DE3446355A1

DE3446355A1 - Optisches fehlersuchgeraet

Info

Publication number: DE3446355A1
Application number: DE19843446355
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr. 8021 Icking Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1986-06-26
Also published as: GB8530571D0; GB2171511A; DE3446355C2; US4671663A; GB2171511B; FR2574935B1; FR2574935A1

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Fehlersuchgerät mit einer Lichtabtastvorrichtung, die auf der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes, vorzugsweise einer Materialbahn eine Lichtzeile erzeugt, die sich quer zur Längsrichtung über die Bahn erstreckt, und einer Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung, die das vom zu untersuchenden Material reflektierte Licht aufnimmt und zu einem photo-elektronischen Wandler weiterleitet.

Ein Spinnvlies oder ein nicht gewebtes filzartiges Gewebe kann verschiedene Dicken und Zusammensetzungen aufweisen. Von dünnsten gaze-artigen Lagen bis zu dicken fließpapierähnlichen Bahnen aus Kunstfasern,Zellulose oder auch Glasfasern, sind sämtliche Ausbildungen mit dazwischenliegenden Stärken möglich. Allen derartigen filzartigen Geweben ist jedoch ihre deutlich unregelmäßige Struktur gemeinsam.

Diese von Haus aus unregelmäßige Struktur derartiger filzartirer Gewebe erschwert die optische Fehlersuche, da selbst fehlerfreies Material ein hohes Grundrauschen aufweist. Dieses Grundrauschen beeinträchtigt in hohem Maß die Auffindung einzelner Fehler bei der Oberflächeninspektion auf herkömmliche Art, d.h. bei Transmissionsmessung oder Beurteilung der Änderung des reflektierten Lichtes durch Fehler im Material. Der weitaus größte Teil der Fehler sind Verdickungen, aufliegende Fäden und/oder Kleberanhäufungen. All diese Fehler werden von einem streifenden Lichtstrahl, der über ein eben geführtes Material streift, angeschnitten, während das fehlerfreie Material in der gleichen Linie noch nicht, sondern erst später getroffen wird. Dieser Effekt wird bei der nachfolgend beschriebenen Erfindung zur Fehlersuche ausgenutzt.

Das Ziel der Erfindung ist ein einfach aufgebautes Fehlersuchgerät, das gleichwohl sehr betriebssicher arbeitet und auch bei von Haus aus sehr unregelmäßigem Material wie filzartigen Geweben eine einwandfreie Fehleranzeige liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das die Lichtzeile bildende Lichtbündel unter einem spitzen Einfallswinkel auf die Gegenstandsoberfläche auftrifft und daß unter dem Streuwinkel der Reflexion die abbildende optische Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung mit ihrer Längsausdehnung parallel zur Achse der Lichtzeile so angeordnet ist, daß die Lichtzeile in der Ausdehnung senkrecht zur Zeilenrichtung nur teilweise auf den photo-elektronischen Wandler oder auf das zur Weiterleitung des Lichtes zum photo-elektronischen Wandler dienende Mittel abgebildet wird.

Hierbei wird zur Herabsetzung des Grundrauschens zweckmäßigerweise außerdem entsprechend der Grobheit des Gewebes mit einem relativ dazu großen Lichtfleck gearbeitet.

Die Erfindung arbeitet in erster Linie mit einem optischen Scanner als Lichtabtastvorrichtung, welcher ein Spiegelrad, einen Hohlspiegel und Mittel zur Lichtstrah!fokussierung aufweist. Der Scanner erzeugt eine ständige Folge von Lichtzeilen, die vorzugsweise als paralleler Lichtvorhang auf das geradlinig geführte Bahnmaterial fallen. Ein oder mehrere Empfängersysterne mit optischen Elementen zur Erzeugung einer Abbildung sind im Winkelbereich zwischen Sendestrahl und dem Winkel der regulären Reflexion so angeordnet, daß die Lichtzeile auf den Empfänger abgebildet wird. Vorzugsweise wird ein Empfangssystem mit einem Lichtleitstab gemäß der DE-PS 21 61 026 verwendet, d.h., daß das Licht, welches von der Lichtzeile ausgeht, durch eine Zylinderlinse aufgenommen und auf das Spiegelraster eines Lichtleitstabes projiziert wird. Dieses Raster lenkt das Licht seitlich ab und wird durch Totalreflexion im Innern des Stabes zu einem Stabende geleitet, wo ein photo-elektrischer Wandler das Licht in ein elektrisches Signal umsetzt, das in einer elektronischen Auswerteschaltung verarbeitet wird.

Das durch die Lichtfleckgröße und den streifenden Einfall der Lichtzeile erzeugte Lichtband wird durch die erhabenen Fehler des Materials deformiert, d.h., daß anstelle eines geradlinig begrenzten Bandes ein unregelmäßiger Lichtstreifen erscheint, der an der Fehlerstelle eine zum Sender hin ausgebogene Kante aufweist.

Erfindungsgemäß wird der Empfänger nunmehr so einjustiert, daß nur der obere oder der untere Kantenbereich auf das Spiegelraster abgebildet wird. An der Fehlerstelle wird dann durch mehr oder weniger Licht ein auswertbarer elektronischer Impuls erzeugt.

Die hierzu erforderliche Justage kann durch Einstellung des gesamten Empfangssystems oder auch durch einfaches Verdrehen des Lichtleitstabes erfolgen. Derselbe Effekt kann auch durch eine streifenförmige Blende kurz hinter dem Lichtband oder besser durch eine Blende in einer optischen Zwischenabbildung erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

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

Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen optischen Fehlersuchgerätes,

Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht schräg von oben auf einen Teil der Anordnung nach Fig. 1,

Figur 3 eine Draufsicht auf den auf der Bahnoberfläche erzeugten Lichtstreifen,

Figur 4 eine Lichtstreifenabbildungs-Vorrichtung,

Figur 5 die gleiche Lichtstreifenabbildungs-Vorrichtung mit einer anderen, verbindungsgemäßen Justage des eingebauten Lichtleitstabes,

Figur 6 eine mit einer Zwischenabbildung arbeitende Lichtstreifenabbildungs-Vorrichtung gemäß der Erfindung-, und

Figur 7 ein schematisches Blockschaltbild bei einem optischen Fehlersuchgerät.

Nach Fig. 1 erzeugt eine mit einem Laser arbeitende Lichtabtastvorrichtung 21 einen Fahrstrahl 12, der auf der Oberfläche 13 einer teilweise um eine rotierende Walze 19 herumgeführte Materia bahn 18 dort auftrifft, wo sie sicher und gut geführt auf der Oberfläche der Walze 19 aufliegt. In Richtung der Achse 22 der Walze 19, d.h. senkrecht zur Transportrichtung f der Materialbahn 18 führt der Fahrstrahl 12 eine periodische Abtastbeweguncr aus, so daß gemäß Fig. 2 auf der Materialbahn ein quer verlaufender Lichtstreifen 11 erzeugt wird. Der Lichteinfallswinkel ·Λ beträgt nach Fig. 1 20°.

Unter dem Winkel der normalen Lichtreflexion tritt bei fehlerfreiem Material ein reflektierter Strahl 23 aus, der nach Fig. nahe an einer Lichtstreifenempfangsvorrichtung 14 vorbeiläuft. Di Lichtstreifenempfangsvorrichtung 14 ist also knapp außerhalb des Winkels der normalen Lichtreflexion angeordnet.

In Fig. 2 ist angedeutet, wie sich der Lichtstreifen 11 beim Vorliegen eines erhabenen Fehlers 24 auf der Oberfläche 13 der Materialbahn verformt. Da dieser erhabene Fehler 24 vor dem Erreichen des Zeniths der Bewegung um die Walze 19 herum beleuchtet wird, wird das in diesem Bereich auftreffende Licht schon früher reflektiert als das an den fehlerfreien Stellen der Materialbahnoberfläche gestreute Licht.Der Fehlerlichtstrahl verläuft daher zwar parallel zum normal reflektierten Lichtstrahl 23, ist jedoch gegenüber diesem in der aus Fig. 1 er-

sichtlichen Weise parallel versetzt, so daß es im Gegensatz zu dem normal reflektierten Licht in die Lichtstreifen-Empfangsvorrichtung 14 gelangen kann.

Wesentlich für diese Wirkung ist, daß der Lichtstrahl 12 unter einem relativ spitzen Winkel von etwa 20 oder geringfügig darunter auf die Oberfläche auftrifft, damit die Ausbauchung des Lichtstreifens 11 durch eine Fehlerstelle 24 möglichst ausgeprägt ist. In vorteilhafter Weise trägt zur Erzeugung eines ausgeprägten Lichtstreifens auch die Führung der Materialbahn 18 über die gekrümmte Umfangsfläche der Walze 19 bei.

Gegebenenfalls kann auch zum Empfang der Rückwärtsstreuung im Winkelabstand von 60° zum eingestrahlten Licht eine weitere L. .streifen-Empfangsvorrichtung 14' angeordnet sein.

In Fig. 3 ist veranschaulicht, wie durch die erfindungsgemäße Abbildung ein auf der Materialbahnoberfläche vorhandener realer Lichtstreifen 11 mit einer Ausbeulung 24' an der Stelle eines erhabenen Fehlers in der Abbildung (gestrichelt dargestellt) in zwei Bereiche 11', 11" aufgeteilt wird. Diese beiden Empfangsbereiche 11', 11" werden getrennt von einem oder zwei photoelektrischen Lichtempfängern aufgenommen. Man erkennt, wie der den Lichtstreifen 11' aufnehmende Photoempfänger aufgrund der Ausbeulung 24' ein wesentlich verstärktes und der den anderen Bereich 11" empfangende Empfänger ein erniedrigtes Empfangssignal aufnimmt, was für die Fehlerauswertung ausgenutzt werden kann.

Nach Fig. 4 besteht eine Lichtstreifen-Empfangsvorrichtung für den Lichtstreifen 11 aus einer aus zwei Zylinderlinsen bestehenden Zylinderlinsenanordnung 16, welche sich parallel zur Lichtzeile 11 erstreckt. Die Zylinderlinsenanordnung 16 bildet den Lichtstreifen 11 auf das streifenförmige Spielraster 17

eines im Querschnitt runden Lichtleitstabes 15 ab.

Durch eine geeignete Verdrehung des Lichtleitstabes um seine Achse (Fig. 5), kann erreicht werden, daß z.B. lediglich der Bereich 11' nach Fig. 3 für die photo-elektrische Auswertung herangezogen wird. Im Falle der Fig. 5 ist der Lichtleitstab so verdreht, daß nur der obere Randbereich 11' der Lichtzeile zum Spiegelraster 17 und damit zu dem an der einen Stirnseite des Lichtleitstabes 15 vorgesehenen nicht dargestellten photo-elektri sehen Wandler gelangt.

Fig. 6 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der jedoch durch eine weitere Zylinderlinse 20 an der Stelle einer quer zur optischen Achse 2? verschieblichen Blende 26 eine Zwischenabbildung der Lichtzeile 11 erfolgt. Die Blende 26 deckt das Zwischenbild bis auf die für die Auswertung heranzuziehende Randzone 11' (oder 11") ab, so daß nur diese auf dem Spiegelraster 17 des Lichtleitstabes 15 abgebildet wird. Durch Verschiebung der Blende 26 senkrecht zur optischen Achse 25 kann die Breite der abgebildeten Randzone 11' bzw. 11" verändert und damit auch die Empfindlichkeit des Fehlersuchgerätes beeinflußt werden.

Es wäre auch denkbar, mit einem Empfangssystem, vorzugsweise einer Diodenzeile in Transmission zu messen, wenn das Material über eine transparente Führungsebene, z.B. eine gewölbte Silikatglasfläche oder ein Glasrohr geführt werden würde und z.B. die Diodenzeile im Kantenbereich des Lichtbandes dicht unter der Glasfläche angebracht wäre. Eventuell könnte das Führungselement selbst aus einem Glaslichtleitstab mit einem entsprechenden Eintrittsfenster ausgebildet werden. In jedem Fall kopmt es darauf an, daß jeweils nur die Randzonen des erzeugten Lichtstreifens für die Fehlerauswertung herangezogen werden, um so trotz des stark strukturierten Materials zu einer eindeutigen Fehleraussage zu kommen.

Fig. 7 zeigt schematisch ein Blockschaltbild eines optischen Fehlersuchgerätes.An den Stirnseiten der beiden Lichtleitstäbe 15, die das von den seitlichen Bereichen 11', 11" ausgehende Licht empfangen* befinden sich photoelektrische Wandler 28, 29, zu denen das von der Mantelseite in die Lichtleitstäbe 15 eintretende Licht durch Spiegelung und Totalreflexion gelangt. Die Ausgänge der Wandler 28, 29 sind an einen Differenzverstärker angelegt, der eine Auswerteelektronik 31 speist.

Aufgrund der punktförmigen Abtastung der Bereiche 11', 11" erscheint am Orte der Fehlstelle 24· ein besonders ausgeprägtes Differenzsignal, weil der eine photoelektrische Wandler 15 ein sehr starkes, der photoelektrische Wandler 29 dagegen ein sehr schwaches Signal abgibt, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers 30 ein sehr ausgeprägtes Differenzsignal vorliegt, das in der Auswerteelektronik 31 zur Fehleranzeige herangezogen werden kann.

Die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Fehlersuchgerätes ist deswegen besonders groß, weil beide zu beiden Seiten des Lichtstreifens 11 vorhandenen auf die beiden photoelektrischen Empfangsanordnungen abgebildeten Bereiche 11', 11" sich mit dem Lichtstreifen 11 nur teilweise überlappen und weil zwischen ihnen ein deutlicher Abstand, der vorzugsweise etwa gleich der Hälfte der Breite des Lichtstreifens ist, vorliegt.

Claims

Patentansprüche :

1. Optisches Fehlersuchgerät mit einer Lichtabtastvorrichtung, die auf der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes, vorzugsweise einer Materialbahn eine Lichtzeile erzeugt, die sich quer zur Längsrichtung über die Bahn erstreckt, und einer Lichtzeilen-Empfangs vorrichtung, die das vom zu untersuchenden Material reflektierte Licht aufnimmt und zu einem photo-elektronischen Wandler weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, daß das die Lichtzeile (11) bildende Lichtbündel (12) unter einem spitzen Einfallswinkel (Λ) auf die Gegenstandsoberfläche (12) auftrifft und daß unter dem Streuwinkel der Reflexion . die abbildende optische Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung (14) mit ihrer Längsausdehnung parallel zur Achse der Lichtzeile (11) so angeordnet ist, daß die Lichtzeile (11) in der Ausdehnung senkrecht zur Zeilenrichtung nur teilweise auf den photo-elektronischen Wandler oder auf das

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zur Weiterleitung des Lichtes zum photo-elektronischen Wandler dienende Mittel (15) abgebildet wird.

2. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung (14) aus einem mit einem streifenförmigen Spiegelraster (17) versehenen Lichtleitstab (15) mit vorgeschalteter Zylinderlinse (16) besteht, wobei die Zuordnung des Spiegelrasters (17) zum abgebildeten Lichtstreifen so gewählt ist, daß entweder nur der obere oder der untere Rand des Lichtstreifens (11) auf das Raster abgebildet wird.

3. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (18) zur erschütterungsfreien und faltenfreien Führung in der Abtastzeile um eine vorzugsweise mattschwarze Walze (19) geführt ist.

4. Optisches Fehlersuchgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Einfallswinkel (JC) zur Oberfläche 10 bis 30 und insbesondere etwa beträgt.

5. Optisches Fehlersuchgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzeilen-Empfangs vorrichtung (14) vorzugsweise etwas außerhalb des Winkels der regulären Reflexion angeordnet ist.

6. Optisches Fehlersuchgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung (14') in Rückwärts streuung, vorzugsweise im Winkelabstand von 60 zum eingestrahlten Licht in Richtung zur regulären Reflexion angeordnet ist.

7. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Empfänger entsprechend Anspruch 5 oder 6 angebracht sind, wobei ein Empfänger auf den oberen und der zweite auf den unteren Rand des Lichtstreifens (11) ausgerichtet ist und die elektrischen Signale zur Verstärkung des Effektes invertiert und addiert werden.

8. Optisches Fehlersuchgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise Abbildung des Lichtstreifens (11) durch eine streifenförmige Blende (26) in der Zwischenabbildung einer der Lichtstreifen-Empfangsvorrichtung (14) vorgeschalteten Zylinderlinse (20) erzeugt wird.

9. Optisches Fehlersuchgerät nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die streifenförmige Blende (26) zur Anpassung an die Materialart und Empfindlichkeit des Systems senkrecht zum Lichtstreifen (11) verstellt werden kann.