DE3801860C2 - Vorrichtung zur Untersuchung einer Oberfläche eines fortlaufend bewegten Bandmaterials - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der DE-AS 22 41 263 bekannten Vorrichtung sind Integratoren vorgesehen, mit denen eine zur Geschwindigkeit des zu untersuchenden Bandmaterials proportionale Spannung immer dann integriert wird, wenn der Lichtstrahl anfängt, die Oberfläche des Bandmaterials abzutasten. Das Ausgangssignal eines weiteren Integrators wird in einem Vergleicher mit einer Bezugsspannung verglichen, die entsprechend der jeweiligen Breite des Bandmaterials vorgewählt ist. Der Vergleicher erzeugt ein Rückstellsignal für beide Integratoren, wenn das Ausgangssignal des weiteren Integrators die Bezugsspannung erreicht. Die Zeitkonstante des ersten Integrators wird in linearer Abhängigkeit von der Bezugsspannung gesteuert. Dadurch soll eine Fehlerlokalisierung unabhängig von der Geschwindigkeit und der Breite des zu untersuchenden Bandmaterials und unabhängig vom Zustand eines Fehlers ermöglicht werden.

Aus der DE-OS 22 45 734 ist eine weitere Vorrichtung zum Feststellen von Oberflächenfehlern bekannt, bei der die abgetastete Breite des Bandmaterials in kleinere Abschnitte aufgeteilt wird.

Eine weitere Oberflächenuntersuchungseinrichtung, bei welcher ein Abtaststrahl und ein photoelektrischer Lichtdetektor verwendet werden, ist in der JP-OS 56-39 419 beschrieben. Diese 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 bezug­ 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 in/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 einer ersten Speichereinrichtung zur Speicherung der Teilungssignale, welche durch Teilung während einer vorbestimmten Länge des Bandmaterials aneinandergefügt sind, und einer zweiten Speichereinrichtung , an die die durch Teilung aneinandergefügten Teilungssignale aus der ersten Speichereinrichtung bei jeder vorbestimmten Länge des Bandmaterials übertragen werden. Die aneinandergefügten bzw. addierten Teilungssignale werden aus der zweiten Speichereinrichtung gelesen zur Bewertung der Oberflächenfehler des Bandmaterials 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 von der ersten Speicher­ einrichtung auf die zweite Speichereinrichtung dadurch übertragen, daß eine Schalter­ einrichtung betätigt wird, welches zwischen der ersten und der zweiten Speichereinrichtung angeordnet ist. Die Betätigung der Schalter­ einrichtung erfolgt jedesmal dann, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Querabtastungen des Bandmaterials durchgeführt worden sind. Während des Lesens der Teilungsdaten aus der zweiten Speichereinrichtung zur Beurteilung der Oberfläche werden Daten für Oberflächenfehler auf dem folgenden Teilstück des Bandmaterials in der ersten Speichereinrichtung 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 bei geringen Herstellungskosten einfach gestalten.

Anhand der Figuren wird ein Ausführungs­ beispiel die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Untersuchung einer Oberfläche,

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 einer Speicherschnittstelle, welche in die Ober­ flächenuntersuchungsvorrichtung der Fig. 1 einge­ baut ist.

In der Fig. 1 wird ein Bandmaterial 1, das untersucht werden soll, 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 D3, wie es beispiels­ weise in Fig. 2 gezeigt ist, an eine Speicherschnittstelle 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 D1, 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 D2, welche ebenfalls der Speicherschnittstelle 15 zugeführt werden. Die Teilungssignale D2 werden, wie noch erläutert wird, in der Speicherschnittstelle 15 einer Tei­ lungssignalsteuerschaltung 31 (dargestellt in Fig. 4) zuge­ führt, welche Streifenmarkierungsimpulse D4 bilden. Mit den Streifenmarkierungsimpulsen D4 wird das Oberflächensignal D3 in Teilflächensignale D5 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 D5 wird einer ersten Speichereinrichtung 21 über eine ODER-Schaltung 20 bei jeder Querabtastung zugeführt und darin gespeichert. Nachfolgend auf diesen Speichervorgang werden die Teilflächensignale D5 des Oberflächensignals D3 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 D3 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 D7, 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 D4 synchron mit der Querabtastung vor und liefert diese der Oberflächensignalteilungsschal­ tung 30. Aufgrund der Streifenmarkierungsimpulse D4 wird das Oberflächensignal D3 in die Teilflächensignale D5 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 D4 vor­ sieht wie die Anzahl von Bits des ersten Schieberegisters 32 bei jeder einzelnen Querabtastung, werden die Teilflächen­ signale D5 im ersten Schieberegister 32 zur ODER-Schaltung 20 über die Schaltereinrichtung 22 mit der folgenden Quer­ abtastung zurückgeführt.

Da die Teilflächensignale D5, welche für N-fache Querabtas­ tungen vorgesehen sind, durch Teilung im ersten Schiebe­ register 32 aneinandergefügt sind, und einmal als Ober­ flächenfehlerdaten D6 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 D7 vor. Wenn die Lesezeitsteuerschaltung 34 das Anfragesignal D7 empfängt, erzeugt sie ein TOR-Signal D8 synchron mit dem Ansteigen des folgenden Abtastbreiten­ signals D1, sowie ein BEREIT-Signal D9 synchron mit der Abstiegsflanke des TOR-Signals D8. Während des Vorhanden­ seins des TOR-Signals D8 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 D6, welche durch Teilung im Schieberegister 32 anein­ andergefügt sind, dem zweiten Schieberegister 37 durch Tei­ lung, unter Zuhilfenahme der Streifenmarkierungsimpulse D4, zugeleitet. Es ist ersichtlich, daß ein Oberflächensignal D3 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 D6 durch Teilung dem zweiten Schieberegister 37 zugeführt werden.

Wenn die Oberflächenfehlerdaten D6 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 D9 fortlaufend Eingabeimpulse D10, welche wiederum an das zweite Schieberegister 37 über die Schaltereinrichtung 36 geliefert werden, um die Oberflächenfehlerdaten D6 in der richtigen Ordnung zu lesen. Aufgrund der Oberflächenfehler­ daten D6 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 D6 vom ersten auf das zweite Schieberegister, der Rechner 8 ver­ schiedene Vorgänge ausführen, wie beispielsweise das Lesen der übertragenen Oberflächenfehlerdaten D6, die Bewertung der Oberflächenfehlerdaten D6 und das Ausdrucken der aus der Bewertung sich ergebenden Resultate innerhalb eines relativ langen Zeitraums, bevor das nächste Anfragesignal D7 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.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Untersuchung einer Oberfläche eines fortlau­ fend bewegten Bandmaterials durch Abtasten der Oberfläche in Richtung der Breite des Bandmaterials mit einem Lichtstrahl, mit:

• - einer Lichtempfangseinrichtung (10), welche das von der Bandoberfläche kommende reflektierte Licht zur Bildung von Tei­ lungssignalen (D2) nutzt, und
• - einer Einrichtung zur räumlichen Unterteilung des Bandmate­ rials in kleinere Teilbereiche in Abtastrichtung;

gekennzeichnet durch

• - eine ODER-Schaltung (20) mit einer nachgeschalteten ersten Speichereinrichtung (21), in welcher die zur Unterteilung synchron mit der Abtastung erzeugten Teilungs­ signale nach jeder Querabtastung aneinandergefügt und gespeichert werden;
• - eine Schaltereinrichtung (22) die nach einer vorbestimmten Anzahl von Querabtastungen Speicher­ einrichtung (21) mit der zweiten Speichereinrichtung (23) verbindet und die gespeicherten Teilungssignale überträgt
• - eine Einrichtung (8) zum Lesen der aneinandergefügten Teilungs­ siganle (D2) aus der zweiten Speichereinrichtung (23), wobei aufgrund des jeweils gelesenen Teilungssignals Oberflächenfehler in je­ dem Teilbereich der Oberfläche des Bandmaterials bewertet wer­ den.

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

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (32) und die ODER-Schaltung (20) über die Schaltereinrichtung (22) miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Speichereinrichtung (23) als Schie­ beregister (37) ausgebildet ist.