NO137103B - Detektor til p}visning av feil i en overflate. - Google Patents

Abstract

Detektor til påvisning av feil i en overflate.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en detektor til påvisning av feil i en overflate der detektor og overflate er bevegelige i forhold til hverandre.

Detektorer for overflatefeil er tidligere kjent,

og særlig benyttes slik detektorer til påvisning av feil i overflater av baneformede materialer som er i bevegelse. I

slike detektorer blir en lysstråle skarpstilt på overflaten av den materialbane som er i bevegelse, og strålen sveipes over overflaten frem og tilbake på tvers av banens bevegelsesretning . Lys eller annen hensiktsmessig strålingsenergi som reflekteres fra eller slipper gjennom overflaten samles i en mottaker, og eventuelle forandringer i intensiteten på grunn av feil i overflaten påvises og telles.

Reflektert lys har en komponent som skyldes feil-refleksjon og en komponent som skyldes spredt eller diffus refleksjon, og forholdet mellom de to komponenter avhenger av overflatens natur. For påvisning av spredt reflektert lys må

en fotodetektor samle mest mulig lys av det tilgjengelige spredt reflekterte lys og kreve bare en enkel optisk anordning også når lyset samles ved et lavt lysnivå. På grunn av arbeidet og ved det lave lysnivå må man treffe foranstaltninger for å hindre sterkt speilreflektert lys i å bli samlet. Speilreflektert lys er på grunn av at det har høy lysstyrke ved speilvinkelen og derfor skulle være ønskelig å samle i en feildetektor, vanskelig å samle fullstendig på grunn av den kontinuer-lige variasjon av speilvinkelen over hele sveipeområdet. Tidligere kjente mottakere for speilreflektert lys har i alminnelighet høy følsomhet, men de har også kompliserte optiske anordninger som er kostbare og krever stadig justeringer og ettersyn. De samme betraktninger gjelder lys som slippes gjennom

den flate som skal tørkes.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til en detektor til påvisning av feil i en overflate, der detektoren er av en enkel, robust oppbygning både optisk og mekanisk og allikevel har høy følsomhet. I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at det i åpningen til mottakeren som skal motta lys er anbrakt diffusjonsanordninger som i mottakerens omhylning bare slipper inn diffust lys.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved det i kravet gjen-gitte —trekk og- vil i .det følgende bli beskrevet .nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1 viser, .sett fra. siden :og i snitt, en feildetektor .i henhold til oppfinnelsen, ■. r fig • 2: . viser, sett fra siden og i snitt, .sendestasjonen f or detektoren på fig.-l, ;.; fig. 3.viser, sett fra siden og, i snitt,, mottakerstasjonen :for detektoren på fig. 1, f ig.i. :4 ■ viser, sett fra siden og-.i snitt; en., alternativ . utførelsesf orm.;f.or mottakerstas jonen-på , f ig 3 , fig? 5 '.viser, ;sett fra-siden og : i snitt, en alternativ, utførelse for feildetektoren på fig fl, fig. 6 og 7.viser, sett.i snitthenholdsvis enden og fra en.side,cav en modifisert utførelsesform for mottakerstasjonen, og ■, - r ■ : ... ' • fig.- .;8...viser en ytterligere" alternativ utførelse, for feildetektoren på fig. 1 for anvendelse når flagen.slipper lys gj ennom .• r . _ ■■.! :■■-■....■ <■_.■ •.. På;.fig.; .1 er det, vist-en. feildetektor 10 nær ved. en • f late 11- på-en materialbane somjbeveges forbi-detektoren i. den retning/pilen 12 angir. -. ,. '-- /..'-■ -... :: Detektoren 10 omfatter to sammenhørende. stasjoner 13 og .1.4 som begge strekker seg-over bredden- av-materialbanen. -Stasjonen 13 er ,'• som-det også .fremgår av fig. 2,. en .sende-. stasjon.-'Denne er et hus 15, en.;laser .16>, et optisk system 17 og :ét roterende speil . 18' med mange fasetter.. •- v

Under drift blir .lys . som ■ sendes.;ut. i ,en .kontinuer-lig stråle av laseren 16 skarpstilt på -overflaten 11,av det optiske system 17-og-retter ref leks jon f ra speilet 18. -Speilet 18 roterer med høy hastighet og etterhvert som hver fasett av speilet passerer gjennom strålen bringes denne til å sveipe over materialbanen fra den ene side til den annen. Rotasjons-aksen for speilet 18 er skråttstilt på planet for overflaten 11 slik at strålen blir rettet mot overflaten 11 med en innfallsvinkel <f til en perpendikulær linje på overflatens plan.

Alt etter overflaten blir stråling reflektert

eller sluppet gjennom, men den følgende beskrivelse angår bare refleksjon.

Alt etter egenskapene for den reflekterende flate blir lys i en viss utstrekning speilreflektert og spredt reflektert. For eksempel vil stål og glittet papir hovedsakelig frem-bringe en speilrefleksjon med noe spredt refleksjon, mens grovt papir og tekstiler hovedsakelig frembringer spredt refleksjon. Detektoren i henhold til oppfinnelsen er særlig beregnet for anvendelse på overflater av den førstnevnte type.

På fig. 3 er det vist en lysmottakerstasjon 14 som

er særlig egnet for å motta lys som speilreflekteres fra flaten. Denne stasjon har et hus 19 som svarer til huset for sendestasjonen og strekker seg over bredden av flaten 11 (som beveger seg i tegningens plan). Lys kan bare komme inn i huset 19

gjennom en åpning 20 som strekker seg over bunnen av huset nær ved flaten 11. Åpningen 20 har en lysspreder 21 parallelt med overflaten 11. Endeveggene 22 og 23 i huset har speilflater og den øvre del av huset har buede reflektérende flater 24 og 25.

En fotodetektor 26 er montert i sentrum av den buede vegg overfor sprederen 20.

Lys fra laseren 16 som faller inn på overflaten med den nevnte vinkel <f> til en perpendikulær linje, og blir speilreflektert fra overflaten, beveger seg også i en vinkel <t> til den perpendikulære linje mot sprederen 21 og passerer gjennom denne inn i huset i en spredt form. Det spredte diffuse lys samles av fotodetektoren 26 som avgir et utgangssignal avhengig av mengden av det samlede lys. Det ideelle ville være at det spredte lys er fullstendig retningsløs, men i praksis vil lys som slipper sprederen i skrå vinkel få en viss retningsbestem-else. På fig. 3 er følsomheten av sprederen 21 overfor stråler 27, 28 vist som polardiagrammer 29 og 30. Strålen 27 som nærmer seg spredeanordningen, blir i alminnelighet spredt ved gjennomlysningen, men med den største del av lyset forløpende i samme hovedretning, mot fotodetektoren 26. Strålen 28 nærmer seg spredeanordningen 28 i en skrå vinkel og blir spredt ved gjennomlysningen med den største delen av det spredte lys strømmende videre inn den samme retning og ikke mot fotodetektoren. Den reflekterende vegg 22 retter lyset mot fotodetektoren og kompenserer for en reduksjon i lysnivået mot enden av sveipingen som man ville ha hvis veggen 22 absorberte det lys som nådde frem dit. De krumme flater 24 og 25 mellom endeveggene og fotodetektoren kompenseres for variasjoner i den lys-mengde som når frem til fotodetektoren under sveipingen.

De reflekterende endevegger 22 og 23 og de krumme flater 24 og 25 svarer tilnærmet til den koniske reflektor man måtte ha for å rette en ikke spredt stråle mot fotodetektoren. Systemet krever imidlertid ikke noen stor optisk nøyaktighet,

og de krumme flater 24 og 25 kan godt erstattes av plane speil 31 og 32 som vist på fig. 4. De plane speil 31 og 32 er fordel-aktige idet skråstillingen av speilene kan endres for til-pasning til de refleksjonsegenskaper man har i den flate som skal sveipes.

På fig. 5 er det vist en alternativ anordning for feildetektoren der sendestasjonen og mottakerstasjonen står langt fra hverandre. Sendestasjonen er skråttstillet med en stor vinkel $ til perpendikulæren på flaten og mottakerstasjonen står også skrått i en vinkel <)> til den samme perpendikulær, men på den annen side av denne og i et plan parallelt med bevegelsesretningen for flaten 11. Lyssprederen 21 står nu slik at den normalt blir truffet av lysstrålen etter refleksjon fra flaten.

For. å dempe mengden av spredt reflektert lys som mottas av fotodetektoren i forhold til lys som blir speil-ref lektert kan et element 3 3 med en spalte anbringes i banen for det reflekterte lys nær ved lyssprederen 21. En slik spalte øker feildetektorens følsomhet overfor lokale overflatedeforma-sjoner som ikke følges av forandringer i refleksjonsevnen. Bruken av en slik spalte forutsetter at anordningen hvori den anvendes ikke er for følsom overfor overflatens flathet fordi overflaten kanskje ikke holdes fullstendig støtt under bevegelse forbi feildetektoren.

I mottakerstasjonene som er beskrevet ovenfor, må den reflekterende anordning svare til et stykke av en konus med fotodetektoren i brennpunktet, men den kan være av for-holdsvis grov geometrisk form, noe som tillates fordi sprederen anvendes. På fig. 6 og 7 er det vist en mer kompakt utførelses-form for mottakerstasjonen 14'. Stasjonen omfatter et hus 19' som inneholder en fotodetektor 26' og en spreder 21'. Fotodetektoren 26' er rettet fra sprederen 21' mot speilene 34

og 35 som er skråttstillet for å rette reflektert lys fra endeveggene 22' og 23' mot fotodetektorene. På denne måte blir styrken på lyset som i huset er rettet mot fotodetektoren, ens-artet over hele sveipeområdet. Fordi lysbanene er "sammenfoldet" kan den totale høyde på mottakerstasjonen reduseres. Dette er særlig fordelaktig når sender og mottakerstasjonene er fysisk adskilt. Sprederen 21' er skjermet mot omgivende lys av en hette 26. Hetten kan omfatte hengslede klaffer 37, 38 og disse kan stilles slik at de har samme virkning som spalten 33 som er vist på fig. 4.

Feildetektoren kombinerer således den enkle lys-samlende optik og samling av spredt reflektert lys, samtidig med at den har den følsomhet man får med intensiteten av speil-ref lektert lys.

Lyskilden kan være en ikke-koherent lampe, f.eks. en zenonlampe eller en lyskilde som ligger utenfor den synlige del av spekteret, det vil si nær infrarødt eller ultrafiolett, avhengig av overflaten.

Feildetektoren er beskrevet under henvisning til

en flate som reflekterer fullstendig innfallende stråling.

Noen overflater slipper stråling gjennom mens andre er i stand til å slippe stråling gjennom eller reflekterte denne alt etter strålens innfallsvinkel. På fig. 8 er det vist et snitt, sett fra enden, av en senderstasjon 13 og en mottakerstasjon 14. Stasjonene står på motstående sider av en gjennomskinnelig materialbane 39. Synlig stråling fra sendestasjonen sveiper overflaten med en stråle, og hvis det baneformede materiale er uten feil, passerer strålen gjennom og treffer mottakerstasjonen gjennom sprederen 21. Spredt eller diffust lys blir samlet og målt på vanlig måte inntil en feil i overflaten hindrer strålen i å slippe gjennom materialet. Detektoranordningen på-virkes av reduksjonen i lyset og angir at det finnes en feil. Sendestasjonen 13 kan være skråttstilt i en vinkel på overflaten, men man må da ta hensyn til materialets brytningsegenskaper når det gjelder plaseringen av mottakerstasjonen.

Claims (1)

1. Detektor (10) til påvisning av feil i en overflate (11), der detektor og overflate er bevegelige i forhold til hverandre, og detektoren innbefatter en sendestasjon (13) med en strålingskilde (16) for elektromagnetisk stråling, anordninger (17) for fokusering av strålen til en flekk på overflaten, hvilken flekk er av samme størrelsesorden som den minste feil som skal påvises, sveipeanordninger (18) som er innrettet til å bringe strålen til å sveipe over overflaten på tvers av dennes bevegelsesretning, og en mottakerstasjon (14) med en strålingsdetektor (26) inne i en strålingsinte-grerende omhylning (19), med en åpning (20) som strekker seg over bredden av sveipingen for samling av stråler som speilreflekteres fra flaten, karakterisert ved en diffusjonsanordning (21) montert i og langs åpningen (20) og ved at strålingsdetektoren (26) er følsom overfor en reduksjon i nivået for den diffunderte stråling i omhylningen til angivelse av en feil i overflaten.