DE4232550A1

DE4232550A1 - Verfahren zur Bestimmung der Größe von Fehlern, insbesondere von Löchern, in Materialien

Info

Publication number: DE4232550A1
Application number: DE19924232550
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Haubold
Original assignee: LASER SORTER GmbH
Current assignee: LASER SORTER GmbH
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1994-03-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Größe von Fehlern, insbesondere von Löchern, in Materialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Geräte zum Ermitteln von Fehlern, wie Löchern in Bahnen, sog. Lochdetektoren, sind beispielsweise bekannt aus dem DE-GM 71 04 653, der DE-AS 15 73 647, der DE-AS 28 08 359, der DE-OS 29 04 453, der DE-OS 29 34 554, der DE-OS 30 17 672 sowie der DE-PS 37 39 436, ferner aus der EP-PS 0 032 117, der EP-OS 0 046 058, der CA-PS 784 554 und der US-PS 3,535,535.

Der Stand der Technik gliedert sich in zwei unterschiedliche Verfahren, wobei diese Gliederung durch die Art der Beleuch tung diktiert wird. Zum einen erfolgt die Beleuchtung durch punktweises Abtasten einer Bahnbreite mit einem fliegenden Lichtpunkt und Auswerten des reflektierten bzw. durchge lassenen Lichtes. Zu dieser Gruppe gehören die DE-AS 15 73 647, DE-AS 28 08 359, DE-OS 29 04 435, DE-OS 29 34 554, DE-OS 30 17 672, DE-PS 37 39 436 sowie die EP-PS 0 032 117. Der weitere Stand der Technik leuchtet die Bahn über den vollen Querschnitt in einem bestimmten, nämlich den zu prüfenden Bereich aus, wobei zur Ausleuchtung im allgemeinen Leuchtröhren benutzt werden.

Es ist bekannt, zur Bestimmung der Größe von Fehlern, insbe sondere von Löchern, in Materialien die Amplitude des reflek tierten bzw. transmittierten Lichtimpulses zu messen. Es gilt hierbei, daß die Amplitude proportional zum Quadrat der Fehlergröße ist.

Diese Messung der Fehlergröße ist jedoch nur bei Fehlern mög lich, die annähernd die gleiche Größe haben. Sind jedoch die Fehler in ihrer Größe stark verschieden, z. B. bei der Bestim mungen der Lochgröße in Materialien, bei Lochgrößen von 15 µm bis hinauf zu mehreren Millimetern, so ist die Vermessung auch beim Einsatz von logarithmischen Verstärkern über die Ampli tude nur in geringem Maße möglich, da die Dynamik der Ver stärker für solche Messungen keine hinreichende Genauigkeit erlaubt.

Aus der deutschen Fachzeitschrift "Design & Elektronik", Verlag Markt & Technik, Haar bei München, Nr. 7, Seiten 40 bis 44, vom 24.03.1992, ist eine Schaltung zur Bestimmung sehr kurzer Pulsbreiten bekannt. Das Funktionsprinzip basiert auf der Ladung eines Kondensators während der Dauer des Impulses. Nach dem Ende des Impulses stoppt die Ladung, und die Spannung am Kondensator ist proportional zur Impulsbreite. Bevorzugt wird diese Schaltung bei automatischen Testsystemen, sowie in der Nuklear- und Hochenergiephysik eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Größe von Fehlern, insbesondere von Löchern, in Materialien anzugeben, mit dem auch mit einfachen Mitteln Fehler mit stark differierender Fehlergröße vermessen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß die Intensität des Lichtimpulses bei jeder Mes sung von einem niedrigeren Ausgangswert auf einen höheren End wert gesteuert wird und am Empfangsgerät bei Überschreiten eines Schwellenwertes eine Zeitmessung beginnt und eine der gemessenen Zeit proportionale Meßgröße mit der Fehlergröße in Korrelation gesetzt wird, ist ein Verfahren geschaffen, mit dem auch Fehler mit stark differierender Fehlergröße genau vermessen werden können. Die Dynamik eines Verstärkers hat hierbei keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit, da die Über schreitung eines vorgebbaren Schwellenwertes eine Zeitmessung in Gang setzt. Zeitmessungen sind extrem genau durchzuführen.

In bevorzugter Ausführungsform wird die Intensität des Licht impulses, d. h. des Senders als Exponentionalfunktion ge steuert. Hierdurch ist die Genauigkeit extrem gesteigert, da Exponentialfunktionen zeitabhängig schnell in ihrem Funktions wert ansteigen und hierdurch am Meßgerät im Falle von auf tretenden Fehlern schnell der Schwellenwert erreicht ist.

Vorteilhafterweise lädt bei Überschreiten des Schwellenwertes eine Konstantstromschwelle einen Kondensator auf, dessen Span nung nach Ende des Lichtimpulses proportional der Fehlergröße gesetzt wird. Die am Kondensator abgegriffene Spannung kann dann entweder direkt angezeigt werden oder aber z. B. in einem Computer ausgewertet werden.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden bei Über schreiten des Schwellenwertes Taktimpulse in einen Zähler ge zählt, dessen Zählerstand nach Ende des Lichtimpulses propor tional der Fehlergröße gesetzt wird. Die Taktimpulse können z. B. durch einen Impulsgenerator erzeugt werden und mittels einer bekannten Zählschaltung bei Überschreiten des Schwellen wertes auf addiert werden. Die so gewonnene Zählrate kann be liebig dargestellt oder weiterverarbeitet werden. Sie ist ein Maß für die Fehlergröße.

Zur Eichung kann die Kondensatorspannung bzw. der Zählerstand mit einem normierten und ausgemessenen Fehler verglichen werden.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für dieses Verfahren ist die Bestimmung der Fläche von Fehlern, wie Löchern in Materialien. Es können jedoch auch Erhebungen oder Verdickungen vorteilhaft vermessen werden.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Bestimmung von Löchern in Materialien zeichnet sich durch die Kombination folgender Merkmale aus:

- die Materialbahn wird einseitig durch mindestens eine quer zu ihrer Laufrichtung angeordnete Sendediodenreihe beleuchtet,
- das von den Sendedioden ausgestrahlte Licht wird parallel ausgerichtet und auf die zu prüfende Materialbahn ge lenkt,
- auf der Gegenseite der Materialbahn ist im Bereich der Sendediodenreihe mindestens eine Empfangsdiodenreihe so angeordnet, daß jeder Sendediode eine Empfangsdiode gegenüberliegt, die beim Auftreten eines Loches in der Materialbahn im Bereich einer Empfangsdiode einen Impuls auslöst, der zu einer Auswerteeinheit geleitet und dort verarbeitet wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Intensität des Lichtimpulses des Senders als Funktion der Zeit,

Fig. 2 die Intensität am Meßgerät (Verstärker) bei der Vermessung von kleinen Löchern in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. 3 die Intensität am Meßgerät bei der Vermessung von großen Löchern in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. 4 die Umsetzung der erfindungsgemäßen Zeitmessung in eine Spannung an einem Kondensator bzw. in Zähler ständen eines Zählers in Abhängigkeit von der Zeit und

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Bestimmung von Löchern in Materialien.

Fig. 1 zeigt die Intensität 1 des Lichtimpulses des Senders als Funktion der Zeit. Die Intensität 1 ist dabei als Expo nentialfunktion gesteuert. Zum Zeitpunkt t₂ ist der Licht impuls beendet. Als Sender eignen sich vorzüglich Sendedioden. Jedoch können auch andere Lichtquellen, wie Laser etc. benutzt werden.

In Fig. 2 ist die Intensität 1 am Empfangsgerät (Verstärker) bei der Vermessung eines kleinen Loches in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die Dynamik des Verstärkers würde in diesem Falle ausreichen, da ein vorgegebener Schwellenwert 5 erst zur Zeit t′ erreicht ist, wobei t′ nahe dem Ende des Lichtimpulses, d. h. dem Zeitpunkt t₂ liegt. Dies ist jedoch im Falle eines größeren Loches nicht der Fall, wie in Fig. 3 dar gestellt ist. Die Intensität 1 erreicht schon zu einem Zeit punkt t₁ den Schwellenwert 5. Der Schnittpunkt der von Null ansteigenden Funktion der Intensität 1 mit dem Schwellenwert 5 zur Zeit t₁ ist mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet. Bei Funktionswerten die größer sind als der Schwellenwert 5 gelangt der Verstärker in seine Sättigung. Die Intensitäts kurve ist in diesem Bereich mit dem Bezugszeichen 1a bezeich net. Zur Zeit t₁ beginnt die erfindungsgemäße Zeitmessung, d. h. eine Konstantstromquelle beginnt einen Kondensator zu laden bzw. ein Taktgenerator zählt Impulse in den Zähler. Dieser Vorgang wird zum Zeitpunkt t₂ abgebrochen.

In Fig. 4 ist das Ergebnis der Messung dargestellt. Die Span nung am Kondensator bzw. der Zählerstand des Zählers ist als Funktion der Zeit dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 7 ist die betreffende Funktion bezeichnet. Die Differenz 8 des Funk tionswertes zur Zeit t₂ mit dem Funktionswert zur Zeit t₁ ist ein Maß für die Größe des Fehlers und ist mit dieser direkt proportional.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Vorrichtung zur Bestimmung von Löchern gezeigt. Eine Materialbahn 9 ist dabei durch ein Ge häuse 2 geführt und ist zwischen einer quer zur Materialbahn 9 angeordneten Sendediodenreihe 3 und Empfangsdiodenreihe 4 angeordnet, wobei jeder Sendediode 3a eine Empfangsdiode 4a zugeordnet ist. Eine Sendediodenreihe 3 bzw. Empfangsdioden reihe 4 besteht jeweils aus zwei Diodenreihen, die überlappend angeordnet sind, wobei die Lücken zwischen den einzelnen Dioden der ersten Diodenreihe durch Dioden der zweiten Dioden reihe überdeckt werden. Eine Sende- bzw. Empfangsdiode besteht dabei grundsätzlich aus der betreffenden Diode und einer Linse, die bei der Sendediode das Licht parallel ausrichtet und bei der Empfangsdiode bündelt.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Größe von Fehlern, insbe sondere von Löchern, in Materialien, wobei ein Lichtim puls das Material abtastet und der vom Material reflek tierte und/oder transmittierte Lichtimpuls in einem Empfangsgerät detektiert und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität (1) des Lichtimpulses bei jeder Messung von einem niedrigeren Ausgangswert auf einen höheren Endwert gesteuert wird und am Empfangsgerät bei Überschreiten eines Schwellenwertes (5) eine Zeit messung beginnt und eine der gemessenen Zeit propor tionale Meßgröße mit der Fehlergröße in Korrelation ge setzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität (1) des Lichtimpulses als Exponential funktion gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des Schwellenwertes (5) eine Kon stantstromquelle beginnt einen Kondensator aufzuladen, dessen Spannung nach Ende des Lichtimpulses proportional der Fehlergröße gesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des Schwellenwertes (5) Taktimpulse in einen Zähler gezählt werden, dessen Zählerstand nach Ende des Lichtimpulses proportional der Fehlergröße gesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Bestimmung der Lochfläche von Fehlern in Materialien verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

- die Materialbahn (9) wird einseitig durch mindes tens eine quer zu ihrer Laufrichtung angeordnete Sendediodenreihe (3) beleuchtet,
- das von den Sendedioden ausgestrahlte Licht wird parallel ausgerichtet und auf die zu prüfende Materialbahn gelenkt,
- auf der Gegenseite der Materialbahn ist im Bereich der Sendediodenreihe mindestens eine Empfangs diodenreihe (4) so angeordnet, daß jeder Sende diode (3a) eine Empfangsdiode (4a) gegenüberliegt, die beim Auftreten eines Loches in der Material bahn (9) im Bereich einer Empfangsdiode (4a) einen Impuls auslöst, der zu einer Auswerteeinheit ge leitet und dort verarbeitet wird.