WO1989001147A1

WO1989001147A1 - Process for quality control of a flat object, in particular for detecting defects in textile fabrics, and device for this purpose

Info

Publication number: WO1989001147A1
Application number: PCT/DE1988/000457
Authority: WO
Inventors: Gebhard Birkle
Original assignee: Gebhard Birkle
Priority date: 1987-07-23
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1989-02-09
Also published as: AU2078488A; DE3741195A1

Description

Verfahren zur Qualitätskontrolle eines flächigen Objektes, insbesondere zur Fehlererkennunσ bei textilen Stoffen und Vorrichtung hierzu

Technisches Gebiet:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle eines flächigen Objektes, insbesondere zur Fehlererkennung bei textilen Stoffen, Papier- oder sonstigen Bahnen, mittels einer optischen Abtasteinrichtung mit einer Licht- quelle, von denen wenigstens eine bezüglich des Objektes relativ bewegbar ist und mit einer lichtelektrischen Auswerteeinrichtung für das vom Objekt herrührende reflektierte oder transmittierte Licht.

Stand der Technik:

Um Objekte und deren Oberflächen optisch zu erkennen oder zu messen, sind mechanische Lichtablenker mit Winkelablenkung und lineare Lichtablenker bekannt. Dabei ist eine Lichtablenkung zwingend erforderlich, wenn in der x-y- Ebene eine Wirkung oder eine Veränderung vorgenommen werden soll.

Durch die DE-OS 21 31 697 ist eine Vorrichtung zum Prüfen der Oberfläche bewegter Bahnen bekannt geworden, die eine Einrichtung besitzt, die das von einem Laser emittierte Licht veranlaßt, die Bahn mit einem Leuchtfleck vorher¬ bestimmter Abmessungen quer zur Bewegungsrichtung der Bahn zu bestreichen und mit einer Photodetektoreinrichtung mit Einrichtung zum Zusammenfassen des beim einmaligen, geradlinigen Bestreichen der Bahn anfallenden reflektierten Lichtes und zum Abbilden desselben auf der Detektor- und Auswerteeinrichtung.

Des weiteren ist durch die DE-OS 24 62 346 eine Vorrichtung zur Überwachung einer Materialbahn auf Fehlerstellen bekanntgeworden, bei der ein über die Breite der Materialbahn quer zu deren Bewegungsrichtung abtastender Sendelichtstrahl durch eine Zylinderiinse auf die Bahn konzentriert und von der Bahn zurück¬ geworfenes Licht auf einen Lichtleitstab geworfen wird. Hinter der Zylinderlinse befindet sich eine weitere, schmalere Zylinderlinse, die das remitierte Licht auf den Empfangsmantelbereich des Lichtleitstabes konzentriert. Durch die Zeitschrift "Textil Praxis international, 1987, S. 597-600, Rolf Guse: "Die in den Prozeß integrierte Prüfung als Mittel zur Qualitätssicherung", ist ein Ver¬ fahren zur On-Iine-Fehlererkennung an Rundstrickmaschinen bekanntgeworden, bei der eine innerhalb der Rundstrickmaschine angeordnete längliche Leuchtstoff¬ röhre ihr Licht durch das Gestrick auf eine Fressnellinse wirft, die das Licht gebün¬ delt auf ein rotierendes Spiegeirad wirft, von dem es auf eine Sammellinse und auf eine Fotodiode fällt, deren Empfindlichkeit der Transparenz der Strickware ange¬ paßt ist. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß Heiligkeitsunterschiede zu Verfälschungen des Signals der Fotodiode führen. Insbesondere ist die Anordnung nicht vor schädlichem Streu- und Auflicht geschützt, weshalb Licht aus dem Raum auf die Optik fallen kann. Streulicht aus dem Raum bedeutet gleichermaßen einen Anteil Auflicht auf die Prüfstelle, wobei im Auflicht alle Fasern streuen, was zu Ver¬ fälschungen führt.

Technische Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Gattung zu schaffen, mit dem Signalmuster erzeugt werden können, die eine redundante und exakte Differenzierung kriterienspezifischer Zustände der Oberflächeπbeschaffenheit eines Objektes, insbesondere von Stoffbindungen und andere rapporthaltige Strukturen von Bahnen, wie Tapetenbahnen, ermöglichen, wobei prüfneutrale Stoffdichteschwankungen nicht als Fehler interpretiert werden dürfen; hingegen sollen Bindungs- oder Rapportfehler, insbesondere Rund- und Langfehler, offen und/ oder geschlossen und einzeln oder in Serie, sowie Streu¬ fehler, wie Löcher und/oder Verdickungen, sicher erkannt werden. Insbesondere sollen Helligkeitsschwankungen, Streulicht und Aufiicht, ausgeschaltet werden und keinen Einfluß mehr auf die elektrische Auswertung nehmen können.

Darstellung der Erfindung und deren Vorteile:

Die Lösung dieser Aufgabe besteht im erfindungsgemäßen Verfahren des Patent¬ anspruch 1. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Unteran¬ sprüchen 7 und 10 und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt eine Reihe von hervorstechenden Vor¬ teilen, in dem mit demselben praktisch sämtliche auftretenden kriterienspezifischen Zustände der Oberflächenbeschaffenheit eines Objektes, insbesondere Stoffbin¬ dungen oder Rapporte von Stoff- oder Tapetenbahnen, detektiert werden können. Dabei können spurenförmige Fehler quer und längs zur Vorschubrichtung, als auch lokale punkt- oder flächenförmige Fehler, wie Löcher und Verdickungen, als auch Rapportfehler von Tapetenbahnen, sicher erkannt werden. Insbesondere können die kritischen, schmalverlaufenden Fehler in einer Stoffhauptrichtung, längs oder quer, sicher erkannt werden. Ebenso werden Dünnstellen mit läng¬ lichem Verlauf in einer Stoff auptrichtung sicher von streuenden, prüfneutralen Dünnstellen unterschieden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ins¬ besondere dadurch aus, daß prüfneutrale Stoffdichteschwankungen nicht als Feh¬ ler interpretiert werden.

Zur Integration nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelangen optisch-ana- morphotische Integrationseinrichtungen zur Anwendung, indem die Oberfläche des abzutastenden Objektes im Bereich der Integrationsbreite (IB) in Richtung der Bewegung des Objektes als fortschreitendes Kontinuum optisch zu einer Zeile der Höhe (h¹) der Zeile des Sensors integriert und auf dem Zeilen- oder Matrixsensor abgebildet wird, von dem als Antwort das Zeilensignal (IS) erhalten wird. Dem Integrationsignal (IS) wird dabei in der Integrationsrichtung ein anderer Abbil¬ dungsmaßstab als in der Zeilenrichtung des Zeilen- oder Matrixsensors aufge¬ prägt und das aktuelle Zeilensignal (IS) einer Schwellwert- und/oder Zähloperation unterworfen. Vorzugsweise erfolgt eine Komprimierung des optischen Signals in Richtung der Bewegung des Objektes, während das Integrationssignal quer dazu unverzerrt bleibt. Dadurch wird der Vorteil gewonnen, daß die gesamte Integra¬ tionsbreite ohne Auflösung in eine Mehrzahl von Zeilen als kontinuierliches Inte¬ grationsfeld als Kontinuum integriert wird, weshalb ein exakter Bezug zwischen Materialvorschub quer zur Zeile und Abtastfrequenz nicht notwendig ist. Das Verfahren der optischen Integration funktioniert sowohl bei stehendem, als auch bewegtem abzutastenden Objekt; die Abtastfrequenz darf nur eine gewisse untere Grenzfrequenz nicht unterschreiten. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Vorteile gegeben, daß Helligkeits- und Lichtintensitätsschwankungen ausgeschaltet sind, weil das Verfahren erfindungsgemäß entweder eindeutig im Dunkelraum mit Hellfeldbeo¬ bachtung oder umgekehrt im Dunkeifeid arbeitet. Denn mit dem Verfahren der anamorphotischen Abbildung ist als der eigentliche Kern die gewünschte signifi¬ kante Kontrastvervielfachung bzw. Kontrasterzeugung möglich.

Bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dient insbesondere eine optisch-anamorphotische Integrationsoptik zur Integration eines rechteckförmigen, fortschreitenden Kontinuums. Die Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß mit dieser Lichtinte nsitäts- und Helligkeitsschwankungen kompensiert werden. In vorteilhafter Weise arbeitet die Vorrichtung entweder im Heilfeld oder im Dunkelfeld und wirkt somit als Kamera, die vorzugsweise eine Hellfeidbeobach- tung mit Dunkelraum ist. Ebenso kann allerdings auch in umgekehrter Weise im Ounkelfeld gearbeitet werden. Die Gerätegestaltung in Verbindung mit einer Hellfeldbeobachtung hat den Vorteil, daß kein kontrastminderndes Streulicht aus dem Raum auf die lichtempfindlichen Teile der Vorrichtung fallen kann. Dadurch wird verhindert, daß an der Stelle des Fensters bzw. der Fensteriinse sich Aufiicht störend bemerkbar macht. Da Fasern im Auflicht streuen, ist es notwendig, insbesondere Auflicht zu vermeiden und vorteilhaft nur mit Durchlicht zu arbeiten. Dabei können ein oder mehrere Funktionselemente der Integrationsoptik zwischen dem Objekt und einer Abbildungsoptik zwischen Bahn bzw. Stoff und Objektiv oder zwischen Abbildungsoptik und der Auswerteeinrichtung (Bildebene) bzw. zwischen Objektiv und einer Diodenzeile angeordnet sein. Zweckmäßigerweise kann die Fensterlinse als Integrationselement ausgeführt sein, z.B. in Form einer anamor¬ photischen, bikonvexen Zyiinderiinse. Ebenso ist es möglich, das Abbildungs¬ objektiv als mehrlinsiges System auszugestalten, in welches die Integrationsoptik integriert ist. Ebenso kann ein Abdeckglas des Sensors vorhanden sein, das als integrierendes Element ausgestaltet ist, z.B. in Form einer Zyiinderiinse.

Obwohl sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anwendung von anamorphotischen zylinderförmigen optischen Integrationsele- menten als zweckmäßig erwiesen hat, ist das Verfahren nicht an eine bestimmte Linsen- oder Spiegelform gebunden. Während die Zylinderlinse weitgehend eine gleichmäßige Informationsverdichtung bzw. Integration in Bewegungsrichtung der Bahn quer zur Abtastiinie bewirkt, können für das erfindungsgemäße Verfahren auch andere Verdichtungscharakteristika zur Anwendung kommen, die gleich¬ mäßige Verdichtung bzw. Integration, z.B. verstärkte Verdichtung von Rand¬ bereichen bewirken; eine sogenannte "Entartung" der Verdichtungscharakteristik zur Überlagerung von getrennten Objektbildern ist dadurch ebenfalls zu erzielen. Derartige Variationen zur Durchführung der Verdichtung bzw. Integration können mittels Linsenelementen oder Spiegelelementen oder Prismenelementen durchgeführt werden. Ebenso können Linsenelemente als Fresnellinsen ausge¬ staltet sein, z.B.. mit bemessener, streifenförmiger Unterteilung der Abbildung quer zur Abtastrichtung.

Da in der Auswerteeinrichtung nur das aktuelle Integrationssignal weiterver¬ arbeitet wird, z.B. mittels Schwellwert- und/oder Zähloperation, ist die Komplexität der weiteren elektronischen Signalverarbeitungsstrecke reduziert, wodurch sich eine erhöhte Signalverarbeitungsgeschwindigkeit für das gesamte System ergibt.

Zur Dynamisierung des Verfahrens ist es zweckmäßig, den Integrationsfaktor bzw. die Integrationsbreite zu beeinflussen, z.B. periodisch in einem bestimmten Ver¬ hältnis zur Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung bzw. des Sensors oder gesteu¬ ert bzw. in Rückkopplung zur Signalverarbeitung. Auf diese Weise ist es möglich, im Wechsel mit zwei verschiedenen Integrationsfaktoren abzutasten, um dabei nach unterschiedlichen Kriterien zu prüfen, z.B. nach Bindungs- und nach Farb¬ kriterien.

Die Dynamisierung des Verfahrens kann durch Beeinflussung des Brechungs¬ indexes an Elementen der Integrationsoptik durch Anwendung des elektro- optischen und/oder des akusto-optischen Effektes erfolgen. Ebenso kann eine Dynamisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine überlagerte Integration mittels Ortsverschiebung von optischen Systemelementen, z.B. mittels Piezoverstellelementen, bewerkstelligt werden. Ebenso kann die Integrationsoptik mittels optisch schaltbarer Kristalle ausgeführt sein. Die Integrationsoptik kann auch dergestalt ausgeführt sein, daß die Brennweite oder die Oberfiächenkontur oder die Materialdichte derselben veränderbar sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnung:

Es zeigen:

Figur 1 ein Bindungsmuster einer Stoffbahn mit einer Fehlerstelle F zur Darstellung der Linienabtastung in Abtastlinien Z1 bis Zn, wobei im Schema vier Abtastlinien gezeigt sind zur prinzipiellen Erklärung

Figur 2 die vier Zeilensignale ZS1 bis ZS4 in der Z-Koordinate als Ergebnis der Abtastung der Abtastlinien Z1-Z4, wobei die Grundmuster GM klar von den Fehlermustern FM unterschieden werden können

Figur 3 das erfindungsgemäß gebildete Summensignal IS gemäß (1-Z) der Y-Werte mit einer Spannungsschwelle SU zur Fehlerdedektion

Figur 4 eine Linsenoptik ohne Integration, die die Stoff-Fläche im Bereich der Fehlerstelle F auf eine Auswerteeinrichtung, wie Zeilensensor, abbildet

Figur 5 das von den Komponenten nach Figur 4 erzeugte Zeilensignal eines Scans, in dem die Fehlerstelle ^"praktisch nicht zu dedektϊeren ist

Figur 6 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung mit einer anamorphoti¬ schen Integrationsoptik, die z.B. vor der Abbildungseinrichtung angeord¬ net ist bzw. mit dieser eine Einheit bildet und ein Kontinuum integriert

Figur 7 das aus der Figur 6 gewonnene Summensignal IS

Figur 8 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit optischer Integrationseinrichtung

Figur 9 einen um 90 Grad gedrehten Längsschnitt längs der Schnittlinie C-B in Figur 8

Figur 10 einen Querschnitt durch Figur 8 längs der Schnittlinie A-B

Figur 11 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Ansicht

Figur 12 einen Schnitt durch die Vorrichtung der Figur 11 längs der Schnittlinie A-B

Figur 13 eine schematische Gerätestruktur für größere Abtastlängen, wobei zwei Anordnungen gemäß der Figur 11 in einem Gehäuse integriert sind und Figur 14 eine schematische Gerätestruktur für größere Abtastlängen, wobei die Abbildungsoptik aus einer transparenten Kunststoffleiste besteht, an der zeilenförmig sphärische und/oder zylindrische Brechungsflächen ange¬ formt sind.

Wege zur Ausführung der Erfindung:

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anschließend anhand der Figuren 1 -3 prinzipiell für eine diskrete Zeilenabtastung erklärt. Eine Stoffbahn 1 besitzt ein bestimmtes Bindungsschema, welches in vereinfachender Weise schematisiert ist, wobei sich innerhalb der Stoffbahn eine Fehlerstelle F befindet. Über die Stoffbahn 1 wird ein Lichtband in einer Linie gelegt, wobei die Abtastlinien Z1 -Zn äquidistante Abstände voneinander haben und die Fehlerstelle F überschneiden. Die in Figur 1 gezeigte Schräge der Abtastlinien Z1-Zn entspricht z.B. einem vor¬ handenen Stoffverzug. Mit der Bezeichnung EA/SA ist die Bild-/Signalauflösung bezeichnet; der Zeilenabstand zweier aufeinander folgender Abtastlinien beträgt ZA. Die Integrationsbreite IB umfaßt immer eine vorgegebene Anzahl Zn von Abtastlinien, z.B. in Figur 1 vier Abtastlinien Z1-Z4.

Jede Abtastlinie ergibt innerhalb der Auswerteeinrichtung ein Zeilensignal ZS, wobei diese Signale der Auswerteeinrichtung in Figur 2 räumlich in der Z-Koordinate aneinandergereiht sind. Mit der Bezeichnung GM ist das Grund¬ muster, mit der Bezeichnung FM das Fehlermuster gekennzeichnet. Die Zeilen¬ signale mit garnspezifischen Elementen im Grundmuster zeigen in ihrer Folge (ZS1-ZS4) das typische Grundmuster GM und bei Fehlerüberschneidung das Fehlermuster FM. Von Zeilensignal zu Zeilensignal sind die garnspezifischen Elemente des Grundmusters verändert, sowohl in ihrem Ort auf der X-Koordinate, als auch in ihrer Feinstruktur und Amplitude. Demgegenüber behält das Fehler¬ muster seine Phasenlage.

Additiert man die Y-Werte (Y über Inkrementen von X) der Zeilensignale ZS1-ZS4, so erhält man gemäß Figur 3 ein Summensignal IS. Zwischen Grundmuster und Fehlermuster entsteht ein hoher Kontrast mit scharfen, lageanalogen Übergängen zum Grundmuster. Das sogenannte "Stoffrauschen" wird durch Kompensation reduziert und der Fehlermuster-Pegel durch Addition vervielfacht gemäß der Formel: IS=∑S(1-Zn).

In Figur 3 ist z.B. ein Summensignal IS gezeigt, das an einem Stoff aus einer Schar von Zeilensignalen gemäß der Figur 2 gebildet wurde. Die Integrationsbreite IB in Figur 1 beträgt z.B. ca. 2mm, die Bildauflösung ca. 0,2mm. Ausgehend von einem konstanten Bezug zwischen Zeilenfrequenz und Stoffversatz (Bahngeschwin¬ digkeit) wird ein Summensignal IS aus 1 bis Zn Zeilensignalen aktualisiert, z.B. durch kumulative Addition des aktuellen Zeilensignals und Subtraktion des um Zn Takte zurückliegenden Zeilensignals; je Linienabtastung bzw. Zeilensignal wird das aktuelle Summensignal IS danach weiterverarbeitet, z.B. einer Schwell¬ wertoperation oder einer Zähloperation unterworfen. Dabei beschreibt Zn die Zahl der permanent für die Signalverarbeitung in Betracht genommenen Zeilensignaie, also die Anzahl der Zeilensignaie, die innerhalb einer Integrationsbreite IB integriert bzw. verdichtet werden. Die Weiterverarbeitung des aktuellen Summen¬ signals IS kann insbesondere auf der Basis von Schweilwertoperationen u.a. zweckmäßig realisiert werden, was durch die Schwelle SO in Figur 3 angedeutet ist. Die Verarbeitung des Summensignals IS als Analog- oder Digitalsignal mitteis diskreter Hardware ist bekannt.

Als Integrationseinrichtung wird eine anamorphotische Integrationsoptik verwen¬ det, wobei im Unterschied zu der Erzeugung des Summeπsignafs IS mittels dis¬ kreter elektronischer Verarbeitung bei der Verwendung einer Integrationsoptik nicht diskrete Zeilensignaie aufsummiert werden, sondern es wird die Integrations¬ breite IB lückenlos als Kontinuum erfaßt. Dazu wird ein Rechteck der Breite b, die Abtastbreite, und der Höhe h, die Integrationsbreite IB, auf dem Objekt ausge¬ leuchtet und mittels einer anamorphotischen Abbildung auf einen Zeilen- oder Matrixsensor der Länge b' und der Breite h' als lichtelektrische Auswerteeinrich- tuπg abgebildet und so ein Integrationssignal (IS) gewonnen, indem die Ober¬ fläche des abzutastenden Objektes 1 im Bereich der Integrationsbreite (IB) in Richtung der Bewegung des Objektes als fortschreitendes Kontinuum optisch zu einer Zeile der Höhe h' der Zeile des Sensors integriert und auf dem Zeilen- oder Matrixsensor abgebildet wird, von dem als Antwort das Zeilensignal (IS) erhalten wird. Dem Integrationsignal (IS) wird in der Integrationsrichtung ein anderer Abbil¬ dungsmaßstab als in der Zeilenrichtung des Zeilen- oder Matrixsensors aufgeprägt, wonach das Zeilensignal (IS) einer Schwellwert- und/oder Zähloperation unter¬ worfen wird.

Die anamorphotischen Abbildung geschieht mittels einer anamorphotischen Inte¬ grationsoptik, wobei vorzugsweise das Integrationssignal IS in Richtung der Bewe¬ gung des Objektes 1 komprimiert wird und quer zur Bewegungsrichtung des Objek¬ tes 1 das integrationssignai unverzerrt bleibt. Die Elementdichte auf der Sensor¬ zeile 6 des Zeilensensors 5 in Figur 6 in Verbindung mit dem Abbildungsmaßstab der Abbildungsoptik 4 bestimmt dabei die Bild- bzw. Signalauflösung entlang der Abtastlinie. Die Integratioπsbreite wird zweckmäßigerweise dem Rapport des elementaren Bindungsmusters der Stoff- oder Papierbahn angepaßt.

In Gegenüberstellung zum erfindungsgemäßen Verfahren ist in Figur 4 die Stoff¬ bahn 1 mit der Fehlerstelle F gezeigt, wobei die Pfeile 2 und 3 die Stoffbeieuchtung bzw. die Bewegungsrichtung der Stoffbahn 1 darstellen. Hinter der Stoffbahn 1 in Richtung der Beleuchtung 2 befindet sich nur eine Abbildungsoptik 4, z.B. eine sphärische Linsenoptik, die die Stoff-Fläche 1 auf einem Zeiiensensor 5 abbildet, der mittels einer Zeile 6 aus eng aneinandergereihten fotoelektrischen Einzel¬ elementen, z.B. CCD-Sensor, aus dem Stoffbild 1 eine schmale Linie heraus¬ blendet. Die Breite der Abtastlinie auf dem Stoff beträgt wiederum ca. 0,2 mm. Diese Komponenten 4,5 und 6 erzeugen von dem Stoffbild ein Zeilensignal, das in Figur 5 dargestellt ist, aus der ersichtlich ist, daß das resultierende Fehlersignal betreffend die Fehierstelle F nur schwer zu detektieren ist.

Wird nun gemäß der Figur 6 erfindungsgemäß in den Strahlengang der Beleuch¬ tungsquelle 2 nach der Stoffbahn 1 zum Erfassen der Integrationsbreite als Konti¬ nuum eine anamorphotische Integrationsoptik 7 zusammen mit der Abbildungs¬ optik T angeordnet, deren gegenseitige Anordnung zueinander eine anamor- photische Abbildung ergibt, so wird das Stoffmuster im Bereich der Integrations¬ breite IB vertikal zur Linsenachse der Integrationstoptik 7 als Kontinuum integriert, d.i. optisch zu einer Zeile verzerrt, und somit vorverarbeitef und dergestalt mittels der Abbildungsoptik T als Zeile auf die Sensorzeile 6, z.B. CCD, übertragen. In diesem Falle erhält man ein Summensignal IS, das in Figur 7 dargestellt ist, wobei nunmehr das Fehiermuster eindeutig von den Grundmustern zu unterscheiden ist. Die Integrationsoptik 7 ist in der prinzipiellen Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Figur 6 als Linsenoptik, z.B. als Zylinderlinse 7, ausgeführt, ebenso die Abbilduπgsoptik 7'. Z.B. bei gegenseitiger Verdrehung der Integrationsoptik 7 und der Abbildungsoptik T zueinander um 90 Grad, wie in Figur 6 gezeigt, erhält man die gewünschte anamorphotische Abbildung durch diese Zylinderlinsen 7,7'.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner Anwendung nicht auf die Bildlinie bzw. Sensorzeile begrenzt; auch Objektflächen können auf Fiächensensoren sinngemäß übertragen werden. Dabei können Teilflächen abgegriffen werden zur Bildung z.B. eines verschobenen Flächenkontinuums z.B. für Farbinterpretation.

In den Figuren 8 bis 14 sind Ausführungsbeispiele von textilen Erkennungs¬ systemen gezeigt, die mit der beschriebenen integrierenden optischen Signalvor¬ verarbeitung arbeiten. Gemäß den Figuren 8 bis 10 besteht ein textiles Erken¬ nungssystem aus einem vorzugsweise rechteckigen Gehäuserohr 8, auf welches rückseitig ein Deckelteii 9 aufgebracht ist, in dem eine Aussparung 18 für Bedienelemente und Leitungszuführungen angeordnet ist. Auf das Gehäuserohr 8 ist vorn ein Frontformteϊl 10 aufgesetzt, das einen Absatz 11 besitzt, an den sich ein länglicher, rechteckför iger Aufnahmestutzen 12 anschließt, der an seinem vor¬ deren Ende ein Fenster aufweist, das vorzugsweise länglich- rechteckförmig ist und in das eine lichtdurchlässige Fensteriinse 15 eingesetzt ist.

Die Fensteriinse 15 besitzt vorzugsweise eine Ausdehnung gemäß der abzu¬ tastenden Breite der Stoffbahn, wobei die Fensterlinse unter Abstandshalterung derselben ein Führungselement und eine Gleitfläche für die Stoffbahn bildet. Dadurch werden die Flaumschicht von Textilien oder Materialien, die eine solche aufweisen wie auch einzelne aus dem Materialverbund herausragende Fasern beim Hinweggleiten über die Linse in die Linsenebene gedrückt. Hinter der Linse können sich sich eine Rechteckblende und dahinter ein Graufilter 14 mit vorge¬ gebenen Grau wertverlauf befinden. Die Fensterlinse 15 ist vorzugsweise als Zylinderlinse ausgeführt, über die die Stoffbahn 16 unter einer gewissen Krümmung (Figur 9) in Richtung des Bewegungspfeils 17 gestrafft hinweggleiten kann. Innerhalb des Gehäuserohres 8 ist eine flächige Tragplatte 19 für die Optik angeordnet, oberhalb der sich eine weitere flächige Leiterplatte 22 für die Signalverarbeitung befindet. Die Tragplatte 19 ist in Führungsschienen 20,21 ver- schieblich gehaltert; ebenso kann die Leiterplatte 22 in Führungsnuten innerhalb des Gehäuserohres und des Deckelteils 9 geeignet gehaltert sein. Am Frontformteil 10 ist ein Befestitungszapfen 23 angeordnet, mit dem die gesamte Vorrichtung z.B. an einem Webstuhl oder einer Strickmaschine befestigt werden kann.

Hinter der Fensterlinse 15 ist die beschriebene Integrationsoptik zur Signalvor¬ verarbeitung angeordnet, wobei diese Integrationsoptik z.B. eine längliche Zylinderlinse 25 enthalten kann. Auf die Integrationsoptik 25 folgt eine Abbildungsoptik 26, die gemäß der Abbildungsoptik 4 der Figur 6 funktioniert. An die Abbildungsoptik 26 schließt sich eine Abschirmhülse 27 zur Abschirmung von Störlicht zwischen Abbildungsoptik 26 und einer nachfolgenden Auswerte¬ einrichtung an, die z.B. ein Zeilensensor 29 entsprechend dem Zeilensensor 6 der Figur 6 sein kann. Der Zeilensensor 29 ist Teil einer Sensorgruppe 28, bestehend aus einer Halterung 32, die eine Sensorplatine 33 trägt, auf der ein Sensorsockel 34 montiert ist, der den Zeilensensor 29 trägt. Abbildungsoptik 26, Abschirmhülse 27 und Zeilensensor 29 bilden somit die klassische Kamera. Innerhalb des Gehäuserohres 8 werden zwischen demselben und der Leiterplatte 22 sowie der Tragplatte 19 zwei Aufnahmeräume 30 bzw. 31 zur Aufnahme der Hardware und der Signalverarbeitungs-Elektronik einschließlich der Elektronik für den Sensor¬ betrieb ausgebildet.

Die Fensterlinse 15 wird längs ihrer Länge mittels einer nicht gezeigten Lichtquelle beleuchtet, die z.B. eine stabförmige Ausdehnung besitzt und die eine Laserlicht- quelle sein kann. Durch die Ausgestaltung der Fensterlinse 15 als längliche Zylinderlinse werden eine konstante Objektweite im Abbildungssystem erreicht und abstandsbedingte Lichtintensitätsschwankungen vermieden. Das Hinweggleiten der Stoffbahn 16 über die Fensterlinse 15 führt ständig zu einer Selbstreinigung der Fensterlinse und damit des nachfolgenden Abbildungssystems.

In den Figuren 11 bis 14 sind weitere schematische Anordnungen von optischen Integrationseinrichtungen gezeigt. Figur 11 zeigt ein Gehäuse 25, welches an seinem vorderen Ende eine Fensteriinse 36 aufweist, über die wiederum eine Stoffbahn 38 gleitet, wobei die Stoffbahn mittels einer länglichen Lichtquelle 37 beleuchtet wird. Die Fensteriinse 36 kann gemäß der Fensteriinse 15 der Figur 8 gestaltet sein. An die Fensterlinse 36 schließt sich eine integrationsoptik 39 an, auf die eine Abbildungsoptik 40 folgt, hinter der ein Sensor 41 angeordnet ist. Somit ist die Integrationsoptik 39 zwischen der Bahn 38 (Objekt) und Abbildungsoptik 40 angeordnet.

Eine oder mehrere Funktionselemente der Integrationsoptik können aber auch zwischen der Abbildungsoptik und der Sensorfläche (Bildebene) bzw. Objektiv und Diodenzeile angeordnet sein. Aus den Figuren 11 und 12 ist ersichtlich, daß sowohl die Fensteriinse 36, wie die Integrationsoptik 39 eine Längenausdehnung besitzen, die der abzutastenden Breite der Bahn 38 entspricht.

In einer Variation zu der Ausführung gemäß den Figuren 11 und 12 kann die Integrationsoptik 39 durch einen gewölbten Umlenkspiegel ersetzt werden, wenn man z.B. den Strahleπgang in Figur 11 innerhalb des Gehäuses rechtwinklig abwinkelt. Der Umlenkspiegel kann aus einer teilverspiegeiten Folie bestehen, so daß eine Objektbeieuchtung durch den Spiegel auf das Objekt möglich ist.

In Figur 13 ist eine Ausführungsform mit verbreiterter optischer Sensorgruppe gezeigt. Innerhalb des Gehäuses 35 befinden sich zwei Einzefsysteme gemäß den Figuren 11 und 12, weshalb eine derartige Ausführung für größere Abtastlängen vorteilhaft geeignet ist. Durch eine lange Fensterlinse 36 entsprechend der Fensterlinse 36 der Figuren 11 , 12 werden Stoffabschnitte der Stoffbahn 38 auf mehrere, z.B. zwei, Sensoren 41 , 41' abgebildet, wobei sich die einzelnen Abschnitte etwas überlappen können.

Figur 14 zeigt eine weitere Gerätestruktur für größere Abtastlängen. .Innerhalb einem Gehäuse 45 ist wiederum eine längliche integrationsoptik 42 angeordnet, auf die eine Abbildungsoptik 43 folgt, die z.B. eine Linsenleiste aus einer transpa¬ renten Kunststoffleiste ist, die zellenförmig sphärische und/oder zylindrische Brechungsflächen 46 aufweist. Die Linsenleiste 43 bildet den Stoffabschnitt auf einem Zeilensensor 44 ab. Zeilensensor 44, Linsenleiste 43, Integrationsoptik 42 und Fensterlinse 36 weisen wiederum eine Länge entsprechend der abzu¬ tastenden Breite der Stoffbahn 38 auf. Mit der Bezugsziffer 37 ist in allen Figuren 11-14 eine Lichtquelle bezeichnet, deren Licht längs der Fensterlinse 36 auf diese fällt.

Gewerbliche Anwendbarkeit:

Das Verfahren und die Vorrichtung erweitern erheblich den Anwendungsbereich von Erkennungssystemen von Bahnen, insbesondere von textilen Stoffbahnen. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen die Fehlererkennung einer Viel¬ zahl von Fehlern, insbesondere Bindungsfehler, von Bahnen. Hervorzuheben ist auch, daß das Verfahren und die danach arbeitende Vorrichtung preiswert gegen¬ über bekannten Fehlererkennungssystemen durchzuführen und herzustellen sind, so daß zum ersten Mal eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von flächigen Objekten, insbesondere Stoffbahnen, zur Verfügung steht, die bei günstigen Kosten zur Massenherstellung geeignet ist. Liste der Bezugszeichen:

1 Stofffläche mit Maschen Bindungsmuster

2 Stoffbeleuchtung

3 Bewegungsrichtung der Stoffbahn

4 Abbildungsoptik

5 Zeilensensor

6 Diodenzeile (CCD)

7,7* anamorp hotische Integrationsoptik einschließlich Abbildungsoptik

8 rechteckiges Gehäuserohr

9 Deckelteil

10 Frontformteil

11 Absatz

12 rechteckförmiger Aufnahmestutzen

13 Rechteckblende

14 Graufilter

15 Fensteriinse

16 Stoffbahn

17 Bewegungspfeil für die Bewegungsrichtung der Stoffbahn

18 Anschluß- und Bedienelement

19 Tragplatte für die Optik 20, 21 Führungsschienen

22 Leiterplatte für die Signalverarbeitung

23 Befestigungszapfen

24 Optische Gruppe zur Signalverarbeitung im Sinne des Verfahrens

25 Zylinderlinse

26 Optische Gruppe zur Abbildung

27 Abschirmhülse

28 Sensorgruppe

29 Zeilensensor

30, 31 Aufnahmeräume für E-Hardware, Signalverarbeitung und Sensorbetrieb

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Qualitätskontrolle eines flächigen Objektes, insbesondere zur Fehlererkennung bei textilen Stoffen, Papier- oder sonstigen Bahnen, mittels einer optischen Abtasteinrichtung und einer Lichtquelle, von denen wenigstens eine bezüglich des Objektes relativ bewegbar ist und mit einer lichtelektrischen Auswerteeinrichtung für das vom Objekt reflektierte oder transmittierte Licht, wobei das Objekt abgetastet und ein elektrisches Signal erhalten wird, dadurch gekennzeichent daß auf dem Objekt (1) ein Rechteck (bxh;IB) ausgeleuchtet und mittels einer anamorphotischen Abbildung auf einen Zeilen- oder Matrixsensor (b'xh';6) als lichtelektrische Auswerteeinrichtung abgebildet und so ein Integrationssignal (IS) gewonnen wird, indem die Oberfläche des abzutastenden Objektes (1 ) im Bereich der Integrationsbreite (IB) in Richtung _, der Bewegung (3) des Objektes als fortschreitendes Kontinuum optisch zu einer Zeile der Höhe (h') der Zeile des Sensors und die Abtastbreite (b) des Rechtecks auf die Länge (b') der Zeile des Sensors integriert und auf dem Zeilen- oder Matrixsensor abgebildet wird, von dem als Antwort das Zeileπsignal (IS) erhalten wird, wobei dem Integrationsignal (IS) in der Integrationsrichtung ein anderer Abbildungsmaßstab als in der Zeilenrichtung des Zeilen- oder Matrixsen,sors aufgeprägt und das aktuelle Zeilensignal (IS) einer Schwellwert- und/oder Zähloperation unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die anamorphotischen Abbildung mittels einer anamorphotischen Integra¬ tionsoptik geschiet, wobei das Integrationssignal (IS) in Richtung der Bewegung des Objektes (1) komprimiert wird und quer zur Bewegungsrichtung des Objektes (1) das Integrationssignal unverzerrt bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung von Heliigkeitsschwankungen das Integrationssignal im Dunkelraum mittels eines Fensters aus der Hellfeldbeobachtung des Objektes (1) (Objekt vor hell) gewonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung von Helligkeitsschwankungen das Integrationssignal mittels eines Fensters aus der Dunkelfeldbeobachtung des Objektes (1 ) (Objekt vor dunkel) gewonnen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsbreite (IB) mindestens gleich dem Rapport der elementaren Bindungsmusters der Stoffbahn (1) oder dem Rapport der Papierbahn ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsbreite (IB) periodisch in einem bestimmten Verhältnis zur Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung bzw. des Sensors verändert wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Integration der gesamten Integrationsbreite (IB) eine anamorphotische Integrationsoptik (7) dient, nach der eine Abbildungsoptik (4) angeordnet ist, die das Objekt (1 ) auf dem Zeilen- oder Matrixsensor (5, 6) abbildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrations- und Abbildungsoptik Zylinderlinsen (7,7') sind, die zur Erzeu¬ gung der anamorphotischen Abbildung um 90 Grad versetzt angeordnet sind .

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsoptik elektrisch-optisch schaltbare Kristalle sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) ein opakes Gehäuse (8), das ein Fenster (47) aufweist b) eine Fensterlinse (15,36) innerhalb des Fensters (47) zur gleitenden Auflage und Führung der Bahn (16,38), insbesondere Stoff- oder Papierbahn c) eine stabförmige Lichtquelle (37), die die Bahn (16,38) von außerhalb des Gehäuses (8) beleuchtet, d) innerhalb des Gehäuses (8) d1) eine hinter der Fensterlinse angeordnete anamorphotische Integrations¬ optik (24,39,39',42) zur optischen Integration der Integrationsbreite d2) eine hinter oder vor der Integrationsoptik angeordnete Abbildungsoptik (26,40,40',43) d3) einen Zeilen- (29,41 ,41 ',44) oder Matrixsensor zur komprimierten Abbil¬ dung der Stoffbahn (16,38) in Richtung quer zur Zeilenachse auf dem Sensor.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Fensterlinse (15,36) der abzutastenden Breite der Bahn (16,38) entspricht und unter Abstandshalterung derselben ein Führungseiement für die Bahn mit der derselben zugewandten Oberfläche als Gleitfläche bildet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsoptik (24,39,39',43), die Abbildungsoptik (26,40,40\43) und der Zeilensensor (29,41 ,41', 44) der abzutastenden Breite der Bahn (16,38) ent¬ sprechen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik aus einer transparenten Kunststoffleiste (43) besteht, an der zeilenförmig sphärische und/oder zylindrische Brechungsfiächen (46) ange¬ formt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die anamoφhotische Abbildungsoptik aus einer faseroptischen Linse besteht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die anamoφhotische Abbildungsoptik aus einer Fresnelllinse, insbesondere mit einer streifenförmigen Unterteilung der Abbildung quer zur Bewegungsrichtung der Bahn, besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechnungsindex der anamorphotischen Integrationsoptik veränderbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 10 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Ortsverschiebung der Integrationsoptik Piezoverstellelemente vorhanden sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik ein mehrlinsiges System von zwei Zylinderlinsen ist, in welches die Integrationsoptik integriert ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit einem Abdeckglas abgedeckt ist, welches als Integrationsoptik ausgestaltet ist, z.B. in Form einer Zylinderlinse.

20. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterlinse als Element der Integrationsoptik ausgeführt ist.

21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungleichförmige Verdichtung bzw. Integration erfolgt zur verstärkten Her¬ vorhebung bestimmter Abbildungsbereiche der Bahn für angepaßte Linsen, ins¬ besondere von Randzonen der Bahn.

22. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, - daß hinter der Fensterlinse ein Graufilter mit einem vorgegebenen Grau wertverlauf angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,. daß mehrere Sensoren nebeneinander bei gleichen Abbildungsmaßstäben ange¬ ordnet sind und jede Zeile ein Bildsignal liefert.