NO131850B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en detektor til påvisning av feil i en overflate. Detektorer for dette formål er tidligere kjent, og de har en avsøkningsstasjon som er bevegelig i forhold til overflaten. Avsøkningsstasjonen omfatt.er en laser som kan sende ut en kontinuerlig stråle, og en sveipeanordning med en dreibar reflektor i strålegangen for å sveipe strålen over overflaten på tvers av retningen for den relative bevegelse mellom overflaten og avsøknings-stasjonen.

Intensiteten av den strålingskilde som benyttes er gjerne slik at kraftforbruket måles i kilowatt, mens man allikevel ikke får den strålingsintensitet som kreves for å påvise små over-flatefeil. Det er kjent å skarpstille strålen fra en strålingskilde mot en bevegelig overflate og å benytte sveipeanordninger,for eksempel i form av dreibare reflektorer, for å bringe strålen til å sveipe over den bevegelige overflate på tvers av dennes bevegelsesretning. Reflektert lys fra overflaten samles i optiske systemer og detekteres i et fotomultiplikatorrør idet en variasjon i det registrerte lys-nivå indikerer en forandring i intensiteten av det målte lys som følge av en feil i den undersøkte overflate. Eksempler på tidligere kjente detektorer til påvisning av feil i løpende baner finnes i U.S. patent nr. 3.005.916, 3.148.951 og 3.206.606. I de tidligere kjente anordninger finnes det optiske systemer som skal rette strålen mot det materiale som skal undersøkes, og det reflekterte lys ledes tilbake gjennom det samme optiske system eller gjennom et eget optisk system til lysfølsomme komponenter.

Anvendelse av det samme optiske system til både utsendt og reflektert stråling gjør systemet komplisert og krever tildels kostbare komponenter,og anvendelse av to egne optiske systemer vil naturligvis også resultere i en kostbar detektor.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en detektor til påvisning av feil i en overflate, som er av en enkel konstruksjon og allikevel arbeider tilfredsstillende.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at det

i det optiske system for strålegangen sitter en sylinderlinse som gir strålen et langstrakt, smalt tverrsnitt med høy strålingsintensitet, og detektoren omfatter også midler for mottagning av diffust reflektert eller gjennomfalt stråling slik at det for denne del av strålingen ikke er behov for noe optisk system.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk, og den vil i det følgende bli beskrevet nærmere under hen-visning til tegningene der: Fig. 1 er et snitt gjennom en utførelsesform av en feil-detektor i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 er et vertikalsnitt av detektoren tatt langs linje II-II på fig. 1,

fig. 3(a), 3(b) og 3(c) viser grunnriss av den under-søkte overflate og de områder som dekkes av strålen,

fig. 4 (a), 4(b) og 4(c) viser i oppriss og grunnriss

det optiske system,

fig. 5 viser bølgeformer for signaler mottatt av detekteringsanordningen ved forskjellige stadier av målingen av antall feil.

Feildetektoren vist i snitt på fig. 1 omfatter en

laser 1 og en fotomultiplikator-detekteringsanordning 2 montert nær hverandre i en ende av en avsøkningsstasjon 3. I sentrum av avsøkningsstasjonen 3, nær en åpning, er anbrakt et dreibart speil 4 med tolv fasetter. Speilet er montert på en spindel 5 som ligger i bevegelsesretningen for en bevegelig overflate 6 og drives av en motor 7 (vist på fig. 2), med konstant hastighet. Under drift sendes lys ut fra laseren 1 og det passerer gjennom et optisk system 8

før det treffer en av fasettene på det roterende speil, hvorfra lyset reflekteres mot overflaten 6 som er i bevegelse. Bevegelsesretningen av denne flate 6 er loddrett på tegningens plan. Det optiske system 8 omformer den overveiende parallelle stråle som sendes ut av laseren til en stråle som konvergerer mot overflaten 6. Idet fasetten av speilet 4 som reflekterer den konvergerende stråle dreier seg, vil den reflekterte stråle søke over overflaten loddrett på dennes bevegelsesretning og mellom de grenser som er

vist av de strekede linjer 9 som omslutter en vinkel på 60°. Strålens banelengde varierer gjennom søkeoperasjonen slik at strålen må ha stor fokusdybde for å gi et skarpt bilde ved overflaten.

Reflektert lys fra overflaten 6 samles opp av fotomul-tiplikatoranordningen 2, enten direkte eller ved hjelp av et reflekterende system 2'.

På fig. 3(a) er vist et grunnriss av overflaten 6 som beveger seg i den retning som er vist ved pilen 10. En fullt fokusert stråle faller på overflaten som et sirkulært punkt 11 som beveger seg over overflaten på tvers av dennes bevegelsesretning. De soner av overflaten som avsøkes ved det viste bilde er vist ved de smale strimler 12, idet mellomrommene mellom strimlene overhodet ikke avsøkes. Bredden av slike ikke avsøkte partier avhenger av overflatens hastighet. Hvor det er nødvendig å påvise feil mellom til-liggende søkebaner mens overflatens hastighet på samme tid opprett-holdes, er det nødvendig å øke "bredden" på bildet inntil suksessive avsøkte soner er sammenhengende. En enkel løsning er vist på fig. 3(b) hvor punktet ganske enkelt er defokusert for å dekke det ønskede areal i hver avsøkning. Imidlertid vil intensiteten av det lys som når overflaten reduseres til et nivå hvor feildetektorens følsomhet er sammenliknbar med en detektor som benytter en vanlig lyskilde, og de udefinerte kanter av det illuminerte punkt kan med-føre feil.

Det optiske system 8 på fig. 1 skal fokusere laserstrålen slik at den, der den treffer flaten 6, gir et smalt, langstrakt bilde. Fig. 3(c) viser utstrekningen av den opplyste del av overflaten ved 11. Den opplyste sone har form av en linje som går i overflatens bevegelsesretning over en lengde som muliggjør at suksessive avsøkninger dekker hele overflaten, men er fullt fokusert i avsøkningsretningen, det vil si loddrett på overflatens bevegelsesretning. Ettersom flateinnholdet av det opplyste område er langt mindre enn flateinnholdet av det defokuserte punkt på fig. 3(b), skjønt noe større enn det fullt fokuserte punkt på fig. 3(a), holdes lysintensiteten på et relativt høyt nivå som opprettholder skarpt definerte kanter*

I tilfeller hvor et 10:1 avsøkningsforhold er tilstrek-kelig til å muliggjøre at antallet feil kan beregnes, kan hastig-heten på overflaten forbi søkestasjonen økes med en faktor på 10. Det optiske system 8 på fig. 1 er vist i større detalj på fig. 4(a) og 4(b) som er henholdsvis oppriss og grunnriss. For å forenkle tegningen, er avbøyningen av strålen ved speilet 4 ute-latt fra disse tegninger, skjønt speilet er antydet.

Systemet 8 omfatter to positive (konvekse) sfæriske linser, 13 og 14, samt en negativ (konkav) sylindrisk linse 15.

Lys som sendes ut av laseren 1 i en parallellsidet stråle, fokuseres i et punkt 16 ved hjelp av linsen 13,.hvorfra det fortsetter å divergere mot linsen 14. Linsen 14 har relativt lang brennvidde og en åpning som er egnet for å oppnå minimumstørrelse for det endelige punkt ved overflaten 6. Den sylindriske linse 15 er anbrakt i strålens bane mellom linsene 13 og 14 med aksen parallell med spindelen 5 som speilet 4 roterer omkring.

Dersom den sylindriske linse 15 anbringes ved brenn-punktet 16, vil det dannes et sirkulært lyspunkt ved flaten. Dersom linsen 15 forskyves langs strålens bane mot en av posisjonene 17 eller 18 (som vist), vil strålen i planet på fig. 4 bevirkes å divergere noe, idet den passerer gjennom linsen 15, mens strålen i planet på fig. 4(a) er uforandret, bortsett fra en liten forskyvning av dens tilsynelatende opprinnelsespunkt som er forårsaket av refleksjon, men denne forskyvning er av mindre betydning idet den er konstant for enhver posisjon av linsen. Det refereres spesielt til fig. 4(b) hvor strålen, etter å ha passert gjennom linsen 14, fremdeles konvergerer til et brennpunkt, men ved 19 bortenfor overflaten 6. Ved overflaten 6 er det opplyste område en linje 20 som går parallelt med det plan av linsen 15 som inneholder de krumme flater og loddrett på strålens søkeretning. Lengden av linjen 20 avhenger kun av forskyvningen av linsen 15 fra punktet 16 og linjens retning på overflaten er avhengig av orienteringen av linsen 15 omkring strålens akse.

På fig. 4(c) er vist at en positiv (konveks) sylindrisk linse 15' kan benyttes i stedet for den negative linse 15. Effekten av denne linse er å bringe strålen til punktfokus i planet ved 19" før den når overflaten, hvoretter den fortsetter å divergere inntil den treffer overflaten 6 som en linje 20'. Dette arrangement er mindre effektivt enn det som er vist på fig. 4(b) for jo nærmere parallell strålen er, jo større fokusdybde har den.

Alternativt kan i et arrangement som ikke er vist, den ene eller begge av linsene 13 og 14 ha forskjellig brytning i forskjellige plan, idet disse brytninger utjevnes i et plan for å fokusere strålen fullstendig ved overflaten og slik at den er ute av fokus i et annet plan og derved danner en linje.

Den lysmengde som samles kan økes betydelig ved at man gjør sideveggene 21 og 22 sterkt speilreflekterende som vist på

fig. 2. Sideveggene kan imidlertid også gjøres diffust reflekterende slik at det lys som når frem til detektoren er fritt for retnings-virkninger. På samme måte kan endeveggene 24, 25 (fig. 1) behandles for å gi samme virkning.

Disse bidrar til å skille mellom reflektert laserlys og tilfeldig lys ved å innsnevre detekteringsanordningens synsfelt i retning av flatens bevegelse, indikert ved pilen 23. En alternativt innretning er en sort flate som ligger over den avsøkte flate tatt i nærheten av den søkende stråle. Disse er alternativer til eller kan komme i tillegg til å ha et filter over fotomultiplikatoren.

Bølgeformen for et typisk utgangssignal fra detekteringsanordningen 2 for en enkelt avsøkning over en flate er vist på fig. 5(a), hvor detaljene er forenklet. Det bemerkes at signalnivået synker noe mot avsøkningsintervallets endepunkter, til omtrent halve sentrumamplituden. Dette fall skyldes effekten av lysstrålen mot enden av hver avsøkning, og på grunn av vinkelen med normalen til overflaten hvormed det reflekterte lys samles og fokuseres på detekteringsanordningen, idet mengden av lys som mottas i detekteringsanordningen er proporsjonal med cosinus til vinkelen. En lavfrekvens-komponent av utgangssignalet mates tilbake til tilførselen til detektoren for å heve nivået på signalet ved endepunktene av avsøk-ningsintervallet og for å gi et bakgrunnsutgangssignal med konstant nivå over hele avsøkningen.

Utgangssignalets reduksjon kan kompenseres ved andre metoder, såsom å variere følsomheten av detekteringsanordningen synkront med avsøkningen, f.eks. ved å generere et gjentatt signal med passende karakteristikk som tilføres detekteringsanordningen, eller passende utformede opake gjenstander kan anbringes i lys-banen mellom de optiske system 8 og detekteringsanordningen 2 for å avskjære mere lys fra midten av avsøkningen enn fra endepartiene, eller det nivå hvorved feil detekteres over avsøkningen kan vari-eres ved å anbringe et gradert tetthetsfilter i banen av det lys som reflekteres fra flaten.

Avmaskingssignaler som tilpasses forskjellige avsøk-nings lengder , utsendes ved starten av avsøkningen for å forhindre at flatens kanter registreres som feil, eller at det registreres signaler fra utenfor kantene.

Et eksempel på bruk av systemet er telling av det totale antall feil i forskjellige størrelsesintervaller over et visst tidsrom. Telling skjer ved hjelp av velkjent digitalteknikk, som her ikke skal behandles i detalj, men det henvises til fig. 5(b) til 5(d) som viser bølgeformene av utgangssignalene mottatt av detekteringsanordningen ved forskjellige stadier i tellingen. Lav-frekvensvariasjoner filtreres fra signalet (fig. 5(a)), og etter-later feilpulser og bakgrunnspulser (fig. 5(b)). Alle svingninger under et nivå som er fastsatt for å eksklusere bakgrunnspulser fjernes i en komparator som genererer pulser med konstant høyde, men forskjellige bredder for forskjellige feilstørrelser. Disse utgangspulser benyttes så for å gi avlesninger for "total" telling og "store feil" telling. "Total" telling får man ved å tilføre utgangssignalet fra komparatoren til digitale fremvisere som viser det totale antall feil f.eks. over en 10 sekunders periode. "Store" feil, f.eks. av 0,3 diameter kan telles ved å sperre komparatorens utgangssignal for et passende tidsrom før det tilføres tellerfrem-viserne. Det passende tidsrom for slik sperring er den tid det tar for den fokuserte stråle ved overflaten å bevege seg over en 0,3 mm feil. Ved å sperre dette utgangssignal vil kun de pulser sendes til telleren og registreres som feil, som skyldes feil med større diameter enn 0,3 mm, hvilke feil fremvises på telleren (fig. 5(d)). Et analogsignal kan tas ut av tellerne, passende for å nedtegnes av et skriveapparat.

Claims (3)

1. Detektor til påvisning av feil i en overflate, omfattende en avsøkningsstasjon som er bevegelig i forhold til flaten og som har en laser for utsendelse av en kontinuerlig stråle, og en sveipeanordning omfattende en dreibar reflektor i strålegangen for å sveipe laserstrålen over overflaten på tvers av retningen for den relative bevegelse mellom overflaten og avsøkningsstasjonen, karakterisert ved at det i det optiske system for strålegangen finnes en sylinderlinse som er innrettet til å gi strålen en smal langstrakt tverrsnittsform med bredde tilsvarende den minste feil som skal påvises, og at en detektor er innrettet til å motta diffust reflektert eller gjennomfallende stråling og til å avgi et utgangssignal som angir redusert nivå for den diffuse stråling når strålen treffer feil.

2. Detektor som angitt i krav 1, karakterisert v e d at avsøkningsstasjonen omfatter en strålingssamlende anordning med strålingsreflekterende flater på hver side av og i hver ende av avsøkningsbanen, hvilke reflekterende flater går mellom den avsøkte overflate og detektoren.

3. Detektor som angitt i krav 1, karakterisert v e d at avsøkningsstasjonen omfatter en strålingssamlende anordning med diffunderende flater på hver side av og i hver ende av avsøknings-banen, hvilke diffunderende flater går mellom den avsøkte overflate og detektoren.