DE2206126A1 - Vorrichtung zum Feststellen von Fehlern in einer Fläche - Google Patents

Description

2206125

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

München 71,

Melchiorstr. 42 . 8.2.1972

Unser Zeichen: A 12 388/Lh/fi

PERPANTI LIMITED

Hollinwood-Lancashire

England

Vorrichtung zum Feststellen von Fehlern in einer Fläche

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffinden oder Feststellen von"Flecken oder Fehlern in einer Fläche.

Es sind Vorrichtungen der genannten Art bekannt, die Hochleistungslampen und Photodetektoren verwenden. Die Stärke dieser Lampen, gewöhnlich sind es Xenon-LamperyLst häufig so hoch, daß der Energieverbrauch in der Größe von Kilowatt liegt, während die erforderliche Empfindlichkeit zum Auffinden von kleinen Fehlern, selbst wenn diese noch mit dem unbewaffneten Auge zu sehen sind, nicht gegeben ist. Es ist bekannt, das Licht einer Lampe zu einem schmalen Strahl zu fokusieren, der auf eine sich bewegende Fläche auftrifft, wobei der Strahl die sich bewegende Oberfläche quer zu ihrer Bewegungsrichtung abtastet. Das von der Fläche reflektierte Licht wird aufgefangen und durch eine Photoverstärkerröhre abgetastet, wobei eine Veränderung in dem abgetasteten Pegel eine Veränderung der Intensität des reflektierten Lichtes anzeigt, die von einer fehlerhaften Oberfläche herrührt.

- 1 - Bei

209837/1056

2206125

A 12 3^π.-°

.Bei einer Oberfläche, die das Licht streut oder diffus reflektiert stellt das durch den Photoverstärker auf σ-3 fangen·": Licht nur eine Probe oder ein Muster des gesamten von der ^berfl^Kche diffus zurückgeworfenen Lichtes dar. *'ur eine kleine Licht¹-en^e wird somit aufgefangen, um festzustellen, ob ein ^ehler das zurückgeworfene Licht merklich verändert, wobei dieser Fehler oder ¹⁷¹IeCk dieselbe Grcfenordnung haben sollte, wie die ^pliche des Lichtbildes, bzw. die Fläche des Lichtbildes oder Lichtpunktes sollte von derselben Größenordnung sein wie die ^pläche des kleinsten Dehlers, der noch festgestellt v/erden soll.

Selbst bei Verwendung einer Uochleistunaslichtquelle, beispielsweise einer Xenon-Lampe, ist es jedoch nur röalich einen kleinen Teil des Lichtes auf einen kleinen Bereich einer Oberfläche zu fokussieren. Es ist daher notwendia, Licht von einer" relativ aroßen Bereich der Fläche, beispielsweise von etwa 2ιγτί"~ zu erhalten, d air it der Detektor ein Ausgangssignal abgibt, das größer ist als das elektrische bauschen der Verstärkerröhre. Obwohl nun eine Fläche oder ein ¹^eId von etwa 2raiT notwendig ist, um ein Ausgangssignal abzugeben, das vom Rauschen unterscheidbar ist, sind die Ränder des Bildes nicht sauber begrenzt und es ist unmöglich zwischen einem großen Fehler oder Fleck und mehreren kleinen Flecken zu unterscheiden. Ein kleinerer fehler mit einer Fläche von z.E. 0,01mm gibt daher keinen genügenden Kontrast, damit er mit Sicherheit festgestellt wird. Ein schwarzer Fleck auf einer weißen Fläche in der Größe von z.B. 0,01mm kann jedoch leicht noch durch das unbewaffnete Auge festgestellt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der kleinere Fehler oder Flecken feststellbar sind als dies bisher möglich war.

Erfindungsgemaß wird dies erreicht durch eine Abtaststufe, die relativ zu der abzutastenden Fläche bewegbar ist und die einen

- 2 - Laser

BAD ORiGSNAL 209837/1056

A 12 388

Laser aufweist, der einen kontinuierlichen Lichtstrahl abgibt, ferner durch eine Abtasteinrichtung mit einem Reflektor, der in der Bahn dieses Strahles drehbar ist und den Strahl ablenkt, so daß er die Oberfläche senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung abtastet, eine Detektoreinrichrung zum Fmpfang der von der Oberfläche diffus reflektierten Strahlung, wobei der Detektor ein von der Intensität der empfangenen Strahlung abhängiges Ausgangssignal abgibt, ferner durch ein Linsensystem zum fokussieren des Strahles auf einen kleinen Punkt der Oberfläche.

Zweckmäeigervjeise arbeitet der netektor im sichtbaren Teil des Spektrums, er kann jedoch vorteilhafterwsise auch einen Laser umfassen, der eine infrarote oder ultraviolete Strahlung abgibt, wobei entsp'·- 'lende Oetektoreinrichtungen für diese Strahlung vorgesehen sind. Aus Gründen der Vereinfachung wird in der Beschreibung die durch den Laser emittierte Strahlung als Licht bezeichnet.

Ein geeignetes Vorfahren zur Feststellung e.er genannten fehler oder rieckan besteht darin, das von dem Laser emittierte Licht auf der sich relativ zu der ?>btaststufe bewegenden Oberfläche zu fokussieren, V7ob3i das Licht die Oberfläche senkrecht zu deren N^wnrrungsrichtunc: abtastet, worauf das von der Oberfläche reflektierte Licht au^fan^n wird und iade ^vnderung der Intensität des diffus reflektierten Lichtes durch den Detektor gemessen wird, worauf dieser ?in Ausgangssignal abgibt, in dessen ^T'7ellenform diese änderung anToz?igt wird.

T-eisra:?lsweise fms frhrungs formen der Erfindung werden nachfolaend anhanc der Zeichruna erläutert, in der

Fla. "1 schenatisrh ir¹ Schnitt eine bevorzugte .^usführungsforr¹ der ¹TrfInnung zeiat.

Fig. 2 zeigt irs Schnitt den Detektor von Fig. 1 längs der Linie H-Ii.

- 3 - T=¹Ig.

20333'//,0S_{6 BAD0R},_elNAL

2206121

A 12 388

Fig. 3 zeigt die Wellenform eines typischen von der Detektoreinrichtung festgestellten Sianales.

Fig. 4 zeigt im Schnitt eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V von Fig. 4.

Fig. 6a, 6b und 7 zeigen Linsenanordnungen in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 4.

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 9, 10, 11a und 11b zeigen Spiegelanordnungen in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 8.

Fig. 12 zeigt Wellenformen von Signalen der Detektoreinrichtung bei verschiedenen Stufen der Messung einer Anzahl von Fehlern.

Der Detektor nach Fig. 1' umfaßt einen Laser 1 und einen Photoverstärker 2, der angrenzend an ein Ende einer Abtaststufe 3 angeordnet ist, an deren anderem Ende ein rechtwinkeliger Spiegel 4 angeordnet ist, der linear durch Drehung eiier Schraube V , die an der Äbtaststufe angebracht ist, auf den Laser zu und von ihm weg verschiebbar ist. In der lütte der Abtaststufe und gegenüber einer Einlaß-Auslaß-Öffnung 5 ist ein ebener Spiegel 6 und eine Abtasteinrichtung in Form eines drehbaren Spiegels 7, der zwölf Facetten hat, angeordnet. Kohärentes monochromatisches Licht läuft vom Laser 1 durch ein Linsensystem 8, das Linsen 8a und 8b aufweist, zwischen denen der Spiegel 4 angeordnet ist, und es wird durch den Spiegel 7 auf eine Fläche 11 reflektiert, die sich unter der Abtaststufe bewegt.

- 4 - Durch

209837/1056

A 12 388

Durch die Drehung des Spiegels 7 tastet der Strahl über diese Oberfläche und trifft auf diese Oberfläche 11 längs einer Linie RS in einer Ebene rechtwinkelig zur Drehachse des Spiegels 7, und zwischen den Grenzen auf, die durch die strichpunktierten Linien die zu den Punkten R und S führen dargestellt sind.

Monochromatisches Licht, das von dem Laser in Form eines schmalen Strahles emittiert wird oder das durch eine schmale öffnung hindurchtritt zeigt Interferenzerscheinungen und Randeffekte, wenn es durch eine Linse auf eine Fläche fokussiert wird. Das Bild besteht aus einem zentralen Lichtbereich, der abwechselnd von hellen und dunklen Ringen umgeben ist. Man kann zeigen, daß die Fläche des zentralen Lichtbereiches umgekehrt proportional ist zu dem Winkel, der dem Bild gegenüberliegt und durch den Umfang des Strahles an der Linse gegeben ist. Indem der einfallende Strahl genügend divergent gemacht wird, um die Linsenfläche auszufüllen und dadurch dieser Winkel auf einen maximalen Wert gebracht wird, wird eine kleine Fläche für den zentralen Lichtbereich erhalten, die die wirksame Fläche des auf der Oberfläche fokussierten Lichtes darstellt. Eine Divergenz des im wesentlichen parallelen durch den Laser emittierten Strahles wird durch die erste Linse 8a des Linsensystems 8 erzielt. Diese Linse kann eine solche mit niedrigem negativem Exponent (konkav) sein, oder mit hohem positivem Exponent (konvex) die den Strahl fokussiert, worauf er vom Brennpunkt aus zu der zweiten Linse 8b hin divergiert. Diese zweite Linse ist ebenfalls eine konvexe Linse und ihre Brennweite und ihre öffnung sind so gewählt, daß nach der Reflektion des Strahles durch den Spiegel 7 ein fokussiertes Bild auf der Oberfläche erzeugt wird. Der Spiegel 4 stellt eine Einrichtung dar zum Einstellen der Länge des Lichtweges zwischen den beiden Linsen 8a und 8b und dient dazu, den Strahl auf der Oberfläche 11 zu fokussieren. Bei solch einer langen Bahn zwischen der Linse 8b und der Fläche 11 hat das System eine große Brennweite, so daß das Bild im wesentlichen unbeeinflußt durch eine Bewegung der Oberfläche senkrecht zu ihrer

- 5 - Laufebene

209837/1056

A 12 388

Laufebene bleibt und/oder durch die erhöhte Bahnlänge des einfallenden Strahles bei den Enden der Abtaststrecke.

Der Laserstrahl ist, obwohl er zur optimalen Fokussierung divergiert wird, doch ein Strahl mit kleinerer ^iHrschnittsflache als ein durch eine übliche Lampe erzeugter Strahl gleicher Intensität und er kann auf eine kleinere Fläche fokussiert werden als der Strahl einer konventionellen Lampe. Eine solche kleine Fläche ist erforderlich, wenn aufeinanderfolgende Abtastungen aneinandergrenzen. Die hohe Empfindlichkeit infolge der fokussierung des Strahles auf einen kleinen Flächenbereich und infolge der hohen Intensität des schmalen Strahles auf der abzutastenden Oberfläche gibt die Möglichkeit, nur einen Teil der Gesamtfläche dieser Oberfläche abzutasten. Man erhält hierdurch zuverlässige Angaben bzw. eine sichere Zählung sowohl der großen wie der kleinen Fehler oder Flecken der gesamten Oberfläche, da im allgemeinen genügend kleine Fehler vorhanden sind, daß die Abtastung eines Tails der Fläche ausreicht, während die größere Fläche der größeren Fehler die Wahrscheinlichkeit ihres Auffindens erhöht.

Der Laser 1 hatyeinen Ausgang von 1 Milliwatt und er emittiert Licht im roten Teil des Spektrums. Der Strahl wird auf eine Fläche von 0,01 ram auf der abzutastenden Oberfläche fokussiert, was etwa einem Durchmesser von 0,1mm entspricht. Der Spiegel 7 rotiert mit seinen zwölf Facetten mit einer Drehzahl von 24 000 Umdrehungen je Minute und liefert-damit 4 800 Abtastungen je Sekunde über einen Abtastwinkel von 60°. Da das System mit fortlaufenden aneinandergrenzenden Abtastungen arbeitet, kann die Geschwindigkeit der unter der Abtaststufe vorbeilaufenden Fläche nur etwa 48 cm pro Sekunde oder 30 m je Minute sein, bei der Abtastung einer Teilfläche oder einer Probe von etwa 1/10 der Gesamtfläche werden zweckmäßigerweise Geschwindigkeiten von etwa 300 m je Minute verwendet.

Das von der Oberfläche 11 diffus reflektierte Licht wird über den

- 6 - Spiegel

209837/1056

A 12 388

Spiegel 6 durch den Photoverstärker aufgefangen. Fig. 2 zeigt hierbei Seitenwinde 12 und 13, die dazu dienen, zu verhindern, daß Streulicht in die Detektoreinrichtung eindringt. Dies hilft zur Unterscheidung zwischen dem diffus reflektierten Laserlicht und Streulicht durch Verengen des Beobachtungsfeldes der Detektoreinrichtung in Bewegungsrichtung der Oberfläche, die durch den Teil 43 angezeigt ist. Eine alternative nicht dargestellte Einrichtung kann z.B., eine schwarze Fläche sein, die über der abgetasteten Fläche liegt, außer im Bereich des Abtaststrahles. Diese Möglichkeiten können alternativ oder zusätzlich zu einem Filter über dem Photoverstärker verwendet werden.

Wird der Detektor in Fällen verwendet, bei denen die Oberfläche 11 das Licht nicht stark streut, beispielsweise bei Metall oder Glanzpapier bei welchem ein großer Teil des Lichtes spiegelnd zurückgeworfen wird, dann wird ein nicht dargestellter Licht-Diffusor in der Bahn des reflektierten Lichtes zwischen der Oberfläche 11 und dem Photoverstärker 2 angeordnet.

Wird der Detektor bei einer Oberfläche verwendet, die das Licht hauptsächlich diffus zurückwirft, die aber, beispielsweise wenn der Lichtfleck die Oberfläche 11 an einem Punkt halbwegs zwischen den Spiegeln 6 und 7 trifft, eine spiegelnde Reflektion ergibt, so kann die Abtasteinrichtung 3 so geschwenkt oder geneigt werden, daß die Ebene des Abtaststrahlers nicht senkrecht zur. Oberfläche 11 steht, wenn das spiegelnd reflektierte Licht vom Detektor weg gerichtet wird.

In Fig. 3 ist die TJellen^form eines typischen Ausgangssignales der Detektoreinrichtung für eine einzelne Abtastung über eine weiße Papieroberfläche vergrößert gezeigt. Der Signalpegel fällt in Richtung auf die Enden jeder Abtastung auf etwa die Hälfte der Höhe in der Mitte ab. Dieser Abfall erfolgt entsprechend

- 7 - dem

209837/1056

A 12 388

dem umgekehrt quadratischen Gesetz der zunehmenden Bahnlänge des Lichtes an den Fnden der Abtastung und aufgrund des Winkels von der Normalen zur Oberfläche an der das reflektierte Licht durch die Detektoreinrichtung aufgefangen xtfird, wobei die von der Detektoreinrichtung aufgenommene Lichtmenge proportional zum Kosinus dieses Winkels ist. Die Stirnwände 14 und 15 in Fig. 1 können reflektierend gemacht v/erden, so daß das zum Spiegel 6 reflektierte Licht progressiv zum Ende der Abtastung hin zunimmt, wobei eine 'liederfrequenzkomponente des Ausgangssignales zum Speiseeingang der Detektoreinrichtung rückgekoppelt v/erden kann, um das Niveau oder den Pegel des Signales zu erhöhen, das an den Enden der Abtastung erhalten wird und um über die gesamte Abtastung, einen Ausgangssignalpegel mit konstantem Untergrund zu erhalten.

Der Abfall des Ausgangssignales kann durch andere Mittel kompensiert werden, z.B. durch Variation der Empfindlichkeit der Detektoreinrichtung synchron mit der Abtastung, beispielsweise durch Erzeugung eines wiederholten Signales geeigneter Charakteristik, das an die Detektoreinrichtung gelegt wird. Alternativ können geeignet geformte undurchsichtige Gegenstände in die Bahn des Lichtes zwischen die abzutastende Oberfläche und die Detektoreinrichtung gebracht werden, um mehr. Licht in der Mitte der .Abtastung aufzufangen als an den Endteilen der Abtastung. Oder es kann der Pegel bzw. die Ansprechschwelle, bei der Fehler festgestellt werden sollen, variiert werden indem ein Filter mit abgestufter Deckkraft oder Schwärzung in den Weg des von.der Oberfläche reflektierten Lichtes gebracht wird.

Bei Beginn jeder Abtastung v/erden Austastsignale getriggert, die zur Anpassung an unterschiedliche Abtastlängen dienen, um zu verhindern, daß die Kanten oder Ränder der Oberfläche als Fehler gemessen werden oder daß von außerhalb dieser Kanten Signale abgegeben werden. Unter bestimmten Umständen und insbesondere wenn eine außergewöhnlich breite Oberfläche abgetastet werden soll,

- 8 - ist

209837/1056

A 12 388

ist die von dem Photoverstärker an den Enden der Abtastung empfangene Lichtmenge so klein, daß das Ausgangssignal des Photoverstärkers durch das Rauschen überdeckt wird.

Die Abtaststufe kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist durch eine zusätzliche Lichtaufnahmeeinrichtung in Form einer zylindrischen Linse 6 modifiziert werden, die über der Oberfläche 11 liegt und deren Längsachse in derselben Ebene, wie die Abtastlinie RS des Lichtstrahles liegt.

Das Linsensystem 8 hat unterschiedliche Fokussierungsstärken in Richtung der Abtastung und in einer Richtung senkrecht zur Abtastrichtung, so daß in Abtastrichtung das Licht, wie oben beschrieben, auf einen Punkt auf der Fläche fokussiert wird. In der Richtung senkrecht zur Abtastrichtung wird das Licht durch die Linse 16 geführt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ehe es auf die Oberfläche fokussiert wird. Das von der Oberfläche gestreute und diffus reflektierte Licht, das von der Linse aufgefangen wird, wird über den Spiegel 6 auf die empfindliche Fläche des Photoverstärkers fokussiert.

Der Grund für die Hindurchführung des einfallenden Strahles und des von der Oberfläche reflektierten Lichtes durch die zylindrische Linse 16 wird anhand der Figuren 6a und 6b erläutert.

Fig. 6a zeigt eine andere Ausführungsform als die Figuren 4 und Ein Lichtstrahl 17a, der von einer stationären nicht gezeigten Lichtquelle kommt, wird senkrecht zur Zeichenebene abgelenkt und trifft auf die Fläche 11a an einem Punkt 18a ohne durch die zylindrische Linse 16a hindurchzugehen, die das von dem Punkt 18a reflektierte gestreute Licht auffängt und es auf die empfindliche Fläche der nicht gezeigten Detektoreinrichtung fokussiertο Wenn die Achse des Strahles 17a relativ zur Linse etwas verschoben wird, wie strichpunktiert angezeigt ist, und zwar entweder parallel

- 9 - oder

209 8 37/1056

2206128

A 12 388

JO

oder in einem Winkel geneigt zur ursprünglichen ^chse des Strahles, so wird das vom Punkt 19a und von der Linse 1^a aufgefangene Licht nicht an demselben Ort fokussiert, sondern entfernt von der Detektoreinrichtung .

Fig. 6b zeigt die Anordnung nach Fig. 5, vrohei sin divergierender einfallender Strahl 17b auf einen Punkt 18b der Oberfläche 11b durch die zylindrische Winde 16b fokussiert wird, wobei das vom Punkt 18b reflektierte gestreute Licht durch die Linse 16h gesammelt und auf die empfindliche Fläche der nicht gezeigten Detektoreinrichtung fokussiert wird. Wird der Strahl 17b eingeschränkt, z.B. auf den durch die Linien P- und D begrenzten strahl und wird seine Achse verschoben, entweder parallel oder in ei^on Winkel geneigt zu seiner ursprünglichen Achse, dann l"uft nur der Teil des durch die Linien B und C begrenzten Strahles durch die Linse 16b, aber dieser Teil wird, noch auf den Punkt I⁵^b fokussiert, so daß das von der Oberfläche reflektierte Licht noch auf die empfindliche Fläche der Detektoreinrichtung, wenn auch mit reduzierter Intensität fokussiert wird. Wenn, wie Fig. 7 zeigt, der einfallende Strahl die Linse längs einer Linie Pn erreicht, die um einen Winkel zu der gewünschten Abtastlinie längs der Längsachse der Linse geneigt ist, so wird der Strahl durch die Linse gebrochen/ so daß er die Oberfläche 11 längs der gewünschten Linie RS parallel zur Längsachse der Linse erreicht, so daß das von der Oberfläche 11 gestreute Licht auf die empfindliche Fläche der nicht gezeigten Detektoreinrichtung fokussiert wird.

Die Linse 16 kann plankonvex oder bikonvex sein und kreisförmigen Querschnitt haben, und sie kann in Form eines Stabes aus Glas oder Kunststoff ausgebildet sein. Es ist KOglich, daß Staub oder dauernde Markierungen auf der Linsenoberflächs die den Strahl unterbrechen, fälschlicherweise für Fehler der abzutastenden Oberfläche gehalten werden. Die Auswirkungen solcher Markierungen können durch eine elektronische Schaltung, die einen Speicher aufweist,, ausgeschaltet werden.

- 10 - Ehe

209837/1056 _{BAD 0}R5GiNAL

A 12 338

Ehe das Streulicht von der Fläch», das durch die Linse 16 gesammelt wird, auf die empfindliche ^läche der Detektoreinrichtung fokussiert wird, ist es erforderlich, daß das einfallende Licht auf die Linse IG in der Ebene senkrecht zur Zeichenebene divergierend ist. Das in ¹⁷¹Xg. 4 gezeigte Linsensystem 3' hat daher in dieser rbene einen niedrigen negativen Exponenten. Fs kann aber auch ein Linsensystem mit hohem positiven Exponenten vorgesehen v/erden, wobei die gewünschte Divergenz des Strahles erhalten v?ird, nachdem er durch einen Brennpunkt hindurchläuft ehe er die Linse 16 erreicht. Die Ansicht nach Fig. 5 zeigt die Fokussierung in der orthogonalen Ebene.

Alternativ oder zusätzlich kann die aufgefangene Lichtmenge gesteigert werden indem die Seitenwände 12, 13 stark reflektierende Innenflächen erhalten, wie Fig. 8 zeigt, oder auch stark streuende Innenflächen (nicht gezeigt). In Fig. 9 ist die Lichtquelle der fokussierte Punkt 21 auf der Oberfläche 11 und der Photoverstärker ist mit 22 bezeichnet. Das Licht der Lichtquelle wird gleichmäßig in allen Winkeln der Seichenebene abgestrahlt und erreicht den Photoverstärker bzw. den Detektor über aufeinanderfolgende ReSektionen von den Seitenwänden 12' und 13· ebenso wie auf direktem Weg.

Bei jeder Reflektion entstehen Verluste und der Photoverstärker sieht effektiv ein direktes Bild (die Lichtquelle) und außerdem schwache Bilder 23 auf jeder Seite, die sich unendlich ausbreiten. Die äußeren Bilder sind schwächer sowohl wegen der bei jeder Reflektion auftretenden Verluste als auch wegen der Unempfindlichkeit der empfindlichen Fläche des Photoverstärkers bei großen Winkeln relativ zur Normalen dieser Fläche.

Die zwei parallelen gegenüberliegenden reflektierenden Flächen von Fig. 9 bilden eine vereinfachte Form eines elliptischen Spiegels. F,in solcher Spiegel ist insofern ideal als das Licht von der Licht-

- 11 - quelle

209837/1056

A 12 388

quelle mit nur einer einzigen Peflektion auf den Photoverstärker übertragen wird., so daß weniger Licht verloren geht. Fin Fompromiß zwischen den teuren und aufwendigen elliptischen Spiegeln und der relativ schwachen Empfindlichkeit bei ebenen parallelen Spiegeln wird durch die Anordnung nach Fig. 10 erreicht, bei der die sich gegenüberliegenden Ebenen Spiegel 12' und 13* in Richtxmg zur Lichtquelle etwas konisch angeordnet sind. Fei dieser Anordnung erscheinen die Bilder 23 auf der Oberfläche eines Zylinders 24, d.h., sie sind eng um das Hauptbild und um den am meisten empfindlichen Winkel zur Fläche des Photoverstärkers gruppiert.

Der Machteil dabei ist, daß diese Puder weiter weg von dem Photoverstärker sind als die Fbene des Hauptbildes. Um die Bilder höherer Ordnung zu beseitigen, jedoch unter Beibehaltung der einfachen Ausführung paralleler gegenüberliegender Vunae, können nur die unteren Teile 2 5 konisch ausgeführt werden, wie Fig. 11a zeigt oder es können elliptische Teile 26 verwendet v/erden, wie Fig. 11b zeigt, während die oberen Teile parallel bleiben.

Eine beispielsweise Anwendung des Detektors besteht darin, über eine bestimmte Zeitspanne sämtliche Fehler in verschiedenen Größenbereichen bei einem weißen Papier zu zählen. Der Fontrast zwischen den Fehlern und dem Papier, bei welchem es erwünscht wird, die Fehler zu zählen, kann durch Veränderung der Empfindlichkeit des Detektors eingestellt v/erden und er liegt gewöhnlich bei einem 30%-igen Fontrast zwischen schv/arz und weiß. Die Zählung selbst ist leicht mittels einer bekannten Digitaltechnik durchzuführen, die hier nicht im einzelnen beschrieben wird, wobei jedoch Bezug auf Figuren 3, 12a und 12b genommen wird, die Wellenformen von Ausgangssignalen zeigen, die von der Detektoreinrichtung bei verschiedenen Stufen der Zählung aufgenommen wurden. Niederfrequente Veränderungen v/erden aus dem Signal ausgefiltert, wobei Fehlerimpulse 27 und gegebenenfalls Untergrundimpulse 28 (background pulses) zurückbleiben, wie Fig. 12a zeigt. Sämtliche Veränderungen unter

- 12 - einem

209837/ '! 056

A 12- 388

einem Niveau, das eingestellt wird, um die Untergrund- oder Hintergrund-Impulse auszuschalten, werden in einem Kenparator elliminiert, der Impulse 29 konstanter Höhe aber unterschiedlicher Breite für unterschiedliche Fehlergrößen erzeugt (Fig. 12b). Diese Ausgangsimpulse werden dann als Anzeige für die Gesamtzählung und für die Zählung großer Fehler verwendet. Eine Gesamtzählung wird erreicht indem der Ausgang des Komparators auf Dekadenzähler gegeben wird, die die Gesamtzahl der Fehler in einer Zeitspanne von beispielsweise 10 Sekunden anzeigen. Große Fehler oder Flecken beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,3mm können gezählt werden indem der Ausgang des Konparators während einer geeigneten Zeitspanne gesperrt wird ehe er auf die Dekadenzähler gegeben wird. Die geeignete Zeitspanne ist die, die das fokussierte Strahlbild benötigt, um einen Fahler mit 0,3mm zu kreuzen oder zu durchlaufen. Durch Unterdrückung dieses Ausganges sind die einzigen Impulse, die den Zähler und das Register als Fehler erreichen, diejenigen, die aufgrund von Fehlern erzeugt werden, die größer sind als 0,3mm Durchmesser. Beispielsweise erfolgt die Abtastung in einem Abstand über der Papierfläche von 50 cm. Bei einer Drehzahl von 24 000 Umdrehungen je Minute bewegt sich der Lichtpunkt mit einer Geschwindigkeit von 2,4 mm je Mikrosekunde. Ein Fehler mit 0,3 mm erscheint somit als ein Impuls von 0,125 Mikrosekunden am Ausgang des Komparators. Durch Unterdrückung dieses Ausganges über 0,125 Mikrosekunden sind die einzigen Impulse, die als Fehler registriert werden, diejenigen, die durch Fehler erzeugt werden, die größer als 0,3 mm Durchmesser sind, die als Gesamtzahl angezeigt werden (Fig. 12). Von den Zählern kann ein analoger Ausgang abgenommen werden, der sich für eine permanente geschriebene Aufzeichnung eignet.

Der vorstehend beschriebene Detektor kann mit oder ohne den genannten Modifikationen auf einem stationären Registrierstreifen angeordnet v/erden. Der Registrierstreifen enthält eine Anzahl von Linien und wird unter dem Strahl angeordnet, so daß die Zähler das Produkt der Anzahl der Linien auf dem Streifen und der Anzahl

- 13 - eier

2 U ¹J 'υ j 7 / j Ü b 6

Λ 12 388

dar Abtastungen je Sekunde feststellen. ^ai AnVOn-¹Un/; eines Arbeitsintervalles, das durch die Abtastgeschwindigkeit erhalten wird, kann die richtige Empfindlichkeit leicht bestimmt werden. Ss wir el keine Zählung registriert wenn die Empfindlichkeit zu hoch ist. !Die richtige Einstellung liegt zwischen diesen Grenzen.

Eine iTebenwirkung bei der Vervrendung einer Tionochrooatischen Strahlung ist die, daß z.E. ein roter Laser keine roten ^wehlar feststellen kann, jedoch ist die Anzahl von /inwendungs^Mllen, in denen Fehler einer bestimmten Farbe auftreten durch die Vorteile des Systemes weit aufgewogen, "an kann ^coner feinen Laser verwenden, der gleichzeitig ein Ausgang von zwei "arbsn hat oder zwei Laser unterschiedlicher Farbe, deren Strahlen au^r denselben rotierenden Spiegel auftreffen.

Der Detektor beschränkt sich nicht auf das Auffinden von Fehlern auf Papier und ähnlichen ebenen Flachen, sondern er ist auch für dreidimensionale diffus reflektierende Flächen verwendbar, z.B. zum Auffinden von Rissen in Biern oder zur optischen Extraktion von Daten verschiedener Formen.

Der Detektor kann ferner benutzt werden, um Fehler in durchsichtigen Flächen festzustellen, wobei hier das Licht durch die Fläche hindurchgeleitet wird. Der Detektor wird in diesem Fall unter der abzutastenden Fläche angeordnet.

BAD ORIGINAL

Claims (2)

1. 220612g

   A 12 388

   Ansprüche

   Vorrichtung zuir. feststellen von Fehlern oder Flecken in einer Fläche mit einer Abtaststufe, die relativ zu der ^wlache bewegbar ist und einen Laser aufweist, der eine kontinuierliche Strahlung abgibt, einer Abtasteinrichtung mit einem "Reflektor, der in der Bahn des Laserstrahls rotierbar ist, um diesen über die Fläche im x^esentlichen auer zu der relativen Bewegung zu lenken, einer Detektoreinrichtung zur Aufnahme der von der Fläche diffus reflektierten oder übertragenen Strahlung, wobei die ^etektoreinrichtung ein Ausgangssignal abaibt, das sich abh^rinaig von Veränderungen der Intensität der er.ofangenen Strahlung ändert, gekennzeichnet durch eine Linsenanordnung (8) zum fokussieren des Strahles auf einen kleinen Punkt auf der abzutastenden Fläche.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung im sichtbaren Teil des Spektrums liegt.

   3. Vorrichtung nach Ansoruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Reflektor in Form eines rotierbaren Spiegels mit einer Vielzahl von reflektierenden Facetten ausgebildet ist.

   4. Vorrichtuna nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Linsenanordnung (8) zwei in der Lichtbahn angeordnete sphärische Linsen aufweist, daß ferner durch die erste Linse der Strahl divergiert und auf die zweite Linse gerichtet wird.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeic.h-

   n e t , daß die Länge des Lichtweges zwischen den beiden Linsen

   2206121

   A 12 3R8

   Ab

   einstellbar ist.

   ζ. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Linsen aneinanderangrenzend angeordnet sind und daß ein rechtwinkeliger Spiegel zum reflektieren des Lichtes und zum Verschieben der Bahn des Lichtstrahles vorgesehen ist, der in einer Richtung parallel zur optischen Achse der beiden Linsen verstellbar ist.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Linsen solche mit positiver. Exponenten sind.

   8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die /ibtast stufe eine zylindrische Linse ir.it positiven Exponenten aufweist, deren Längsachse sich parallel zu der Oberfläche längs der Bahn des Abtaststrahles erstreckt, wobei ferner eine Fokussierungslin.se vorgesehen ist.

   S. Vorrichtung nach einsin der vorhergehenden Anspräche , dadurch g e ^v e η η ζ e i C₁h η e t , daß die Abtaststufe an jeder Seite und an jedem Ende des Abtastweges mit reflektierenden flächen versehen ist, die sich zwischen der abzutastenden Oberfläche und der Detektoreinrichtung erstrecken.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtaststufe an jeder Seite und an jedem Ende des .Abtastweges diffuse Flächen aufweist, die sich zwischen der abzutastenden Fläche und der Detektoreinrichtung erstrecken.

   11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von nebenein-

   - 16 -

   209837/ -« υ ü ö

   fr

   220612

   A 12 388

   andar angeordneten Abtaststufan für eine größere Anzahl von Abtastungen vorgesehen sind.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtaststufen quer zur Bewegungsrichtung der abzutastenden Fläche angeordnet sind, um für jede Stufe eine kürzere Abtastlänge zu erhalten.

   13. Verfahren zum Feststellen oder Auffinden von Fehlern oder Flecken in einer Fläche, wobei ein von einem Laser abgegebener kontinuierlicher Lichtstrahl auf eine relativ zu dem Laser bewegliche Fläche gerichtet wird, daß ferner der Lichtstrahl quer zur Richtung der Bewegung über die Fläche gelenkt wird und das von der Fläche diffus reflektierte Licht aufgefangen wird, daß jede Änderung der Intensität des reflektierten Lichtes durch eine Detektoreinrichtung festgestellt und durch eine Änderung der Wellenform eines Ausgangssignals der Detektoreinrichtung angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl mittels einer Linsenanordnung auf die abzutastende Oberfläche fokussiert wird.

   2 ü y b :■> 7/ ί υ 5 ts