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Die Erfindung betrifft ein optisches Fehlersuchgerät mit
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einer Lichtabtastvorrichtung, die auf der vorzugsweise durch teilweises
Herumführen um eine Walze konvex gekrümmten, zu untersuchenden Materialbahn aus
insbesondere durchscheinendem Material wie Vlies-(Non-Woven) -Material, die vorzugsweise
in ihrer Längsrichtung kontinuierlich bewegt wird, eine bandförmige Lichtzeile erzeugt,
die sich quer zur Längsrichtung zweckmäßig im Scheitel der Krümmung über die Bahn
erstreckt, und mit einer Lichtempfangsanordnung, die photoelektrische Wandler enthält,
auf die das von der Lichtzeile auf dem beleuchteten Material ausgehende Licht gelenkt
wird, wobei das die Lichtzeile erzeugende Licht flach auf das Material auftrifft.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zum Ermitteln von Fehlstellen eines
Bandes bekannt (DE-OS 14 73 743), bei der relativ nahe an der von einem Kondensor
und einer Zylinderlinse über eine Lichtquelle erzeugten Lichtzeile eine Photodiodenzeile
angeordnet ist, welche das von der Lichtzeile normal reflektierte Licht empfängt.
Sofern sich auf der Materialbahn, auf der die Lichtzeile erzeugt ist, Staub oder
andere Verunreinigungen befinden, erhält die Diodenzeile an der betreffenden Stelle
weniger Licht, was zur Erzeugung eines Fehlersignals genutzt werden kann.
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Eine derartige Vorrichtung eignet sich jedoch nicht für die Fehlersuche
bei Spinnvliesen oder nicht gewebten filzartigen Bahnen. Ein Spinnvlies oder eine
nicht gewebte filzartige Stoffbahn kann nämlich verschiedene Dicken und Zusammensetzungen
aufweisen. Von dünnsten gazeartigen Lagen bis zu dicken vliespapierähnlichen Bahnen
aus Kunstfasern, Zellulose oder auch Glasfasern sind sämtliche Ausbildungen
mit
dazwischenliegenden Dicken möglich. Allen derartigen filzartigen Stoffbahnen ist
jedoch ihre deutlich unregelmäßige Struktur gemeinsam.
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Diese von Haus aus unregelmäßige Struktur derartiger filzartiger 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.
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Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (DE-OS 14 73 742) zum Ermitteln
von Fehlstellen mit zu geringer Stärke einer aus viskoser, auf einer Oberfläche
eines Streifens aufgetragener Behandlungsflüssigkeit bestehenden Schicht, die mittels
einer auf den längs einer Bahn geführten Streifen ausgerichteten Düse auf diesen
aufgeschichtet ist, wird die Bahn gekrümmt angeordnet, wobei eine Lichtquelle zum
Erzeugen eines Lichtstrahlenbündels auf der im gekrümmten Bahnteil befindlichen
Oberfläche der Flüssigkeitsschicht vorgesehen ist. Zwischen dem von einer Schicht
richtiger Stärke reflektierten Lichtstrahlenbündel und der Bahn des Streifens befindet
sich ein lichtempfindlicher Detektor, der bei einwandfreier Oberflächenbeschaffenheit
kein Licht empfängt. Beim Erscheinen von Fehlstellen mit zu geringer Dicke verschiebt
sich das reflektierte Bündel in Richtung auf den Photoempfänger, wodurch ein Alarmsignal
ausgelöst werden kann. Diese bekannte Vorrichtung eignet sich aber nur für die Uberwachung
relativ schmaler Bahnbereiche und ist insbesondere nicht für die Überwachung von
Spinnvliesen oder nicht gewebten filzartigen Stoffbahnen geeignet, weil sie bei
dieser Anwendung entweder zur Unzeit
Fehlersignals auslösen würde
und auch nicht sowohl Erhöhungen als auch Vertiefungen in der Materialbahn anzeigen
kann.
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Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein einfach aufgebautes
Fehlersuchgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welches bei betriebssicherer
Arbeitsweise besonders dazu geeignet ist, auch bei von Haus aus sehr unregelmäßigem
Material wie filzartigen Stoffbahnen eine einwandfreie Fehleranzeige zu liefern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Lichtempfangsvorrichtung
durch zwei jeweils wenigstens einen Photoempfänqer aufweisenden Lichtzeilen-Empfanqsabgebildet
ist, die vorrichfungen/etwas außerhalb des Winkels der regulären Reflexion und bevorzugt
unter einem etwas steileren Winkel in dem von der Materialbahn remittierten Licht
parallel zur Lichtzeile in einem abstand voneinander derart angeordnet sind, daß
die eine Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung einen walzennahen streifenförmigen Bereich
und die andere Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung einen walzenfernen streifenförmigen
Bereich erfaßt, wobei die beiden streifenförmigen Bereiche relativ zur bandförmigen
Lichtzeile senkrecht zu deren Längserstreckung um ein vorbestimmtes Stück in entgegengesetzten
Richtungen parallel versetzt sind Die Erfindung arbeitet in erster Linie mit einem
optischen Scanner als Lichtabtastvorrichtung, welche ein Spiegelrad, einen Hohlspiegel
und Mittel zur Lichtstrahlfokussierung aufweist. Der Scanner erzeugt eine ständige
Folge von Lichtzeilen, die vorzugsweise als paralleler Lichtvorhang auf das geradlinig
in seiner Längsrichtung geführte Material auftreffen.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die von den unterschiedlichen Photoempfängern
der beiden Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen stammenden Elektrischen Signale über
einen Differenzverstärker an eine Auswertelelektronik angeschlossen sind.
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Insbesondere soll erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Lichtzeile
so breit ausgebildet ist, daß sie die vorzugsweise durchscheinende Materialbahn
bis wenigstens annähernd zu den höchsten vorkommenden Aufwölbungen erfaßt, und zwar
insbesondere von der Walzenoberfläche ab.
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Weiter ist es zweckmäßig, wenn eine in dem remittierten Lichtbündel
parallel zur Lichtzeile angeordnete Zylinderlinse die beiden streifenförmigen Bereiche
auf jeweils eine der beiden Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen abbildet.
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Der Erfindungsgedanke ist also darin zu sehen, daß das nahe dem normalen
Reflexionswinkel von der Bahn remittierte Licht von zwei in einem definierten Abstand
senkrecht zur Lichtstrahlrichtung und zur Lichtzeile angeordneten Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen
aufgenommen wird. Hierdurch werden die walzennahen Bereiche der Bahn auf die eine
und die walzenfernen Bereiche der Bahn auf die andere Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung
abgebildet. Ein Zwischenbereich in der Mitte der Bahn fällt zwischen die beiden
Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen, so daß das hiervon ausgehende Licht keinen Einfluß
auf die Messung hat.
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Entfernt sich die Bahnoberflache aufgrund einer Aufwölbung im Bereich
des auftreffenden Lichtstrahls von der Walze, so verschiebt sich auch das entsprechende,
von der Zylinderlinse entworfene Abbild auf der zugeordneten Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung.
Die dadurch hervorgerufene Signaländerung am Ausgangdes zugehörigen Photoempfängers
ist dann ein Maß für die Aufwölbung der Bahn an der betreffenden Stelle.
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Liegt an den bahnnahen Bereichen eine Vertiefung vor, so erfolgt eine
entsprechende Verschiebung des von der Zylinderlinse entworfenen Abbildes auf der
anderen Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung.
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Durch die beschriebene Differenzmessung kann eine besonders empfindliche
Anzeige von Dickenänderungen der Bahn an vom Abtastlichtstrahl beaufschlagten Stellen
erzielt werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die beiden streifenförmigen Bereiche
in entgegengesetzten Richtungen nur so weit gegenüber der Lichtzeile versetzt sind,
daß sie sich mit diesem noch deutlich überlappen. Insbesondere soll die Ausbildung
so sein, daß die streifenförmigen Bereiche sich mit der Lichtzeile etwa zur Hälfte
überlappen.
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Nach einer ersten praktischen Ausführungsform, die insbesondere eine
örtliche Differenzierung zwischen über die Quererstreckung der Bahn auftretenden
Fehlern gestattet, kennzeichnet sich dadurch, daß die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen
aus im Abstand angeordneten Diodenzeilen bestehen.
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Da jedoch im allgemeinen die Angabe ausreicht, daß sich an einer bestimmten
Stelle der Längserstreckung der Bahn ein Fehler befindet, ist eine vereinfachte
Ausführungsform vorgesehen, die sich dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen
aus jeweils einem Lichtleitstab mit einem streifenförmigen Spiegelraster an der
dem Lichteinfall diametral gegenüberliegenden Mantelseite bestehen, wobei wenigstens
an einer Stirnseite jedes Lichtleitstabes ein Photoempfänger angeordnet ist.
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Der Lichtleitstab ist dabei insbesondere gemäß der DE-PS 21 67 026
ausgebildet, d.h., daß das Licht, welches von der Lichtzeile ausgeht, durch eien
Zylinderlinse aufgenommen und auf das Spiegelraster des Lichtleitstabes projiziert
wird. Das Spiegelraster lenkt das Licht seitlich ab,
und es wird
durch Totalreflexion im Innern des Stabes zu einem Stabende geleitet, wo der Photoempfänger
befestigt ist und das empfangene Licht in ein elektrisches Signal umsetzt. Es können
an beiden Stirnseiten des Lichtleitstabes photoelektrische Wandler vorgesehen werden;
bevorzugt ist es jedoch, wenn nur an einer Stirnseite ein Photoempfänger, insbesondere
ein Photomultiplier vorgesehen ist, während die entgegengesetzte Stirnseite verspiegelt
sein soll.
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Eine weitere Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen
durch zwei im Abstand angeordnete streifenförmige Spiegelraster eines einheitlichen
Lichtleitstabes gebildet sind, die auf der dem Lichteinfall im wesentlichen diametral
gegenüberliegenden Mantelseite des Lichtleitstabes vorgesehen sind, wobei das eine
Spiegelraster das einfallende Licht in Richtung zum an der einen Stirnseite vorgesehenen
Photoempfänger unter Winkeln der Totalreflexion und das zweite Spiegelraster das
einfallende Licht in entgegengesetzter Richtung zum anderen Photoempfänger unter
Winkeln der Totalreflexion reflektiert.
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Bei dieser Ausführungsform wird von der Möglichkeit Gebrauch gemacht,
an einem vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Lichtleitstab im
Umfangsabstand voneinander zwei Spiegelraster vorzusehen, die das auftreffende Licht
in entgegengesetzten Richtungen des Lichtleitstabes zu an den entgegengesetzten
Enden vorgesehenen Photoempfängern lenken. Man kann auf diese Weise mit einem einzigen
Lichtleitstab auskommen und im übrigen auch relativ geringfügige Verschiebungen
der Lichtzeile in der einen oder anderen Richtung zur Anzeige bringen.
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Weiter ist es zweckmäBig, wenn die streifenförmigen Bereiche so breit
sind, daß beim Auftreten von Bahnfehlern die sich dann verformende Lichtzeile weitgehend
noch auf einen der beiden streifenförmigen Bereiche auftrifft.
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Im Falle der Verwendung von Lichtleitstäben mit kreisförmigem Querschnitt
ist bei der Ausbildung der abbildenden Zylinderlinse zu berücksichtigen, daß auch
der kreisrunde Lichtleitstab eine zylinderlinsenartige Brechkraft hat, so daß die
Brechkraft der davor angeordneten Zylinderlinse entsprechend geringer zu wählen
ist.
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Die vereinigte Brechkraft der Zylinder linse und des Lichtleitstabes
muß gerade so sein, daß die streifenförmigen Bereiche auf die zugeordneten Spiegelraster
abgebildet werden.
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Diese spezielle Wahl der Brechkraft der Zylinderlinse ist auch bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wichtig, welche sich dadurch kennzeichnet,
daß die Zylinderlinse die beiden streifenförmigen Bereiche auf die beiden Flächen
eines sich parallel zur Lichtzeile erstreckenden dachförmigen Streifenspiegels abbildet,
wobei unter 900 zur optischen Achse weitere Zylinderlinsen angeordnet sind, die
die Bilder der streifenförmigen Bereiche auf dem Dachkantspiegel auf den Spiegelrastern
von dahinter angeordneten Lichtleitstäben konzentrieren. Eine Abwandlung dieser
Ausführung-ist im Anspruch 10 definiert.
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Nach einer bevorzugten weiteren Ausführungsform ist die Materialbahn
zur erschütterungsfreien und faltenfreien Führung in der Abtastzeile um eine vorzugsweise
mattschwarze Walze geführt.
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Eine'besonders empfindliche, gleichwohl aber keine Fehlanzeigen auslösende
praktische Ausführungsform ist so ausgebildet, daß der spitze Einfallswinkel zur
Oberfläche 10 bis 300 und insbesondere etwa 200 beträgt.
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Um mit der gleichen Vorrichtung auch noch eine Aussage über das außerhalb
des normalen Reflexionswinkels gestreute Licht zu erhalten, sieht eine besonders
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß eine weitere Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung
in Rückwärts streuung, vorzugsweise im Winkelabstand von 50 bis 70, insbesondere
etwa 60C zum eingestrahlten Licht angeordnet ist.
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Auf besonders einfache Weise kann die Ausblendung der erfindungsgemäßen
streifenförmigen Bereiche dadurch erfolgen, daß die Abbildung der gegenüber der
Lichtzeile seitlich versetzten streifenförmigen Bereiche durch eine streifenförmige
Blende verwirklicht wird, die am Ort eines durch eine Zylinderlinse erzeugten Zwischenbildes
so angeordnet ist, daß lediglich die streifenförmigen Bereiche durch die Lichtstreifen-Empfangsvorrichtungen
empfangen werden.
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Dieses Ausführungsbeispiel bietet die vorteilhafte Möglichkeit, daß
die streifenförmige Blende zur Anpassung an die Materialart und Empfindlichkeit
des Systems senkrecht zum Lichtstreifen und zur optischen Achse verstellbar und/oder
in ihrer Breite veränderbar ist.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
optischen Fehlersuchgerätes, Fig. la eine schematische Ansicht nach Linie Ia-Ia
in Fig. 1, Fig. 1b eine analoge Ansicht wie Fig. la einer mit zwei Lichtleitstäben
arbeitenden Ausführungsform,
Fig. lc eine ausschnittsweise Seitenansicht
analog Fig. 1 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtempfangsvorrichtung,
Fig. 1d eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. lc, Fig. 2 eine schematische
perspektivische Ansicht schräg von oben auf einen Teil des Fehlersuchgerätes nach
Fig. 1, Fig. 3 eine Schnittansicht der Bahn nach Linie III-III in Fig. 1 zur Veranschautichung
der durch die Beleuchtung gebildeten Lichtzeile und der abgebildeten Bereiche 11',
11, Fig. 4 eine Ansicht analog den Fig. la, 1b einer weiteren mit nur einem Lichtleitstab
aber zwei Spiegelrastern arbeitenden Ausführungsform, Fig. 5 eine Seitenansicht
der Ausführungsform nach Fig. 4 in Richtung der Achse des Lichtleitstabes, Fig.
5a einen Schnitt nach Linie Va-Va in Fig. 5, Fig. 5b einen Schnitt nach Linie Vb-Vb
in Fig. 5, Fig. 6 einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
optischen Fehlersuchgerätes, bei dem mit einer Zwischenabbildung der Lichtzeile
gearbeitet wird, und Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
optischen Fehlersuchgerätes, wobei von der Ausführungsform nach den Fig. 4, 5 ausgegangen
wird.
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Nach Fig. 1 erzeugt eine mit einem Laser arbeitende Lichtabtastvorrichtung
21 einen senkrecht zur Zeichnungsebene parallel zu sich selbst verschobenen Fahrstrahl
12, der auf der Oberfläche 13 einer teilweise um eine rotierende Walze 19 herumgeführten
Materialbahn 18 an einer Stelle auftrifft, wo sie sicher und gut geführt in deutlich
konvex gekrümmter Form auf der Oberfläche der Walze 19 aufliegt.
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In Richtung der Walzenachse 22, d.h. senkrecht zur Transportrichtung
f der Materialbahn 18 führt der Fahrstrahl 12 eine periodische Abtastbewegung aus,
so daß gemäß Fig. 2 auf der Materialbahn 18 eine quer zu ihrer Längserstreckung
verlaufende Lichtzeile 11 von vorbestimmter Breite erzeugt wird. Der Einfallswinkel
CC des Fahrstrahls 12 auf die Oberfläche der Materialbahn 18 beträgt nach den Fig.
1 und 2 200. Die Materialbahn 18 ist durchscheinend und lichtstreuend, so daß sie
auch außerhalb der normalen Reflexion 23 z.B.
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zu einer daneben angeordneten Zylinderlinse 16 ein Streulichtbündel
10 schickt.
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Unter dem Winkel der normalen Lichtreflexion tritt bei spiegelnd reflektierend
angenommenem Material ein reflektierter Lichtstrahl 23 aus, der nach Fig. 1 unterhalb
von zwei in einem Abstand A angeordneten Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen 14, 14'
hindurchläuft. Die beiden Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen 14, 14' befinden sich
also geringfügig oberhalb des normal reflektierten Lichtstrahls 23. Eine sich senkrecht
zur Zeichnungsebene erstreckende Zylinderlinse 16 bildet die Auftreffstelle des
Fahrstrahls 12 auf der Materialbahn 18 auf die beiden Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen
14, 14' in der dargestellten Weise ab. Die optische Achse oder besser die optische
Ebene 9 der Zylinderlinse 16 weist gegenüber der Richtung des spiegelnd reflektierten
Strahls 23 einen Winkel 4N von etwa 50 auf, wobei es erfindungsgemäß von Bedeutung
ist, daß der Winkel d« zum Reflexionswinkel oi hinzugezählt wird, die optische Achse
9 also steiler auf der Oberfläche der Materialbahn 18 steht als der normal reflektierend
gedachte Strahl 23.
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Nach Fig. la bestehen die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen 14, 14'
aus zwei im Abstand A parallel zueinander angeordneten Diodenzeilen, die aus einzelnen
Photodioden 28a bis 281 bzw. 29a bis 291 bestehen. Die Längserstreckung der Diodenzeilen
verläuft senkrecht zum normal reflektierten Strahl 23 und parallel zur auf der Materialbahn
erzeugten Lichtzeile 11.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung werden die walzennahen Bereiche
der Materialbahn 18 im Bereich der Auftreffstelle des Fahrstrahls 12 in der gestrichelt
angedeuteten Weise auf die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung 14 4 abgebildet, während
die walzenfernen Bereiche der Materialbahn durch die Zylinderlinse 16 auf der unteren
Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung 14' abgebildet werden.
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Fig. 1b zeigt zwei als Lichtleitstäbe ausgebildete Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen
14, 14', welche an der dem Lichteintritt entgegengesetzten Mantelseite Spiegelraster
17 aufweisen, die das auf sie konzentrierte Licht unter Winkeln der Totalreflexion
in den Lichtleitstab 15 reflektieren, so daß es zu an einer Stirnseite vorgesehenen
Photoempfängern 28, 29 gelangen kann. Die entgegengesetzte Stirnseite der Lichtleitstäbe
15 ist in der in Fig. 1b angedeuteten Weise verspiegelt.
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Sollte der Abstand A so klein sein, daß die beiden Lichtleitstäbe
15 nicht eng genug angeordnet werden können, so empfiehlt es sich, gemäß Fig. lc
einen streifenförmigen Dachkantspiegel 8 zu verwenden, der auf der optischen Achse
9 der Zylinderlinse 16 angeordnet ist und auf dem die Oberfläche der Materialbahn
18 abgebildet wird. Das um 900 reflektierte Licht wird über weitere Zylinderlinsen
7 auf zwei Lichtleitstäbe 15 konzentriert, die so wie in Fig. 1b dargestellt ausgebildet
sind.
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Nach Fig. 1d kann statt des streifenförmigen Dachkantspiegels 8 auch
ein unter 450 zur optischen Achse 9 angeordneter, sich senkrecht zur Zeichnungsebene
erstreckender Streifenspiegel 6 verwendet werden, auf welchem lediglich die walzennahen
Bereiche der Materialbahn 18 abgebildet werden. Das unter 900 reflektierte Licht
wird wieder über eine Zylinderlinse 7 auf das Spiegelraster 17 eines darüber angeordneten
Lichtleitstabes 15 konzentriert.
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Die walzenfernen Bereiche der Materialbahn 18 werden unterhalb des
Streifenspiegels 6 abgebildet, und das von diesem Bild ausgehende Licht wird durch
eine Zylinderlinse 7 und einen Lichtleitstab 15 auf ein an ihm angeordnetes Spiegelraster
17 konzentriert. Die Zylinderlinse 7 und der Lichtleitstab 15 sind etwas unterhalb
der optischen Achse 9 angeordnet.
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In den Fig. 2 und 3 ist gezeigt, wie sich die Lichtzeile 11 beim Vorliegen
eiens erhabenen Fehlers 24 auf der Oberfläche 13 der Materialbahn verformt. Da dieser
erhabene Fehler 24 vor dem Erreichen des Zenits der Bewegung um die Walze 19 herum
beleuchtet wird, wird das in diesem Bereich auftreffende Licht schon früher und
schließlich von einer walzenferneren Stelle reflektiert, als das an den fehlerfreien
Stellen der Materialbahnoberfläche gestreute Licht.
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Das Lichtbündel 23' wird also durch den Fehler 24 zunehmend auf der
unteren Lichtzeilen- bzw. -streifen-Empfangsvorrichtung 14' konzentriert. Umgekehrt
würde eine Vertiefung in der Bahnoberfläche zu einer Versetzung des reflektierten
Lichtstrahls nach oben führen, so daß das Licht nunmehr von der Lichtzeilen- bzw.
-streifen-Empfangsvorrichtung 14' herunterfällt.
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Ist eine Aufwölbung 24 der Bahn mit einer entsprechenden vertiefung
im walzennahen Bereich der Bahn verbunden, wie das in Fig. 3 angedeutet ist, so
wird auch das von den walzennahen Bereichen der Bahn remittierte Lichtbündel 23"
zunehmend auf die obere Lichtzeilen-Empfangsvorrichtung 14 konzentriert.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich, bildet also die Zylinderlinse 16 auf
die beiden Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen 14, 14' zwei streifenförmige Bereiche
11', 11" auf die Lichtzeilen-Empfangsvorrichtungen 14, 14' ab, die einen Abstand
B aufweisen und gerade so breit sind, daß sie jeweils einen Teil der Lichtzeile
11 erfassen.
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Wesentlich für diese Wirkung ist, daß der Lichtstrahl 12 unter einem
relativ spitzen Winkel von etwa 200 oder geringfügig darunter auf die Oberfläche
auftrifft, damit die Ausbauchung der Lichtzeile 11 durch eine Fehlerstelle 24 möglichst
ausgeprägt ist. In vorteilhafter Weise trägt zur Erzeugung einer ausgeprägten Ausbeulung
der Lichtzeile 11 an einer Fehlerstelle 24 auch die Führung der Materialbahn 18
über die gekrümmte Umfangsfläche der Walze 19 bei.
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In Fig. 1 ist auch unter einem Winkel von 600 zum Einfallslichtstrahl
12 eine weitere Lichtzeilen- bzw. -streifen-Bmpf angsvorrichtung 14" angeordnet,
welche unter dem betreffenden Winkel von der Materialbahn rückgestreutes Licht empfangen
und messen kann, um auf diese Weise eine zusätzliche Aussage über die lichtstreuenden
Eigenschaften der Materialbahn zu erhalten.
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In Fig. 3 ist veranschaulicht, welche Abbildungseigenschaften das
erfindungsgemäße Fehlersuchgerät bezüglich der Lichtzeile 11 aufweisen soll. Dargestellt
ist in Fig. 3 die der Materialbahndicke entsprechende, vergleichsweise breit ausgebildete
Lichtzeile 11 mit einer Ausbeulung 24' an der Stelle eines erhabenen Fehlers .24
(Fig. 2). Auf die Lichtstreifen-Empfangsvorrichtungen 14, 14' abgebildet werden
zwei streifenförmige Bereiche 11', 11", welche einen Abstand B aufweisen und relativ
zur Lichtzeile 11 in entgegengesetzten Richtungen parallel verschoben sind. Die
Breite jedes streifenförmigen Bereiches 11', 11" ist im wesentlichen gleich der
Breite der Lichtzeile 11, während die seitliche Versetzung derart ist, daß sich
jeder der streifenförmigen Bereiche 11', 11" noch deutlich mit der Lichtzeile 11
überlappt.
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Die Bereiche 11', 11" sind walzennah (11") bzw. walzenfern (11') und
so breit, daß sich die durch Materialfehler bedingten Dickenänderungen in diesen
Bereichen abspielen.
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Die Bereiche 11',11" können vom Fahrstrahl 12 voll ausgeleuchtet sein.
Die Breite der Lichtzeile 11 entspricht der Materialbahndicke.
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Der streifenförmige Bereich 11' wird erfindungsgemäß von der. Lichtstreifen-Empfangsvorrichtung
14', der streifenförmige Bereich 11" von der Lichtstreifen-Empfangsvorrichtung 14
empfangen. Die den beiden Lichtstreifen-Empfangsvorrichtungen 14, 14' zugeordneten
Photoempfänger 28, 29 sind nach Fig. 7 an einen Differenzverstärker 30 angeschlossen,
welcher eine Auswerteelektronik 31 speist.
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Normalerweise sind die beiden streifenförmigen Bereiche 111, 11" derart
gegenüber der Lichtzeile 11 in entgegengesetzten Richtungen verschoben, daß die
beiden von den Photoempfängern 28, 29 erzeugten elektrischen Signale am Eingang
des Differenzverstärkers 30 gleich sind, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers
30 das Signal Null entsteht.
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Tritt jedoch beispielsweise-e.ne A ung 24^l, wie Si in Fig. 3 angedeutet
ist, auf, so erhält der Photoempfänger 28 von der betreffenden Stelle mehr Licht
als der Photoempfänger 29, und es kommt am Eingang des Differenzverstärkers 30 zu
einem Ungleichgewicht, welches ein Fehlersignal am Ausgang des Differenzverstärkers
30 zur Folge hat, das in der Auswerteelektronik 31 verwertet werden kann.
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Wird nach Fig. la eine Diodenzeile verwendet, so könnte jedes Photodiodenpaar
28a, 29a; 28b, 29b usw. jeweils an einen eigenen Differenzverstärker angeschlossen
sein, so daß über die Breite der Bahn eine individuelle Fehlerauswertung möglich
ist.
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Im allgemeinen genügt es jedoch, wenn lediglich angezeigt wird, daß
sich irgendwo über die Breite der Bahn an einer bestimmten Stelle der Längserstreckung
ein Fehler befindet.
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In diesem Fall werden als Lichtstreifen-Empfangsvorrichtungen 14,
14' zwei im Abstand A parallel zueinander angeordnete Lichtleitstäbe 15 verwendet,
welche nach Fig. 1b an der dem Lichteinfall diametral gegenüberliegenden Seite mit
einem Spiegelraster 17 versehen sind, welches eintretendes Licht unter Winkeln der
Totalreflexion zu den an den Stirnseiten befestigten Photoempfängern 28 bzw. 29
leitet. An der entgegengesetzten Stirnseite können die Lichtleitstäbe 15 verspiegelt
sein. Die Abbildungsverhältnisse sind in diesem Fall so, daß das von den streifenförmigen
Bereichen 11', 11" stammende Licht auf den Spiegelrastern 17 der beiden Lichtleitstäbe
15 konzentriert wird. Weitere Abbildungsmöglichkeiten zeigen die oben beschriebenen
Fig. lc und ld.
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Nach den Fig. 4, 5, 5a und 5b können auch zwei Spiegelraster 17 in
einem Abstand A an der dem Lichteinfall im wesentlichen diametral gegenüberliegenden
Seite eines einzigen Lichtleitstabes 15 vorgesehen sein. In Fig. 5 sind schematisch
die Lichtzeile 11 und die streifenförmigen Bereiche 11', 11" angedeutet, welche
über eine Zylinderlinse 16 und einen kreiszylindrisch ausgebildeten
Lichtleitstab
15 auf die beiden streifenförmigen Spiegelraster 17 bzw. 17' abgebildet werden.
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Nach Fig. 5a wird das auf das untere Spiegelraster 17 auftreffende
Licht durch eine geeignete Neigung der beaufschlagten Spiegelflächen des Spiegelrasters
17 in Richtung zum an einer Stirnseite vorgesehenen Photoempfänger 28 gelenkt. In
Fig. 5a trifft der reflektierte Lichtstrahl direkt auf den Photoempfänger 28. Befindet
sich jedoch der Fahrstrahl gerade am anderen Ende der Materialbahn, so gelangt das
reflektierte Licht eventuell erst nach ein- oder mehrfacher Totalreflexion zum Photoempfänger
28.
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Das auf das Spiegelraster 17' auftreffende Licht wird aufgrund einer
entgegengesetzt gerichteten Sägezahnanordnung des Spiegelrasters 17' gemäß Fig.
5b in entgegengesetzter Richtung auf den Photoempfänger 29 abgelenkt.
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Auf diese Weise ist es möglich, daß mit einem einzigen Lichtleitstab
15 zwei von unterschiedlichen Stellen auf der Materialbahn kommende Lichtstrahlen
zu unterschiedlichen Photoempfängern 28 bzw. 29 gelenkt werden.
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Fig. 6 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der jedoch durch die
Zylinderlinse 16 an der Stelle einer quer zur optischen Achse 27 verschieblichen
Blende zunäcflst -26/eine Zwischenabbildung der Lichtzeile 11 erfolgt.
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Die Blende 26 deckt das Zwischenbild bis auf die für die Auswertung
heranzuziehenden Randzonen 11' und 11" ab, so daß nur diese Randzonen auf den Spiegelrastern
17 bzw. 17' des Lichtleitstabes 15 abgebildet werden. Die Randzonen 11' bzw. 11"
sind Zwischenbilder der streifenförmigen Bereiche 11' bzw. 11" auf der Materialbahn.
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Durch Verschiebung der Blende 26 senkrecht zur optischen Achse 25
kann eine Justierung des Nullpunktes des Ausgangs des Differenzverstärkers 30 erfolgen,
während durch geeignete Wahl der Breite der Blende 26 auf die Breite der abgebildeten
streifenförmigen Bereiche 11', 11" Einfluß genommen werden kann.
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Erfindungsgemäß ist der Abstand A der Lichtstreifen-Empfangsvorrichtungen
14, 14' derart gewählt, daß die von der normalen Struktur des überwachten Materials
ausgehenden Lichtablenken bzw. Lichtverschiebungen noch nicht das Gleichgewicht
am Differenzverstärker 30 verändern, sondern erst solche Erhöhungen oder Vertiefungen
auf der Materialbahn, wie sie für eine Fehlstelle charakteristisch sind. Die Erfindung
ermöglicht es also, eine Fehlerschwelle zu berücksichtigen, welche ein zu empfindliches
Ansprechen auf Oberflächenveränderungen verhindert.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß die Fehlerschwelle durch geeignete
Wahl der Anordnung der Lichtstreifen-Empfangsvorrichtungen 14, 14' oder auch der
Zwischenblende 26 beeinflußt werden kann.
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In Fig. 7 ist die erfindungsgemäße Auswerteschaltung am Beispiel eines
Lichtleitstabes 15 wiedergegeben, wie er anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben wurde.