur Laufrichtung der Glasbahn mit einem Lichtstrahl, d. h. im allgemeinen einem Laserstrahl abgetastet wird. Unter dem Glas ist ein-schmaler Lichtempfänger angeordnet, der durch das Glas hindurchfallendes Licht aufnimmt. Der Empfänger ist mit einem Diffusor abgedeckt, also mit einer lichtstreuenden Scheibe, meist in Form einer Mattscheibe, oder einer entsprechend eingefärbten Folie, die zwischen zwei klaren Glasscheiben angeordnet ist, so daß der auf den Diffusor auftreffende Lichtstrahl in diffuses Licht umgewandelt und vom Lichtempfänger aufgenommen wird.

Der Lichtstrahl selbst wird durch einen Laserstrahler, meist einen Helium-Neon-Laserstrahler, erzeugt und auf ein rotierendes Spiegelrad geworfen, das den Strahl als Lichtstrahl auf einen, in der

Prüfvorrichtung zur Faltung des Lichtweges stationär angeordneten Spiegel (den Faltungsspiegel) wirft, von dem dieser Lichtstrich dann auf die zu prüfende Glasbahn reflektiert wird.
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Bei Eintritt und Austritt des Lichtes in das Glas, bzw. aus dem Glase wird der Lichtstrahl gebrochen. Die Dicke des Glases und der Einfallwinkel des Lichtstrahles bestimmen die Lage des durchgetretenen, auf dem Diffusor abgebildeten Lichtbandes, d. h. bei einer Dickenänderung kann der Lichtstrich außerhalb eines Stoppers auf dem transparenten Bereich des Diffusors fallen und damit zur Fehleranzeige führen, obwohl evtl. nur eine tolerierbare, gleichmäßige Dickenänderung des Glases ohne Fehlereinschlüsse vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Dickenänderung des Glases eine von dieser Dickenänderung unbeeinflußte Glasprüfung vorzunehmen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der vorgenannten Art durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:
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a) der Bereich der lichtstreuenden Scheibe, auf den bei fehlerfreier Bahn der reflektierte bzw. durchgelassene Lichtstrich auftrifft, ist lichtundurchlässig,

b) auf dem lichtundurchlässigen Bereich sind zwei in Laufrichtung der Materialbahn zueinander versetzte Fotodioden angeordnet,
c) der Faltungsspiegel ist schwenkbar gelagert,

d) der Faltungsspiegel ist mit einer Nachführvorrichtung versehen/

e) die Fotodioden.sind über eine Steuerung der Nachführvorrichtung verbunden.

Der Diffusor des Empfängers, also die dem Empfänger vorgeschaltete lichtstreuende Scheibe ist mittig mit einem sogenannten Stopper versehen. Unter dem Begriff Stopper ist dabei entweder eine lichtundurchlässige Einfärbung des Diffusors oder eine lichtundurchlässige Abdeckung zu verstehen, die den Eintritt des direkten Lichtstrahles in den Empfänger, verhindert, damit tritt bei fehlerlosem Glas kein Licht in den Empfänger ein.· Erst durch die Ablenkung eines oberflächendeformierenden Fehlers trifft das Licht auf die lichtdurchlässigen Bereiche des Diffusors auf, gelangt damit in den Empfänger und führt so zu eindeutigen Fehlersignalen. Die Lage des.Stoppers auf dem Diffusor ist durch die Materialdicke in Abhängigkeit vom Einfallwinkel des abtastenden Lichtstrahles bestirant. Sie ist zweckmäßig einstellbar. Die erforderliche Breite des Stoppers wird im wesentlichen durch den Durchmesser des abtastenden Lichtpunktes vorgegeben sowie durch geringfügige Schwankungen der Abtastbewegung, die innerhalb der Toleranzen des Spiegelradsystemes. liegen.

Um Fehlmeldungen auszuschalten, die nicht auf einer plötzlichen Ablenkung des Lichtstrahles durch Oberflächenverformungen beruhen, sondern auf der langsamen, gleichmäßigen Dickenzunahme oder Dickenabnahme der Bahn und damit dem Aus-

BAD ORlG^AL

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wandern des auf dem Stopper abgebildeten Lichtstriches in Maschinenlaufrichtung oder Gegenrichtung, sind auf dem lichtundurchlässigen Be-'reich des Diffusors, also direkt auf-dem Stopper . zwei Fotodioden angeordnet/ die sich auf den Längsrändern des Stoppers befinden, so daß praktisch die gesamte Stopperbreite zwischen ihnen liegt. Der von der Bahn durchgelassene Lichtstrich sollte auf dem Stopper, praktisch als Symmetrieachse zwischen diesen beiden Punkten, verlaufen. Das ist a)der Fall, wenn kein Fehler in der Materialbahn

vorhanden ist,
b) keine Dickenänderung vorliegt.

Liegt ein Fehler vor und trifft der Abtaststrahl diesen Fehler, so erfolgt eine kurzzeitige Ablenkung des Strahles während einer Abtastbewegung, d. h., der Abtastpunkt, der durch eine rasche Bewegung als Lichtband auf dem Stopper erscheint, tritt lokal kurzzeitig aus dem Bereich des Stoppers und gelangt in den transparenten Bereich des Diffusors. Dadurch wird ein Fehlersignal ausgelöst·.

Gegenüber dieser kurzzeitigen lokalen Ablenkung des Abtaststrahles bei Fehlern erfolgt die Ablenkung des Strahles durch eine Dickenänderung der Glasbahn langsam und über die gesamte Breite. Dieses zeigt sich dadurch, daß bei mehrmaligem Abtasten der Abtaststrahl je nach Vorzeichen der Dickenänderung langsam in die rechte oder in die linke Fotodiode hineinwandert, wobei der Begriff langsam auf die Abtastgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit der zu prüfenden Glasbahn bezogen ist, d. h. auf einem

Zeitraum von ca. 1 sec. Die Beaufschlagung einer der Fotodioden mit Licht löst einen Steuerimpuls aus, der zweckmäßig über einen Drei-Punkt-Regler auf die Nachführapparatur wirkt und damit den schwenkbar gelagerten Faltungsspiegel so verstellt, daß die Abtastlinie wieder mittig zwischen den beiden Fotodioden verläuft. Die Verstellung des reflektierenden Spiegels erfolgt also automatisch bei sich ändernder Materialdicke.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Nachführapparatur im wesentlichen aus einem Elektromotor mit extrem untersetzendem Getriebe besteht, das mit dem schwenkbar gelagerten Faltungsspiegel gekoppelt ist und diesen entsprechend den durch die Fotodioden ausgelösten Kommandos verstellt. Da eine reine ja/nein-Auswertung der Signale keine einwandfreie Funktion der Nachstellautomatik ergibt, werden die Signalamplituden der Fotodioden ausgewertet, d. h. über einen Verstärker einem Regelkreis zugeführt, der die daraus abgeleiteten Regelimpulse an den Elektromotor weitergibt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Diffusor vor dem Empfänger im Bereich des durchgelassenen Strahles mit einer undurchlässigen Lamelle als Stopper abgedeckt ist. Durch Einsatz einer undurchlässigen Lamelle, die im einfachsten Falle als schwarz eingefärbter Klebestreifen auf die transparente Scheibe des Empfängers, aufgebracht werden kann, läßt sich bereits eine normale, transparente Scheibe mit einem lichtundurchlässigen Bereich versehen. Es ist aber auch möglich, eine Metall-Lamelle als Stopper aufzu-

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bringen, wobei diese Metall-Lamelle ebenso wie der schwarze Klebestreifen, eine bestimmte Breite aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich- ■ nungen beschrieben.

Figur 1 zeigt schematisch eine Prüfvorrichtung für transparente Materialien in der Vorderansicht im Teilschnitt,

Figur 2 die gleiche Vorrichtung in der Seitenansicht im Teilschnitt,

.Figur 2a eine Detailvergrößerung zu Figur 2, Figur 3 zeigt im Detail den Verlauf des Abtaststrahles bei der Transmissionsprüfung von dicken, transparenten Materialbahnen, Figur 4 analog das gleiche bei dünnen, transparenten

Materialbahnen,

Figur 5 die Anordnung der Fotodioden auf der lichtstreuenden Scheibe des Empfängers, Figur 6 die Strahlablenkung durch eine Oberflächenverformung ,

Figur 7 im Detail die Verstellung des reflektierenden Spiegels.

Von einem Laserstrahler 12 wird ein Lichtstrahl auf das rotierende Spiegelrad 13 geworfen, das diesen Strahl auf den Faltungsspiegel 6 richtet. Der Faltungsspiegel 6 ist in Gelenken 14 gelagert und kann durch den Elektromotor 9 über ein Unter-Setzungsgetriebe 38 verstellt werden.

Die zu prüfende Materialbahn 2 ist im vorliegenden Fall eine Glasbahn, die auf Rollen 15 in Pfeilrichtung durch das Prüfaggregat transportiert wird.

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Die gesamte Prüfvorrichtung ist dabei in zwei Teile, den Sendeteil 16 und den Empfangsteil 17 unterteilt. Der Empfangsteil 17 besteht aus einem Gehäuse 18, das einen Scherbenabweiser 19 aufweist, der mit der Gehäuseabdeckung 20 einen Spalt 21 für den Eintritt des vom Faltungsspiegel 6 auf die· Materialbahn 2 reflektierten Lichtstriches 3 bildet. Dieser reflektierte Lichtstrich 3 findet sich als durchgelassener Lichtstrich 4 bei fehlerfreier Materialbahn 2 auf dem Stopper 5 wieder, der auf der lichtstreuenden Scheibe 1 - Figur 2a - oder zwischen zwei lichtstreuenden Folienstreifen 28 angeordnet ist. Bei der Ausführungsform mit lichtstreuenden Folienstreifen 28 sind diese zwischen zwei Glasscheiben 29 aus fehlerfreiem Glas montiert, die, wie Figur 3 zeigt, zusätzlich im Randbereich noch eine Blende 30 aufnehmen. Die Fotodioden 7 durchgreifen dabei die untere Glasscheibe 29 und den Stopper 5.

Der Stopper 5 trägt zwei Fotodioden 7_# die sich im Bereich seines rechte η und seines linken Randes befinden. Bei fehlerfreier Materialbahn 2 bildet sich der durchgelassene Lichtstrich 4 praktisch mittig auf dem Stopper 5 ab und liegt damit zwischen den beiden Fotodioden 7. Kommt es durch eine Dickenänderung der Materialbahn 2 zu einer Verschiebung der Abtastlinie, so verschiebt sich der Lichtstrich 3 auf der Materialbahn 2. Damit tritt der durchgelasse,ne Lichtstrich 4 in einer anderen Position in

.30 das Gehäuse 18 ein, verändert also seine Lage auf dem Stopper 5 in Richtung der rechten oder der linken Fotodiode 7. Ist die Dickenänderung der Materialbahn 2 dabei groß .genug (2¹.), so erreicht der

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durchgelassene Lichtstrich 4 (4¹) eine der beiden Dioden 7 und löst damit einen Steuervorgang aus, durch den der Elektromotor 9 geschaltet wird und über das Untersetzungsgetriebe 38 den reflektierenden Spiegel 6 verstellt (Figur 4).

Der Empfangsteil 17 ist zu Inspektionszwecken als Einschub ausgebildet. D. h., daß das komplette Gehäuse 18 mit Laufrollen 23 versehen ist, die auf Schienen 22 geführt werden, so daß das Gehäuse 18 in die Prüfvorrichtung eingeschoben und aus dieser entfernt werden kann.

Enthält, wie in Figur 6 dargestellt, die zu · prüfende Materialbahn 2 einen Fehler 26, so erfolgt im Gegensatz zu den sich langsam anbahnenden Verschiebungen des Lichtstriches 3 auf der Materialbahn 2 eine plötzliche kurzzeitige Ablenkung eines Teilbereiches des durchgelassenen Lichtstriches 4, die außerhalb des Stoppers 5 auf die lichtstreuende Scheibe 1 fällt, damit dringt Licht in das Gehäuse 18 ein und wird über den Umlenkspiegel 24 auf den Fotomultiplier 25 geleitet, der mit der Auswerte- und Steuerstation 27 verbunden ist.

Die Figur 7 zeigt im Detail die Nachführvorrichtung 50 des reflektierenden Spiegels 6. An der Deckplatte 31 des Sendeteils 16 ist ein zweilaschiger Bock befestigt.

Dieser besitzt zwei Lagerzapfen 45, welche eine Halterung 34 schwenkbar lagert. In der Halterung sind Lager 35 für eine Gewindespindel 36 angeordnet.

Diese wird über einen Motor 9, Getriebe 38 und ausrückbare Kupplung 37 angetrieben.

Motor 9 und Getriebe 39 sind über ein Winkelstück 33 an der schwenkbeweglichen Halterung 34 befestigt.

Wird über die Fotodioden 7 ein Regelsignal ausgelöst, so erreicht dieses nach Verstärkung den Elektromotor 9, der dadurch in Gang gesetzt wird und je nachdem, welche Fotodiode 7 die Steuerspannung abgab, sich im Rechts- oder im Linkslauf dreht. Die Nenndrehzahl des Elektromotors 9 beträgt 5.000 U/min., die Untersetzung des Getriebes 38 7.860 zu 1, d. h., daß die Gewindespindel 36, die als M 12 Feingewinde mit einer Steigung von 1 mm ausgeführt ist, nur mit einer geringen Drehzahl bewegt wird. Die Gewindespindel 36 greift in eine bei 44 gelenkig angeordnete Stellmutter 39 ein, die an dem Schwenkhebel 40 schwenkbar befestigt ist. Der Schwenkhebel 40 greift an einer Rahmenkonstruktion 41 an, die den Faltungsspiegel 6 aufnimmt und in Gelenken 14 gelagert ist. Die Gelenke 14 ruhen dabei in einer Aufnahme 42, die an der Deckplatte 31 des Sendeteils 16 befestigt ist.

Um evtl. Spiel zwischen der Gewindespindel 36 und der Stellmutter 39 auszugleichen, greift an dem Schwenkhebel 40 in der Nähe der Stellmutter 39 eine Zugfeder 43 an, die auf der Gegenseite in das Winkelstück 33 eingehängt ist.

Claims

Anmelder: Feldmühle Aktiengesellschaft,

Fritz-Vomfelde-Platz 4, 4000 Düsseldorf 1

Anlage zur Eingabe vom 19.10.1983 Pat/13.063/vB-Ch

Patentansprüche

/ 1J Vorrichtung zum Prüfen von transparten Materialbahnen, wie Flachglas oder dergleichen, die als Fehler Einschlüsse oder Oberflächenverformungen aufweisen, bestehend aus einer Lichtquelle, insbesondere einem Laserstrahler, einem diesem zugeordneten, umlaufenden Spiegelrad zur Erzeugung eines Lichtstriches auf einem den Lichtstrich auf die zu prüfende Materialbahn reflektierenden Spiegel - Faltungsspiegel - sowie mindestens einem Empfänger für das durchgelassene Licht, -der aus einem mit einer lichtstreuenden Scheibe abgedeckten Gehäuse besteht, in dem mindestens ein fotoelektrischer Wandler angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) der Bereich der lichtstreuenden Scheibe (1), auf den bei fehlerfreier Materialbahn (2) der reflektierte (3) bzw. durchgelassene (4) Lichtstrich auftrifft,ist lichtundurchlässig,

b) auf dem lichtundurchlässigen Bereich (5) sind zwei in Laufrichtung der Materialbahn (2) zueinander versetzte Fotodioden (7) angeordnet,

c) der Faltungsspiegel (6) ist schwenkbar gelagert,

d) der Faltungsspiegel (6) ist mit einer Nachführvorrichtung (50) versehen,

e) die Fotodioden (7) sind über eine Steuerung (8) mit der Nachführvorrichtung (50) verbunden .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführvorrichtung (50) ein Elektromotor (9) mit extrem untersetztem Getriebe (38) ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (8.) ein Drei-Punkt-Regler ist.
4.. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die lichtstreuende Scheibe (1) eine lichtundurchlässige Lamelle (10) als Stopper (5) zur Ausblendung des direkten Lichtstrahles aufgebracht ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Stoppers (5) auf der lichtstreuenden Scheibe (1) einstellbar ist.
6. Verfahren zum Prüfen von Materialbahnen, mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der Fotodioden (7) als Maß für die Nachstellung des Faltungsspiegels (6) eingesetzt werden.