DE1573946A1 - Gleichmaessiges Ausleuchten und Ableiten von Reflexlicht von anderen als zentrischen Messstellen - Google Patents

Description

• Gleichmäßiges Ausleuchten und Ableiten von Reflexlicht von anderen als zentrischen-Meßetellen._ - - - - - - -Die Erfindung bezweckt das Reflexlicht-Meßverfahren, auch als Remmissionsmeßverfahren bezeichnet, soweit zu verbessern, daß es zum kontinuierlichen Meßen und Prüfen von breiten Materialbahnen i uneingeschränkt eingesetzt werden kann.
• Seit Jahren wird versucht, Materialbahnen großer Breiten elektronisch zu überwachen, zu prüfen und nach Fehlern zu untersuchen. Bei weißen Papierbahnen ist dies auch teilweise möglich geworden, jedoch nicht bei farbigen Materialien, wie sie in der Kunststoff-und Textilindustrie erzeugt werden.
• Bisher sind Methoden bekannt geworden, die mittels langfeldleuchten ein ungerichtetes Licht erzeugen, das von bewegten Bahnen reflekitert an seitlichen Fotozellen aufgenommen wurde. Um die Langfeldleuchten und die Meßfühler(Fotozellen,-Widerständen u.a.) wurde eine U-förmiges Gehäuse montiert, um Fremdlicht abzuhalten.
• Diese Methode hat den Nachteil, daß zu einem guten R#f elxlicht auch intensive Leuchten gehören. Eine Langf eldleuchte kann jedoch, am Glas des Leuchtkörpers genießen, nur ca. 18 000 Lux erzeugen. Ferner entsteht durch das ungerichtete Licht so viel Streulicht, daß die Fehlersignale davon überdeckt werden.
• Eine weitere Methode verwendet eine lichtintegrationsröhre, mit einem schmalen Spalt als Meßstelle. Da diese Methode Fotoelemente mit einer Empfindlichkeit über die ganze speltrale Breite verwenden, sind Farbkontrollen möglich, die jedoch in der Fahrgeschwindigkeit nicht weit über den statischen Meßvergang hinauskommen. Diese Methode hat aber auch den Nachteil der zu geringen Lichtmenge auf der Prüffläche, sodaß die Fehlersignale gleichfalls vergrauen und nur als Rauschen auftreten.
• Eine weitere Methode ist jene, die einen starken Richtstrahl auf ein rotierendes Spiegelrad werfen, den Strahl sodann auf weitere Spiegel umlenken und zuletzt in eine Zylinderlinse welche auf dem Prüfgut aufliegt, diese Durchdringt und einen neflexstrahl erzeugt, welcher fast gen ganzen Weg wieder zurücklegen muß.
• Durch dieses freie Strahlen in der Atmosphäre nimmt jedGch vier Lichtstrahl so stark ab, daß die reflektierten Strahlen nur noch einen geringen Informationswert besitzen, ja für farbiges und damit dunkleres Material nicht geeignet sind. Auch für die Fahrgeschwindigkeit des Prüfgutes ist die eer tastende Lichtstrahl eine Hemmung, denn über eine bestimmte Geschwindigkeit hinaus, läßt sich diese Arbeitsweise nicht einsetzen, weil sonst die Abtastreihen zu weit auseinander zu liegen kommen. Somit bleibt für eine wirkliche Farbkontrolle nur das bisher bekannte Meßverf ghren unter Einsatz der passenden Meßfühler und nach Ausschaltung der bekannten Mängel.
• Einer der größten Mängel der heflexlichtmethode ist auch die Erwärmung des Meßgehäuses. Infolge der auftretenden Inf rarotstrahlung an den erwähnt sich die Luft in dem Metgehäuse so weit, daß die gleichfalls vorhandenen Meßfühler(Fotozellen u.a.) ihre elektrischen Werte ändern. Dies hat zur Folge, daß diese Geräte beim Beginn der Arbeiten häufig nachjustiert werden müßen,aber auch beim Dauei-1)etri. Db spätere Schwankungen auftreten.
• Da das Licht im Quadrat seiner Entfernung vom Strahler zum Meßfühler abnimmt, ist es nicht mö,;lich nach den bekannten Methoden kleinere Fehler zu erfaßen. Durch die nicht zu umgehende Fläche der MeBfühler ist es erforderlich, daß die Meßfühler in einem Abstand zur Meßfläche angeordnet werden, die bewirkt, daß die auftretenden Fehlersignale nicht als deutliches Signal aufgenommen werden können. Die Fehlersignale werden durch das Streulicht der Materialbahn und des ungerichteten Lichtes der langfeldleuchten fast restlos überlagert. Nur bei großen deutlichen Fehlern ist ein Ansprechen gegeben, oder aber bei allmählichen Farbverschiebungen über die ganze Meßfläche. Kleinste Foto-Meßfühler müßten jedoch so zahlreich angeordnet werden, daß es nichtmehr wirtschaftlich wäre diese Anordnung herzustellen. Hinzu kommt hierbei auch die wechselnde Güte und dementsprechendendiff erenzierenden elektrischen Werte die untereinander nicht anzupassen wären. Luftzug und unterschiedliche Kühlung würzte die ganze Anlage wieder umwerfen.

  Demzufolge hat eine weitere Liethode die Ableitung des Reflexlichtes

  dadurch teilweise gelöst, ddb man einer. slasleitstab verwendete,

  ,iiese:u einen seitlichen V-ähnlichen Einschnitt machte, um darin

  einfal ierlde Licht aufzunehmen. Auch mittels eines Stabes mit

  Kleinem Wulst versuchte man beizukommen.

  ;a aieses Verfahren jedoch auch nur Langfe131euchten zur Ausleuchtung

  ,ich 1#eijste:.e verwendet, beeinflußt das ungerichtete Licht dieser

  Leuchten auch die Brauchbarkeit dieser :4etlicde. Ein bestimmter

  Fehlerreflex kann auch, wie bei anderen Niethoden nur durch groß-

  i';äcc.i#-e Fehler erneu f.-t werden. Da der Glasleitatab durch seine

  run,ie form in seinen Oterfiächen-ausmaßen gleichfayls zu grob ist,

  :Inl.:rerl alle Fehler die kleiner sind als der halbe Durchmesser .fieses

  ilasle:tstabes ohne Fehlersignal passieren. hur als reine Loch-

  --.3-11 Leim Durchleulteverfahren ein zffekt vorhanden.

  leim giasie;*stat mit V-Aus-chnitt erfolgt jedoch immer Doppelimpuls

  du 3:;s Licht nur beim senkrechter. Auftreffen auf die Fläche in den

  ;laslicle1.leitstet endringen kain. Da das Langfeldieuchten-Licht

  einen grozen Streuwinke; auch hinter der Materialbahn hat, tritt

  L.-,ht beteits auf die eine Fläche beim häherkommez, an den Licntleit-

  stab, das 3; eiche wiederholt sich beim Ablaufen des Fehlers.

  Die runde Wulst auf dem Leitstab ,;euer Methode er::eu,@t dagegen einsa

  lani anhaltenden Fehlersignal, da d_;a Streulichtlschcn vor dorr An-

  kommen-an den Leitstab in den Wulst eindringen kar::.. Fei den verspie-

  gelter. Röhren erfolgt durch der. rec#:twir.kliEen Eit:fall des Lichtes

  in den Leit stat eine Fortpflanzung bzw. Totalreflexion in teuer.

  Richtungen ;:es Glasstabes. Die kurzwinkligen Ref lexicnen des Lichtes

  innerhalt der üohre und des Stabes ergeben kein deutlich=es ü@"Iial

  am Meßfühler, sondern nur ein änsci:weliei: ses Störsignals und ein

  allmähliches 4bklingen. Ist das eine E:Je des Licht;eitstates ver-

  spiegelt, kcmmt von dort später i:ccl=al s ein Lici_tiz"ruls mit Verzögert

  ung, soda,# kein sauberes Fehlersignal vorhanden ist. Bei der Verwend=

  Jung von fosphcriszierensen Medien ist nur ein Imluis bei Löchern

  also kurzzeiii#en starken Lichteinfl;ißen zu erwarten, aber Keine

  Erfaßung von kleinen Fehlern oder Verunreinigungen.

  Um diese :.iän gel abzustellen, wie

  Hitze im Meßgehäuse, gerichtetes Licht, intensive .Leleuchturg

  von einigen anderttausend Lux, Ableitung des Reflexlichtes verlust-

  fr ei, räumliche Trennung der jieizfühler vcm Leuchtkörper zur V eri;.ei Jung

  von ::itzestörungen ist nur der Einsatz, vor. yi.cr:tleitplatte. und

  Lichtleitf,:sern erfclgv erspreche:is.

  Zur Wirkungsweise der hier verwendeten Lichtleitfasern ist von folgenden Gedanken auszugehen.
• Auf Blatt 2, Fig.1 ist eine Materialbahn mit einem als Erhebung dargestellten Fehler aufgezeichnet. Flecken die keine Erhebungen erzeugen, können jedoch nach denselben Gesichtspunkten bewertet werden. Das auf eine Materialbahn fallende Prüflicht, erzeugt eine dem Farbton entsprechende Helligkeit. Ein Fehler der sich als Farbverschiebung auswirkt hat eine andere Parbhell*gkeit als das umliegende Material. Es wurde festgestellt, daß ein Fehlersignal nicht so sehr von seiner Intensität, sondern von seiner flächenausdehung abhängt. D.h. ein Fehler von einem Durchmesser von 5 mm ist oberhalb einer Meßfühlerentfernung von 5mm fast nichtmehr festzustellen. Grob gesagt, kann also ein Fehlersignal in einer Entfernung von 20 mm nur dann auftreten, wenn der Fehler nicht kleiner ist als 20mm. Eine sehr starke Helligkeitsdifferenz, also schwarzer Fehler auf weißem Papier, verschiebt diese Erkennbarkeit etwas, aber es geht ja auch darum, einsicheres Signal zu erhalten und nicht nur ein Rauschen. Hiervon ausgehend entscheiden alle die bekannten Verfahren gegen sich selbst, denn alle Methoden müßen das Reflexsignal, infolge der flächigen Ausdehung aus einer größeren Entfernung abnehmen, als die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zichtleitfasern.
• Blatt 2 Fig.2 zeigt deshalb auch auf, daß der Aufnahmespalt der Zichtleittasern je nach der Entfernung vom Prüfmaterial automatisch die Größe der Fehler bestimmt. Da in der Praxis eine Spaltbreite von-unter 1 mm ausreichend ist um deutliche Signale auf einen empfindlichen Meßfühler zu leiten, kann auch abgeschätzt werden, daß die Kontrollempfindlichkeit durch Renken oder Heben den Kontrollansprüchen angepaßt werden kann. Fig2, zeigt deutlich, daß je nach Fläche des Fehlers die zugeordneten Lichtleitfasern eines EIN DEUTLICHES Signal aufnehmen und weiterleiten. Da die verwendeten Licht leitfasern eine Feinheit von 30 bis 70 mikro aufweisen, ist erstmalig die Aufnahmefeinheit nach unten vollkommen. Je nach Empfindlichkeit des Meßfühlers wird hieraus die Auswertung vorgenommen werden können.
• Entsprechend den Gesetzen der Optik und des Lichtes, dringt das Licht in eine polierte Fläche nur direkt von vorn, d.h. senkrecht zur Fläche ein. Ein Streulicht, wie es in jedem Falle beim Reflexlicht-Meßverfahren auftritt, wird dadurch an den polierten Enden der Lichtleitfasern reflektiert.: Dadurch dringan die aufgenommenen Fehlersignal in fast gerader Richtung in die Seele der Lichtleitfasern ein und erleiden durch Reflexion innerhalb des-Lichtk:-leitmediums vernachläßigbare Verluste: Den gleichen Effekt erzeugt das deutliche Austreten des Lichtes am Ende des Licht leitfaser-Bündels. Die Polierte Fläche kann genau der Flächenstruktur des Meßfühlers angepasst werden. Durch das direkte Aufsetzen der Faserenden auf das Glas der Kathode, tritt auch beim Übergang des Lichtes vonnden Lichtleitfasern auf den Meßfühler kein nenneswerter Verlust ein..Hier würde ein Verlust nur dann auftreten, wenn diese Signale über eine gewisse frei in der Luft sich fortbewegen müßteg Blatt 2, Fig.3 zeigt den Meßkopf, bei der Verwendung von Licntleitfasern für das Meßlicnt und'das Reflexlicht. Ein evtl. Gehäuse zur Abschirmung des Fremdlichtes ist bei Verwendung von pulsierendem Licht nichtmehr notwendig, oder höchstens als Schutz .ohne lichttechnische Bedeutung. Blatt 2, Fig.4 zeigt prinzipiell die.Anordnung der Lichtleitfasern bei £inearer Aufnahme und runder , Bündelung vor dem Meßfühler. Diese Anordnung ist analog für den Fall, dass man Licht von einem Leuchtkörper abnimmt und der linearen Meßsstelle zuleitet. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ausgehend von dem Prinzip der Totalreflexion des Lichtes beim Auftreffen auf die Grenzflächen zweier unterschiedlicher Medien das Licht eines

  intensiv strahlenden Leuchtkörpers so in eine Gla4latte geleitet (3)

  wird, daß bei seinem Weg vorn. Strahler bis zur Meßstelle kein Leistungsverlust auftritt. Da gleichzeitig durch entsprechende Formung der Lichtleitplatte eine innere Reflexion das eingefallene Licht innerhalb der Platte so verteilt, daß an der Basis der Platte das Licht in einer Richtung gerichtet austritt, wird-eine vollkommene Ausleuchtung besonders von linearen Meßatellen erreicht. Zum gleichen Zweck können auch Lichtleitfaserl auch Fibero-ptik genannt eingesetzt werden. Hierbei kann das Licht von allein Seiten des Leuchtkörpers abgenommen und über die wahllos formbaren Lichtleitfasern eine wunschgemäße Ausledchtung der Meßstellen erfolgen. Es ist hierbei möglich, die an des Leuchtkörper gemeßtne Lichtstärke von über 500 000 Lux/em2 fast ungeschwächt bis zur Meßstelle zu leiten und ca. 5 bis 10 mm über der Materialbahn austreten zu lassen. Die so intensiv ausgeleuchtete Meßstelle ergibt auch ein wesentlich besseres Fehlersignal. Trotzdem muss das vorhandene Licht ohne Verluste ebenfalls den Meßfühlern zugeleitet werden. Die in einer Spitze gebündelten Lichtleitfasern werden auf wenige Millimeter an die Materialbahn herangebracht. Tritt nun ein Fehler von 2 Millimetern Durchmesser auf, so wird dieses Signal sofort von den Lichtleitfasern aufgenommen und bis zum Maßfühler geleitet. Da die Lichtleitfasern Eingang plan geschliffen sind, nehmen sie nur das direkt vor ihnen auftretende Signal wallrund reflektieren selbst evtls. Streulicht. Unter diesen Umständen kann man diese Lichtleitfasern auch als Faseroptik bezeichnen, weil sie ähnliche Funktionen bei der Aufnahme und Weiterleitung des Reflexlichtes ausführen. Nie Vorteile der vorstehend geschilderten Vorrichtung bestehen darin, daß das Ref lexlicht-Meßverfahren nicht nur für weiße Papierbahnen oder statische Meßungen verwendet werden kann, sondern sich auch für farbige eignet. Da die Meßatelle unter Zwiathenachaltung von Lichtleit-Platten-oder-Fasern mit hohen Luxwerten.über die ganze Prüfbreite gleichmäßig ausgeleuchtet werden kann, erzeugen die auftretenden Fehler deutliche Fehlersignale im Reflexlicht. Das Reflexlicht wird durch weitere Gruppen von Lichtleitfapern an der Meßstelle abgenommen und gelangt dadurch verlustfrei auf die betr. Meßfühler. Die Meßfühler besehen immer aus Eleäenten deren Empfindlichkeit über den ganzen sichtbaren Bereich des Spektrum reicht.
• Die Vorrichtung hat den Vorteil, daß die an den hochintensiv brennenden Leuchtkörpern entstehende Hitze weder auf die Meßstelle kommt, noch die elektronischen Werte der Meßfühler beeinflußen kann, da durch das Zwischenschalten von Lichtleitkörpern diese Elemente räumlich von einander getrennt untergebracht sind.
• Ein weiterer Vorteil ist, daß die Aufnahme-Empfindlichkeit von Fehlersignalen durch die Öffnungen der Lichtleitfasern, durch das Annähern oder Fortbewegen von der Meßstelle dem Prüferfordernis entsprechend eingestellt werden kann. Bei Verwendung von moduliertem Licht wird zusätzlich der Einf luß von Fremdlicht auf das Meßergebnis ausgeschaltet.Bei Verwendung von unmoduliertem Licht kann durch das Einfügen einer Flügelblende zwischen die Leitfaserbündelung und der Oberfläche des Meßfühlers, das Licht zerhackt und dadurch eine unkomplizierte Wechselstromverstärkung ermöglicht werden.
• Durch die Verwendung von entfärbtem Glas oder Kunststoff für die Lichtleitelemente erhalten die Meßatellen keinen-Farbstich, wie auch ütrdas'abgeführte Ref lexlicht zu reinen Farbvergleichen verwendet Werden kann.
• Als weiteren Vorteil kommt noch hinzu, daß durch die intensive Beleuchtung der Meßstelle, alle Fehlet die sich als Helligkeitsverschiebung bemerkbar machen(Löcher,Verunreinigungen,Falten u.s.w.) mit nur e i n e a MeBwertaufnehmer auskommt, aodaß Kompensationsströme ausgeschlossen sind, wie auch der technische Aufwand vereinfach wird.

Claims (1)

1. Patentansprüches 1.) Vorrichtung zum gleichmäßigen-Ausleuchten von linearen MBßatellen und verlustfreier Ableitung von Reflexlicht dadurch ausgezeichnet, daß das Lichteines leud.htkörpers über Wärmefilter von starker Infrarotstrahlung gereinigt in eine Glasoder Kunststoffplatte geleitet wird, welche als licntleitplatte wirkt, durch innere Totalreflexion das licht bis zur Basis der Platte leitet, dort austreten läßt und die Melstelle in der vorgesehenen Form intensiv ausleuchtet, sodann mittels Lichtleitfasern das entstehende Reflexlicht, welches in Richtung der Seelenachse auftrifft verlustfrei bis zum nachgeschalteten Meßfühler leitet, wo= es mit größtmöglichem Infomrationswert auftrifft. 2.) Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch ausgezeichnet, daß, die Meßstellenausleuchtung auch mittels lichtleitfasern vorgenommen werden kann, welche iranz-oder Ringförmig um einen -Körper unter Zwischenmontage eines Wärmefilters montiert wdrden, um auch nichtlineare oder lineare Meßetellen gleichmäßig ausleuchten zu können. 3') Vorrichtung nach Anspruch.1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßstellenausleuchtutg neben einem monolitischen Licht such ein mittels Impulslampen moduliertes licht verwendet wirden kann, um Fremdlichteinflüße auszuschalten. 4.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von monolitischem Licht,gwischen ' die Endbündelung der Reflexlicht-Zeitfasern und der Kathode des Meßfühlere, eine Flügelblende zur Zerhackung des Lichtes angeordnet werden kann, um dadurch einen Wechsel-Meßstrom zu erzeugen. Berücksichtigte Patentes ausländisches Amerikanische Patentschrift Nrs3 019 346 Nrs3 105 151. Britische Patentschrift Nrs 857 751 Deutsche Patentschriftens 908 418 1 185 840 Auslegeschrift 1 207 103 1 211 421 Fatentanmeldung Nrs W 40 202 IXb/42 k