DE8328870U1

DE8328870U1 - Optisches streifensuchgeraet

Info

Publication number: DE8328870U1
Application number: DE19838328870
Authority: DE
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1983-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1984-03-01

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Streifensuchgerät für Bahnmaterial mit einer optischen Abtastanordnung, die auf der Oberfläche der Bnhn einen Abtastlichtfleck erzeugt/ der die Bahn vorzugsweise quer zu ihrer Längserstreckung periodisch linear abtastet und mit einer Lichtempfangsanordnutig, welche wenigstens einen photoelektrischen Wandler umfaßt, auf den im Bereich des Lichtfleckes reflektiertes Licht konzentriert ist.

Mit insbesondere durch Laser erzeugten Abtastlichtstrahlen arbeitende Vorrichtungen zur Überwachung oder Inspektion einer Materialbahn sind vielfältig bekannt (z.B. DE-PS 24 33 682), Sie vermögen jedoch im allgemeinen nur unter einem ganz bestimmten Winkel reflektiertes Licht zu empfangen und ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen.

Insbesondere bei der Ermittlung von in Längsrichtung der Materialbahn verlaufenden, Oberflächenfehler darstellenden Streifen ist es jedoch sehr wichtig, je nach der Fehlerart unter unterschiedlichen Winkeln reflektiertes Licht empfangen zu können. Dies soll mit einer kompakten, leicht bedienbaren Anordnung gewährleistet werden.

Zur Lqsung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Lichtempfangsanordnung einen parallel zur Abtastbahn sich erstreckenden streifenförmigen Hohlspiegel und optisch in dessen Brennpunkt bzw. Brennlinie wenigstens einen photoelektrischen Wandler aufweist und an einem bogenförmigen Segmentpaar kreisförmig verschwenkbar angeordnet ist, wobei der Mittelpunkt der Kreisbahn bzw. die Mittelachse des Schwenk-Kreiszylinders wenigstens im wesentlichen mit dem das Bahnmaterial abtastenden Lichtfleck bzw. der dadurch hervorgerufenen Abtastlichtspur zusammenfällt. Auf diese

Weise kann die Lichtempfangsanordnung genau auf denjenigen Reflexionswinkel einjustiert werden, unter dem bei einem bestimmten Fehlersuchproblem Licht von Fehlern reflektiert wird. Durch die genaue Justierung wird beim Auftreten von Fehlern die Aufnahme einer optimalen Lichtmenge von der Lichtempfangsanordnung gewährleistet.

Bevorzugt ist die Lichtempfangsanordnung mittels Klemmbacken auf den Segmenten befestigt ist, welche eine Feststellung der Lichtempfangsanordnung in jeder Winkellage gestatten.

Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, daß auch der Abstand der Lichtempfangsanordnung von der Tastebene bzw. der abgetasteten Materialbahn verstellt werden kann. Hierzu ist zweckmäßigerweise die Lichtempfangsanordnung mittels der Klemmbacken auf den Segmenten im Abstand zur Materialbahn und insbesondere entlang eines Kreisbahnradius verstellbar angeordnet. Hierdurch kann eine noch bessere Anpassung der Lichtempfangsanordnung an von bestimmten Fehlerarten reflektiertes Licht erfolgen.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das erfindungsgemäße Streifensuchgerät im Dunkelfeld arbeitet. Nach einer ersten Ausführungsform ist hierzu vorgesehen, daß ein photoelektrischer Wandler, insbesondere ein Multiplier vorgesehen ist, der durch eine in Richtung der zu erkennenden Streifen verlaufende Streifenblende von solcher Breite abgedeckt ist, daß normal reflektiertes Licht auf die Streifenblende, von Streifen stammendes Fehlerlicht dagegen neben der Streifenblende vorbei auf den Wandler fällt.

Nach einer anderen, der Dunkelfeldbeleuchtung dienenden Ausführungsform sind im seitlichen Abstand zwei photoelektrische Einzelwandler vorgesehen, wobei der Streifen zwischen ihnen

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sich in der gleichen Richtung wie die Streifen auf der Bahn erstreckt und eine solche Breite hat, daß normal reflektiertes Licht auf die Streifenblende, von Streifen auf der Bahn stammendes Fehlerlicht dagegen neben dem Streifen vorbei auf die seitlichen Einzelwandler fällt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch/ daß ein weiterer Wandler für den Empfang des normal reflektierten Lichtes vorgesehen ist. Dieser Wandler arbeitet also im Hellfeld und kann z.B. dazu dienen, durch eine Verdunkelung gekennzeichnete Fehler (z.B. Löcher in der Bahn) oder auch durch einen besonderen Glanz hervortretende Fehler (wie z.B. Druckstellen) festzustellen. Der im Hellfeld arbeitende Wandler kann auch zur Kantensteuerung für die Auswerteelektronik herangezogen werden.

Bevorzugt wird gleichzeitig sowohl im Dunkel- als auch im Hellfeld gearbeitet. Dies kann nach einer praktischen ersten Ausführungsform dadurch geschehen, daß im Strahlengang-zum ersten photoelektrischen Wandler ein Strahlenteiler vorgesehen ist, der einen Teil des Empfangslichtes zu dem weiteren photoelektrischen Wandler umlenkt. Es hat sich nämlich erwiesen, daß ein Lichtteilerspiegel vor den beiden photoelektrischen Wandlern eine exaktere Lichtausblendung am Dunkelfeldempfanger ermöglicht. Vorzugsweise wird man dem Dunkelfeldempfänger den größeren Lichtanteil zuordnen, also z.B., indem man als Teilerspiegel nur eine Glasplatte verwendet, deren Oberflächenreflex zum zum Hellfeldempfänger geleitet wird.

Eine zweite Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß als Streifenblende auf dem ersten photoelektrischen Wandler ein streifenförmiger Umlenkspiegel angeordnet ist, der das auf ihn fallende, normal reflektierte Licht zu dem weiteren photoelektrischen Wandler reflektiert. Hier wird in vorteilhafter

Weise die Streifenblende mit dem Umlenkspiegel in einem Bauteil zusammengefaßt.

Eine dritte Ausführungsform kennzeichnet sich schließlich dadurch, daß in dem Streifen zwischen den beiden Einzelwandlern der weitere photoelektrische Wandler angeordnet ist. Bei dieser _f< Ausführungsform wird ein Lichtteilerspiegel vermieden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß zur Erhöhung der Empfangsapertur senkrecht zur Abtastrichtung hinter dem Eintrittsfenster eine Zylinderlinse angeordnet ist. Hierbei soll insbesondere vorgesehen sein, daß die Brennweite der Zylinderlinse so dimensioniert ist, daß hinter der Linse ein paralleler oder leicht konvergenter
Strahlenverlauf vorliegt. Die Achse der Zylinderlinse verläuft parallel zur Abtastrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Streifensuchgerätes,

Fig. 2 einen ähnlichen optischen Aufbau der Lichtempfangsanordnung zur Veranschaulichung der Streifenblende am ersten photoelektrischen Wandler,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 4 einen Fig. 2 ähnlichen Ausschnitt einer

perspektivischen schematischen Ansicht einer
dritten Aueführungsform der Lichtempfangsanordnung des erfindungsgemäßen Streifensuchgerätes.

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Nach Fig. 1 weist das erfindungsgemäße Streifensuchgerät eine optische Abtastanordnung 21 auf, deren innerer optischer Aufbau schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Ein Laser 22 schickt gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer optischer Mittel einen scharf gebündelten Lichtstrahl auf ein Spiegelrad 23, welches im Brennpunkt eines Sendehohlspiegels 24 angeordnet ist. Beim Drehen des Spiegelrades in Pfeilrichtung wird der Laserstrahl periodisch über den streifenförmigen Sendehohlspiegel 24 geführt und dadurch in einen parallel zu sich selbst verschobenen Fahrstrahl 25 verwandelt, der die Oberfläche einer Materialbahn 14 quer zu ihrer Längserstreckung abtastet. Der von der Abtastanordnung 21 erzeugte Lichtfleck 13 ist auch in Fig. 1 dargestellt ebenso wie der diesen Lichtfleck erzeugende Fahrstrahl 25.

Nach Fig. 1 ist die Materialbahn über eine Führungswalze 26 geführt.

Nach den Fig. 1 und 3 wird das unter einem vorbestimmten Winkel auf die Materialbahn 14 auftreffende Licht zu einer Lichtempfangsanordnung 15 reflektiert, welche nach Fig. 1 ein Lichteintrittsfenster 19 und dahinter zur Aperturerhöhung eine sich parallel zur Abtastrichtung erstreckende Zylinderlinse 20 aufweist. Das Licht wird dann Z-förmig weiter auf einen parallel zur Abtastrichtung verlaufenden Empfangshohlspiegel 16 geleitet, der das Lichtbündel zu einem streifenförmigen Zwischenylanspiegel 27 reflektiert, von dem das Lichtbündel schließlich durch einen Teilerspiegel 28 hindurch zu einem ersten photoelektrischen Wandler, Insbesondere einem Photomultiplier 11a gelangt. Der photoelektrische Wandler 11a befindet sich unter Berücksichtigung der Umlenkung durch den Planspiegel 27 im Brennpunkt bzw. in der Brennlinie des Empfangshohlspiegels 16.

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Durch Verwendung eines Parabolspiegels 16 bzw. eines Parabelzylinders kann auf eine Korrekturlinse oder auf ein Durchbiegen des Planspiegels 27 verzichtet werden.

Die Lichtempfangsvorrichtung ist an einem bogenförmigen Segmentpaar 12a, 12b angebracht, welches seinerseits in nicht dargestellter Weise am Grundgestell des Gerätes befestigt ist. Der durch das Segmentpaar 12a, 12b bestimmte Kreiszylinder hat seine siittelachse auf der durch den Abtastlichtfleck 13 periodisch über die Bahn 14 geführten Lichtspur. Die Lichtempfangsanordnung ist auf dem Segmentpaar 12a, 12b mittels klemmbarer Backen 30 so befestigt, daß es im Abstand zur Tastebene bzw. zur Materialbahn 14 und im Winkel zum Sendestrahl 25 einstellbar ist, wodurch eine sehr empfindliche Einstellung auf bestimmte Reflexionswinkel möglich ist.

In den übrigen Fic^ren bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Elemente wie in Fig. 1 und 3.

Nach Fig. 2 gelangt das Licht ebenso wie bei dem Ausfährungsbeispiel nach Fig. 1 durch einen Teilerspiegel hindurch auf den ersten photoelektrischen Wandler 11a, welcher in der Mitte durch eine Streifenblende 18 abgedeckt ist, welche parallel zu auf der Bahn 14 möglicherweise verlaufenden Fehlerstreifen 17 angeordnet ist. Die Breite der Blende 18 ist so gewählt, daß bei normal von der Materialbahn 14 reflektiertem Licht dieses nur auf die Streifenblende 18 fällt. Der Wandler 11a gibt somit kein elektrisches Ausgangssignal ab. Erst wenn aufgrund eines Fehlerstreifens 17 das Licht gegenüber der Normalreflexion etwas abgelenkt wird, wird der photoelektrische Wandler 11a auch neben der Streifenblende 18 beaufschlagt, und es entsteht am Ausgang ein entsprechendes elektrisches Signal.

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Das von dem vorzugsweise als Glasplatte ausgebildeten Teilerspiegel 28 reflektierte Licht gelangt auf einen zweiten Photoempfänger 11b, welcher nicht mit einer Streifenblende versehen ist somit im Hellfeld arbeitet, d.h. bei normal an der Bahn reflektiertem Licht voll beaufschlagt wird.

Bei dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 3 ist auf dem ersten photoelektrischen Wandler 11a ein streifenförmiger Planspiegel 18' mit 100 %igem Reflexionsvermögen angeordnet, dessen Breite der Breite der Streifenblende 18 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entspricht, so daß auch hier der photoelektrische Wandler 11a im Dunkelfeld arbeitet,.

Das vom Umlenkspiegel 18' reflektierte Licht gelangt auf den zweiten photoelektrischen Wandler 11b, welcher im Hellfeld arbeitet.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind statt der bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen verwendeten Photomultiplier photoelektrische Einzelwandler 11c, 11b und 11d vorgesehen. Die streifenförmigen Einzelwandler 11c und 11d sind wieder so angeordnet, daß sie ira Dunkelfeld arbeiten, während der dazwischen befindliche Einzelwandler 11b von dem bei normaler Reflexion reflektierten Licht beaufschlagt wird.

Die Klemmbacken 30 befinden sich in einer Radialebene, die der Radialebene, in der die Zylinderlinse 20 und der Hohlspiegel 16 liegen, benachbart ist, und zwar vorzugsweise in einem geringen Abstand in Richtung der Abtastanordnung 21.

Unter Streifen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind in erster Linie Kratzer, Riefen, RakelstrelCen und andere, meist prismatische Vertiefungen zu verstehen, die sich im Testmaterial in Materialvorschubrichi-ung erstrecken. Diese Streifen

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haben die Eigenschaft/ das Licht vorzugsweise in Abtastrichtung abzulenken. Zur Streifensuche wird deshalb erfindungsgemäß ein Empfangssystem vorgeschlagen, das in Abtastrichtung wlnkelselektiefend ist.

Claims

Schutzansprüche

1. Optisches Streifensuchgerät für Bahnmaterial mit einer optischen Abtastanordnung, die auf der Oberfläche der Bahn einen Abtastlichtfleck erzeugt, der die Bahn vorzugsweise quer zu ihrer Längserstreckung periodisch linear abtastet und mit einer Lichtempfangsanordnung, welche wenigstens einen photoelektrischen Wandler umfaßt, auf den im Bereich des Lichtfleckes reflektiertes Licht konzentriert ist, dadurch gekennzeichnet ,, daß die Li chtemp fangs anordnung (15) im Abstand der Brennweite einen parallel zur Abtastbahn sich erstreckenden streifenförmigen Hohlspiegel (16) und optisch in dessen Brennpunkt bzw. Brennlinie, in einem Abstand vom Bahnmaterial (14) wenigstens einen photoelektrischen Wandler (11a, 11b, 11c, 11d) aufweist und an einem bogenförmigen Segmentpaar (12a, 12b) kreisförmig verschwenkbar angeordnet ist, wobei der Mittelpunkt der Kreisbahn bzw. die Mittelachse des Schwenk-Kreiszylinders wenigstens im wesentlichen mit dem das Bahnmaterial (14) abtastenden Lichtfleck (13)

MANlTZ ■ FINSTEHWALD · HEYN ■ MORGAN ■ 8000 MÜNCHEN 22 · ROBERT-KOCH-STRASSE 1 · TEL. iO89) 224211 · TELEX 05-29672 PATMF HANNS-JÖRG ROTERMyNO₁- /l)(Ä{STÜrT,GAHT,5() (ÖAD'ÜdfjNStAm ■ SEELBERQSTR. 23/25 ■ TEL. (0711) 567261

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bzw. der dadurch hervorgerufenen Abtastlichtspur zusammenfällt.

2. Streifensuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtempfangsanordnung (15)
mittels Klemmbacken (30) auf den Segmenten (12a, 12b) befestigt ist, welche eine Feststellung der Lichtempfangsanordnung (15) in jeder Winkellage gestatten.

3. Streifensuchgerät nach Anspruch 2_# dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtempfangsanordnung (15)
mittels der Klemmbacken (30) auf den Segmenten (12a, 12b)
im Abstand zur Materialbahn (14) und insbesondere entlang
eines Kreisbahnradius verstellbar angeordnet ist.

4. Streifensuchgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein photoelektrischer Wandler (11a), insbesondere ein Multiplier
vorgesehen ist, der durch eine in Richtung der zu erkennenden Streifen (17) verlaufende Streifenblende (18, 18') von solcher Breite abgedeckt ist, daß normal reflektiertes
Licht auf die Streifenblende (18), von Streifen (17) stammendes Fehlerlicht dagegen neben der Streifenblende (18) vorbei auf den Wandler (11a) fällt.

5. Streifensuchgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß im seitlichen Abstand zwei photoelektrische Einzelwandler (11c, 11d) vorgesehen sind, wobei der Streifen zwischen ihnen sich in der gleichen Richtung wie die Streifen (17) auf der Bahn (14) erstreckt und eine solche Breite hat, daß normal reflektiertes Licht auf die Streifenblende (18), von Streifen (17) auf der Bahn
stammendes Fehlerlicht dagegen neben dem Streifen vorbei
auf die seitlichen Einzelwandler (11c, 11d) fällt.

6. Streifensuchgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein weiterer Wandler (11b) für den Empfang des normal reflektierten Lichtes vorgesehen ist.

7. Streifensuchgerät nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet , daß im Strahlengang zum ersten photoelektrischen Wandler (11a) ein Strahlenteiler (28) vorgesehen ist, der einen Teil des Empfangslichtes zu dem weiteren photoelektrischen Wandler (11b) umlenkt.

8. Streifensuchgerät nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Streifenblende auf dem ersten photoelektrischen Wandler (11a) ein streifenförmiger Umlenkspiegel (18*) angeordnet ist, der das auf ihn fallende, normal reflektierte Licht zu dem weiteren photoelektrischen Wandler (11b) reflektiert.

9. Streifensuchgerät nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Streifen zwischen den beiden Einzelwandlem(11c, 11d) der weitere photoelektrische Wandler (11b) angeordnet ist.

10. Streifensuchgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erhöhung der Empfangsapertur senkrecht zur Abtastrichtung hinter dem Eintrittsfenster (19) eine Zylinderlinse (20} angeordnet ist.

11. Streifensuchgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennweite der Zylinderlinse (20) so dimensioniert ist, daß hinter der Linse ein paralleler oder leicht konvergenter Strahlenverlauf vorliegt.