DE3801860A1 - Vorrichtung zur untersuchung einer oberflaeche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung einer Oberfläche, insbesondere eines Bandmaterials, das sich in Längsrichtung kontinuierlich bewegt, durch Abtasten der Oberfläche in Richtung der Breite des Bandmaterials mit einem Lichtstrahl, so daß Oberflächenfehler des Bandmaterials erfaßt werden.

Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Abtastung einer Ober­ fläche eines kontinuierlich fortlaufenden Bandmaterials, beispielsweise von Filmen, Papierblättern, dünnen Platten oder dgl., bekannt, mit denen unter Zuhilfenahme eines Ab­ taststrahls in Richtung der Breite des Bandmaterials Ober­ flächenfehler des Bandmaterials zur Qualitätsbestimmung des Bandmaterials erfaßt werden. Bei einigen derartigen Ober­ flächenabtastvorrichtungen wird ein photoelektrischer Licht­ detektor verwendet, welcher Licht empfangen kann, das durch Oberflächenfehler moduliert ist, und welcher Fehlersignale vorsehen kann. Aufgrund der Fehlersignale wird das Band­ material beurteilt, ob das Bandmaterial nicht vernachlässig­ bare Oberflächenfehler aufweist. Da hierbei eine berührungs­ lose Oberflächenfehlererfassung mit hoher Geschwindigkeit erreicht wird, werden diese Oberflächenüberprüfungsvorrich­ tungen in Herstellungsstraßen für Bandmaterial verwendet.

Eine derartige Oberflächenuntersuchungseinrichtung, bei wel­ cher ein Abtaststrahl und ein photoelektrischer Lichtdetektor verwendet werden, ist in der japanischen Patentveröffent­ lichung 56-39 419 beschrieben. Die in dieser Publikation beschriebene Oberflächenuntersuchungsvorrichtung kann Daten bezüglich Oberflächenfehler des Bandmaterials und Positionen der Oberflächenfehler in Speichern oder Schieberegistern bei jeder Querabtastung speichern. Nach Speicherung der Daten für mehrere Querabtastungen wird das Bandmaterial auf­ grund der Daten unter Zuhilfenahme eines computergestützten Bewertungssystems bewertet.

Eine Schwierigkeit bei Oberflächenuntersuchungsgeräten be­ steht darin, daß der Wirkungsgrad der Untersuchung bzw. Über­ prüfung abhängt von der Speicherkapazität, da Daten bezüg­ lich der Oberflächenfehler im Speicher für jede Querabtastung gespeichert werden. Wenn z. B. die Oberflächenüberwachungs­ einrichtung das Bandmaterial in Richtung der Breite des Bandmaterials etwa 3000 mal pro Sekunde abtasten kann, können 3000 Speicher nur Daten abspeichern, die während einer Sekun­ de erhalten wurden. Wenn das zu untersuchende Bandmaterial daher beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 60 m/sec sich bewegt, können Daten für Oberflächenfehler lediglich innerhalb eines Meters des Bandmaterials in den 3000 Spei­ chern gespeichert werden. Wenn andererseits das durch die Oberflächenuntersuchungsvorrichtung zu überprüfende Band­ material mit geringer Durchlaufgeschwindigkeit sich bewegt, wird eine beträchtliche Anzahl an Speichern benötigt, um Daten bezüglich Oberflächenfehler für eine bestimmte Länge des Bandmaterials zu speichern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Untersuchung einer Oberfläche zu schaffen, bei welcher eine erheblich verringerte Anzahl an Speichern zur Speicherung von Daten für Oberflächenfehler des zu untersuchenden Bandmaterials erforderlich ist, und welche einen einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Untersuchung einer Oberfläche geschaffen, mit Mitteln zur Abtastung eines sich in Längsrichtung bewegenden Bandmaterials in Richtung der Breite des Bandmaterials, mit einem Lichtstrahl, wobei das Bandmaterial in Abtastrichtung in kleinere Teil­ bereiche unterteilt ist, Lichtempfangsmitteln zum Empfang von Licht, das durch eine Oberfläche des Bandmaterials modu­ liert ist, um Teilungssignale vorzusehen, ersten Speicher­ mitteln zur Speicherung der Teilungssignale, welche durch Teilung während einer vorbestimmten Länge des Bandmaterials aneinandergefügt sind, und zweiten Speichermitteln, welchen die durch Teilung aneinandergefügten Teilungssignale aus den ersten Speichermitteln bei jeder vorbestimmten Länge des Bandmaterials übertragen werden. Die aneinandergefügten bzw. addierten Teilungssignale werden aus dem zweiten Spei­ cher gelesen zur Bewertung der Oberflächenfehler des Band­ materials unter Zuhilfenahme eines computergestützten Systems.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Oberflächen­ untersuchungsvorrichtung nach der Erfindung werden die aneinandergefügten Teilungsdaten für die Oberflächenfehler einer bestimmten Länge des Bandmaterials vom ersten Speicher auf den zweiten Speicher dadurch übertragen, daß ein Schal­ termittel betätigt wird, welches zwischen dem ersten und zweiten Speicher angeordnet ist. Die Betätigung des Schal­ termittels erfolgt jedesmal dann, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Querabtastungen des Bandmaterials durchgeführt worden sind. Während des Lesens der Teilungsdaten im zweiten Speicher zur Beurteilung der Oberfläche werden Daten für Oberflächenfehler auf dem folgenden Teilstück des Band­ materials im ersten Speicher gespeichert. Aufgrund dieser Übertragung der für eine vorbestimmte Länge des Bandmaterials erhaltenen Daten ist es möglich, mit einer geringen Anzahl an Speichern auszukommen, um die Fehlersignale für eine vor­ bestimmte Länge des Bandmaterials zu speichern. Auf diese Weise können exakt Oberflächenfehler des Bandmaterials unab­ hängig von der Geschwindigkeit der Querabtastung und der Bandtransportgeschwindigkeit erfaßt werden. Ferner läßt sich der Aufbau der Oberflächenuntersuchungseinrichtung einfach gestalten bei geringen Herstellungskosten.

In den Figuren wird unter Bezugnahme auf ein Ausführungs­ beispiel die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Untersuchung einer Oberfläche, die ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung ist;

Fig. 2 Wellenformen für Signale verschiedener Bau­ elemente der in der Fig. 1 dargestellten Vor­ richtung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer Spei­ cherschnittstelle, welche in der Oberflächen­ untersuchungsvorrichtung der Fig. 1 eingebaut ist, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine Ausführungsform einer Speicherschnittstelle, welche in die Ober­ flächenuntersuchungsvorrichtung der Fig. 1 einge­ baut ist.

In der Fig. 1 ist eine Oberflächenuntersuchungseinrichtung dargestellt, bei welcher die Erfindung zur Anwendung kommt. Ein Bandmaterial 1, das untersucht werden soll, wird in Längsrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt.

Die Bewegungsrichtung ist durch einen Pfeil 2 angegeben. Das Bandmaterial bewegt sich in Längsrichtung. Ein Laserstrahl 3 tastet die obere Oberfläche des Bandmaterials 1 quer, d. h. in Richtung der Breite des Bandmaterials 1, ab. In der Fig. 1 erfolgt die Abtastung von rechts nach links. Der Laserstrahl 3, welcher durch eine Laserstrahlquelle 4 erzeugt wird, wird von einer der Spiegelflächen eines polyedrischen Spiegels 6 reflektiert. Dieser Spiegel dreht sich entgegen dem Uhrzei­ gersinn mit einer konstanten Drehzahl, und der mit Hilfe einer Fokussierungslinse 5 fokussierte Laserstrahl wird auf die obere Oberfläche des Bandmaterials 1 gerichtet. Der Laserstrahl 3 bewegt sich entlang einer Linie 3A, die fiktiv auf das Bandmaterial 1 zum leichteren Verständnis als Ergeb­ nis der Drehung des polyedrischen Spiegels 6 im Gegenuhrzei­ gersinn aufgezeichnet ist. Die Drehung des Spiegels wird durch eine Antriebseinrichtung 9 bewirkt.

Eine Lichtempfangseinrichtung, beispielweise ein Photo­ detektor 10, ist über dem Bandmaterial 1 angeordnet für den Empfang des Laserstrahls 3, dessen Intensität moduliert ist, und der von der oberen Oberfläche des Bandmaterials 1 reflek­ tiert ist. Der Photodetektor 10 sieht elektrische Ausgangs­ signale als Oberflächensignale vor, welche proportional der Lichtintensität des empfangenen Lasertrahls 3 sind. Diese Oberflächensignale werden einer Filterschaltung 11 zugelei­ tet, in welcher Störsignale ausgefiltert werden. Die Ober­ flächensignale werden dann einer Binärsignalerzeugerschal­ tung 12 zugeleitet zur Erzeugung eines binären Signals von logisch "0", welches bedeutet, daß kein Oberflächenfehler in der Oberfläche des Bandmaterials 1 vorhanden ist, oder von logisch "1", welches bedeutet, daß ein Oberflächenfehler in der Oberfläche des Bandmaterials 1 vorhanden ist. Wenn während einer einzelnen Querabtastung des Bandmaterials 1 ein Oberflächenfehler, beispielsweise in Form eines Sprunges, einer Unebenheit oder einer Welligkeit mit unzulässiger Dicke, im Vergleich zu einer vorbestimmten Dicke, festge­ stellt wird, wird ein Oberflächensignal D 3, wie es beispiels­ weise in Fig. 2 gezeigt ist, an eine Speicherschnittstelle 15 weitergeleitet.

Außerhalb der Bewegungsbahn des Bandmaterials 1 befindet sich ein Photodetektor 16 zur Erfassung des Laserstrahls 3 an einer Bezugsposition, von welcher aus die Abtastung be­ ginnt. Wenn der Photodetektor 16 den Laserstrahl 3 erfaßt, erzeugt er ein Triggersignal S, welches eine Breitensignal­ erzeugerschaltung 17 und eine Teilungssignalerzeugerschal­ tung 18 ansteuert. Die Breitensignalerzeugerschaltung 17 bildet ein Abtastbreitensignal D 1, welches in Fig. 2 darge­ stellt ist, und welches der Speicherschnittstelle 15 zuge­ führt wird. Die Teilungssignalerzeugerschaltung 18 bildet synchron mit der Drehung des polyedrischen Spiegels 6 Tei­ lungssignale D 2, welche ebenfalls der Speicherschnittstelle 15 zugeführt werden. Die Teilungssignale D 2 werden, wie noch erläutert wird, in der Speicherschnittstelle 15 einer Tei­ lungssignalsteuerschaltung 31 (dargestellt in Fig. 4) zuge­ führt, welche Streifenmarkierungsimpulse D 4 bilden. Mit den Streifenmarkierungsimpulsen D 4 wird das Oberflächensignal D 3 in Teilflächensignale D 5 geteilt, so daß das Bandmaterial 1 in kleinere Teilbereiche mit gleichen Räumen räumlich in Richtung seiner Breite aufgeteilt ist.

Die Speicherschnittstelle 15 besteht im wesentlichen aus den in Fig. 3 dargestellten Elementen. Das Teiflächensignal D 5 wird einer ersten Speichereinrichtung 21 über eine ODER-Schaltung 20 bei jeder Querabtastung zugeführt und darin gespeichert. Nachfolgend auf diesen Speichervorgang werden die Teilflächensignale D 5 des Oberflächensignals D 3 den Teilflächensignalen, welche beim vorherigen Querabtasten ermittelt wurden, hinzugefügt und durch Teilung in der ersten Speichereinrichtung 21 gespeichert. Die vorher gespeicherten Teilflächensignale werden eines nach dem anderen verschoben und über eine Schaltereinrichtung 22 zur ODER-Schaltung zurückgeführt, während die Teilflächensignale des soeben ermittelten Oberflächensignals D 3 eines nach dem anderen der ersten Speichereinrichtung 21 übermittelt werden. Wenn ein Binärsignal von logisch "1" durch die Binärsignal­ erzeugerschaltung 12 bei einer Teilung während der wieder­ holten N-fachen Querabtastung erzeugt und in der ersten Speichereinrichtung 21 gespeichert wird, hält die erste Speichereinrichtung 21 das binäre Signal von logisch "1", selbst wenn die binären Signale von logisch "0" für die gleiche Teilung der Speichereinrichtung zugeführt werden.

Nach N-facher Wiederholung der Querabtastung wird an die Schaltereinrichtung 22 ein Schaltsignal geliefert, so daß die Schaltereinrichtung umgeschaltet wird, und die teil­ bereichsweise addierten Oberflächensignale in der ersten Speichereinrichtung 21 durch Teilung einer zweiten Speicher­ einrichtung 23 zugeführt werden. Die zweite Speichereinrich­ tung 23, welche an einen Rechner 8 angeschlossen ist, wird als Speicherabschnitt verwendet zur Speicherung von Analysierdaten aus dem Rechner 8. Nach Beendigung der Über­ tragung der Oberflächensignale für N-fache Querabtastungen aus der ersten Speichereinrichtung in die zweite Speicher­ einrichtung wird die Schaltereinrichtung 22 in ihre Aus­ gangsstellung, welche in Fig. 3 dargestellt ist, zurück­ gebracht, so daß verhindert wird, daß die in der ersten Speichereinrichtung 21 gespeicherten Oberflächensignale in die zweite Speichereinrichtung 23 übertragen werden. Diese Verhinderung der Übertragung der Signale wird beibehalten so lange der Rechner 8 die Oberflächensignale aus der zwei­ ten Speichereinrichtung 23 für die Bewertung der erfaßten Oberflächenfehler liest.

Ein Codierer 50 ist unterhalb der Durchlaufstrecke des Bandmaterials 1 angeordnet. Dieser Codierer erzeugt Zeilen­ geschwindigkeitsimpulse, welche dem Rechner 8 zugeleitet werden. Unter Bezugnahme auf die Zeilengeschwindigkeits­ impulse erfaßt der Rechner 8 eine bestimmte Anzahl von Daten­ zellen, insbesondere eine vorbestimmte Einheitslänge des zu untersuchenden Bandmaterials für die Erzeugung eines Anfrage­ signals D 7, das noch erläutert wird. Die Querabtastung wird N-fach für eine Einheitslänge des Bandmaterials 1 wiederholt.

In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform für die Speicher­ schnittstelle 15 dargestellt. Die von der Binärsignal­ erzeugerschaltung 12 kommenden Oberflächensignale werden einer Oberflächensignalteilungsschaltung 30 zugeleitet. Gleichzeitig sieht die Teilsignalsteuerschaltung 31 die Streifenmarkierungsimpulse D 4 synchron mit der Querabtastung vor und liefert diese der Oberflächensignalteilungsschal­ tung 30. Aufgrund der Streifenmarkierungsimpulse D 4 wird das Oberflächensignal D 3 in die Teilflächensignale D 5 zur entsprechenden Unterteilung des Bandmaterials geteilt. Die Teilflächensignale werden dann einem ersten Schieberegister 32 als erster Speichereinrichtung 21 über die ODER-Schaltung 20 durch Teilung zugeleitet. Da die Teilungssignalsteuer­ schaltung 31 so viele Streifenmarkierungsimpulse D 4 vor­ sieht wie die Anzahl von Bits des ersten Schieberegisters 32 bei jeder einzelnen Querabtastung, werden die Teilflächen­ signale D 5 im ersten Schieberegister 32 zur ODER-Schaltung 20 über die Schaltereinrichtung 22 mit der folgenden Quer­ abtastung zurückgeführt.

Da die Teilflächensignale D 5, welche für N-fache Querabta­ stungen vorgesehen sind, durch Teilung im ersten Schiebe­ register 32 aneinandergefügt sind, und einmal als Ober­ flächenfehlerdaten D 6 hieraus abgerufen werden, wird, wenn ein Fehlersignal, nämlich ein binäres Signal mit logisch "1" für eine Teilung vorhanden ist, das Fehlersignal gehalten, selbst wenn kein Fehlersignal für die gleiche Teilung wäh­ rend der N-fachen Wiederholung der Querabtastung erzeugt wird. Wenn die Querabtastung N-fach für die vorgegebene Einheitslänge des Bandmaterials 1 wiederholt worden ist, sieht der Rechner 8 für eine Lesezeitsteuerschaltung 34 das Anfragesignal D 7 vor. Wenn die Lesezeitsteuerschaltung 34 das Anfragesignal D 7 empfängt, erzeugt sie ein TOR-Signal D 8 synchron mit dem Ansteigen des folgenden Abtastbreiten­ signals D 1, sowie ein BEREIT-Signal D 9 synchron mit der Abstiegsflanke des TOR-Signals D 8. Während des Vorhanden­ seins des TOR-Signals D 8 sind die Schaltereinrichtung 22 und eine Schaltereinrichtung 36 in eine solche Schalterstellung gebracht, daß das erste Schieberegister 32 und die Teilungs­ signalsteuerschaltung 31 an ein zweites Schieberegister 37, welches als zweite Speichereinrichtung 23 vorgesehen ist, angeschlossen sind. Folglich werden die Oberflächenfehler­ daten D 6, welche durch Teilung im Schieberegister 32 anein­ andergefügt sind, dem zweiten Schieberegister 37 durch Tei­ lung, unter Zuhilfenahme der Streifenmarkierungsimpulse D 4, zugeleitet. Es ist ersichtlich, daß ein Oberflächensignal D 3 für den folgenden Teil des Bandmaterials 1 fortlaufend dem ersten Schieberegister 32 zugeführt wird und in geleer­ ten Bits des ersten Schieberegisters 32 durch Teilung ge­ speichert wird, während die Oberflächenfehlerdaten D 6 durch Teilung dem zweiten Schieberegister 37 zugeführt werden.

Wenn die Oberflächenfehlerdaten D 6 für alle Teilungen in das zweite Schieberegister 37 vom ersten Schieberegister 32 übertragen worden sind, verschwindet das TOR-Signal, so daß die Schaltereinrichtungen 22 und 36 in ihre Ausgangsstellun­ gen, die in Fig. 4 dargestellt sind, zurückkehren. Der Rech­ ner 8 erzeugt während des Vorhandenseins des BEREIT-Signals D 9 fortlaufend Eingabeimpulse D 10, welche wiederum an das zweite Schieberegister 37 über die Schaltereinrichtung 36 geliefert werden, um die Oberflächenfehlerdaten D 6 in der richtigen Ordnung zu lesen. Aufgrund der Oberflächenfehler­ daten D 6 bewertet der Rechner für jede Unterteilung der Oberfläche des Bandmaterials 1 eine Oberflächenfehlervertei­ lung. Hierbei wird für jede vorbestimmte Einheitslänge des Bandmaterials 1 festgelegt, ob sie unterhalb des Standards liegt oder nicht. Die Ergebnisse dieser Bewertung und Daten bezüglich der Position des abgetasteten Teils des Band­ materials 1 werden mit Hilfe eines Druckers 40 ausgedruckt.

Wie aus obiger Beschreibung zu ersehen ist, kann aufgrund der Abtrennung des zweiten Schieberegisters 37 vom ersten Schie­ beregister 32 mittels der Schaltereinrichtung 22, nach Been­ digung der Übertragung der Oberflächenfehlerdaten D 6 vom ersten auf das zweite Schieberegister, der Rechner 8 ver­ schiedene Vorgänge ausführen, wie beispielsweise das Lesen der übertragenen Oberflächenfehlerdaten D 6, die Bewertung der Oberflächenfehlerdaten D 6 und das Ausdrucken der aus der Bewertung sich ergebenden Resultate innerhalb eines relativ langen Zeitraums, bevor das nächste Anfragesignal D 7 vorge­ sehen wird, und die Querabtastung N-fach wiederum wiederholt worden ist. Aufgrund der Anordnung des Codierers 50, welcher die Einheitslänge des Bandmaterials erfaßt, ist es dem Rech­ ner möglich, das Anfragesignal vorzusehen. Wenn die Durch­ laufgeschwindigkeit des Bandmaterials geändert wird, wird auch die Anzahl der Wiederholungen der Querabtastung pro Einheitslänge des Bandmaterials, in Abhängigkeit von der geänderten Durchlaufgeschwindigkeit, geändert. Ein Einfluß auf die Bewertung der Oberflächenfehler ergibt sich dabei nicht.

Die Erfindung wurde in obiger Beschreibung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, erläutert. Geänderte und modifizierte Ausfüh­ rungsformen im Rahmen der Erfindung sind auch möglich.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Untersuchung einer Oberfläche eines fortlaufend bewegten Bandmaterials durch Abtasten der Ober­ fläche in Richtung der Breite des Bandmaterials mit einem Lichtstrahl, gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung zur räumlichen Unterteilung des Band­ materials in kleinere Teilbereiche in Abtastrichtung;
• - eine Lichtempfangseinrichtung (10), welche von der Band­ oberfläche kommendes moduliertes Licht für die Bildung von Teilungssignalen (D 2) empfängt;
• - eine erste Speichereinrichtung (20, 21), in welcher durch Teilung, synchron mit der Abtastung, die Teilungssignale aneinandergefügt und gespeichert werden;
• - eine zweite Speichereinrichtung (23) für die Speicherung der durch Teilung aneinandergefügten Teilungssignale (D 2);
• - eine Schaltereinrichtung (22) zum Verbinden der ersten Speichereinrichtung (20, 21) mit der zweiten Speicherein­ richtung (23) für die Übertragung der aneinandergereihten Teilungssignale von der ersten Speichereinrichtung (20, 21) zur zweiten Speichereinrichtung (23) nach Durchfüh­ rung einer bestimmten Anzahl von Abtastungen, und
• - Mittel zum Lesen der durch Teilung aneinandergefügten Teilungssignale (D 2) aus der zweiten Speichereinrichtung (23), wobei auf der Basis des gelesenen Teilungssignals Oberflächenfehler in jedem Teilbereich der Oberfläche des Bandmaterials bewertet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichereinrichtung (20, 21) als Schleifenschal­ tung aus einem Schieberegister (32) und einer ODER-Schaltung (20) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (32) und die ODER-Schaltung (20) über die Schaltereinrichtung (22) miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Speichereinrichtung (23) als Schieberegister (37) ausgebildet ist.