DE4109938A1 - Oberflaechenfehler-detektionsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenfehler-De­ tektionsvorrichtung zum Prüfen von Mängeln auf einer Ober­ fläche einer Ebene oder eines zylindrischen Teils, und insbesondere bezieht sie sich auf eine Oberflächenfehler- Detektionsvorrichtung, welche relativ schwach wellenför­ mige Mängel mit einer hohen Geschwindigkeit feststellen kann.

Es gibt die sogenannte Flying-Spot-Methode, d. h. die Lichtpunktabtastmethode, um die Oberfläche eines ebenen oder zylindrischen Teils auf berührungslose Weise zu prü­ fen. Bei diesem Verfahren tastet ein Laserstrahl ein sich bewegendes Teil unter Verwendung eines rotierenden Spie­ gels mit mehreren Ebenen oder eines Oszillationsspiegels ab. Das von dem Teil reflektierte Licht ist in Abhängig­ keit von der Art und Weise des Oberflächenmangels unter­ schiedlich. Dieses Licht dient zu Prüfzwecken.

Es gibt zwei Arten von Mängeln auf der Oberfläche des zu prüfenden Teils: (1) ein wellenförmiger Mangel mit relativ schwacher Rauhheit, und (2) einen sehr kleinen Rauhheits­ mangel, der von einer rauhen Oberfläche verursacht wird. Das von dem wellenförmigen Mangel auf der Oberfläche des Teils reflektierte Licht und das Licht bei keinem Mangel sind mit einer Kurve n1 des Lichts verdeutlicht, das von dem wellenförmigen Mangel reflektiert wird (Fig. 6) und einer Kurve des reflektierten Lichts, das von der guten Fläche reflektiert wird (Fig. 5). Die Mittellinie der Kurve des von dem wellenförmigen Mangel reflektierten Lichts weicht entsprechend den Figuren von der normalen Reflektionsrichtung ab.

Eine Photosensor-Einrichtung kann vorgesehen sein, die der normalen Reflektionsrichtung des auf das Teil gerichteten Laserstrahls direkt zugewandt ist. Für den wellenförmigen Mangel wird das reflektierte Licht von der Photosensor- Einrichtung abgelenkt oder trifft auf eine Ecke derselben. Bei einem sehr kleinen Rauhigkeitsmangel wird der Laser­ strahl auf der Oberfläche des Teils bei der Reflektion ge­ streut, so daß die auf die Photosensor-Einrichtung bei der Reflektion gelangende reflektierte Lichtmenge im Vergleich zu dem normalerweise reflektierten Licht herabgesetzt wird (siehe Kurve n2 in Fig. 5).

Die beiden Mängel (1) und (2), welche vorstehend erwähnt sind, können auf der Oberfläche des Teils überlagert sein, oder sie können unabhängig voneinander sein.

Beim Prüfen der Oberfläche eines Teils mit Hilfe der Flying-Spot-Methode gibt es eine Möglichkeit, daß die Pho­ tosensor-Einrichtung in Abtastrichtung zur Aufnahme des Lichts bewegt werden kann. Hierzu benötigt man jedoch zu viel Zeit für die Oberflächenprüfung, da eine mechanische Bewegung der Photosensor-Einrichtung erforderlich ist.

Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Flying-Spot- Methode wurde vorgeschlagen, eine Oberfläche eines Teils mittels einer Vorrichtung zu prüfen, die eine Photosensor- Einrichtung hat, die ein Streifenlicht-Empfangsfenster be­ sitzt, welches derart bestimmt ist, daß es ein reflektier­ tes Licht einer einzigen Abtastung aufnimmt, wobei hierbei das zu prüfende Teil bewegt wird. Diese Prüfmethode er­ laubt eine Prüfung der gesamten Oberfläche mit einer hohen Geschwindigkeit.

Die Vorrichtung kann jedoch einen sehr kleinen Rauhig­ keitsmangel (2) in der Form der herabgesetzten und von ei­ ner defekten Stelle kommenden Lichtmenge feststellen, sie kann aber kaum einen wellenförmigen Fehler (1) feststel­ len. Die Vorrichtung kann somit nicht den wellenförmigen Mangel (1) von einem kleinen Rauhigkeitsmangel (2) unter­ scheiden.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen zielt die Erfindung im wesentlichen darauf ab, eine Oberflächen­ fehler-Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die einen Helligkeitsdefekt (1) mit einer hohen Geschwindigkeit feststellen kann.

Kurz gesagt wird diese Zielsetzung gemäß einer ersten be­ vorzugten Ausführungsform und einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung erreicht. Die erste be­ vorzugte Ausführungsform kann einen schwachen Rauhigkeits­ mangel auf einer Oberfläche eines Teils feststellen und zeichnet sich dadurch aus, daß ein Laserstrahl bereitge­ stellt wird, der linear in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Oberfläche des zu prüfenden Teils abtastet und abgestrahlt wird, daß zwei viereckförmige obere und untere Photosensoren vorgesehen sind, die in ei­ ner Richtung des von dem Teil reflektierten Lichts mittels eines Kantenteils unterteilt sind, daß die Photosensoren eine Streuplatte haben, die an einem vorderen Ende vorge­ sehen ist, und daß die Signalausgänge der beiden Photosen­ soren mittels einer Subtraktion verarbeitet werden.

Die zweite bevorzugte Ausführungsform kann einen schwach welligen Mangel und einen der kleinen Rauhigkeitsmängel mit dem gestreuten Licht auf einer Oberfläche eines zu un­ tersuchenden Teils feststellen und zeichnet sich dadurch aus, daß ein Laserstrahl bereitgestellt wird, der linear in einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung die Oberfläche des zu prüfenden Teils abtastet und auf das­ selbe gerichtet wird, daß zwei viereckförmige obere und untere Photosensoren vorgesehen sind, die in einer Rich­ tung des von dem Teil reflektierten Lichts mittels eines Kantenteils unterteilt sind und daß die Photosensoren eine Streuplatte haben, die an einem vorderen Ende derselben vorgesehen ist, so daß die Signalausgänge der beiden Pho­ tosensoren mittels Subtraktion und Addition verarbeitet werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beige­ fügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie A-A zur Verdeutlichung einer Photosensoreinrichtung in Fig. 1,

Fig. 3 eine Mittellängsschnittansicht der Photosen­ sor-Einrichtung von Fig. 1,

Fig. 4 eine auseinander gezogene Ansicht einer La­ serstrahlbahn, welche in Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 5 Ansichten in Polarkoordinaten-Verteilungs­ kurven des reflektierten Lichts für einen guten Zustand und einen schlechten Zustand, bei dem kleine Mängel auf der Oberfläche des zu prüfenden Teils vorhanden sind,

Fig. 6 eine Ansicht in Polarkoordinaten einer Ver­ teilungskurve des reflektierten Lichts für einen Zustand, bei dem ein wellenförmiger Mangel auf der Oberfläche des zu prüfenden Teils vorhanden ist,

Fig. 7 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Vertei­ lungen des reflektierten Lichts an einer Stelle des Lichtaufnahmefensters der Photo­ sensor-Einrichtung,

Fig. 8 ein Ausgangssignal des Photosensors A, und ein Ausgangssignal des Photosensors B, wel­ che man bei einer einzigen Abtastung mit Hilfe des Laserstrahls nach der Erfindung erhält, wobei der photoelektronische Ausgang für das Vorhandensein und das Fehlen des wellenförmigen Mangels auf der Oberfläche einer lichtempfindlichen Trommel verdeut­ licht ist,

Fig. 9 Ansichten zur Verdeutlichung von Unterschie­ den der Ausgangskurven in Fig. 8,

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer elektronischen Schaltung einer ersten bevorzugten Ausfüh­ rungsform nach der Erfindung, mittels der der vorstehend genannte Mangel aus den Aus­ gängen der Photosensor-Einrichtung festge­ stellt werden kann,

Fig. 11 eine differenzierte Wellenform, die pulsähn­ liche ansteigende und fallende Teile an der Mangelstelle hat,

Fig. 12 eine Rasterimpulswellenform,

Fig. 13 ein Ausgangssignal des Photosensors A und ein Ausgangssignal des Photosensors B, wel­ che man bei einer einzigen Abtastung des La­ serstrahls beim Vorhandensein eines wellen­ förmigen Mangels und eines sehr kleinen Rau­ higkeitsmangels auf der Oberfläche einer lichtempfindlichen Trommel erhält,

Fig. 14 Ansichten zur Verdeutlichung der Summen- und Differenzwerte der Ausgangskurven in Fig. 13,

Fig. 15 ein Flußdiagramm für eine elektronische Schaltung einer zweiten bevorzugten Ausfüh­ rungsform nach der Erfindung, bei der der vorstehend genannte Mangel aus den Ausgängen der Photosensor-Einrichtung festgestellt werden kann,

Fig. 16 eine Wellenform, die mit der Wellenform nach Fig. 4 über eine Differentiation verknüpft ist, und

Fig. 17 eine Rasterimpuls-Wellenform.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform einer Oberflächenfehler-Detektionsvorrichtung nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung ist Fig. 1 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung dieser bevorzugten Ausführungsform. Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie A-A einer Photo­ sensor-Einrichtung nach Fig. 1. Fig. 3 ist eine Mittel­ längsschnittansicht der Photosensor-Einrichtung von Fig. 1. Fig. 4 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Laserstrahl-Strahlengangs in Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Abtaster bezeichnet, der eine La­ sereinrichtung, wie eine He-Ne-Lasereinrichtung, einen sich drehenden Spiegel 16 mit mehreren Ebenen, eine fR Linse 17, und einen Synchronsensor 18 aufweist. Zwei Pho­ tosensor-Einrichtungen 2 umfassen einen Photosensor A 2a und einen Photosensor B 2b, die mittels einer dünnen Platte oder eines Kantenteil 22 bezüglich eines auftref­ fenden Lichtes unterteilt sind. Eine lichtempfindliche Trommel ist mit 3 bezeichnet, welche beispielsweise ein zu prüfendes Teil darstellt. Ein Laserstrahl 4 ist ein Ab­ tastglied. Man erhält eine helle Abtastlinie 5 auf einer Oberfläche des Teils, wenn der Laserstrahl 4 diese abta­ stet und auf diese gerichtet wird. Man erhält ein reflek­ tiertes Licht 6 von der Oberfläche des Teils.

Fig. 4 zeigt die Auslegung und ein Beispiel eines Laser­ strahlenganges des Abtasters 1 in auseinandergezogener Stellung. Der Laserstrahl 4 wird von einem He-Ne-Laser 11 erzeugt. Er geht durch einen Verschluß 12, der gegebenen­ falls geöffnet wird, und durch eine 1/2-Wellenlängen- Platte 13 beim angenommenen Beispiel, und er wird auf einen entsprechenden Strahldurchmesser mittels einer Strahlen-Vergrößerungseinrichtung 14 vergrößert. Das La­ serlicht 4 wird mit Hilfe des umlaufenden Spiegels 16 mit mehreren Ebenen und der fR Linse 17 abgetastet, um eine helle Abtastlinie 5 auf der Oberfläche der lichtempfindli­ chen Trommel 3 zu bilden, welche zu prüfen ist und mit ei­ ner gleichen Geschwindigkeit parallel zur Drehachse von a nach c über b in dieser Figur antreibbar ist. Die licht­ empfindliche Trommel 3 andererseits kann sich mit einer gleichen Geschwindigkeit in Richtung eines Pfeils drehen, wobei diese abzutasten ist, und das Laserlicht 4 wird auf die gesamte Oberfläche unter Steuerung durch eine Steuer­ einrichtung CPU gerichtet. Das reflektierte Licht 6 wird mit Hilfe des Photosensors 2 aufgenommen. Der Synchroni­ sierungssensor 18, welcher Photosensoren aufweist, die eine Empfindlichkeit für den Laserstrahl 4 haben, kann ein Synchronisierungssignal an die Steuereinrichtung CPU zu Beginn der Abtastung jedesmal dann abgeben, wenn der Abta­ ster 1 eine Abtastung vornimmt.

Die Photosensor-Einrichtung 2 ist in ein oberes und ein unteres Teil mit Hilfe des Kantenteils 22 unterteilt, wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Der abgeteilte Photosensor A 2a und der Photosensor B 2b hat mehrere (beispielsweise 4) Photo-Vervielfacher A 23a und Photover­ vielfacher B 23b, die jeweils in regelmäßigen Abständen darin vorgesehen sind. Jeder Photo-Vervielfacher hat ein zylindrisches, magnetisches Abschirmungsteil 24 aus einer eingeschlossenen magnetischen Substanz, welches am Ende jeweils vorgesehen ist. Die Photosensor-Einrichtung 2 hat Streuplatten 21a und 2b, und ein Abdeckteil 25, das an ei­ nem Ende an einem Lichtaufnahmefenster vorgesehen ist. Das Abdeckteil 25 kann eine Lichtaufnahmebreite auf d begren­ zen. Ein Endabschnitt 22a des Kantenteils 22 ist scharf­ kantig ausgebildet. Wenn eine dünne Platte mit einer Dicke von etwa 0,2 mm für das Kantenteil 22 eingesetzt wird, kann sie nicht scharfkantig ausgebildet werden. Der Photo­ sensor A 2a und der Photosensor B 2b haben eine reflektie­ rende Schicht 26, welche aus einem spiegelnden Teil oder einem weit streuenden Teil ausgebildet ist, welches auf den Innenwänden derselben vorgesehen ist. Diese Teile sind derart beschaffen und ausgelegt, daß das reflektierte Licht 6 in die Streuplatten 21a und 21b zur Streuung ge­ langen kann, und daß es durch die Innenwände reflektiert werden kann, bis das Licht effektiv mit Hilfe der Photo- Vervielfacher A 23a und der Photovervielfacher B 23b auf­ genommen werden kann. Wenn die Streuplatten 21a und 21b nicht vorgesehen sind, kann man keine Prüfgenauigkeit er­ reichen, es sei denn, daß der Abtaster 1, die Photosensor- Einrichtung 2 und lichtempfindliche Trommel genau aufein­ ander eingerichtet und in genauen Positionen relativ zu­ einander ausgerichtet sind, wobei auch die Neigung der Photosensor-Einrichtung 2 zu dem reflektierten Licht 6 ge­ nau und in engen Grenzen eingestellt werden muß. Wenn die Streuplatten 21a und 21b vorgesehen sind, beeinflussen ge­ ringfügige Abweichungen hinsichtlich der Positionen und der Neigung die Prüfgenauigkeit nicht, obgleich diese ge­ ringfügig herabgesetzt wird.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Photosensor-Einrich­ tung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 5 zeigt in Polarkoordinaten-Verteilungskurven das reflek­ tierte Licht für einen guten Zustand und einen schlechten Zustand, bei dem geringfügige Mängel auf der Oberfläche des geprüften Teils vorhanden sind. Fig. 7 zeigt die Ver­ teilungen des reflektierten Lichts an einer Stelle des Lichtaufnahmefensters der Photosensor-Einrichtung 2. In Fig. 5 zeigt eine Kurve g die Verteilung des reflektier­ ten Lichts für den guten Zustand der Oberfläche, und n2 ist die Kurve des schlechten Zustandes mit Unebenheiten. Das reflektierte Licht 6, das in Fig. 1 gezeigt ist, wird normalerweise wie in Fig. 7 gezeigt verteilt. Die Breite d des Lichtaufnahmefensters, welche durch das Abdeckteil 25 begrenzt ist, wird in Verbindung mit einer Abdeckbreite dg bestimmt, die ein Schnittpunkt der Kurve g, welche in Fig. 7 gezeigt ist, mit einer Kurve n2 ist, die einen äu­ ßerst minimalen Mangel und eine mögliche Exzentrizität (bei einer zylindrischen Gestalt) oder eine Abweichung (bei einer flächigen Gestalt) des geprüften Teils dar­ stellt, obgleich diese Angaben von der Größe des zu über­ wachenden Mangels hinsichtlich der günstigsten Empfind­ lichkeit abhängig sind. Ein gutes Ergebnis hat man bei­ spielsweise dann erhalten, wenn ein Durchmesser des hellen Punkts des Laserstrahls 4 55 µmm auf der abgetasteten Flä­ che beträgt, und die Breite d 20 mm ist.

Fig. 6 zeigt in Polarkoordinaten eine Verteilungskurve n1 des reflektierten Lichts für einen Zustand, bei dem ein wellenförmiger Mangel auf der Oberfläche des geprüften Teiles auftritt. Für den wellenförmigen Mangel ist nach der Darstellung in dieser Figur eine Mittellinie der re­ flektierten Lichtverteilungskurve nur abgeschrägt, während sich die Menge des reflektierten Lichts nicht nennenswert ändert. Ein üblicher Photosensor, der ein einziges Licht­ empfangsteil mit einem relativ großen Lichtaufnahmefenster aufweist, könnte einen solchen Mangel nicht feststellen, da sich die Menge des aufgenommenen Lichts virtuell nicht ändert.

Jedoch bei der Anwendung der Photosensor-Einrichtung 2, die zwei Photosensor-Teile, den Photosensor A 2a und den Photosensor B 2b, nach der Erfindung hat, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, können der Photosensor A 2a und der Photosensor B 2b die Mengen des aufgenommenen Lichts un­ terscheiden. Als Folge hiervon haben die Photo-Vervielfa­ cher A 23a und die Photo-Vervielfacher B 23b unterschied­ liche Ausgangssignale. Eine Differenz der beiden Ausgangs­ signale kann zum Feststellen des wellenförmigen Mangels genutzt werden.

Fig. 8 zeigt ein Ausgangssignal des Photosensors A 2a, oder das Ausgangssignal des Photo-Vervielfachers A 23a, und ein Ausgangssignal des Photosensors B 2b oder das Aus­ gangssignal des Photo-Vervielfachers B 23b, welche man bei einer einzigen Abtastung mit Hilfe des Laserstrahls 4 beim Vorhandensein oder beim Fehlen eines wellenförmigen Man­ gels auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 3 erhält. In dieser Figur sind die linksliegenden Kurven von dem Ausgangssignal des Photosensors A 2a, und die rechts­ liegenden Kurven sind von dem Ausgangssignal des Photosen­ sors B 2b. Die Kurven (a) sind für die gute Oberfläche, die Kurven (b) für die schlechte Oberfläche, die große wellenförmige Mängel in der Nähe eines Mittelteils hat. In dieser Figur sind Bildbereiche r auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 3 und Nichtbildbereiche q auf beiden Seiten der lichtempfindlichen Trommel 3 angegeben.

Die Differenzen A-B der Ausgangskurven in Fig. 8 sind in Fig. 9 verdeutlicht. Somit ist zu ersehen, daß die Differenz des Ausgangssignals des Photosensors A 2a und des Ausgangssignals des Photosensors B 2b zum Feststellen des wellenförmigen Mangels genutzt werden kann.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer elektronischen Schal­ tung einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Er­ findung, mittels der der vorstehend genannte Mangel aus den Ausgängen des Photosensor-Teils 2 festgestellt werden kann. Die Steuereinrichtung CPU 50, die mit einem PC-Rech­ ner 49 verbunden ist, erhält eine Trommeldrehwinkelinfor­ mation von einem Trommel-Drehcodierer 32, der direkt mit der zu prüfenden lichtempfindlichen Trommel 3 verbunden ist. Auch erhält er einen Laserstrahl-Abtastausgangspunkt- Signaleingang von dem Synchronisierungssensor 18. Mit die­ sen Eingängen kann die Steuereinrichtung CPU 50 einen Trommelantriebsmotor 31 über eine Motorsteuerschaltung 51 antreiben, um die lichtempfindliche Trommel 3 mit einer vorbestimmten gleichen Drehgeschwindigkeit in Drehung zu versetzen. Eine Rasterimpuls-Generatorschaltung 53 kann einem Verknüpfungsteil 45 einen Bildbereich-Rasterimpuls (d) und einen Rasterimpuls für einen außerhalb liegenden Bildbereich (e) zu leiten, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Eine Vergleichspegelspannungs-Generatorschaltung 52 kann einem Komparatorteil 44 Vergleichsspannungspegel vor­ geben.

Die von den vier Photo-Vervielfachern A 23a in dem Photo­ sensor A 2a über die Vorverstärker 27a abgegebenen Signale werden mit Hilfe eines Additionsverstärkers 28a aufsum­ miert. In ähnlicher Weise gehen die Signalausgänge der vier Photo-Vervielfacher B 23b in dem Photosensor B 2b durch Vorverstärker 27b und werden mit Hilfe eines Additi­ onsverstärkers 28b aufsummiert. Die addierten Signalaus­ gänge des Photosensors A 2a und des Photosensors B 2b wer­ den mit Hilfe eines Subtraktionsgliedes 41 subtrahiert und mit Hilfe einer Differenzierschaltung 42 differenziert. Die differenzierte Wellenform ist in Fig. 11 gezeigt, die impulsähnliche ansteigende und fallende Teile an der de­ fekten Stelle hat. Das Ausgangssignal wird ferner so bear­ beitet, daß man eine deutliche Impulswellenform erhält, und zwar mittels eines Bandpaßfilters 43, und dieses Aus­ gangssignal wird dem Komparatorteil 44 zugeleitet.

Das Komparatorteil 44 kann den Ausgangsimpuls mit einer Mehrzahl von Vergleichspegelspannungen vergleichen, die von der Vergleichspegelspannungs-Generatorschaltung 52 zu­ geleitet werden. Die Mehrzahl von (beispielsweise vier) Komparatoren können Impulssignale durch das Gatterteil 45 zu einem Zählerteil 46 leiten, wenn das Ausgangssignal die zugeordneten Vergleichspegelspannungen überschreitet. Das Gatterteil 45 umfaßt eine Mehrzahl von UND-Schaltungen darin. Die UND-Schaltungen ermöglichen, daß nur der Impuls durchgehen kann, der innerhalb der Rasterimpulse (d) und (e) liegt, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Diese werden von der Rasterimpuls-Erzeugungsschaltung 53 geliefert. Der durchgegangene Impuls gelangt dann zu dem Zählteil 46, welcher vier Gruppenzähler hat, die für den innerhalb und den außerhalb liegenden Bildbereich vorgesehen sind.

Bei der vorstehend angegebenen Verarbeitung werden die Im­ pulse bezüglich innerhalb und außerhalb des Bildbereichs liegend und im Hinblick auf große und kleine Abmessungen der Mängel klassifiziert und in einem Speicher 47 gespei­ chert. Die gespeicherte Information wird mit Hilfe einer Verarbeitungseinrichtung CPU 48 verarbeitet. Der PC-Rech­ ner 49 zeigt dann die Prüfergebnisse für die lichtempfind­ liche Trommel 3 und weitere Steuerdaten an.

Hierbei werden bei der ersten bevorzugten Ausführungsform die Prüfdaten des wellenförmigen Mangels in vier Gruppen klassifiziert, innerhalb und außerhalb des Bildbereiches liegend und große und kleine Abmessungen der Mängel.

Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern selbstverständlich läßt sich die Anzahl der Gruppen gege­ benenfalls vergrößern.

Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfin­ dung kann die Oberflächenfehler-Detektionsvorrichtung mit der vorstehend genannten Auslegung, Steuerung und Verar­ beitungsweise sogar ziemlich schwach erscheinende Oberflä­ chenfehler feststellen, welche bisher nicht auf übliche Weise festgestellt werden konnten.

Auch wird nach der Erfindung eine zweite bevorzugte Aus­ führungsform bereitgestellt, die sogar sehr kleine Rauhig­ keitsfehler erkennen kann. Fig. 13 zeigt ein Ausgangssi­ gnal des Photosensors A 2a, oder das Ausgangssignal des Photo-Vervielfachers A 23a, und ein Ausgangssignal des Photosensors B 2b oder das Ausgangssignal des Photo-Ver­ vielfachers B 23b, welche man bei einer einzigen Abtastung mit Hilfe des Laserstrahls 4 beim Vorhandensein von wel­ lenförmigen Mängeln und sehr kleinen Rauhigkeitsmängeln auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 3 er­ hält. In dieser Figur sind die linksliegenden Kurven jene der Ausgangssignale des Photosensors A 2a, und die rechts­ liegenden Kurven sind die Ausgangssignale des Photosensors B 2b. Die Kurven (a) sind für die gute Oberfläche, die Kurven (b) sind für die schlechte Oberfläche, die große gewählte Fehler in der Nähe eines Mittelteils hat, und die Kurven (c) sind für die schlechte Oberfläche, die sehr kleine Fehler am Mittelteil innerhalb des Bildbereiches und auch außerhalb des Bildbereiches hat. In der Figur sind Bildbereiche r auf der Oberfläche der lichtempfindli­ chen Trommel 3 und Nichtbildbereiche q auf beiden Seiten der lichtempfindlichen Trommel 3 gezeigt.

Die Summen A+B und die Differenzen A-B der Ausgangs­ kurven in Fig. 13 sind jeweils links und rechts in Fig. 14 liegend gezeigt. Somit kann die Summe des Ausgangssi­ gnals des Photosensors A 2a und des Ausgangssignals des Photosensors B 2b zum Feststellen eines sehr kleinen Rau­ higkeitsmangels genutzt werden. Die Differenz des Aus­ gangssignals des Photosensors A 2a und des Ausgangssignals des Photosensors B 2b kann zum Feststellen des wellenför­ migen Mangels genutzt werden.

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm für eine elektronische Schaltung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, bei der die vorstehend genannten Fehler über die Ausgänge der Photosensor-Einrichtung 2 festge­ stellt werden können. Die Steuereinrichtung CPU 50, die mit einem PC-Rechner 49 verbunden ist, erhält eine Trom­ meldrehwinkelinformation von einem Trommel-Drehcodierer 32, der direkt mit der zu prüfenden lichtempfindlichen Trommel 3 verbunden ist. Auch ist ein Laserstrahl-Abtast­ ausgangspunkt-Signaleingang von dem Synchronisierungssen­ sor 18 vorhanden. Mit diesen Eingängen kann die Steuerein­ richtung CPU 50 einen Trommelantriebsmotor 31 über eine Motorsteuerschaltung 51 derart antreiben, daß die licht­ empfindliche Trommel 3 mit einer vorbestimmten entspre­ chenden Drehgeschwindigkeit in Drehung versetzt wird. Eine Rasterimpuls-Erzeugsschaltung 53 kann einem Gatterteil 45 einen Bildbereichs-Rasterimpuls (d) und einen außerhalb des Bildbereichs liegenden Rasterimpuls (e) liefern, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist. Eine Vergleichpegelspan­ nungs-Erzeugungsschaltung 52 kann einem Komparatorteil 44 Vergleichspegelspannungen zuführen.

Die Signalausgänge der vier Photo-Vervielfacher A 23a im Photosensor A 2a werden über Vorverstärker 27a verstärkt und mit Hilfe eines Additionsverstärkers 28a aufsummiert. In ähnlicher Weise werden die Signalausgänge der vier Photo-Vervielfacher B 23b im Photosensor B 2b über Vorver­ stärker 27b verstärkt und mit Hilfe eines Additionsver­ stärkers 28b aufsummiert. Die addierten Signalausgänge des Photosensors A 2a und des Photosensors B 2b werden mit Hilfe eines Addierers 41a addiert und mit Hilfe einer Dif­ ferenzierschaltung 42a differenziert. Die differenzierte Wellenform ist in der linken Seite in Fig. 16 gezeigt, die impulsähnliche ansteigende und fallende Teile an der Stelle mit sehr kleinem Rauhigkeitsmangel hat. Die Additi­ onssignalausgänge des Photosensors A 2a und des Photosen­ sors B 2b werden mit Hilfe einer Subtraktionseinrichtung 41b subtrahiert und mit Hilfe einer Differentierschaltung 42 differentiert. Die differentierte Wellenform ist auf der rechten Seite in Fig. 16 gezeigt, die impulsähnliche ansteigende und fallende Teile an der defekten Stelle hat.

Die Ausgangssignale werden ferner zu echten Impulswellen­ formen über Bandpaßfilter 43a und 43b verarbeitet und dem Vergleichsteil 44 zugeleitet. Es ist noch zu erwähnen, daß ein Bandpaß des Bandpaßfilters 43b geringfügig schwächer als jener des Bandpaßfilters 43a ist.

Das Komparatorteil 44 kann den Ausgangsimpuls mit einer Mehrzahl von Vergleichspegelspannungen vergleichen, die über die Vergleichspegelspannungs-Erzeugungsschaltung 52 zugeleitet werden. Die Mehrzahl von (beispielsweise sechs) Komparatoren kann über ein Gatterteil 45 einem Zählerteil 46 Impulssignale zuleiten, wenn das Ausgangssignal die zu­ geordneten Vergleichspegelspannungen überschreitet. Das Gatterteil 45 hat eine Mehrzahl von UND-Schaltungen darin. Die UND-Schaltungen ermöglichen, daß nur Impulse durchge­ hen können, die innerhalb der Rasterimpulse (d) und (e) liegen, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist, und welche von der Rasterimpuls-Erzeugungsschaltung 53 zugeführt werden. Der durchgegangene Impuls wird dann an das Zählerteil 46 angelegt, das sechs Gruppenzähler umfaßt, die über dem Be­ reich innerhalb und außerhalb des Bildbereiches vorgesehen sind.

Beim vorstehend genannten Verfahren werden die Impulse be­ züglich innerhalb und außerhalb des Bildbereichs liegend, im Hinblick auf die Art des Mangels und die Größe der Män­ gel klassifiziert, und in einem Speicher 47 gespeichert, der sechs Gruppenspeicher hat. Die gespeicherte Informa­ tion wird mittels einer Verarbeitungseinrichtung CPU 48 verarbeitet. Der PC-Rechner 49 zeigt dann die Prüfergeb­ nisse der lichtempfindlichen Trommel 3 und weiterer Steu­ erdaten an.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform werden die Prüfdaten der sechs Gruppen klassifiziert, wobei vier Gruppen für sehr kleine Rauhigkeitsdefekte innerhalb und außerhalb des Bildbereiches und für die großen und kleinen Abmessungen bestimmt sind, und wobei zwei Gruppen für die wellenförmigen Mängel innerhalb des Bildbereiches bestimmt sind. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern natürlich kann die Anzahl der Gruppen gegebenen­ falls vergrößert werden.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Er­ findung kann die Oberflächenfehler-Detektionsvorrichtung mit dem vorstehend angegebenen Aufbau, der Steuerung und der Verarbeitungsweise ziemlich schwache wellenförmige Mängel feststellen, die bisher nicht festgestellt werden konnten. Auch kann die Vorrichtung sehr kleine Rauhig­ keitsmängel feststellen, die bisher nicht festgestellt werden konnten.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Detektieren eines schwach welligen Fehlers auf einer Oberfläche eines Gegenstandes (3), gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Transportieren des Gegenstandes (3) in einer linearen Richtung,
eine Einrichtung (1, 11) zum Richten eines Laserstrahls (4) auf den Gegenstand (3) in einer Richtung senkrecht zu der linearen Richtung,
eine erste Einrichtung (A 2a) zum Erzeugen eines ersten Signales nach Maßgabe einer Reflektion des Laserstrahls (4) von dem Gegenstand (3),
eine zweite Einrichtung (B 2b) zum Erzeugen eines zweiten Signales nach Maßgabe einer Reflektion des Laserstrahls (4) von dem Gegenstand (3),
eine Einrichtung (22) zum optischen Trennen der ersten Erzeugungseinrichtung (A 2a) von der zweiten Erzeugungseinrichtung (B 2b), so daß die erste Erzeugungseinrichtung (A 2a) und die zweite Erzeugungseinrichtung (B 2b) die jeweiligen Reflektionsteile aufnehmen, und
eine Einrichtung (44-49) zum Verarbeiten des ersten Signals und des zweiten Signals derart, daß schwach wellige Fehler festgestellt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erzeugungseinrichtung (A 2a) und die zweite Erzeugungseinrichtung (B 2b) einen Diffuser (21a, 21b) derart haben, daß der reflektierte Teile von der ersten Erzeugungseinrichtung (A 2a) und der zweiten Erzeugungseinrichtung (B 2b) über den Diffuser (21a, 21b) aufgenommen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (44-49) das erste Signal von dem zweiten Signal subtrahiert.

4. Vorrichtung zum Detektieren eines schwach welligen Fehlers und eines sehr kleinen Rauhigkeitsfehlers auf einer Oberfläche eines Gegenstandes (3), gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Transportieren des Gegenstandes (3) in einer linearen Richtung,
eine Einrichtung (1, 11) zum Richten eines Laserstrahls (4) auf den Gegenstand in einer Richtung senkrecht zur linearen Richtung,
eine erste Einrichtung (A 2a) zum Erzeugen eines ersten Signals nach Maßgabe einer Reflektion des Laserstrahls (4) von dem Gegenstand (3),
eine zweite Einrichtung (B 2b) zum Erzeugen eines zweiten Signales nach Maßgabe einer Reflektion des Laserstrahls (4) von dem Gegenstand (3),
eine Einrichtung (22) zum optischen Trennen der ersten Erzeugungseinrichtung von der zweiten Erzeugungseinrichtung derart, daß die erste Erzeugungseinrichtung (A 2a) und die zweite Erzeugungseinrichtung (B 2b) jeweils die reflektierten Teile aufnehmen, und
eine Einrichtung (28b, 41) zum Subtrahieren des ersten Signals von dem zweiten Signal und zum Addieren des ersten Signals zu dem zweiten Signal derart, daß schwache wellige Fehler und sehr kleine Rauhigkeitsfehler festgestellt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erzeugungseinrichtung (A 2a) und die zweite Erzeugungseinrichtung (B 2b) eine Streueinrichtung (21, 21b) haben, so daß der reflektierte Teil von der ersten Erzeugungseinrichtung (A 2a) und von der zweiten Erzeugungseinrichtung (B 2b) über die Streueinrichtung (21a, 21b) aufgenommen werden.