DE19801783A1 - Optischer Sensor zur Untersuchung der Eigenschaften eines langgestreckten oder strangförmigen Objektes - Google Patents
Optischer Sensor zur Untersuchung der Eigenschaften eines langgestreckten oder strangförmigen ObjektesInfo
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Description
Trotz des Einsatzes modernster Verfahren und Techniken in der
Fertigung strangförmiger Objekte unterliegt deren Durchmesser
immer gewissen Schwankungen, da sich die die Abmessungen des
Objektes beeinflussenden Parameter nie exakt einstellen
und/oder über einen längeren Zeitraum konstant halten lassen.
Falls man das strangförmige Objekt weiterverarbeiten oder mit
anderen Elementen verbinden will, darf der Objektdurchmesser
vorgegebene Grenzwerte allerdings nicht über- oder unter
schreiten. Vergleichsweise enge Dickentoleranzen sind bei der
Herstellung von Kupfer- und Lichtwellenleiteradern einzuhal
ten, da jede an einer Ader auftretende Verdickung den Abriß
des entsprechenden Verseilnippels im Bereich der Verseilein
richtung zur Folge haben könnte. In der Fertigung von elek
trischen und optischen Nachrichtenkabeln bedient man sich
deshalb sogenannter Knotenwächter, um den Durchlauf einer
Verdickung zu registrieren und die Anlage ggf. abzuschalten.
Neben den vergleichsweise unempfindlichen mechanischen
Knotenwächtern kommen zunehmend auch optische Dickenmesser in
der Fertigung zum Einsatz. Diese tasten das Meßobjekt mit
einem oder mehreren, jeweils senkrecht zur Objektlängsachse
eingestrahlten Lasersonden periodisch ab und werten die
daraus resultierenden Schattenkonturen mit Hilfe schneller
Prozessoren aus. Als Ablenkelemente für die Lasersonden
dienen rotierende Spiegel und sogenannte holographische
Gitter (Holix-Meßkopf der Fa. Targets-Systems Inc.). Optische
Dickenmesser besitzen trotz großer Abtastraten von bis zu 2
kHz eine sehr hohe Meßgenauigkeit. Sie sind allerdings
vergleichsweise komplex aufgebaut und teuer in der Anschaf
fung.
Die Erfindung hat einen optischen Sensor zur Untersuchung der
Eigenschaften eines langgestreckten oder strangförmigen
Objektes zum Gegenstand. Der Sensor soll es ermöglichen,
Anomalien und/oder Veränderungen der Oberfläche des mit hoher
Geschwindigkeit relativ zum Sensor bewegten Objektes zu
detektieren.
Mit Hilfe eines die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweisen
den Sensors lassen sich beispielsweise Verdickungen, Knoten,
Einkerbungen und Farbänderungen an elektrischen und optischen
Kabeln, Adern, Leitungen, Seelen, Bündeln, Seilen, verseilten
Elementen usw. während der laufenden Produktion schnell und
sicher nachweisen. Falls das zu prüfende Objekt eine transpa
rente Hülle besitzt, können auch oberflächennahe Einschlüsse
und Fremdkörper im Inneren des Objektes nachgewiesen werden.
Der Sensor besitzt keine bewegten optischen Elemente, also
insbesondere keine schnell rotierenden und nur schwer
justierbaren Ablenkelemente. Er ist kompakt aufgebaut, wenig
störanfällig, leicht zu warten und kostengünstig herzustel
len.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Sensors und einer ihm
zugeordneten Auswerteeinheit sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
Der optische Sensor wird im folgenden anhand der Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines optischen Sensors in
Seitenansicht;
Fig. 2 Teile des Sensorgehäuses im Querschnitt und in der
Seitenansicht;
Fig. 3 die dem optischen Sensor nachgeschaltete Auswerte
einheit;
Fig. 4 bis 6 jeweils das Ausgangssignal des Differenzverstärkers
und der monostabilen Kippstufe der Auswerteeinheit
des Sensors beim Durchlaufen einer eine Einkerbung
(Fig. 4), eine Unebenheit/Verdickung (Fig. 5) und
eine Farbmarkierung (Fig. 6) aufweisenden Bündel
ader;
Fig. 7 den schematischen Aufbau eines zweiten Ausführungs
beispieles eines optischen Sensors in Seiten
ansicht;
Fig. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sensorgehäu
ses in verschiedenen Ansichten;
Fig. 9 die dem in Fig. 7 dargestellten Sensor zugeordnete
Elektronik zur Auswertung der von den beiden Photo
dioden erzeugten Ausgangssignale;
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der in einem
Logikbaustein vorgenommenen Bewertung der Ausgangs
signale, welche von den den beiden Detektoreinrich
tungen des Sensors jeweils zugeordneten Auswerte
einheiten erzeugt wurden.
Der in Fig. 1 nicht maßstabsgetreu in Seitenansicht darge
stellte Sensor 1 besteht im wesentlichen aus einer Anzahl m ≧ 1,
jeweils Primärstrahlung 4 emittierenden Beleuchtungs
elementen 2/3, einem eine durchgehende Bohrung 6 aufweisenden
Gehäuse 5 und einer Anzahl n ≧ 1 Detektorelementen 7/8.
Letztere haben die Aufgabe, die an der Oberfläche, an ober
flächennahen Schichten oder im Inneren des zu prüfenden
Objektes 9 reflektierte und/oder gestreute Primärstrahlung 10
zu erfassen und deren Intensität zu messen. Als Prüfobjekt 9
kommt beispielsweise eine aus einer Kunststoffhülle und
mehreren darin angeordneten Lichtwellenleitern bestehende
Bündelader in Betracht, welche das Gehäuse 5 in Richtung der
Bohrungslängsachse 11 mit einer annähernd konstanten
Geschwindigkeit von typischer Weise v = 2-5 m/s berührungs
frei durchläuft.
Um die Oberfläche des Objektes 9 innerhalb eines nur wenige
mm breiten axialen Abschnittes allseitig zu beleuchten, wird
es gleichzeitig mit mehreren Primärstrahlungssonden 4 beauf
schlagt. Als sondenerzeugende Elemente finden beispielsweise
m = 4-20, insbesondere m = 8-12, Lichtwellenleiter 2 Verwen
dung, deren gehäuseseitigen Endstücke 2' jeweils auf die
Längsachse 11 der Bohrung 6 ausrichtet und unter einem Winkel
0° ≦ α ≦ 60°, insbesondere 0° ≦ α ≦ 30°, vorzugsweise 2° ≦ α ≦ 20°,
geneigt bezüglich der Bohrungslängsachse 11 in einem
kegelstumpfförmigen Kopfstück des Gehäuses 5 gehalten sind
(siehe auch Fig. 2).
Das Modul 3 enthält unter anderem eine als Photonenquelle
dienende Laserdiode (Ausgangsleistung typischerweise 2,5-5 mW),
die beispielsweise Licht der Wellenlänge λ = 570 nm in
die modulseitig gebündelten Lichtwellenleiter 2 einkoppelt.
Dies geschieht mit Hilfe eines an die lichtemittierende
Fläche der Laserdiode optimal angepaßten und aus dem Modulge
häuse herausgeführten Lichtwellenleiter-Verbindungsstückes
("Pigtail").
Die im Gehäuse 5 fixierten Endstücke 7' der beispielsweise
n = 4-20, insbesondere n = 8-12 detektorseitigen Lichtwel
lenleiter 7 sind jeweils auf die Längsachse 11 der Gehäuse
bohrung 6 ausgerichtet und radial beabstandet von ihr im
Bereich des Schnittpunktes der Längsachsen der sondenerzeu
genden Lichtwellenleiter-Endstücke 2', also in dem von den m
Primärstrahlungssonden 4 ausgeleuchteten Achsenabschnitt des
Gehäuses 5 angeordnet. In einer senkrecht zur Längsachse 11
der Bohrung 6 orientierten Ebene bilden die gehäuseseitigen
Endstücke 7' der Lichtwellenleiter 7 eine stern- oder ring
förmige Struktur (vgl. Fig. 2), wobei die Symmetrieachsen
benachbarter Lichtwellenleiter-Endstücke 7' jeweils den
Winkel Φ = 2π/n einschließen. Aufgrund ihrer Ausrichtung
erfassen die Lichtwellenleiter-Endstücke 7' im wesentlichen
nur die annähernd senkrecht zur Bohrungslängsachse 11 reflek
tierte oder gestreute Primärstrahlung 10 (im folgenden Sekun
därstrahlung genannt) und führen sie der als Intensitäts
messer dienenden Photodiode 8 in Form eines Bündels zu. Deren
der Sekundärstrahlungsintensität proportionales Ausgangs
signal bleibt, bis auf das unvermeidliche Rauschen, zeitlich
annähernd konstant, sofern die Oberfläche der das Gehäuse 5
durchlaufenden Objektes 9 keine die Reflexion, Streuung oder
Absorption der einfallenden Primärstrahlung 4 beeinflussenden
Anomalien aufweist. Erreicht hingegen eine Verdickung, ein
Knoten oder eine Einkerbung den ausgeleuchteten Bereich,
ändern sich der Einfalls- und Reflexionswinkel der Primär
strahlung 4 und damit auch die Intensität der erfaßten Sekun
därstrahlung 10 innerhalb einer von der Durchlaufgeschwindig
keit v des Objektes 9 und der Breite/Länge der Oberflächen
anomalie abhängigen Zeitspanne erheblich. Durch Vergleich der
jeweils gemessenen Sekundärstrahlungsintensität mit einem die
Normoberfläche definierenden Schwellenwert kann man so Ober
flächenanomalien mit Hilfe einer entsprechenden Auswerteein
heit nachweisen. Da auch ein Farbwechsel an der Oberfläche,
trotz gleichen Einfallswinkels α der Primärstrahlung 4, die
Sekundärstrahlungsintensität erhöht bzw. verringert
(schwächere bzw. stärkere Absorption der Primärstrahlung im
anders farbigen Bereich), sind Farbanomalien ebenfalls mit
Hilfe des Sensors 1 nachweisbar.
Wie die Fig. 2 maßstabsgetreu zeigt (alle Längenangaben in
mm), kann das beispielsweise aus Aluminium oder Edelstahl
gefertigte Gehäuse 5 des Sensors 1 aus einem zylindrischen
Mittelteil 51 (Fig. 2 oben) und zwei Verschlußstücken 52/53
bestehen. Das kegelstumpfförmig ausgebildete, eine Anzahl m = 8
Einfräsungen 12 aufweisende modulseitige Verschlußstück 52
ist hierbei in dem sich konusförmig erweiternden, ebenfalls
mit m = 8 Einfräsungen 12' versehenen Abschnitt der zentralen
Bohrung 6 des Mittelteils 51 angeordnet. Die Endstücke 2' der
quellenseitigen Lichtwellenleiter 2 werden in diese
Einfräsungen 12/12' eingeschoben und durch Verkleben befe
stigt oder mit Hilfe von Preßbuchsen lösbar fixiert. Der
Neigungs- bzw. Einstrahlwinkel beträgt im gezeigten Ausfüh
rungsbeispiel α = 20°.
Die im Mantel des mittleren Gehäuseteils 51 vorhandenen
Bohrungen 13 dienen der Aufnahme der Endstücke 7' der eben
falls n = 8 detektorseitigen Lichtwellenleiter 7. Entspre
chend der Anordnung dieser Bohrungen 13 im Gehäusemantel,
bilden die fixierten Lichtwellenleiter-Endstücke 7' eine
stern- oder ringförmige Struktur, deren Symmetrieachse mit
der Längsachse 11 der Gehäusebohrung 6 zusammenfällt (siehe
den im linken oberen Teil der Fig. 2 dargestellten Schnitt
durch den Mittelteil 51 entlang der Linie A-A').
Die Fig. 3 zeigt den optischen Sensor nochmals in stark
schematisierter Form sowie die dem Sensor zugeordnete, nur
auf Änderungen der Sekundärstrahlungsintensität ansprechende
Auswerteeinheit 14. Diese besteht beispielsweise aus einem
mit dem Ausgangssignal der Photodiode 8 beaufschlagen Vorver
stärker 15, einem Differenzverstärker 16, einem Komparator 17
und einer monostabilen Kippstufe 18. Letztere erzeugt immer
dann einen Ausgangsimpuls, wenn die Amplitude des die jeweils
gemessene Sekundärstrahlungsintensität repräsentierenden
elektrischen Signals am Eingang des Komparators 17 den durch
das Potentiometer 19 definierten Schwellenwert übertrifft.
Die dem Plus-Eingang des Differenzverstärkers 16 vorgeschal
tete Kapazität 20 hat die Aufgabe, die vergleichsweise lang
samen, durch eine Pendelbewegung des Objektes 9 im Sensorge
häuse 5 hervorgerufenen Schwankungen der Sekundärstrahlungs
intensität und die damit einhergehenden Signaländerungen zu
unterdrücken.
Wie die Fig. 4 bis 6 belegen, lassen sich Einkerbungen
(Fig. 4), Unebenheiten (Fig. 5) und Farbmarkierungen (Fig.
6) auf einer optischen Bündelader mit Hilfe des oben
beschriebenen Sensors 3 und seiner Auswerteeinheit 14
eindeutig nachweisen. Die Durchlaufgeschwindigkeit v der
untersuchten und jeweils zu einem Ring verklebten Bündeladern
im Sensorgehäuse 5 betrug jeweils v = 22 m/min. Dargestellt
sind jeweils die Ausgangssignale des Differenzverstärkers 16
(Kanal A eines Speicheroszilloskopes) und der monostabilen
Kippstufe 18 (Kanal B des Speicheroszilloskopes), wobei der
Abstand vertikaler Linien in den Diagrammen einem Zeitinter
vall Δt = 20 ms entspricht.
Die durch eine Einkerbung hervorgerufene Änderung der Sekun
därstrahlungsintensität läßt sich in dem in Fig. 4 darge
stellten Ausgangssignal des Differenzverstärkers 16 eindeutig
als nadelförmiger Ausschlag identifizieren. Vibrationen der
Bündelader 9 im Gehäuse 5 verursachen die in der Amplitude
3-5fach kleineren Signalschwankungen beiderseits des der Ein
kerbung zugeordneten Ausschlags. Wie gefordert, erzeugt die
monostabile Kippstufe 18 trotz des durch die Vibrationen der
Bündelader 9 verrauschten Signals nur einen, die Einkerbung
anzeigenden Ausgangsimpuls.
Beim Durchlauf einer Klebestelle liefert der Differenzver
stärker 16 ein vergleichsweise komplexes, starke Schwankungen
zeigendes Ausgangssignal (siehe Fig. 5), wobei die Klebe
stelle die größte Signaländerung erzeugt. Rechts und links
dieses der Klebestelle zugeordneten Maximums beobachtet man
zwei weitere, durch Pfeile markierte Ausschläge, welche durch
deutlich sichtbare Schattierungen vor und hinter der Klebe
stelle hervorgerufen wurden. Diese Schattierungen stammen von
grünen, in die Ader eingebrachten Papierstücken, die die
Aderfüllmasse etwas zurückdrängen und so für eine bessere
Haftung des Klebstoffes sorgen sollten. Der zweite Impuls der
monostabilen Kippstufe 18 ist wahrscheinlich auf einen an der
Ader haftenden Klebstoffrest zurückzuführen.
Um festzustellen, ob der Sensor auch auf Farbänderungender
Oberfläche anspricht, wurde eine gelbe, transparente Bündel
ader mit einer aus drei Farbstrichen bestehenden Markierung
versehen. Der Abstand benachbarter, senkrecht zur Bündel
längsachse 11 orientierten Farbstriche betrug jeweils etwa 6
mm. Da die Bündelader mit einer konstanten Geschwindigkeit
v = 22 m/s das Sensorgehäuse 5 durchlief, sollten die den
einzelnen Farbstreifen zugeordneten Impulse der monostabilen
Kippstufe 18 in einem zeitlichen Abstand von etwa 16 ms nach
einander auftreten. Wie die Fig. 6 zeigt, wurde dies experi
mentell bestätigt. Jedem Farbstreifen sind hierbei jeweils
Impulse zugeordnet, da die Kippstufe 16 sowohl auf anstei
gende als auch auf abfallende Signalflanken ansprach.
Der in Fig. 7 dargestellte optische Sensor unterscheidet
sich im wesentlichen nur dadurch von der bereits beschriebe
nen Ausführungsform, daß er eine ebenfalls der Erfassung der
Sekundärstrahlung 10 dienende zweite Gruppe von Lichtwellen
leitern 72 sowie eine der zweiten Lichtwellenleiter 72 zuge
ordnete Photodiode 82 aufweist. Die gehäuseseitigen Endstücke
72' der insgesamt n Lichtwellenleiter 72 sind axial beanstan
det von den gehäuseseitigen Endstücken 71' der Lichtwellen
leiter 71 angeordnet und diesen entsprechend bezüglich der
Bohrungslängsachse 11 ausgerichtet. Der Abstand der beiden
stern- oder ringförmigen Lichtwellenleiterstrukturen 71'/72'
liegt im Bereich einiger Millimeter, insbesondere bei d = 2-3 mm.
Wie die Endstücke 71' der ersten Gruppe von Lichtwellen
leitern 71 erfassen die Endstücke 72' der zweiten Gruppe von
Lichtwellenleitern 72 im wesentlichen nur die annähernd senk
recht zur Bohrungslängsachse 11 emittierte Sekundärstrahlung
10 und führen sie der Photodiode 82 ebenfalls in Form eines
Bündels zu.
Das Gehäuse dieses Sensors kann beispielsweise aus einem mit
einer Halterung 21 verschraubten, feststehenden Teil 22 und
einem drehbar gehalterten Teil 23 bestehen (siehe die in
Fig. 8 dargestellten Ansichten und Schnitte). Das obere
Gehäuseteil 23 ist hierbei an zwei um eine gemeinsame Achse
24 drehbaren Hebelarmen 25/25' befestigt. Da die parallel zur
Bohrungslängsachse 11 orientierte Drehachse 24 außerhalb des
Gehäuses liegt, läßt sich der mit den Hebelarmen 25/25'
verschraubte Gehäuseteil 23 entgegen der von einem Federele
ment 26 ausgeübten Rückstellkraft nach oben ausschwenken. Die
zweiteilige Ausführung des Gehäuses und dessen Trennbarkeit
in einer die Bohrungslängsachse 11 enthaltenden Ebene
erleichtert die Wartung des Sensors erheblich. Außerdem
stellt der Hebelmechanismus sicher, daß das Gehäuse beim
Durchlauf eines größeren Knotens aufklappt. Der Knoten kann
dann ungehindert am Sensor vorbeilaufen, ohne dessen Gehäuse
zu zerstören.
Im oberen linken Teil der Fig. 8 erkennt man die geneigt zur
Bohrungslängsachse 11 verlaufenden Gehäusebohrungen 27 zur
Aufnahme der das Objekt 9 beleuchtenden Lichtwellenleiter-
Endstücke 2' sowie die jeweils senkrecht zur Bohrungslängs
achse 11 orientierten, den beiden detektorseitigen Gruppen
von Lichtwellenleitern 71/72 zugeordneten Gehäusebohrungen
28.
Die Verwendung zweiter axial beabstandet voneinander angeord
neter Gruppen von Lichtwellenleitern 71/72 zur Erfassung der
vom Objekt 9 ausgehenden Sekundärstrahlung 10 verbessert die
Detektionsgenauigkeit des Sensors. So kann mit hoher Wahr
scheinlichkeit auf das Durchlaufen einer Anomalie der Ober
fläche des Objektes 9 geschlossen werden, wenn die den beiden
Gruppen von Lichtwellenleitern 71/72 zugeordneten Photodioden 81/82
jeweils eine Änderung der Sekundärstrahlungsintensität
registrieren und diese Intensitätsänderung innerhalb eines
vom axialen Abstand d der Endstücke 71'/72' der beiden Licht
wellenleitergruppen 71/72 im Sensorgehäuse sowie von der
Durchlaufgeschwindigkeit v des Objektes 9 abhängigen Zeit
spanne in der erwarteten Reihenfolge nacheinander auftreten.
Eine elektronische Schaltung 29 zur Bewertung der zeitlichen
Abfolge der von den beiden Photodioden 81/82 erzeugten
Ausgangssignale zeigt Fig. 9 in schematisierter Form. Jeder
der beiden Photodioden 81/82 ist wieder ein Vorverstärker
151/152, ein Differenzverstärker 161/162 und ein einen
Schwellenwert 191/192 definierender Komparator 171/172 mit
den bereits erläuterten Funktionen zugeordnet. Die von den
Komparatoren 171/172 erzeugten und im folgenden als Signal 1
und Signal 2 bezeichneten Ausgangssignale liegen an separaten
Eingängen eines von einem Signalgenerator 31 ("Clock") ange
steuerten programmierbaren Logikbausteins 31 an. Die durch
den Signalgenerator 30 vorgegebene, der Durchlaufgeschwindig
keit v des Objektes 9 im Sensorgehäuse 5 proportionalen Takt
frequenz beträgt beispielsweise f = 10 kHz.
Innerhalb eines der Zeitspanne δt = 0,1 ms entsprechenden
Taktes verschiebt sich das linksseitig in das Sensorgehäuse 5
eintretende Objekt 9 bei einer angenommenen Durchlaufge
schwindigkeit v = 300 m/min somit um die Strecke δs = v.δt = 0,5 mm
relativ zum Sensorgehäuse 5 und den die Sekundär
strahlung 10 erfassenden Lichtwellenleiter-Endstücken 71'/72'
(siehe Fig. 10a). Das vom Komparator 172 aufgrund des Durch
laufes einer Oberflächenanomalie erzeugte Signal 2 kann also
frühestens einer 5 Takte entsprechenden Zeitspanne δt = 0,5
ms nach dem vom Komparator 171 erzeugten Signal 1 am Eingang
des Logikbausteines 31 anliegen, sofern der axiale Abstand
der beiden Lichtwellenleiter-Strukturen 71'/72' im Gehäuse 5
wie angenommen d = 2,5 mm beträgt. Tritt Signal 2 bereits
δt ≦ 0,5 ms, insbesondere δt ≦ 0,4 ms nach Signal 1 auf, liegt
offensichtlich eine Störung vor. Gleiches gilt, wenn Signal 2
erst nach Ablauf einer Zeitspanne δt ≧ 0,5 ms + τ (τ = 0,1-0,2 ms)
am entsprechenden Eingang des Logikbausteines 31
anliegt.
Wie in Fig. 10b schematisch dargestellt, enthält der
programmierbare Logikbaustein 31 mehrere, jeweils vom Signal
generator 30 angesteuerte Zähler 41/42/43, wobei Signal 1 den
Zähler 41 startet. Tritt innerhalb der nächsten 4 Takte ein
Signal 2 auf, erzeugt der Logikbaustein 31 kein Ausgangs
signal, da es sich um eines Störung handeln muß (siehe oben).
Erreicht der Zählerstand hingegen Z(41) = 4 (4 Takte:= 0,4 ms
bzw. 2 mm) und liegt noch kein Signal 2 an, wird Zähler 42
aktiviert. Es erfolgt wiederum keine Reaktion des Logikbau
steins 31, falls der Zählerstand Z(42) = 3 (3 Takte:= 0,3 ms
bzw. 1,5 mm) erreicht, ohne daß Signal 2 auftrat. Ist die
Bedingung {Z(42) = 3/Signal 2 vorhanden} hingegen erfüllt,
erhöht sich der Zählerstand des Zählers 43 mit jedem Takt von
Z(43) = 0 um jeweils eine Einheit, um schließlich bei
Z(43) = 260 (:= 130 mm) beispielsweise eine Kamera zu aktivieren. Die
die Schadstelle bzw. Anomalie aufnehmende Kamera ist hier
also in einer Entfernung S = 130 mm von den beiden Lichtwel
lenleiter-Strukturen 71'/72' im Sensorgehäuse 5 angeordnet.
Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf
die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. So ist es ohne
weiteres möglich:
Die Anzahl m der quellenseitigen Lichtwellenleiter 2 ungleich der Anzahl n der detektorseitigen Lichtwellenleiter 7/71/72 zu wählen (m ≠ n, bzw. m ≠ n');
jedem quellenseitigen Lichtwellenleiter 2 oder Gruppen quellen seitiger Lichtwellenleiter 2 jeweils eine eigene Photonen quelle 3 zuzuordnen;
das Objekt 9 mit Photonen der Wellenlänge 500 nm ≦ λ ≦ 1300 nm zu bestrahlen;
Lumineszenzdioden und Laserdioden als Photonenquelle 3 einzu setzen, wobei insbesondere GaAs-Dioden (λ ≈ 900 nm), AlGaAs/GaAs-Dioden (λ ≈ 830 nm), InGaAsP/InP-Dioden (λ ≈ 1310 nm), GaAlAs/GaAs-Oxidstreifen-Laserdioden (λ ≈ 800-900 nm) oder sogenannte GaInAsP/InP-MCRW (Metall Clad Ridge Wave guide)-Laserdioden (λ ≈ 1300 nm) in Betracht kommen;
die Photonenquelle 3 ohne Zwischenschaltung eines Lichtwel lenleiters 2 als Beleuchtungselement in das Gehäuse 5 einzu bauen, sofern die Photonenquelle 2 einen ausreichend gebün delten Strahl 4 emittiert bzw. mit fokussierenden Elementen versehen ist;
jedem der detektorseitigen Lichtwellenleiter 7/71/72 oder Gruppen detektorseitiger Lichtwellenleiter 7/71/72 jeweils einen eigenen Photonendetektor mit nachgeschalteter Auswerte elektronik 14 zuzuordnen;
eine PIN-Photodiode (Si) oder eine Avalanche-Si-Photodiode für Strahlung der Wellenlänge bis λ ≈ 1100 nm oder eine InGaAs/InP-Avalanche-Photodiode für Strahlung der Wellenlänge λ ≈ 1300 nm als Photonendetektor 8/81/82 zu verwenden;
einen Photonendetektor 8/81/82 ggf. ohne Zwischenschaltung eines Lichtwellenleiters 7/71/72 im Gehäuse 5 anzuordnen, sofern er im wesentlichen nur die senkrecht zur Bohrungs längsachse 11 emittierte Sekundärstrahlung 10 erfaßt;
auch die Endstücke 7'/71'/72' der detektorseitigen Lichtwel lenleiter 7/71/72 geneigt bezüglich der Bohrungslängsachse 11 im Gehäuse 5 zu haltern, wobei der Neigungswinkel bezüglich der Bohrungslängsachse 11 im Bereich von ϕ = 70°-90° liegen sollte;
anstelle von Quarzglas-Lichtwellenleitern jeweils Kunststoff- Lichtwellenleiter oder Lichtwellenleiter-Fasern (Lichtwellenleiter ohne Ummantelung) zu verwenden;
das Gehäuse 5 aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff (dunkel eingefärbtes Polyethylen) zu fertigen.
Die Anzahl m der quellenseitigen Lichtwellenleiter 2 ungleich der Anzahl n der detektorseitigen Lichtwellenleiter 7/71/72 zu wählen (m ≠ n, bzw. m ≠ n');
jedem quellenseitigen Lichtwellenleiter 2 oder Gruppen quellen seitiger Lichtwellenleiter 2 jeweils eine eigene Photonen quelle 3 zuzuordnen;
das Objekt 9 mit Photonen der Wellenlänge 500 nm ≦ λ ≦ 1300 nm zu bestrahlen;
Lumineszenzdioden und Laserdioden als Photonenquelle 3 einzu setzen, wobei insbesondere GaAs-Dioden (λ ≈ 900 nm), AlGaAs/GaAs-Dioden (λ ≈ 830 nm), InGaAsP/InP-Dioden (λ ≈ 1310 nm), GaAlAs/GaAs-Oxidstreifen-Laserdioden (λ ≈ 800-900 nm) oder sogenannte GaInAsP/InP-MCRW (Metall Clad Ridge Wave guide)-Laserdioden (λ ≈ 1300 nm) in Betracht kommen;
die Photonenquelle 3 ohne Zwischenschaltung eines Lichtwel lenleiters 2 als Beleuchtungselement in das Gehäuse 5 einzu bauen, sofern die Photonenquelle 2 einen ausreichend gebün delten Strahl 4 emittiert bzw. mit fokussierenden Elementen versehen ist;
jedem der detektorseitigen Lichtwellenleiter 7/71/72 oder Gruppen detektorseitiger Lichtwellenleiter 7/71/72 jeweils einen eigenen Photonendetektor mit nachgeschalteter Auswerte elektronik 14 zuzuordnen;
eine PIN-Photodiode (Si) oder eine Avalanche-Si-Photodiode für Strahlung der Wellenlänge bis λ ≈ 1100 nm oder eine InGaAs/InP-Avalanche-Photodiode für Strahlung der Wellenlänge λ ≈ 1300 nm als Photonendetektor 8/81/82 zu verwenden;
einen Photonendetektor 8/81/82 ggf. ohne Zwischenschaltung eines Lichtwellenleiters 7/71/72 im Gehäuse 5 anzuordnen, sofern er im wesentlichen nur die senkrecht zur Bohrungs längsachse 11 emittierte Sekundärstrahlung 10 erfaßt;
auch die Endstücke 7'/71'/72' der detektorseitigen Lichtwel lenleiter 7/71/72 geneigt bezüglich der Bohrungslängsachse 11 im Gehäuse 5 zu haltern, wobei der Neigungswinkel bezüglich der Bohrungslängsachse 11 im Bereich von ϕ = 70°-90° liegen sollte;
anstelle von Quarzglas-Lichtwellenleitern jeweils Kunststoff- Lichtwellenleiter oder Lichtwellenleiter-Fasern (Lichtwellenleiter ohne Ummantelung) zu verwenden;
das Gehäuse 5 aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff (dunkel eingefärbtes Polyethylen) zu fertigen.
Claims (13)
1. Optischer Sensor zur Untersuchung der Eigenschaften eines
langgestreckten oder strangförmigen Objektes, wobei der
Sensor aufweist:
- a) ein mit einer durchgängigen Bohrung (6) versehenes Gehäuse (5),
- b) eine Anzahl m ≧ 1 von Beleuchtungselementen (2/3), welche das in der Bohrung (6) durchlaufende Objekt (9) jeweils mit einer unter einem Winkel 0° < α < 60° bezüglich der Längsachse (11) der Bohrung (6) einfallenden Strahlungs sonde (4) beaufschlagen und
- c) eine Anzahl n ≧ 1 von Detektorelementen (7, 8) zur Messung der Intensität der durch Bestrahlung des Objektes (9) hervorgerufenen Sekundärstrahlung (10).
2. Optischer Sensor nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
mindestens eine Photonenquelle (3) und eine Anzahl m erster
Lichtwellenleiter (2), wobei die gehäuseseitigen Endstücke
(2') der ersten Lichtwellenleiter (2) jeweils auf die Längs
achse (11) der Bohrung (6) ausgerichtet und unter dem Winkel
α geneigt bezüglich der Längsachse (11) der Bohrung (6)
gehaltert sind.
3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
eine Anzahl n zweiter Lichtwellenleiter (7) und eine Anzahl
n' ≦ n erster Photonendetektoren (8) zur Messung der Intensi
tät der ihnen von einem oder mehreren der zweiten Lichtwel
lenleiter (7) zugeführten Sekundärstrahlung (10), wobei die
gehäuseseitigen Endstücke (7') der zweiten Lichtwellenleiter
(7) jeweils derart ausgerichtet sind, daß sie im wesentlichen
nur die annähernd senkrecht zur Längsachse (11) der Bohrung
(6) emittierte Sekundärstrahlung (10) erfassen.
4. Optischer Sensor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gehäuseseitigen Endstücke (7') der zweiten Lichtwel
lenleiter (7) jeweils auf die Längsachse (11) der Bohrung (6)
ausgerichtet, annähernd senkrecht zu ihr orientiert sowie in
radialer Richtung beabstandet von der Längsachse (11) im
Bereich des Schnittpunktes der Längsachsen der gehäuseseiti
gen Endstücke (2') der ersten Lichtwellenleiter (2) angeord
net sind.
5. Optischer Sensor nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gehäuseseitigen Endstücke (7') der zweiten Lichtwel
lenleiter (7) in einer senkrecht zur Längsachse (11) der
Bohrung (6) orientierten Ebene eine stern- oder ringförmige
Struktur bilden.
6. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch
eine Anzahl l dritter Lichtwellenleiter und einer Anzahl l' ≦ l
zweiter Photonendetektoren (81/82) zur Messung der Intensi
tät der ihnen von einem oder mehreren der dritten Lichtwel
lenleiter (71, 72) zugeführten Sekundärstrahlung (10), wobei
die gehäuseseitigen Endstücke (71'/72') der dritten Lichtwel
lenleiter (71, 72) axial beabstandet von den gehäuseseitigen
Endstücken (72') der zweiten Lichtwellenleiter (72) angeord
net und diesen entsprechend bezüglich der Längsachse (11) der
Bohrung (6) ausgerichtet sind.
7. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel α im Bereich 0° ≦ α ≦ 60° oder im Bereich
2° ≦ α ≦ 30° liegt.
8. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ganzen Zahlen m, n und l jeweils der Bedingung
4 ≦ m, n, l ≦ 20 oder der Bedingung 8 ≦ m, n, l ≦ 12 mit n = l
genügen.
9. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Photonenquelle (3) Strahlung der Wellenlänge
500 nm ≦ λ ≦ 1300 nm emittiert.
10. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
gekennzeichnet durch
ein zweiteiliges Gehäuse (22, 23), wobei zumindest einer der
beiden Gehäuseteile (23) um eine außerhalb des Gehäuses
liegende und parallel zur Längsachse (11) der Bohrung (6)
orientierte Achse (24) drehbar gehaltert ist.
11. Optischer Sensor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (22, 23) in einer die Längsachse (11) der
Bohrung (6) enthaltenden Ebene zweigeteilt ist.
12. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß einem ersten Photonendetektor (8, 81) eine erste Verstär
kereinheit (15, 151, 161) und einen ersten Komparator (17,
171) enthaltende erste Auswerteeinheit (14) zugeordnet ist,
wobei die erste Auswerteeinheit (14) immer dann ein erstes
Ausgangssignal erzeugt, wenn eine im ersten Photonendetektor
(8, 81) gemessene Sekundärstrahlungsintensität höher oder
niedriger ist als ein vom ersten Komparator (17, 171) vorge
gebener erster Schwellenwert (19, 191).
13. Optischer Sensor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß einem zweiten Photonendetektor (82) eine eine zweite
Verstärkereinheit (151, 161) und einen zweiten Komparator
(172) enthaltende zweite Auswerteeinheit zugeordnet ist,
wobei die zweite Auswerteeinheit immer dann ein zweites
Ausgangssignal erzeugt, wenn eine im zweiten Photonendetektor
(82) gemessene Sekundärstrahlungsintensität höher oder nied
riger ist als ein vom zweiten Komparator (172) vorgegebener
zweiter Schwellenwert (192) und daß eine eingangsseitig mit
dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal beaufschlagte
Bewertereinheit (31) immer dann ein drittes Ausgangssignal
erzeugt, wenn die Ausgangssignale der beiden Auswerteeinhei
ten innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls auftreten und
sie einen vorgegebenen zeitlichen Mindestabstand zueinander
aufweisen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998101783 DE19801783A1 (de) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Optischer Sensor zur Untersuchung der Eigenschaften eines langgestreckten oder strangförmigen Objektes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998101783 DE19801783A1 (de) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Optischer Sensor zur Untersuchung der Eigenschaften eines langgestreckten oder strangförmigen Objektes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19801783A1 true DE19801783A1 (de) | 1999-07-22 |
Family
ID=7855014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998101783 Withdrawn DE19801783A1 (de) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Optischer Sensor zur Untersuchung der Eigenschaften eines langgestreckten oder strangförmigen Objektes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19801783A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000040951A1 (en) * | 1999-01-06 | 2000-07-13 | Samfit Uk Limited | Method and apparatus for detecting a non-uniform coating on a core member |
EP1071944A1 (de) * | 1998-04-17 | 2001-01-31 | CRC for Intelligent Manufacturing Systems & Technologies Ltd | Vorrichtung zur fehlererkennung |
-
1998
- 1998-01-19 DE DE1998101783 patent/DE19801783A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1071944A1 (de) * | 1998-04-17 | 2001-01-31 | CRC for Intelligent Manufacturing Systems & Technologies Ltd | Vorrichtung zur fehlererkennung |
EP1071944A4 (de) * | 1998-04-17 | 2003-01-02 | Crc For Intelligent Mfg System | Vorrichtung zur fehlererkennung |
US6597455B1 (en) | 1998-04-17 | 2003-07-22 | Crc For Intelligent Manufacturing Systems And Technologies Ltd. | Fault detection apparatus |
WO2000040951A1 (en) * | 1999-01-06 | 2000-07-13 | Samfit Uk Limited | Method and apparatus for detecting a non-uniform coating on a core member |
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