DE19643406A1 - Oberflächendetektionssystem für Warenbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberflächendetektionssystem für Warenbahnen, insbesondere Warenbahnen aus Textilmaterial, Blechen, Laminaten oder Holzmaterial, nach dem Obergegriff des Anspruchs 1, sowie ein Onlineverfahren zum Feststellen von Fehlern in Warenbahnen nach dem Obergriff des An­ spruchs 17.

Bei Warenbahnen kommt es häufig zu Materialfehlern sowie fortlaufenden Produktionsfehlern. Diese Fehler werden zum Teil nicht rechtzeitig erkannt und durchlaufen mehrere weitere Produktionsschritte, bevor der Fehler entdeckt wird. Der dadurch entstehende Schaden ist beträchtlich. Es ist bekannt, die Warenbahnen visuell zu überwachen. Diese Tätigkeit -in der Textilindustrie Warenschau genannt - stellt hohe Anforderungen hinsichtlich der Konzentrations­ fähigkeit der Person, der die Ware betrachtet. Die visuel­ le Warenschau ist daher immer noch fehlerbehaftet und er­ möglicht nur eine geringe Geschwindigkeit der Warenbahnen.

Bekannte automatische Verfahren zur Oberflächeninspektion tasten die Warenbahnen mit CCD-Zeichenkameras ab. Der Be­ leuchtungswinkel ist relativ zu dem kamerabedingten Be­ trachtungswinkel unterschiedlich, wodurch Fehler nicht oder nur schwer erkennbar werden. Die Auswertung der Bild­ information erfordert bei hoher Auflösung und einer schnellen Online-Messung eine extrem hohe Rechnerleistung. In der Praxis sind hohe Kamerastative notwendig, die exakt justiert werden müssen und die außerdem die Maschinenvi­ bration ausgleichen müssen. Dieses bekannte Verfahren kann keine Höhenprofile messen. Ein weiterer Nachteil besteht in der begrenzten Auflösung einer einzelnen CCD-Kamera, bzw. bei Einsatz mehrerer Kameras in der hohen erforder­ lichen Rechnerleistung.

Ein weiteres bekanntes Verfahren tastet die Warenbahnen mit Laserstrahlen ab. Dieses Meßverfahren kann nicht für schnelle Online-Messungen verwendet werden und ist hin­ sichtlich der Justage sehr aufwendig, benötigt viel Platz und verursacht hohe Kosten. Weitere Nachteile bestehen in der schlechten Empfindlichkeit an den Rändern und in der zu geringen Auflösung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ober­ flächendetektionssystem zu schaffen, das eine schnellere und einfachere Fehlerauswertung bei reduziertem Rechner­ aufwand ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der An­ sprüche 1 und 17.

Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, daß über die Breite der Warenbahnen nebeneinander angeordnete opti­ sche Elemente die Warenbahnen linienförmig abtasten, wobei die Signale mehrerer optischer Elemente durch optische Integration einem Detektor der Auswerteeinheit zugeführt ist.

Durch Signalintegration von mehreren optischen Bildauf­ nahmepunkten der einzelnen optischen Elemente auf einen Detektor kann bei hoher Auflösung des Meßsystems die Zahl der zu verarbeitenden Meßsignale erheblich reduziert wer­ den. Auf diese Weise lassen sich bei hoher Auflösung hohe Meßgeschwindigkeiten realisieren.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Oberflächendetek­ tionssystems bestehen in der universellen Einsetzbarkeit.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die optischen Elemente über Lichtwellenleiter mit den Detektoren verbunden sind. Der Einsatz von Lichtwellenleitern ermöglicht es, die elektronische Auswerteeinheit an einem geschützten Ort unterzubringen und die Beleuchtung und Detektion unter extremen Umgebungsbedingungen zu realisieren.

Die lichtempfangenden optischen Elemente können auch nur aus Lichtwellenleitern bestehen.

Beleuchtungseinheiten können z. B. sein: LED-Zeilen, Licht­ wellenleiterzeilen, die Licht einer Leuchtdiode (LED), Laserdiode (LD) oder Lampe auf die Oberfläche führen. Detektoren können z. B. sein: Empfangsdiodenzeilen, CCD-Arrays oder Lichtwellenleiterzeilen, die die Lichtsignale auf Empfangsdioden (-zeilen) oder CCD-Arrays leiten. Be­ leuchtungseinheiten und Detektoren können auch mit opti­ schen Komponenten, wie z. B. Linsen, Hologrammen, binären Optiken oder Hybridgebilden aus klassischen Linsen und Binäroptiken versehen sein oder Glasfasern können auch an der Oberfläche speziell bearbeitet sein (z. B. konvexe oder konkave Oberfläche, angeschmolzene Linsen oder hologra­ phisch aufgebrachte Strukturen).

Die Beleuchtungseinrichtung besteht aus linienförmig an­ geordneten lichtemittierenden Elementen. Die linienförmig angeordneten lichtempfangenden Elemente nehmen das Licht der linienförmigen Beleuchtungseinrichtung auf, wobei die Winkelstellung der lichtemittierenden zu den lichtempfan­ genden Elementen gleich ist.

Vorzugsweise bestehen die lichtemittierenden Elemente aus Lichtwellenleitern, die das Licht von einer Lichtquelle auf die Warenbahnen leiten. Hierzu können Licht- oder Laserdioden verwendet werden. Die Verwendung von LED-Dio­ den, Photodioden und Lichtwellenleitern erhöht in hohem Umfang die Standzeit und die Langzeitstabilität. Die LEDs (Leucht-Dioden) sind als Sensoren rauscharm, wodurch die Empfindlichkeit erheblich gesteigert werden kann.

Die Beleuchtungseinrichtung ist bevorzugt auf der Obersei­ te der Warenbahn angeordnet, kann aber auch im Fall von Durchlichtmessungen auch auf der Unterseite der Warenbahn angeordnet sein.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die lichtempfangenden und/oder lichtemittierenden Elemente auf einer gemeinsamen, sich quer über die Bahnbreite der Warenbahn erstreckenden Schiene angeordnet. Dabei sind Be­ leuchtungs- und Betrachtungswinkel aufeinander abgestimmt. Die gemeinsame Anordnung der lichtempfangenden Elemente und der Beleuchtungseinrichtung auf einer Schiene ermög­ licht den Einsatz des Oberflächendetektionssystems selbst unter engen Platzverhältnissen. Eine derartige Schiene kann in einfacher Weise über einer Warenbahn befestigt werden. Die lichtempfangenden und/oder lichtemittierenden Elemente können parallel oder unter einem gegenseitigen Winkel von ca. 12° bis 30°, vorzugsweise 20° bis 24°, verlaufen.

Die Ausgangssignale der Detektoren an die elektronische Auswerteeinheit bestehen aus 2-Bit-Signalen. Die Übertra­ gung von 2-Bit-Signalen ermöglicht eine schnelle Daten­ erfassung und Auswertung bei geringer Datenmenge. Die verringerte Datenmenge erlaubt eine komplette Datenspei­ cherung und Protokollierung auf derzeit üblichen Personal-Computer.

Auf 1 cm Bahnbreite können 1 bis 60 Detektoren vorgesehen sein.

Je ein Detektor kann beispielsweise das Summensignal auf einer Warenbreite von ca. 0,05 cm bis 2 cm erfassen.

Die Gesamtabtastrate der Detektoren beträgt ca. 2 bis 10 MHz, vorzugsweise ca. 5 MHz.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Oberflächendetektionssystem für eine textile Warenbahn mit linienförmig angeordneten licht­ empfangenden Elementen und einer linienförmig angeordneten Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 2 das Oberflächensystem der Fig. 1 in Pfeilrich­ tung II gesehen,

Fig. 3 eine alternative Anordnung der lichtempfangenden und lichtsendenden Elemente, und

Fig. 4 eine Komparatorschaltung der elektronischen Aus­ werteeinheit.

Das Detektionssystem kann eine automatisierte Warenschau durchführen, bei der z. B. Gewebefehler, Löcher oder Erhe­ bungen feststellbar sind. Desweiteren können Fadenverzüge, Fadenverschiebungen, Stoffarten, Fadenwiederholfrequenzen detektiert werden.

Die Warenbahn 1 wird mit einer vorgegebenen Geschwindig­ keit bewegt. Eine über der Warenbahn 1 angeordnete linien­ förmige Beleuchtungseinrichtung 2 aus mehreren lichtsen­ denden Elementen 10 und eine optische Abtasteinrichtung aus mehreren nebeneinander angeordneten lichtempfangenden optischen Elementen 4 ist oberhalb der Warenbahn 1 mit winkelmäßigem oder parallelem Abstand zu den lichtsenden­ den Elementen 10 angeordnet, wobei die optischen Elemente 4 die Warenbahn entlang der linienförmigen Beleuchtung abtasten. Die Signale von mehreren lichtempfangenden opti­ schen Elementen 4 werden zusammengefaßt und jeweils einem Detektor in der elektronischen Auswerteeinheit 16 als 2-Bit-Signale zugeführt.

Die Beleuchtungseinrichtung aus linienförmig angeordneten lichtemittierenden Elementen 10 kann aus Lichtwellenlei­ tern 12 bestehen, die das Licht von einer oder mehreren Lichtquellen 6, z. B. LED's, auf die Warenbahn 1 leiten.

Dabei können die lichtemittierenden Elemente 6 aus LED- oder Laserdioden und die Detektoren 4 aus Photodioden be­ stehen.

Alternativ können die lichtempfangenden Elemente 4 ober­ halb der Warenbahn 1 und die zeilenförmige Beleuchtungs­ einrichtung 2 unterhalb der Warenbahn 1 für Durchlicht­ messung angeordnet sein.

Bei oberhalb der Warenbahn 1 angeordneter Beleuchtungsein­ richtung 2 kann diese gemeinsam mit den lichtempfangenden Elemente 4 auf einer sich quer über die Bahnbreite der Warenbahn 1 erstreckenden Schiene angeordnet sein, wobei die lichtempfangenden und die lichtsendenden Elemente 4, 10 auf einem bestimmten Abstand der Schiene von der Warenbahn 1 justiert sind. Die lichtempfangenden Elemente 4 können relativ zu den lichtemittierenden Elementen 10 unter einem Winkel von 0° (Fig. 1) oder von ca. 12° bis 30°, vor­ zugsweise 20° bis 24° (Fig. 3), verlaufen.

Bis zu 60 lichtempfangende Elemente 4 können je cm Bahn­ breite vorgesehen sein, wobei ein Detektor das Summensi­ gnal der von mehreren lichtempfangenden Elementen 4 auf einer Bahnbreite von ca. 0,05 cm bis 2 cm erfaßt. Bei einer Bahnbreite von 2 m werden beispielsweise lediglich 200 Detektoren in einer oder mehreren Auswerteeinheit 16 benötigt. Die Detektoren bestehen beispielsweise aus Pho­ todioden, auf die Lichtsignale der lichtempfangenden Ele­ mente 4 gruppenweise zusammengefaßt werden. Bis zu 60 Signale der lichtempfangenden Elemente können auf eine Photodiode geleitet werden, z. B. mit Hilfe der Lichtwel­ lenleiter 12.

Den aus einer Photodiode bestehenden Detektoren können Lichtwellenleiter, Linsen, holographische Elemente, Binä­ roptiken oder hybride Systeme aus den vorgenannten Elemen­ ten vorgeschaltet sein. Die lichtempfangenden optischen Elemente können beispielsweise auch aus Linsenarrays be­ stehen. Die durch die optische Signalintegration erziel­ bare elektronische Signalreduktion ermöglicht es, die auszuwertende Datenmenge erheblich zu reduzieren, ohne die Auflösung zu verschlechtern.

Das von den Detektoren erzeugte Summensignal 20 wird über einen Tiefpaßfilter einer Komparatorschaltung 18 zugeführt und hinsichtlich Dickstelle, Loch- oder Normalzustand überprüft. Das Ergebnis wird als 2-Bit-Signal weitergelei­ tet.

Fig. 4 zeigt eine Komparatorschaltung 18 der Auswerteein­ heiten 16. Je eine Komparatorschaltung 18 ist für einen Detektor vorgesehen. Die Komparatorschaltung 18 erhält das Summensignal 20 eines Detektors, das über einen Vorver­ stärker 22 zwei Komparatoren 24, 26 zugeführt werden, in denen das verstärkte Signal gegen einen oberen bzw. unte­ ren Schwellenwert verglichen wird. Als Ergebnis wird ein 2-Bit-Signal erzeugt. Beispielsweise ist der Normalzustand bei der ersten Komparatorschaltung 24 logisch 0, um Dick­ stellen messen zu können, während bei der weiten Kompara­ torschaltung 26 der Normalzustand logisch 1 ist, um Löcher detektieren zu können.

Das beschriebene Oberflächendetektionssystem weist eine hohe Standzeit auf. Die Zahl der Fehlalarme kann reduziert werden, wobei aufgrund der Datenreduktion die Insprek­ tionsgeschwindigkeit der Warenbahn 1 auf beispielsweise 40 m/min erhöht werden kann.

Claims (18)

1. Oberflächendetektionssystem für eine Warenbahn (1), mit einer Beleuchtungseinrichtung (2) für die Waren­ bahn (1) und einer optischen Abtasteinrichtung, die quer zu der in Längsrichtung bewegten Warenbahn ver­ läuft, und deren Signale an eine elektronische Aus­ werteeinheit (16) übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abtasteinrichtung aus über die Brei­ te der Warenbahn (1) linear nebeneinander angeord­ neten lichtempfangenden optischen Elementen (4) be­ steht, die die Warenbahn linienförmig abtasten, daß die elektronische Auswerteeinheit (16) mehrere je­ weils einem Abschnitt der Bahnbreite zugeordnete Detektoren aufweist, und daß die Signale mehrerer Elemente (4) durch optische Integration jeweils einem der Detektoren der Auswerteeinheit (16) zuführ­ bar sind.

2. Oberflächendetektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (4) bei­ spielsweise über Lichtwellenleiter mit den Auswerte­ einheiten (16) verbunden sind.

3. Oberflächendetektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (4) aus Lichtwellenleitern bestehen.

4. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (4) aus Linsenarrays, holographischen Ele­ menten, Binäroptiken oder hybriden Systemen aus vor­ genannten Elementen bestehen.

5. Oberflächendetektionssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Detektoren (4) Linsen, holo­ graphische Elemente, Binäroptiken oder hybride Sy­ steme aus vorgenannten Elementen vorgeschaltet sind.

6. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuch­ tungseinrichtung aus linienförmig angeordneten licht­ emittierenden Elementen (6) besteht.

7. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemit­ tierenden Elemente aus Lichtwellenleitern bestehen, die das Licht von einer Lichtquelle auf die Warenbahn (1) leiten.

8. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemit­ tierenden Elemente (6) aus LED- oder Laserdioden und die Detektoren (4) aus Photodioden bestehen.

9. Optisches Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung auf der Oberseite der Waren­ bahn (1) angeordnet ist.

10. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuch­ tungseinrichtung für Durchlichtmessungen auf der Unterseite der Warenbahn (1) angeordnet ist.

11. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfan­ genden optischen Elemente (4) und/oder lichtemittie­ renden Elemente (6) auf einer gemeinsamen, sich quer über die Bahnbreite der Warenbahn (1) erstreckenden Schiene angeordnet sind.

12. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemp­ fangenden optischen Elemente (4) und/oder lichtemit­ tierenden Elemente (6) unter einem gegenseitigen Winkel von ca. 12 bis 30°, vorzugsweise 20 bis 24°, oder parallel verlaufen.

13. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelsi­ gnale der Detektoren an die elektronische Auswerte­ einheit aus 2-Bit-Signalen bestehen.

14. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ca. 1 bis 10 Detektoren (4) je cm Bahnbreite vorgesehen sind.

15. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Detektor das Summensignal von 10 bis 60 der lichtempfangenden Elemente (4) erhält.

16. Oberflächendetektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtabta­ strate der Detektoren ca. 2 bis 10 MHz, vorzugsweise ca. 5 MHz, beträgt.

17. Onlineverfahren zum Feststellen von Fehlern in Waren­ bahnen durch Beleuchten der bewegten Warenbahn, durch optisches Abtasten der beleuchteten Oberfläche der Warenbahn und durch Übertragen der Abtastsignale an eine elektronische Auswerteeinheit zum Erzeugen einer Fehlermeldung, gekennzeichnet durch das Abtasten der Oberfläche mit nebeneinander angeordneten optischen lichtempfangenden Elementen, die jeweils einen Teil der Warenbahnbreite erfassen und durch das Sammeln der elektronischen Signale mehrerer Detektoren in mindestens einer zugeordneten Auswerteeinheit, wo-bei jeder Detektor das Signal mehrerer lichtempfangender optischer Elemente (4) durch optische Integration erhält.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale des Detektors einer Komparatorschal­ tung zugeführt werden und als 2-Bit-Signale an die elektronische Auswerteeinheit weitergeleitet werden.