HU185306B - Device for contactless detecting surfacial quality of the moving material - Google Patents

Device for contactless detecting surfacial quality of the moving material Download PDF

Info

Publication number
HU185306B
HU185306B HU244181A HU244181A HU185306B HU 185306 B HU185306 B HU 185306B HU 244181 A HU244181 A HU 244181A HU 244181 A HU244181 A HU 244181A HU 185306 B HU185306 B HU 185306B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
output
light
variable gain
light sensor
gain amplifier
Prior art date
Application number
HU244181A
Other languages
Hungarian (hu)
Inventor
Ferenc Engard
Emoeke Loerincz
Imre Peczeli
Peter Richter
Original Assignee
Budapesti Mueszaki Egyetem
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Budapesti Mueszaki Egyetem filed Critical Budapesti Mueszaki Egyetem
Priority to HU244181A priority Critical patent/HU185306B/en
Priority to FI822923A priority patent/FI75051C/en
Publication of HU185306B publication Critical patent/HU185306B/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

A találmány tárgya berendezés mozgó anyag felületi minőségének érintkezésmentes meghatározására, amelynek optikai heterodyn egysége (10), fényérzékelője (20) és a fényérzékelővel összekapcsoltjelfeldolgozó egysége (40) van. Lényege, hogy a jelfeldolgozó egység (40) előerősítőn (41), változtatható erősítésű erősítőn (43), szükség szerint az előerősítő (41) és a változtatható erősítésű erősítő (43) közé kapcsolt szelektív erősítőn (42), valamint a változtatható erősítésű erősítő (43) kimenetéhez csatlakozó komparátoron (47) keresztül monostabil multivibrátorra (48), valamint a monostabil multivibrátor (48) kimeneti jelszélességét mérő időmérő egységre (49) van vezetve. -1-The present invention relates to a device for determining the contact quality of a surface of a moving material without contact with an optical heterodyne unit (10), a light sensor (20) and a signal processing unit (40) connected to the light sensor. The essence is that the signal processing unit (40) is a preamplifier (41), a variable gain amplifier (43), a selective amplifier (42) coupled between the preamplifier (41) and the variable gain amplifier (43) as needed, and a variable gain amplifier (42). 43) to a monostable multivibrator (48) and a timing unit (49) for measuring the output width of the monostable multivibrator (48). -1-

Description

(57) KIVONAT(57) EXTRAS

A találmány tárgya berendezés mozgó anyag felületi minőségének érintkezésmentes meghatározására, amelynek optikai heterodyn egysége (10), fényérzékelője (20) és a fényérzékelővel összekapcsoltjelfeldolgozó egysége (40) van. Lényege, hogy a jelfeldolgozó egység (40) előerősítőn (41), változtatható erősítésű erősítőn (43), szükség szerint az előerősítő (41) és a változtatható erősítésű erősítő (43) közé kapcsolt szelektív erősítőn (42), valamint a változtatható erősítésű erősítő (43) kimenetéhez csatlakozó komparátoron (47) keresztül monostabil multivibrátorra (48), valamint a monostabil multivibrátor (48) kimeneti jelszélességét mérő időmérő egységre (49) van vezetve.The present invention relates to an apparatus for contactless determination of the surface quality of a moving material having an optical heterodyn unit (10), a light sensor (20) and a processing unit (40) coupled to the light sensor. In essence, the signal processing unit (40) has a preamplifier (41), a variable gain amplifier (43), a selective amplifier (42) coupled between a preamplifier (41) and a variable gain amplifier (43) as needed, and a variable gain amplifier (42). 43) is connected via a comparator (47) connected to its output to a monostable multivibrator (48) and a timing unit (49) measuring the output signal width of the monostable multivibrator (48).

-1185 306-1185 306

A találmány tárgya berendezés mozgó anyag felületi minőségének (érdesség, illetve simaság) érintkezésmentes, folyamatos meghatározására, amelynek optikai heterodyn egysége, fényérzékelője és a fényérzékelővel összekapcsolt jelfeldolgozó egysége van.The present invention relates to an apparatus for continuously determining the surface quality (roughness or smoothness) of a moving material having an optical heterodyn unit, a light sensor and a signal processing unit coupled to the light sensor.

A felületi minőség érintkezésmentes vizsgálatára számos eljárás és berendezés ismeretes. Ezek közül a legelterjedtebben a pneumatikus módszereket használják, amikor a felületi minőséget azzal az időegységenként .áthaladó levegőmennyiséggel jellemzik, amely meghatározott nyomáson az anyag felületi alakzatai és valamilyen mérőfej (például sík ellenfelület) közötti résen áthalad. Ilyen vagy hasonló elven működnek a Parker-Print Surf (PPSa), a Bekk, a Bendtsen és a Sheffield cégek berendezései. Közös hiányosságuk, hogy a felület alakzatainak alakjára, eloszlására nem nyújtanak információt, a felületminőség mérőszáma azonos lehet különböző mikrogeometriák esetén is. Ezenkívül a különböző berendezések azonos felület mérésekor különböző mérőszámokat szolgáltatnak, vagyis az egyes készülékekkel kapott eredmények egymással nem korrelálnak. Továbbá, méréskor a minősítendő felület nem mozoghat, tehát folyamatos, gyártás közbeni ellenőrzés (például a papírgyártásnál) nem végezhető el.Many methods and equipment are known for contactless testing of surface quality. The most common of these is pneumatic methods, where surface quality is characterized by the amount of air passing through a gap between the surface shapes of the material and a probe (such as a flat counter surface) at a specified pressure. Parker-Print Surf (PPSa), Bekk, Bendtsen and Sheffield operate on this or similar principle. Their common disadvantage is that they do not provide information on the shape and distribution of surface shapes, and the surface quality measure can be the same for different microgeometries. In addition, different devices provide different metrics when measuring the same surface, so the results obtained with each device do not correlate with each other. In addition, the surface to be certified must not move during measurement, so continuous in-process control (for example, in papermaking) cannot be performed.

Egy másik ismert módszer az ún. érintkezési részarány vizsgálata optikai úton, melyet például a Fogra-KAM márkanevű készülékkel lehet elvégezni. E módszer lényege, hogy a minősítendő anyagot a felületére nyomott prizmán keresztül megvilágítják, s azt vizsgálják, hogy a megvilágított felület hány százalékán nem következik be teljes fényviszszaverés a prizma és a vizsgált felület tökéletes érintkezése következtében. Ilyenkor százalékban megadott simasági értékhez jutnak. Tehát ez a módszer is egyetlen mérőszámot szolgáltat. Előnye mégis a pneumatikus módszerekkel szemben, hogy például papírfelületek vizsgálatánál a fygra-KAM készülékkel nyert mérési adatok és a nyomatselejt között igen jó korrelációt állapítottak meg. Ugyanígy hátránya azonban, hogy a mérések elvégzéséhez a vizsgálandó anyagból előzőleg mintát kell venni, vagyis gyártás közbeni mérésre vagy folyamatos ellenőrzésre nem alkalmazható.Another known method is the so-called. Optical evaluation of the contact ratio by means of, for example, Fogra-KAM. The essence of this method is to illuminate the material to be classified through a prism printed on its surface, and to examine the percentage of the illuminated surface that does not have full reflection due to the perfect contact between the prism and the test surface. This gives them a percentage of smoothness. So this method also provides a single metric. However, it has the advantage over pneumatic methods that, for example, when examining paper surfaces, a very good correlation was found between the measurement data obtained with the fygra-KAM device and the print debris. However, it also has the disadvantage that the material to be tested must be sampled beforehand, ie it cannot be used for production measurement or continuous monitoring.

Az 1 507 702 sz. kanadai szabadalmi leírás olyan eljárást és berendezést ismertet, amely ez utóbbi hiányosságot kiküszöböli, és például a papír felületi minőségét gyártás közben folyamatosan tudja vizsgálni. A megoldás lényege, hogy a mozgó objektum (például papír) felületét valamilyen közönséges fényforrással megvilágítják, a felületről a különböző irányokba szórt fényt egy detektor felületére gyűjtik, majd a detektornak a szórt fény intenzitásával arányos elektromos jelét oly módon dolgozzák fel, hogy különválasztják az egyen- (DC) és a váltakozóáramú (AC) komponenst, s ezek hányadosával definiálnak egy, a felület minőségét jellemző, mérőszámot. Az általuk kapott eredményeket a Sheffield- készülék (pneumatikus módszer) mérőszámaival korreláltatják. Mivel bármely pneumatikus módszer mérőszáma lényegében a felületnek csak akadálytulajdonságát jellemzi a gázárammal szemben, jó korreláció nem várható - ez látszik a szabadalmi leírásban bemutatott grafikonon is. Mégis nem ez jelenti a megoldás fő hiányosságát, hanem az, hogy egyetlen mérőszámmal jellemzi a felületi minőséget, mely a többi módszerek mérőszámaival nehezen korreláltatható, s ugyanakkor a papírfelület különböző mikrogeometriája esetén azonos mérőszámok nyerhetők. Problémát jelent az is, hogy mivel a szórt fény intenzitása igen kicsiny, a megfelelő jel/zaj viszony eléréséhez biztosítani kell, hogy a detektorba a környezetből ne kerülhessen fény, vagyis az optikát és a detektort a mérendő felület felszínéhez szorosan egy fényzáró burkolatban kell elhelyezni.No. 1,507,702. The Canadian patent describes a method and apparatus for overcoming the latter defect, for example by continuously examining the surface quality of the paper during manufacture. The solution is to illuminate the surface of a moving object (such as paper) with a common light source, collect light scattered from the surface in a different direction on a detector surface, and then process the electrical signal of the detector proportional to the intensity of the scattered light. (DC) and AC (AC) components, and their quotient defines a measure of surface quality. The results obtained are correlated with those of the Sheffield apparatus (pneumatic method). Since the measure of any pneumatic method is essentially a barrier property of the surface against gas flow, no good correlation is expected - as can be seen in the graph presented in the patent. However, this does not mean the main disadvantage of the solution, but the fact that it measures surface quality with a single measure, which is difficult to correlate with the measures of other methods, while at the same time obtaining the same measure with different microgeometry of the paper surface. Another problem is that since the intensity of the scattered light is very low, it is necessary to ensure that no light is emitted into the detector in order to obtain the correct signal-to-noise ratio, i.e. the optics and detector should be placed close to the surface to be measured.

Összefoglalva, a hagyományos módszerek mindegyike a gyártásban nem megkövetelhető két feltétel valamelyikének teljesítését igényli. Ezek a feltételek: a vizsgált felületnek a gyártás folyamatából való kivétele, ami nem tesz lehetővé folyamatos vizsgálatot; a folyamatos vizsgálatot lehetővé tevő 1 507 702 sz. kanadai szabadalom szerinti eljárás esetében pedig a külső zavaró fények hatásának kiküszöbölése.In summary, each of the conventional methods requires one of two conditions that cannot be required in production. These conditions are: removal of the test surface from the production process, which does not allow continuous testing; No. 1,507,702, permitting continuous examination and, in the case of a Canadian patent, the elimination of the effects of external interfering lights.

Ez utóbbi probléma kiküszöbölhető, ha fényforrásként koherens fényt (például lézert) használunk és a szórt fény detektálását heterodyn módszerrel végezzük. Ilyen típusú eljárás és berendezés ismerhető meg a T/24 697 sz. alatt közzétett magyar szabadalmi bejelentésből. A megoldás révén kis fényintenzitások nagy érzékenységgel detektálhatok, s az elrendezés nem igényel interferometrikus beállítási pontosságot. A szabadalmi leírásban szerepel, hogy abban az esetben, ha a vizsgált felület jól definiált elemekből áll, ezen elemeknek a mozgás irányába eső mérete a heterodyn jel feldolgozásával meghatározható.This latter problem can be overcome by using coherent light (e.g., laser) as the light source and detecting diffused light by a heterodyn method. This type of process and equipment is known from T / 24,697. Hungarian patent application published under. The solution allows low light intensities to be detected with high sensitivity and does not require interferometric adjustment accuracy. It is stated in the patent that, when the surface to be examined consists of well-defined elements, the size of these elements in the direction of motion can be determined by processing the heterodyn signal.

A felületek többsége (s így például a papírfelület is) azonban nem ilyen, egyenetlenségei széles mérettartományban változnak, mely mérettartomány a fény hullámhosszánál jóval nagyobb, és a jelben fellépő hullámcsomagok hossza nem egyértelműen meghatározott. Egy ilyen felület a fényszórásra nézve makroszkopikusan durvának tekinthető, s a szórt fény vizsgálatára statisztikus értékelést kell adni. Ilyen felületek felületi minőségét az említett szabadalmi bejelentésben ismertetett eljárás és berendezés közvetlen felhasználásával nem lehet meghatározni és nem ad lehetőséget kompresszibilis adatok előállítására sem.However, most of the surfaces (including the paper surface, for example) are not so, their irregularities vary over a wide size range, which is much larger than the wavelength of light, and the length of the wave packets in the signal is not clearly defined. Such a surface can be considered macroscopically coarse with respect to light scattering and should be subjected to statistical evaluation for diffused light. The surface quality of such surfaces cannot be directly determined using the method and apparatus described in this patent application, nor does it allow the production of compressible data.

Célunk, hogy találmányunkkal olyan berendezést alakítsunk ki, amelynek segítségével az előzőleg ismertetett hagyományos felületminősítések során felmerülő problémák kiküszöbölhetők és a mérés ipari környezetben is végrehajthatóvá válik.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus for eliminating the problems encountered in the conventional surface classifications described above and for making measurements in an industrial environment.

Felismertük, hogy a T/24 697 szám alatt közzétett magyar szabadalmi bejelentésben foglalt megoldás heterodyn mérési mérőberendezés alkalmazásával fejleszthető tovább, és így folyamatos mérés is lehetővé válik: a felületet gyártás közben, folyamatosan lehet vizsgálni és a külső zavaró fények nem befolyásolják a mérést. Hasonlóan célunk az is, hogy az eljárás ipari körülmények között is alkalmazható legyen; ez szintén megoldható a találmányunk szerinti berendezéssel, amelynek lényege a következő:We have discovered that the solution contained in Hungarian Patent Application Publication No. T / 24 697 can be further developed using a heterodyn measuring device, which enables continuous measurement: the surface can be examined continuously during manufacture and the external interfering lights do not affect the measurement. Similarly, our aim is to make the process applicable to industrial conditions; this can also be achieved with the apparatus according to the invention, which is as follows:

Ismeretes, hogy ha egy felületre elektromágnesesIt is known that when a surface is electromagnetic

185 306 hullám, például fény érkezik, akkor a felület érdessége befolyásolja a hullám terjedését. Durva felület esetén a hullám nemcsak a reflexiós irányba verődik vissza, hanem minden irányba szóródik. Ha ez a durva felület mozog is, a szórt hulláin frekvenciája a Doppler-eltolódás miatt változik. Éppen ezért a szórt fény tanulmányozásával a felület érdességéről is lehetséges információt szerezni, de ehhez statisztikus értékelést kell adni a felület által szórt hullámról, annak reflektált (tehát sima felülethez tartozó) és diffúzán szórt részeiről. Megmutatható,. hogy ha a kapott hullám amplitúdója a felület véletlenszerűen eloszló részeitől kapott járulékok őszszegeként tekinthető, akkor az amplitúdó valószínűség eloszlása jól meghatározható. Teljes általánosságban azonban azt mondhatjuk, hogy a diffúzon szórt komponens, valószínűségi változó, valamilyen p(A) eloszlásfüggvénnyel, melynek alakját nem feltétlenül ismerjük.185 306 waves, such as light, the roughness of the surface affects the propagation of the wave. In the case of a rough surface, the wave is reflected not only in the direction of reflection, but scattered in all directions. Even when this rough surface is moving, the frequency of its scattered waves changes due to the Doppler shift. Therefore, by studying diffused light, it is also possible to obtain information about the roughness of the surface, but this requires a statistical evaluation of the wave diffused by the surface, its reflected (ie smooth surface) and diffuse diffused portions. It can be shown ,. that if the amplitude of the resulting wave can be regarded as the fall of contributions from randomly distributed parts of the surface, then the probability distribution of the amplitude can be well determined. In general, however, we can say that the diffuse diffuse component, a probability variable, has some p (A) distribution function, the shape of which is not necessarily known.

Nyilvánvaló, hogy a felület különböző elemeiről mérhető eloszlások függenek a felület minőségétől. Ha a felületet mozgás közben, folyamatosan világítjuk meg, akkor annak a valószínűsége, hogy egy adott hosszúságú szakaszon a visszavert fény 1 intenzitása nagyobb egy adott Ιθ intenzitásnál, jól meghatározható valószínűség függvénnyel írható le, amely sima felület esetén lassan, míg durva felület esetén gyorsan lecseng. A függvény változását az ún. korrelációs hossznak határozza meg, amelynek nagy értéke a sima, kis értéke a durva felületei jellemzi. ’__It is obvious that the distributions measured from different elements of the surface depend on the quality of the surface. If the surface is illuminated continuously during movement, the probability that the intensity of the reflected light 1 over a given length is greater than a given intensity Ιθ can be described by a well-defined probability function which decays slowly on smooth surfaces and rapidly on rough surfaces. . The change of the function is called the so-called. correlation length, with a high value for smooth and a low value for rough surfaces. '__

A korrelációs hosszak segítségével lehetőség van tehát arra, hogy olyan felületeket hasonlítsunk öszsze, amelyek mikroszkopikus érdessége azonos.With the help of correlation lengths it is possible to compare surfaces with the same microscopic roughness.

A találmány szerinti berendezés alapját képező eljárás tehát az optikai heterodyn detektálás alkalmazása mozgó anyag felületi jellemzőinek érintkezésmentes meghatározására oly módon, hogy koherens fényforrás (például lézer) fényével világítjuk meg a felületet és a visszaszórt fényt optikai heterodyn detektálással érzékeljük, mely jellegénél fogva a fényérzékelő kimenetén I — R. Az intenzitással arányos U elektromos jelet szolgáltat, ahol A a felületről visszaszórt fény amplitúdója, R pedig a referencia, vagy lokál-oszcillátor fény amplitúdója. A kapott elektromos jel frekvenciája a mozgó felületről visszaszórt fény Doppler-eltoiódási frekvenciájának felel meg. Az U elektromos jelet feldolgozható szintre hozva egy előre meghatározott Uk — k · In elektromos szinttel hasonlítjuk össze és azt vizsgáljuk, milyen t időintervallumokig tartózkodik egy Uk szint fölött. A t időintervallum a mozgó felületen X = v · l hosszúságú szakasznak felel meg, ahol v a mozgó felület sebességének a fénynyalábra merőleges komponense. A különböző t intervallumok és ennek megfelelő szakaszhoszszúságok szerinti gyakoriságának eloszlása, mely ismert módszerekkel mérhető, éppen azt a valószínűségi függvényt adja meg, melyből a korrelációs hosszak, illetve a mozgó anyag felületére jellemző más mennyiségek meghatározhatók.The method underlying the apparatus of the invention is thus the use of optical heterodyn detection to contactlessly determine the surface characteristics of a moving material by illuminating the surface with a coherent light source (e.g., a laser) and detecting reflected light by optical heterodynamic detection - R. Provides an electrical signal proportional to intensity, where A is the amplitude of light bounced from the surface and R is the amplitude of the reference or local oscillator light. The frequency of the resulting electrical signal corresponds to the Doppler diffusion frequency of the light reflected from the moving surface. By bringing the U electrical signal to a workable level, we compare it with a predetermined electrical level U k - k · I n and examine the time intervals t over the U k level. The time interval t on the moving surface corresponds to a segment of length X = v · l, where v is a component of the velocity of the moving surface perpendicular to the light beam. The frequency distribution of the various t intervals and their corresponding section lengths, which can be measured by known methods, gives exactly the probability function from which the correlation lengths and other quantities characteristic of the moving material surface can be determined.

A korrelációs hossz helyes megválasztása döntő fontosságú. Ez történhet az optika megfelelő megválasztásával, vagy elektronikus úton oly módon, hogy a mérési intervallum végének megfelelő időpontban - mikor az U elektromos jel az Uk szint alá kerül - még nem adjuk ki az intervallum végét jelző jelet, hanem megfelelően megválasztott ideig kivárunk, és ha ezen T kivárási időn belül nem kerül újra az Uk szint fölé a jel, csak akkor tekintjük az intervallumot befejezettnek. Ha a T kivárási időn belül az elektromos jel az Uk szint fölé kerül, akkor az intervallum tovább folytatódik, és az újabb lecsökkenésekor a T kivárási idő számlálása újrakezdődik. Ily módon a Γ-néI rövidebb idejű jelfluktuáció nem befolyásolja a mérést.Choosing the correct correlation length is crucial. This can be done by optically selecting the optics or electronically by not yet issuing the end-of-interval signal at the time corresponding to the end of the measurement interval, when the U electrical signal falls below the U k level, if, within this waiting time T, the signal does not return above the level U k , then the interval is considered complete. If, within the waiting time T, the electrical signal is above the level U k , the interval continues and, once again, the waiting time T is resumed. Thus, shorter signal fluctuations than né do not affect the measurement.

A kitűzött cél elérésére mozgó anyag felületi minőségének érintkezésmentes meghatározását biztosító berendezést dolgoztunk ki, amelynek optikai heterodyn egysége, fényérzékelője és a fényérzékelővel összekapcsolt jelfeldolgozó egysége van, és a találmány szerint a fényérzékelő a jelfeldolgozó egységben előerősítőre csatlakozik, és ezen, továbbá szükség szerint változtatható erősítésű erősítőn keresztül szelektív erősítőre van vezetve, továbbá a változtatható erősítésű erősítő kimenetéhez komparátoron és monostabil multivibrátoron keresztül a monostabil multivibrátor kimeneti jelszélességét mérő időmérő egység van csatlakoztatva.To achieve this object, a device is provided for contactless determination of the surface quality of a moving material having an optical heterodyn unit, a light sensor and a signal processing unit coupled to a light sensor, and according to the invention, the light sensor via a comparator and a monostable multivibrator, a timing unit for measuring the output signal width of the monostable multivibrator is connected to the variable amplifier output.

A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjában a változtatható erősítésű erősítő kimenetéhez egyenirányító, az egyenirányító kimenetéhez integrátor, az integrátor kimenetéhez hibajelerősitő csatlakozik, és a változtatható erősítésű beavatkozó jelet továbbító bemenetére a hibajelerősítö kimenete van kötve. A komparátort előnyösen úgy alakítjuk ki, hogy a komparációs szintje változtatható legyen, és a monostabil multivibrátor időben újra indítható és változtatható billenési idejű egység.In a preferred embodiment of the apparatus according to the invention, a variable gain amplifier output is connected to a rectifier, an rectifier output integrator, an error signal amplifier is connected to an integrator output, and a variable gain output is connected to the variable gain actuator input. Preferably, the comparator is configured such that its level of comparability is variable, and the monostable multivibrator can be restarted and adjusted with a tilt time unit in time.

A találmány szerinti berendezés segítségével a rövidebb idejű jelfluktuáció hatása kiküszöbölhető és a felület minőségére jellemző értékszám nyerhető.With the device of the invention, the effect of shorter signal fluctuation can be eliminated and a value characteristic of surface quality can be obtained.

A találmányt részletesebben a rajzok alapján ismertetjük, amelyeken a találmány egy példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon azThe invention will be described in more detail with reference to the drawings, in which an exemplary embodiment of the invention is shown. In the drawing it is

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy példaként! kiviteli alakját mutatja, míg aFigure 1 illustrates an apparatus according to the invention as an example. while the

2. és 3. ábra a berendezésben megjelenő jelek időbeli változása. ·Figures 2 and 3 illustrate changes in the signals displayed in the apparatus over time. ·

Az 1. ábrán látható berendezés papírok felületének vizsgálatára, a statisztikus méreteloszlási függvény felvételére szolgál.The apparatus shown in Figure 1 is used to examine the surface of papers and to determine the statistical size distribution function.

A mérendő papír 30 forgó henger palástjára van felerősítve. A papír 31 felületére 32 mérési pontban 10 optikai heterodyn egységből kilépő, 11 koherens fényforrással előállított fénynyaláb esik, A 10 optikai heterodyn egység a 11 koherens fényforrás, előnyösen kisteljesítményű He-Ne lézer kimenetén elhelyezett 12 nyalábosztót, előnyösen plánparallel üveglemezt és 13 optikai leképező elemet, előnyösen lencsét tartalmaz. A 12 nyalábosztóval eltérített fénynyaláb útjában 20 fényérzékelő, előnyösen fotodióda van, amelynek villamos kimenete 40 jelfeldolgozó egységre van vezetve.The paper to be measured is mounted on the periphery of a rotating roll 30. The paper 31 has a beam of light emitted from a coherent light source 11 at a measuring point 32 at 32 measurement points. The optical heterodynamic unit 10 is a beam divider 12, preferably a planar parallelepiped element 13, preferably comprising a lens. In the path of the beam diverted by the beam splitter 12, there is a light sensor 20, preferably a photodiode, the electrical output of which is connected to a signal processing unit 40.

A fénynyaláb átmérője a 32 mérési pontban célszerűen néhány pm. A 32 mérési pontban a fény szóródik, és ennek a szórt fénynek az a része, amely megfelelő irányú és fázishelyzetű, visszajutva a 10 3The diameter of the light beam at the 32 measuring points is preferably a few pm. At the 32 measurement points, the light is scattered, and the portion of this scattered light that is correctly oriented and phase-oriented,

185 306 optikai heterodyn egységbe, 20 fényérzékelő kimenetén 2V áf—f-— sina c frekvenciájú villamos jelet kelt, ahol áfa heterodyn frekvencia, f a lézer frekvenciája, V a 30 forgó henger kerületi sebessége és c a fénysebesség, míg a a 32 mérési pont szöghelyzete a beeső fénynyalábhoz viszonyítva. Ennek a villamos jelnek az amplitúdója a 31 felület reflexióképességére valamint a beeső fénynyalábhoz viszonyított helyzetére a 32 mérési pontban jellemző. Amennyiben a 31 felület reflexiós koefficiense állandó - az esetek többségében állandónak tekinthető -, a 20 fényérzékelő kimenetén megjelenő jel amplitúdómodulációját kizárólag a 31 felület egyenetlensége, kerületi és sugárirányú tagoltsága okozza.185 to 306 optical heterodyn units, with 20 light sensor outputs, generates 2V VAT-f-— sina c electrical signal, where VAT is heterodyn frequency, wood laser frequency, V is the peripheral speed of the rotating cylinder 30, and c is the incident light angle, relative to the light beam. The amplitude of this electrical signal is representative of the reflectivity of the surface 31 and its position relative to the incident light beam at the measurement point 32. If the reflection coefficient of the surface 31 is constant, in most cases constant, the amplitude modulation of the signal at the output of the light sensor 20 is caused solely by the unevenness, circumferential and radial distribution of the surface 31.

A 30 forgó henger lassú, a forgástengely irányába eső, alternáló mozgást is végez. így a 32 mérési ponttal letapogatható a teljes 31 felület, és a 20 fényérzékelő kimenetén megjelenő villamos jel analízisével a teljes 31 felület kívánt jellemzői meghatározhatók.The rotating cylinder 30 also performs slow alternating movement in the direction of the axis of rotation. Thus, the measuring point 32 can scan the entire surface 31 and, by analyzing the electrical signal at the output of the light sensor 20, determine the desired characteristics of the entire surface 31.

A találmány szerinti berendezés működése a kövekező. A 10 optikai heterodyn egységben a 11 koherens fényforrással előállított fénynyaláb egyik része eredeti irányában továbbhaladva a 31 felület 32 mérési pontjára, míg R másik része a 20 fényérzékelő - előnyösen fotodióda - felületére jut. A 32 mérési pont a 13 optikai leképező elem fókuszpontja. A fókuszpontban a fényfolt átmérője alapvetően meghatározza a berendezés felbontását. A 13 optikai leképező elem a 31 felülethez képest mechanikusan állítható, hogy a lehető legjobb mérési feltételeket lehessen beállítani.The operation of the apparatus according to the invention is as follows. In the optical heterodynic unit 10, one part of the light beam produced by the coherent light source 11 advances in the original direction to the measuring point 32 of the surface 31, while the other part R reaches the surface of the light sensor 20, preferably the photodiode. The measurement point 32 is the focal point of the optical imaging element 13. At the focal point, the diameter of the light spot essentially determines the resolution of the device. The optical imaging element 13 is mechanically adjustable relative to the surface 31 to provide the best possible measurement conditions.

Abban az esetben, ha 50 mm fókusztávolságú lencsét és 2 mm nyalábátmérőjü He-Ne lézert alkalmazunk, akkor a fényfolt átmérője mintegy 15 pm lehet. Ez az érték a legtöbb papír felületvizsgálatához elegendő.If a 50 mm focal length lens and a 2 mm beam He-Ne laser are used, the diameter of the light spot may be about 15 µm. This value is sufficient for most paper surface tests.

A 32 mérési pontban szórt fény egy része a 13 optikai leképező elemen és a 12 nyalábosztón keresztül a 11 koherens fényforrás kicsatoló elemére, például lézertükörre jut, amelyen reflektálódva, a 12 nyalábosztóra vetül, ahonnan E része a 20 fényérzékelőre jut. Az ily módon a 20 fényérzékelő felületére jutó szórt fény egy része - amely fázisban koherens - a direkt lézerfénnyel interferál. A 20 fényérzékelő kimenetén így áf frekvenciájú, és megfelelő U amplitúdójú villamos je! jelenik meg, amelynek valószínűségi jellemzőit a 40 jelfeldolgozó egység segítségével határozzuk meg.A portion of the light scattered at the measuring point 32 is transmitted through the optical imaging element 13 and the beam splitter 12 to the coherent light source coupling element, such as a laser mirror, which is reflected to the beam splitter 12 from where E is transmitted to the light sensor 20. In this way, a portion of the scattered light transmitted to the surface of the light sensor 20, which is coherent in phase, interferes with direct laser light. Thus, the output of the light sensor 20 has an electric frequency of VAT and a corresponding U amplitude! appears, the probability characteristics of which are determined by the signal processing unit 40.

A 20 fényérzékelő által szolgáltatott villamos váltakozó feszültséget kis zajú 41 előerősítő felerősíti. Mivel a 20 fényérzékelő állal szolgáltatott hasznos jelfeszül tség az esetek többségében összemérhető a zajjal, a jel-zaj viszony javítása céljából 42 szelektív erősítőre van szükség, amely csak a heterodyn frekvencia előnyösen néhány MHz-es környezetében engedi és erősíti tovább a jelet. A 42 szelektív erősítő kimenete 43 szabályozott erősítésű erősítő jel-bemenetéhez van kapcsolva. A 43 szabályozott erősítésű erősítő kimenetén megfelelő U, jel átlagértéke, hosszú időre nézve állandó, és független a bemenetén lévő jel nagyságától. Ezt úgy való4 sitjuk meg, hogy az U, jelet 44 egyenirányítóval egyenirányítjuk, majd az átlagértékét 45 integrátorral képezzük, amelynek integrálási időállandóját megfelelően nagyra választottuk. A 45 integrátor kimenete 46 hibajelerősítő egyik bemenetéhez csatlakozik, míg a másik bemenetére Ur nagyságú állandó egyenfeszültség van kapcsolva. Amennyiben a 45 integrátor kimenő feszültsége az Ur feszültségtől eltér, a 46 hibajelerősítő kimenő feszültsége mint beavatkozó jel, a 43 változtatható erősítésű erősítő erősítését megfelelően szabályozza. Az Us feszültség 47 komparátor egyik bemenetére van kapcsolva, míg másik bemenetére változtatható Uk egyenfeszültséget vezetjük. Uk szint értékét célszerű úgy beállítani, hogy abszolút értéke megegyezzen az Us feszültség átlagértékével. Amikor az U, feszültség értéke túllépi az Uk szintet, a 47 komparátor kimenetén trigger impulzus jelenik meg változtatható billenési idejű 48 monostabil multivibrátor számára. A 48 monostabil multivibrátor időben újra indítható, és a T billenési idő egyben a felbontási idő is.The electrical AC voltage provided by the light sensor 20 is amplified by a low-noise preamplifier 41. Because the useful signal voltage provided by the light detector member 20 is in most cases comparable to noise, a selective amplifier 42 is required to improve the signal-to-noise ratio, which only permits and amplifies the signal in a region of a few MHz, preferably within a few MHz. The output of the selective amplifier 42 is connected to the signal input of a controlled gain amplifier 43. The output of the controlled gain amplifier 43 has an average value of the appropriate U, constant over a long period of time and is independent of the magnitude of the signal at its input. This is done by rectifying the U 1 signal with rectifier 44 and then averaging it with an integrator 45 whose integration time constant is sufficiently large. The output of the integrator 45 is connected to one of the inputs of the error amplifier 46, while the other input is connected to a constant direct voltage U r . If the output voltage of the integrator 45 is different from the voltage U r , the output voltage of the error amplifier 46 as an actuator signal controls the gain of the variable gain amplifier 43 accordingly. The voltage U s is connected to one of the inputs of the comparator 47, while the other input is connected to a variable voltage U k . It is advisable to set the value of the level U k so that its absolute value is equal to the average value of the voltage U s . When the voltage U 1 exceeds the level U k , a trigger pulse is output at the output of the comparator 47 for a monostable multivibrator with variable tilt time 48. The monostable multivibrator 48 can be restarted in time, and the tilt time T is also the resolution time.

Az optikai felbontást a fókuszfolt mérete szabja meg, és ez kalibrálta» nehezen változtatható, sokkal egyszerűbb, ha elektronikusan változtatjuk meg a felbontást. A méretfelbontásra végül is a VTcosx + d mennyiség lesz jellemző.Optical resolution is determined by the size of the focal spot and is difficult to change when calibrated, it is much easier to change the resolution electronically. Size resolution will eventually be characterized by the amount of VTcosx + d.

A 48 monostabil multivibrátor kimenete azonos amplitúdójú, de különböző szélességű [^ impulzusokat szolgáltat 49 időmérő, előnyösen sokcsatornás analizátor számára, amelyet időanalízis üzemmódban használunk. Az Up impulzusoknak a szélességét mérjük és 50 egységben tároljuk. A mérési eredmény közvetlenül a keresett eloszlásfüggvény, amelyből a felület-jellemzők matematikai módszerekkel könnyen előállíthatok.The output of the monostable multivibrator 48 is pulsed with the same amplitude but different widths for the 49 timer, preferably multi-channel analyzer used in the time analysis mode. The width of the U p pulses is measured and stored in 50 units. The measurement result is directly the desired distribution function, from which the surface properties can be easily derived by mathematical methods.

A 3. ábrán látható egy példa az U, feszültség amplitúdó eloszlására, és az U, feszültségből előállított U impulzusokra. Amennyiben az 1. ábrán látható 30 forgó henger helyét papírgyártás-technológiai vagy nyomdaipari gép hengerével helyettesítjük, és a 49 időmérő egységet kiegészítjük on-iine kiértékelő 50 egységgel, mellyel a mérés alatt folyamatosan előállítjuk a papirfelületre jellemző értékeket vagy az ebből származtatható Fogra-K AM mérőszámot, akkor lehetőség van gyártás vagy felhasználás közbeni folyamatos, érintkezésmentes kompresszibilizált információt nyújtó felületminőség- mérésre és -ellenőrzésre, és ennek alapján az ipari berendezés esetleges szabályozására.Figure 3 shows an example of the voltage amplitude distribution U 1 and the U pulses generated from the voltage U 1. By replacing the position of the rotating roller 30 shown in Fig. 1 with a roll of a papermaking or printing machine, and adding the on-line evaluating unit 50 to the timing unit 49, which continuously produces the paper surface values or the resulting Fogra-K AM during measurement. , it is possible to continuously measure and control the surface quality providing non-contact compressible information during manufacture or use, and to adjust any industrial equipment accordingly.

Claims (3)

Szabadalmi igénypontok , 1, Berendezés mozgó anyag felületi minőségének érintkezésmentes meghatározására, amelynek optikai heterodyn egysége, fényérzékelője és a fényérzékelővel összekapcsolt jelfeldolgozó egysége van, azzal jellemezve, hogy a fényérzékelő (20) a jelfeldolgozó egységben (40) előerősítőre (41) csatlakozik, és ezen, továbbá szükség szerint változtatható erősítésű erősítőn (43) keresztül szelektív erősítőre (42) van vezetve, továbbá a változtatható erősítésű erősítő (43) kimenetéhez komparátoron (47) és mono-41An apparatus for contactless determination of the surface quality of a moving material having an optical heterodyn unit, a light sensor and a signal processing unit coupled to the light sensor, characterized in that the light sensor (20) is connected to a preamplifier (41) in the signal processing unit (40). and, if necessary, through a variable gain amplifier (43) to a selective amplifier (42) and to the output of the variable gain amplifier (43) via a comparator (47) and a mono-41 185 306 stabil mullivibrátoron (48) keresztül a monoslabi! multivibrátor (48) kimeneti jelszélességét mérő időmérő egység (49) van csatlakoztatva.Through 185,306 Stable Bubble Vibrators (48) in the Monoslab! a timing unit (49) for measuring the output signal width of the multivibrator (48) is connected. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a változtatható erősítésű erősítő (43) kimenetéhez egyenirányító (44), az egyenirányító kimenetéhez integrátor (45), az integrátor kimenetéhez hibajelerősítő (46) csatlakozik, és a változtatható erősítésű erősítő (43) beavatkozó jelet továbbító bemenetére a hibajelerősítő (46) kimenete van kötve.An embodiment of the apparatus according to claim 1, characterized in that a rectifier (44) is connected to the output of the variable gain amplifier (43), an integrator (45) is connected to the output of the rectifier, and a variable gain amplifier is connected to the output of the integrator. The actuator signal input (43) is connected to the output of the error amplifier (46). 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés 5 kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy változtatható komparációs szintű (Uk) komparátora (47), valamint időben újraindítható és változtatható billenési idejű (T) monostabil multivibrátora (48) van.3. Apparatus according to claim 1 or 2 5 embodiment, wherein the variable comparation level and resettable and variable tilt time (T) is monostable multivibrátora on time (48) (U k) a comparator (47). 3 db ábra3 pieces of figure -5185 306-5185 306
HU244181A 1981-08-24 1981-08-24 Device for contactless detecting surfacial quality of the moving material HU185306B (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU244181A HU185306B (en) 1981-08-24 1981-08-24 Device for contactless detecting surfacial quality of the moving material
FI822923A FI75051C (en) 1981-08-24 1982-08-23 Method and apparatus for contactless determination of the surface quality of a moving material.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU244181A HU185306B (en) 1981-08-24 1981-08-24 Device for contactless detecting surfacial quality of the moving material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
HU185306B true HU185306B (en) 1985-01-28

Family

ID=10959371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU244181A HU185306B (en) 1981-08-24 1981-08-24 Device for contactless detecting surfacial quality of the moving material

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI75051C (en)
HU (1) HU185306B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI75051C (en) 1988-04-11
FI75051B (en) 1987-12-31
FI822923A0 (en) 1982-08-23
FI822923L (en) 1983-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4334780A (en) Optical surface roughness detection method and apparatus
US3850526A (en) Optical method and system for measuring surface finish
US7214932B2 (en) Resonator method and system for distinguishing characteristics of surface features or contaminants
US4966455A (en) Real time mottle measuring device and method
US3822946A (en) Dimensional measuring apparatus using optical scan especially for hardness testing
JPH0153401B2 (en)
US20090002686A1 (en) Sheet Metal Oxide Detector
WO2007060873A1 (en) Surface examination device
US3586865A (en) Method of,and apparatus for,inspecting the shape of small objects
US4763006A (en) Device determining surface element inclination angle for the optical detection of form errors of a low order
JP3889851B2 (en) Film thickness measurement method
US3947127A (en) Optical component functional tester
US4719347A (en) Method and apparatus for investigating a sample under tension
EP1677093B1 (en) Near-field film-thickness measurement apparatus
KR100420373B1 (en) Measurement of small, periodic undulations in surfaces
HU185306B (en) Device for contactless detecting surfacial quality of the moving material
JP2011007811A (en) Method and device for inspection of sample
US6856395B2 (en) Reflectometer arrangement and method for determining the reflectance of selected measurement locations of measurement objects reflecting in a spectrally dependent manner
KR20080060850A (en) Method for measuring surface roughness of coated steel
RU2156437C2 (en) Gear determining surface roughness
US4146330A (en) Optical method and apparatus for surface roughness evaluation
GB1589176A (en) Device for determining a condition at a surface of a subject or within a liquid
Horvath et al. Non-contact characterization of vertical regions of microstructures based on monochromatic speckle techniques
US6078391A (en) Method and system for segmented scatter measurement
US7302360B2 (en) Defect size projection

Legal Events

Date Code Title Description
HU90 Patent valid on 900628
HPC4 Succession in title of patentee

Owner name: ENGARD, FERENC, HU

HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee