JPH02502406A - 対象物の光学的走査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 対象物の光学的走査方法及びその装置 技術分野 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念上よる対象物の光学的走査方法及びこ の方法を実施するための装置 従来の技術 対象・物及びその表面を検出し又は測定するために、角度偏向部を備えたリニア かつ機械的な偏向器が公知である。光と走査されるべき表面との間の相対運動は 、Ｘ−”ｊ平面における作用又は変化を測定する場合には、必ず必要である。接 触による又は接触的対象物走査の際、像点特定の機能のように、光伝導体は同様 に対象物に対する投光及びセンサに対する受光を行うことができる。特に可撓性 の光ファイノくと関連して適合した検出系の通用範囲が変化に冨んだ走査原理に より、例えばバーコードの認識又は０ＣＲ−読み取り装置の使用に拡大される。

しかし固体光伝導体による対象物接触又は対象物接触的通用は不可能である０例 えば高温、高湿度による又は塵埃、煙、蒸気、スモッグ又は放射性媒体による危 険な環境において、又は液体、塵埃、泡または他のものにより惹起される障害と なる表面被覆の場合に固体光伝導体の使用は不可能である。５ｉｎｉ状の表面組 織を備えた粉状又は粒状の生成物のような同様に臨界的緊密度又は寸法を有する 対象物の光学的対象物走査の際分泌する有機物質又は浮遊物に冨んだ液体におい ては固体光伝導体は使用されることができない。

西独間特許公開公報１５９８００４号によって、所定の静圧の保持のための貯蔵 器及び導管を介してバルーンに光伝導液体を充填された透明で、バルーン状かつ 可撓性のダイヤフラムから成る、対象物に光ケーブルを付設するための光学測定 ヘッドが公知である、バルーン内には緊密に光ファイバ束が接続し、光ファイバ 端は液体内でダイヤフラムの前で終わっている。光は光ファイバを経て液体を通 りかつダイヤフラムを通って対象物上に入射され、反射されかつダイヤフラム、 液体及び光ファイバを経て受光ステーション上に戻される。しかしそのような装 置によって上記の臨界的な環境において光学的走査を実施することは不可能であ る。

技術的課題 本発明は、臨界環境にあるか又は阻害的な表面層を伴う又は固体光伝導体による 無接触又は接触的走査をすることができない緊密度又は寸法、を有するために固 体光伝導体による無接触走査又は接触的走査によって走査されることができない 対象物の光学的走査のための方法及びその装置を創造することを課題とする。

本発明の説明 この課題は本発明によれば特許請求の範囲第１項による方法・の特徴及び方法の 実施のための特許請求の範囲第３項及び第１３項による装置によって解決される 。他の有利な構成はその他の請求項による。

本発明は従来光によってのみの無接触走査又は固体光伝導体による接触走査が不 可能な通用範囲においても光学的対象物走査が可能とされるという利点を有する 。何故ならば本発明の「本質」は光伝導体として固体光伝導体と液体の形の流体 光伝導体との組合せが使用され、液体中に投光光束又は受光光束が連結ステーシ ョンに入射されかつ液体放射と共に走査されるべき対象物の表面上に入射され、 その際入射点への液体放射の入射後入射光が少なくとも部分的に反射されかつ液 体放射内を流動方向と反対方向に戻されかつ液体放射から射出されることにある 、結合ステーション内で有利に液体の屈折率は、例えば結合ステーションとして の焦点を結ぶ光学系の相応した選択及び構成によって考慮される。この対象物走 査方法は無接触走査でありその際走査する光伝導体は多かれ少なかれ微細な液体 放射でありその液体は再生され又は捨てられることができる。

光伝導体としての液体放射による接触による対象物走査は臨界的環境で、例えば 高温、高い温度の際、塵埃、煙、蒸気又はスモッグのような浸食性の媒体、又は 放射性物質の存在の場合でも行われることができる０本発明は特に液体放射によ る長時間に渡り又は連続的に除去されることができる障害のある表面層を備えた 対象物の光学的対象物走査のために用いられる０例えば対象物の表面の液体放射 による圧力によってそこに存在する液体、塵埃又は泡は洗い流される。同様に本 発明によって臨界的ｖ５密度又は寸法の対象物の走査、例えば粉状又は粒状の媒 体、例えばばら材料の走査、繊維状の表面組織を備えた対象物、分泌される有機 的物質又は浮遊物を儂えた液体の走査が可能にされる。

有利な方法で液体放射は対象物上の走査点の位置及び大きさを決定し、その際使 用された液体が使用される光の波長に関して光伝導的であることが確保されなけ ればならない、従って液体光伝導体は同時に対象物への光伝導体として及び信号 処理のための反射光の戻り導体として役立つことができる。

原理的には投光を液体の外方で対象物上の投光の入射点に向けかつ入射点内にお いてのみ反射された能である。

図面の説明 本発明の例は図面に示されかつ続いて記載される次の説明を示す。

第１図は走査ヘッドと光源との間の固体光伝導体、例えば可撓性光ファイバが配 設されている、本発明による方法の実施のための装置の図式図、第２ａ図は走査 ヘッド、搬送システム、それにょつて固体光伝導体によって走査ヘッドと接続し ている光源及びセンサとから成る装置の原理的構成、第２ｂ図は第２ａ図による 装置の実施形態であって、その際固体光伝導体が走査ヘッドとの間の光の投受光 のために使用されるもの、第２ｃ図は第２ａ図による装置であって、光源及びセ ンサが走査ヘッド内に配設されているもの、第３図は２つの走査へラドを備えた 装置であって、走査ヘッドはそれぞれ１つの液体放射を発生し、その際一方は入 射光束の案内のために、そして他方は反射光束の案内のために役立ち、その際走 査へラドの供給が第２ａ図における供給に相応するもの、第４図は液体放射の発 生のための装置であって、その際投光は液体放射の外方から入射点に向けられか つ反射される光のみが液体放射の内方に戻されるもの、第５図は複数の液体放射 の発生のための多重走査ヘッドを備えた装置にして、共通の搬送系から成るそれ ぞれ１つの光源、センサフィールド及び供給導体が走査へラドにそれぞれ付設さ れているもの、第６図は第１図による装置の技術的実施例、第７図は第６図によ る走査ヘッド内の投光及び受光ファイバの共通の光束の端面の正面図、第８図は 対象物の内方の検査のための管としての走査ヘッドの構成、第９図は例えば管の ような中空の内方の検査のための可撓管としての走査ヘッドの構成、そして第１ ０図は走査点と対象物との間の相対運動を対象物上の液体放射のみの制御された 運動によって発生させるために、電気的又は機械的な偏向装置による液体放射の 偏向を示す図である。

本発明の実施のための方法 第１図は光伝導液体から成る発生される液体放射による対象物の光学的走査のた めの装置の原理的構成を示し、その際液体放射を次に走査放射と称する、レーザ 光源であり得る光源１は光束を発生し、光束は光学系によって焦点を結びかつ剛 固な光伝導体３上に入射される。その際「光学系」の概念は一般に合理的に配設 されているかつ構成された構成要素であって、構成要素は結像、拡大又は縮小の うよな光学的作用を達成するために好適でる。「光伝導体」は特に固体光伝導体 であって、投光ファイバとして又は受光ファイバとして理解される。「ノズル」 は機械的にも電気的又は磁気的にも液体放射を発生させる装置と理解される。

投光ファイバ３は可撓ケーブル４内を走査ヘンド５に案内され、走査ヘッドは例 えば円筒状のハウジング６から成り、ハウジングは中空室７を取り囲む、ハウジ ング６はその下端に小さい開口８を有し、その際この開口は例えばノズルである 。中空室フの内方のこの範囲内に光学系９が配設されている。ケーブル４の内方 には同様に少な（とも１つの受光ファイバ１０が案内されており、受光ファイバ は投光ファイバ３と同様なものであって、走査ヘッド５の内方かつ光学系９の上 方で終わっている。受光ファイバ３の他端は光学系９に向かい合って配設されて いる、光学系は例えばダイオードであり得る光学・電気的センサ１２に向かい合 って配設されている。

容器１３内に液体が入っており、液体は好ましくは使用される光の波長に光強度 、持続時間又は運転方法に関して光伝導的である。液体の搬送システム１４は液 体導管１５によって走査ヘッド５と接続しており、その際液体導管１５はハウジ ング６の中空室７中に連通している。搬送システム１４によって走査ヘッド５の 中空室中に液体が搬送される。搬送システムは−ｇに搬送ポンプ又は配置ポンプ 、弁、圧力調整部及びフィルタによって包括されることができる。光伝導液体の 走査へラドへの供給は導管網又はタンクから取り出され又は対象物を取り囲む液 体レベルから溢れでることができる。搬送システム１４及びノズル８によって液 体により走査放射１７が形成され、走査放射は対象物１８上に向けられかつそこ で対象物１８の表面２１上の入射点１６に入射される。システム供給２２は光源 １の供給並びにセンサ１２及び搬送システム１４に役立つ、センサ１２から出て くる信号は信号処理装置２３内で処理されかつ例えば参照信号と比較される。

装置の機能 搬送システム１４によりタンク１３から液体光伝導体は走査ヘッド５の中空室７ 中に案内されかつそこで圧力の発生によって微細な走査放射１７の形でノズル８ を通って外方へ押し出される。この走査放射は走査の全時間の間一定に保持され る。同時に光源１によって光束が発生されかつセンサファイバ３上ニ焦点を結ん だ後に光学系９を介して中空室７内の液体中に入射される。その際投光は光学系 ９を通って、直接走査放射１７とともにノズル８を通って外方へ案内されるよう に焦点を結ぶ、その際走査放射１７は他の液体光伝導体として役立ち、その際走 査放射１７の内方にも光が光学的法則に相応して液体−空気の境界面で反射され かつ走査放射１７内を下方へ向かって対象物１８上の入射点に入射する。

入射点１６においては投光は少なくとも部分的に反射されかつ走査放射１７内に 戻され、その結果走査放射はこの場合に同時に光の入射−射出に役立つ、光学系 ９を介して反射光は液体から射出されかつ受光ファイバ１０上で受けられかつそ の後光学系１１を介してセンサ１２上に入射され、その電気的出力信号は信号処 理装置２３内で処理される。第１図の左方への運動矢印８２の方向への対象物１ ８の運動の際に、対象物１８の表面２１は運動に相応して入射点１６において走 査される。

第２図〜第５図は装置の原理的な構成を示し、装置は第１図の装置に相応して形 成されている。第２ａ図は走査へラド３５を示し、走査ヘッドには液体導管３２ を介して液体２９が供給され、液体は走査ヘッド２５内で対象物２４上に向かう 走査放射３３に変えられる。

光源２７は光伝導体３０を介して、センサ２８は光伝導体３１を介して走査ヘッ ドと接続している。

第２ｂ図は光伝導体３４が光の入射及射出のために役立つ構成を示し、その際反 射光は偏向装置３５によって偏向されかつセンサ２８上に入射される。第２Ｃ図 は走査ヘッド２６内で光源２７及びセンサ２８が配設されている原理的な構成の 可能性を示す、第２ａ図及び第２ｂ図に示すように走査ヘッド２６には走査液体 ２９が液体伝導体３２を経て搬送システムから供給される。

第３図は相互に並んで配設されている２つの走査ヘッド３６及び３６゛　を有す る装置を示し、走査ヘッドには各々走査液体２９が液体導管３９．３９゛　を経 て供給される。各走査へ７ド３６．３６°　は走査放射３７．３８を発生し、そ の際再走査放射は対象物２４上の共通の入射点に向けられている。光は走査放射 ３７に入射され、反射光はこれに対して第２の走査放射３８に入射されかつ戻さ れる。

第４図は走査へラド４０中で液体導管３２及び受光導管３１のみが案内されてい る装置を示す、光束４１は走査放射３３の外方で対象物２４上の走査放射の入射 点に直接向けられかつ先ず反射光が走査放射３３の入射点内に入射されかつ走査 ヘッド４０を介してセンサ２８に導入される。

第５図は多数の走査放射３３を発生する多重走査ヘッド４２を示す、各走査放射 には光源２７から送られる光が入射可能であり、その際第１図及び第２図によれ ば反射した光の戻りが行われる。戻りの全ての受光導線は他の好適な処理のため にセンサフィールド４３上に通じている。搬送システムから走査液体２９の供給 のための液体導管３２は多数の走査放射の生成のために役立つ。

第６図は本発明による装置の技術的な構成を示す。検出器ハウジング４４の内方 にホルダー４９が固定されているプレート４６が配設されている。ホルダー４９ はプレート４６の片側上に入射光学系４５を備えたダイオードレーザを有する。

ホルダー４９中の向かい合った側に少な（とも１つのセンサ光ファイバ４７が案 内されかつそこで保持されている。同様にプレート４６上に別のホルダー２９” 　が配設されている、その際ホルダー２９゛　の片側に光学電気的センサ５２が 配設されている。ホルダーの向かい合った側に少なくとも１つの受光ファイバ４ ８が接続しており、その際受光ファイバ４８とセンサ５２との間に光学系５１が 配設されることができる。液体管５３のような投受光ファイバ４７．４８が可撓 ケーブル５４の内方に寡内されている。

走査ヘソ、ド５５は縦長のハウジング５６から成り、ハウジングは好ましくは円 筒状であり、かつノλウジング内に心金５８が配設されている。心金５８は中空 室、５９、例えば孔を有し、この孔中に液体導管５３が通じている。中空室５９ の上端には光学系５７があり、その際投光しかつ受光する光伝導体４７は端面側 の区画面で光学系５７に隣接している。光伝導体４７．４８の端はこのために心 金５８の内方に保持されている。中空室５９の下端はノズル６０によって閉鎖さ れている。圧力により中空室５９中への走査液体の導入の際走査液体からノズル ６０を介して走査放射６１が形成され、走査液体は走査点６３において対象物６ ２上に現れる。同時にダイオードレーザ４５を介して光がセンサ光ファイバ４７ を介して導入されると、光学系５７は送られる光を走査光６１に入射させる０反 射光の戻り及び反射光の評価は第１図の場合と同様である。

第７図は第６図の光学系５７の上方の投受光ファイバ４７．４８から形成された 光ファイバ束の端面６５の平面図である。投光ファイバとしてここでは単一の光 伝導体４７が使用され、光伝導体は多数の受光ファイバ４８によって円形に取り 囲まれる。第８図〜第１０図は装置の相異なる製造に適合した例を示す、第８図 において走査ヘッドは走査管６９から成り、走査管はその下端を閉じられており 、その際走査管の周縁に走査放射７１の射出のためのノズル７０が配設されてい る。走査管６９は対象物６６中に挿入され、対象物は内方の壁の走査のための中 空室６７を有する。走査過程で走査管６９が回転されかつその際ゆっくり中空室 ６７の内方に送られ、その結果それぞれ内方の壁全体が例えばらせん状に形成さ れることができる。

第９図は可撓性の走査管７３としての走査ヘッドの構成を示し、走査ヘッドはそ の前端に相互に間隔をおいた２つの真白体７４．７４゛　を有し、寡内体は湾曲 した管であり得る、縦長の中空体７２の内方に走査管７３を真白するために役立 つ、走査管７３はその下端を閉じられ、その際両案内壁７４．７４°　の間の周 囲壁は周縁に走査放射７６の発生のためのノズル７５を有する、中空体７２中へ の走査管７３の挿入の際にその内壁は走査放射７６から移行するセンサに沿って 走査されることができる。

第１０図は走査へンド７７を示し、走査ヘッドはその下端で偏向装置７９が配設 されている室７８中に通じている。この偏向装置７９は走査放射８０の偏向のた めに役立ち、走査放射は偏向角βの下に走査ヘッド７７から走査放射８０の射出 方向に関して対象物８１上に向けられる。走査放射８０が貫通する偏向装置７９ は電気的又は機械的に作動するものであり得る。偏向装置７９が電気的に作動す ると、使用された走査液体は最早光伝導的ではなく、電気的にも偏向可能である 。この方法で偏向装置７９の制御によって走査放射８０は前記の方法で光学系８ １を介して真向され、その結果ここでは上方の取得のために対象物それ自体公知 の方法でと走査ヘッドとの間に如何なる相対運動も必要とされない。

実際上の用途 本発明は液体放射によって時間的に長く又は連続的に除去されることができる障 害となる表面の層を備えた対象物の光学的な対象物走査のためのものでる。同様 に本発明によって臨界的な緊密度又は寸法の対象物の走査が可能であり、例えば 粉状又は粒状の材料、ばら材料の走査、繊維状の表面を備えた対象物、分泌され る育機物質又は浮遊性の物質を備えた液体の走査を可能にする。

同様る本発明は放射保護範囲内の湿った環境にある放射性構成部分の局部的な検 査に適する。その際局部的な表面特性及び温度が検出される。同様に本発明は、 湿り、アルカリ液、泡のような環境における又は包囲された処理ラインにある再 生技術的材料の湿式処理の際に使用されることができる。

同様に本発明加工ラインにおける織物の化学的処理の際に使用され、その際ここ ては環境は湿度、アルカリ液、泡からなることができる。検出限界として材料の 伸びは処理区間の種々の個所でウェブ輻に渡って又は色その他の誤差、色誤差又 はウェブ誤差について検出される。

特に不発明徴して、金属残滓のような微粉状の材料残滓を富化された冷却エマル ジョンが、他の技術範囲における対象物の切削加工の場合のように対象物の直接 の処理個所を覆うところで有利に使用される。ここでは傷、破れ並びに誤差の多 い材料処理が直接切削する工具の接触の個所で観察されかつ検出され、この間冷 却エマルジョンは液体放射によって押し流されかつ処理点はそれぞれ解放される 。

更に本発明はを利にカレンダによる糸層の押圧の際に処理ラインにおける接着糸 仕上げの場合に有利に使用可能であり、その際湿りは蒸気湿り又は溶解物質であ り得かつ検出限界としてカレンダに巻きつけられる引き裂かれた糸が検出される 。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成１年８月１６日

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．反射光の評価のための光学・電気的センサー及び評価装置により、対象物に 対して動かされかつ光伝導液体中に入射される微細な光束による対象物の光学的 走査のための方法において、 液体上に動水圧又は加速度が作用されそして液体放射（１７、３３、３７、３８ 、６１、７１、８０）が発生され、液体放射は走査されるべき対象物（１８、２ ４、６２、６６、７２、８１）上に向けられそして対象物が走査（１６、６３） の個所で洗浄され、その際光が液体放射中に入射されかつその内方で対象物の液 体放射の入射点（１６、６３）上に向けられかつその後反射した光は液体放射の 内方に戻され、液体放射から射出されかつセンサー及び評価装置（１２、２２、 ２８、４３、５２）上で受光されることを特徴とする前記方法。
2. ２．投光（４１）は零よりも大きい角度で液体放射（３３）の外方から対象物（ ２４）上の入射点に向けられかつ反射光は液体放射中の入射点に入射されかつ液 体放射は反射光の戻りのためにのみ利用される、請求項１記載の方法。
3. ３．対象物に対して運動可能でありかつ光伝導液体中に入射可能である微細な光 束による対象物の光学的走査のための装置にして、反射光の評価のための光学・ 電気的センサー及び評価装置を備えたものにおいて、 ａ）ノズル（８、６０、７０、７５）を有しかつ対象物（１８、２４、６２、６ ６、７２、８１）に隣接した走査ヘッド（５、２５、２６、３６、３６′、４０ 、４２、５５、６９、７３、７７）と、ｂ）タンク（１３）から走査ヘッド（５ 、２５、２６、３６、３６′、４０、４２、５５、６９、７３、７７）へ光伝導 液体が供給される搬送システム（１４）と、 ｃ）液体上に圧力又は加速度が作用されかつノズル（８、６０、７０、７５）に よって液体放射（１７、３３、３７、３８、６１、７１、７６、８０）に変えら れかつ対象物（１８、２４、６２、６６、７２、８１）上に向けられる液体放射 と、ｄ）反射光をセンサー及び評価装置（１２、３３、２８、４３、５２）上で 受けるために、投光される光を液体放射中に入射させ及び又は反射する光を液体 放射から射出させるための走査ヘッド内の装置（９、５７）と、から成ることを 特徴とする前記装置。
4. ４．走査ヘッド（５、５５）が中空室（７、５９）を有し、中空室中には搬送シ ステム（１４）から出発して液体のための供給管（１５、５３）が通じており、 その際ノズル（８、６０、７０、７５）の外方に、光学系である光の入射及び又 は射出のための装置（９、５７）が配設されている、請求項３記載の装置。
5. ５．投光の発生のための光源（２７）及び又は走査ヘッド（２６）内の反射光の 受光のための投光及び受光のためのセンサ装置（２８）が配設されている、請求 項４記載の装置。
6. ６．走査ヘッド（３６、３６′、４２）は液体放射（３３、３７、３８）の発生 のための多数のノズルを有し、各１つの光源（２７）、光の入射又は射出のため の装置及びセンサー及び評価装置（２８、４３）が付設されている多数の液体放 射（３３、３７、３８）の発生のための多数のノズルを有する、請求項３記載の 装置。
7. ７．２つの液体放射（３７、３８）が対象物（２４）の同一の走査点に向けられ かつ投光及び反射光は種々の液体放射中に入射される請求項６記載の装置。
8. ８．少なくともそれぞれ１つの投光及び又は受光ファイバ（３、３０、３４、４ ７、１０、３１、３４、４８）が設けられており、光ファイバはセンサー及び評 価装置（１１、２３、２８、４３、５２）と走査ヘッド（５、２６、３６、３６ ′、４０、４２、５５、６９、７３、７７）との間に配設されており、装置中に 案内されかつ入射及び又は射出のための装置（９、５７）の上方で終わっている 請求項３から７項までのうちのいずれか一記載の装置。
9. ９．走査ヘッドは管（６９、７３）から成り、管中には液体が導入されかつその 下端は閉鎖され、その際ノズル（７０、７５）は管の周囲の周縁に配設されてい る、請求項３記載の装置。
10. １０．走査ヘッド（η）の後方に配設されている、液体放射（８０）のための電 気的又は機械的な偏向装置（７９）及び液体放射（８０）を制御可能な偏向のた めに通過させる、請求項３記載の装置。
11. １１．入射及び又は射出のための光学系（９、５７）は液体放射（１７、６１） の方向における走査ヘッド（５、５５）のノズル（８、６０）の上方にかつ中空 室（７、５９）の範囲に配設されている、請求項４記載の装置。
12. １２．特許請求の範囲第１項記載の方法を実施するための装置において対象物上 に走査点に向けられている液体放射の形の液体光伝導体と固体光伝導体との組合 せであって、液体放射中への投光の入射及び又は液体放射からの反射された光の 射出のための装置を備えたものを特徴とする前記装置。