DE2800351C - Optische Vorrichtung zur Bestimmung des Lichtaustrittswinkels bei einer mit einem Lichtfleck abgetasteten Materialbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaus'.rittsw _sr.kel bei einer mit einem Lichtfleck in einer Abtastrichtung abgetasteten Materialbahn mit wenigstens einem Fotoempfänger und zwischen der Materialbahn und dem bzw. den Fotoempfänger(n) angeordneten optischen Mitteln, welche nur in einem oder mehreren vorbestimmten Raumwinkelbereich(en) von dem Lichtfleck ausgehende Lichtstrahlen auf dem bzw. den Fotoempfänger(n) vereinigen, und mit einer parallel zur Abtastrichtung entlang des Abtastbereichs und parallel zur Materialbahn im Abstand ihrer Brennweite von dieser angeordneten Zylinderlinse, deren Abmessungen so sind, daß sie alles unter den zu bestimmenden Lichtaustrittswinkeln von dem Lichtfleck ausgehende Licht erfaßt.

Es ist bereits bekannt (DE-OS 25 32 603), parallel zu der von einem Abtastlichtfleck überstrichenen Materialbahn eine Stufenspiegelanordnung vorzusehen, welche das auf sie auftreffende Licht je nach dem Austrittswinkel von der Materialbahn zu unterschiedlichen Fotoempfängern einer matrixartigen Fotoempfängeranord-

M> nung an. der Stirnseite des. Lichtleitstabes lenkt, Die bekannte Anordnung stellt jedoch relativ hohe Anforderungen an die optische Qualität der verwendeten Stufenspiegelanordnungen und Lichtleitstäbe. Ein weiteres Problem besteht darin, daß insbesondere beim Auftreffen des Empfangslichtes an den weit von den Fotoempfängern entfernten Stellen des Lichtleitstabes durch Inhomogenitäten oder sonstige Unvollkommenheiten des Lichtleitstabes ein Teil des Empfangslichtes

so gestreut oder abgelenkt wird, daß es nicht mehr auf den dem betreffenden Winkel zugeordneten Fotoempfänger fällt

Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine optische Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche bei geringem Herstellungs- und Montageaufwand sehr genau arbeitet und trotz Verwendung eines bewegten Abtastlichtfleckes unabhängig von der Stelle des Lichteinfalls eine genaue Messung des Lichtaustrittswinkelbereiches gestattet, wobei außerdem eine gute Lichtausbeute gewährleistet sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die genannten optischen Mittel aus einem hinter der Zylinderlinse angeordneten, sich parallel zu ihr erstrekkenden, streifenförmigen Zylinderspiegel mit senkrecht auf der Achse der Zylinderlinse stehender Zylinderachse besteht, in dessen Brennebene sich die den bzw. die Fotoempfänger enthaltene Empfangsanordnung befindet, und daß der Zylinderspiegel um seine Längsachse so gekippt ist, daß das reflektierte Licht seitlich neben die Zylinderlinse fällt. Die Erfindung nutzt somit die Tatsache aus, daß von unterschiedlichen Punkten einer parallel zu dem Zylinderspiegel angeordneten Materialbahn unter gleichen Winkeln ausgehendes Licht an einem bestimmten Punkt der Brennebene konzentriert wird, während das vom gleichen Punkt unter verschiedenen Winkeln ausgehende Licht zu unterschiedlichen Stellen in der Brennebene gelenkt wird. Da bestimmte Fehlertypen auf der Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere einer gewalzten Blechbahn das aus einer vorbestimmten Richtung auf sie auftreffende Licht in ganz charakteristischer Weise unter verschiedenen Winkeln zurückwerfen, können somit bestimmte Fehlertypen unabhängig vom Ort entlang der Abtastbahn ermittelt werden, indem das Empfangsmuster in der Brennebene durch die Empfangsanordnung in geeigneter Weise ausgewertet wird.

Damit auch die Randbereiche der Materialbahn am Ende des Abtastbereiches des Abtastlichtfleckes noch einwandfrei erfaßt werden, überragt der Zylinderspiegel zweckmäßigerweise die Zylinderlinss an beiden Seiten. Dabei soll der Zylinderspiegel die Zylinderlinse beidseits um ein solches Stück überragen, daß am Ende der Zylinderlinse unter Winkeln von 10 bis 20°, vorzugsweise 15° zur Senkrechten auf der Materialbahn ausgehende Lichtstrahlen noch auf den Zylinderspiegei auf treffen. Der Bereich von wenigstens 10° und bis zu 20° ist für die Erkennung aller gängigen Fehlertypen auf Blechoberflächen ausreichend.

Der Zylinderspiegel soll im wesentlichen im Abstand seiner Brennweite von der Materialbahn angeordnet sein, wodurch es möglich ist, auch die Empfangsanordnung beispielsweise unmittelbar über der Materialbahn anzuordnen. Will man iedoch die Empfangsanordnung in sicherer Entfernung von der Materialbahn vorsehen, so kann der Zylinderspiegel aber auch um ein größeres Stück von der Materialbahn als seine Brennweite entfernt sein.

Die Empfangsanordnung kann im einfachsten Falle dadurch verwirklicht werden, daß in der Brennebene des Zylinderspiegels eine Matrix von Fotoempfängern angeordnet ist. Die Fotoempfänger sollen jedoch vorzugsweise Fotoelektronenvervielfacher sein, welche bekanntlich relativ kostspielig sind.

Aus diesem Grund wird es besonders bei der Fehlerkennung auf cer Oberfläche von gewalzten Blechbahnen bevorzugt, wenn im wesentlichen in der Brennebene des Zylinderspiegels wenigstens ein sich parallel zur Längsachse des Zylinderspiegels erslrekkender vorzugsweise runder Lichtleitstab vorgesehen ist Würde ein Lichtleitstab verwendet, so wird dieser vorzugsweise außerhalb des bei ungestörter Bahnoberfläche in der Brennebene vorliegenden ausgedehnten Lichtflecks angeordnet, so daß im Dunkelfeld gearbeitet wird.
Um jedoch eine ausreichende Differenzierung zwisehen unterschiedlichen Fehlertypen zu erzielen, sind nach einer bevorzugten Ausführungsform parallel zueinander drei Lichtleitstäbe nebeneinander angeordnet, von denen der mittlere sich an der Stelle befindet wo das bei ungestörter Materialbahn von dieser ausgehende Licht auftrifft. Am Ende der Lichtleitstäbe sind in bekannter Weise Verspiegelungen bzw. Fotoempfänger vorgesehen. Bei der letztgenannten Ausführungsform kann das am Fotoempfänger des mittleren Lichtleitstabes erhaltene Signal als Referenzsignal verwendet werden, mit dem die Signale, die an den Fotoempfängern der benachbarten Lichtleitstäbe erhalten werden, verglichen werden. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für die Ermittlung von Oberflächenfehlern bei durch Walzen hergestellten biechbahnen, bei denen in Laufrichtung der gewalzten Metallbahn als natürliche Walzspuren Riefen vorliegen, welche jedoch von der Vorrichtung nicht zur Anzeige gebracht werden, da die hierdurch abgelenkten Lichtstrahlen nach wie vor zu dem gleichen, quer zu den Riefen verlaufenden Lichtleitstab gelangen. Das durch von der Längsrichtung abweichende Kratzer in verschiedene Winkel abgelenkte Licht wird jedoch für eine empfindliche Fehleranzeige ausgenutzt.

Um das Einfallslicht möglichst vollständig in den Lichtleitstab zu lenken, ist vor jedem Lichtleitstab bevorzugt in an sich bekannter Weise eine sich parallel zu ihm erstreckende Zylinderlinse angeordnet. Die Lichtleitstäbe weisen außerdem vorzugsweise die bekannte Stufenspiegelanordnung auf, auf welche das Licht durch die runde Form des Lichtleitstabes und die Zylinderlinse konzentriert wird. Die Stufenspiegelanordnung braucht jedoch bei vorliegender Anwendung nicht besonders präzise hergestellt zu sein, weil sie bei der Winkeldifferenzierung keine Rolle spielt, sondern allein den Zweck hat, das auf die Mantelfläche des Lichtleitstabes auffallende Licht möglichst vollständig unter Winkeln der Totalreflexion in die Lichtleitstäbe hineinzureflektieren.

Für die zusätzliche Erkennung von gleichmäßigen Eindrücken oder Erhebungen der Blechoberfläche sind nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform im mittleren Bereich der seitlichen Lichtleitstäbe vor diesen Umlenkspiegel angeordnet, welche das auf sie auftreffende Licht zu je einem Fotoempfänger lenken.

Während di° Fotoempfänger an den seitlichen Lichtleitstäben die Erkennung von Kratzern auf der Bahnoberfläche mit einer wesentlichen Querkomponente relativ zur Walzrichtung gestatten, ermöglichen es die beiden du.ch die Umlenkspiegel beaufschlagten Fotoempfänger, die betreffenden Erhebungen bzw. Eindrückungen in der Bahnoberfläche festzus'ellen.

Um bei schräg einfallenden SenJestrahlen eine optimale Lichtausbeute zu erhalten, ist die optische Achse der Zylinderlinse zweckmäßigerweise unter dem Reflexionswinkel des den Lichtfleck erzeugenden Sendestrahls angeordnet.

Sofern bei der optischen Vorrichtung der Abtastlichtfleck mittels einer Lichtablenkvorrichtung wie ein

Spiegelrad über einen streifenförmigen Zylinderspiegel und eine Zylinderlinse erzeugt wird, ist erfindungsgemäß vorzugsweise vorgesehen, daß ein Teil der Apertur der Zylinderlinse und des Zylinderspiegels für das Sendelicht, der restliche Teil für das Empfangslicht verwendet wird und daß entweder die Empfangsanordnung in Richtung der Drehachse gesehen unmittelbar neben der Lichtablenkvorrichtung liegt oder daß zwischen der Lichtablenkvorrichtung und dem Zylinderspiegel eine Strahlumlenkung durch gegeneinander geneigte Planspiegel erfolgt, und die Empfangsanordnung in einem der Neigung der Spiegel entsprechenden Abstand von der Lichtablenkvorrichtung angeordnet ist.

Zwecks klarer Differenzierung zwischen den Fehler-Signalen von Kratzern einerseits und Erhebungen bzw. Eindrückungen andererseits sind nach einer vorteilhaften Weiterbilden" der Erfiridiin" seitlich υογϊ de" Umlenkspiegeln Blenden angeordnet. Hierdurch wird der Eintrittsbereich der seitlichen Lichtleitstäbe neben den Umlenkspiegeln abgedeckt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben: in dieser zeigt

Fig. I eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaustrittswinkel.

Fig. 2 eine Ansicht nach Linie H-Il in Fig. 1.

Fi g. 3 eine Ansicht nach Linie Ill-Ill in Fi g. I,

F i g. 4 eine zu F i g. I analoge Ansicht einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, Jn

F i g. 5 eine zu Fig. 2 analoge Ansicht der Ausführungsform nach F i g. 4,

F i g. 6 eine zu Fig. 3 analoge Ansicht der Ausführungsform nach F i g. 4.

F i g. 7 eine schematische Ansicht einer weiteren J^r> Ausführungsform der optischen Vorrichtung bei der einige optische Elemente sowohl für den Sende- als auch für den Empfangsstrahlengang ausgenutzt werden, und

F i g. 8 eine schematische Ansicht analog den Fig. 2 und 5 einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform.

Nach den F i g. I bis 3 bewegt sich eine Blechbahn 11 in Richtung des Pfeiles Fin kontinuierlicher Weise. Es kann sich z. B. um eine aus einem Walzwerk austretende Blechbahn 11 handeln. Bei der Ansicht nach F i g. 1 steht die Bewegungsrichtung F der Bahn senkrecht auf der Zeichnungsebene.

Ein beispielsweise gemäß der Ausführungsform gemäß Fig. 7 durch einen Laser 24 erzeugter kleiner Lichtfleck 16 tastp*. die Materialbahn 11 in Richtung des Doppelpfeiles fin Fig. I periodisch über ihre gesamte Breite ab. Die Abtastgeschwindigkeit und die Laufgeschwindigkeit der Bahn sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß unter Berücksichtigung der räumlichen Ausdehnung des kleinen Lichtfleckes 16 die gesamte Oberfläche der Materialbahn 11 nacheinander vom Abtastlichtfleck 16 erfaßt wird.

Parallel zur Materialbahn 11 erstreckt sich eine Zylinderlinse 12. deren Abstand von der Materialbahn 11 gleich ihrer Brennweite ist. Die Brennlinie Her Zylinderlinse 12 befindet sich somit am Ort c
Abtastlichtfleckes 16. Sie fällt im wesentlichen mit der durch den Abtastlichtfleck 16 beschriebenen Linie zusammen.

In einem wesentlich größeren Abstand von der Bahn 11 als die Zylinderlinse 12 ist ein Zylinderspiegel 13 angebracht, dessen Zylinderachse senkrecht auf der Achse der Zylinderlinse 12 steht. Der Zylinderspiegel 13 hat eine längliche Streifenform; seine Längsachse ist mi 15 bezeichnet. Die Längsachse 15 des Zylinderspiegel· 13 erstreckt sich parallel zur Materialbahn 11 und zu Achse der Zylinderlinse 12.

Gemäß Fig. 2 ist der Zylinderspiegel 13 um seini Längsachse 15 derart aus seiner parallel zur Material bahn 11 verlaufenden Position herausgekippt, daß dii gemäß Fig.2 von der Zylinderlinse 12 erfaßtei Lichtstrahlen sämtlich an der Zylinderlinse 12 vorbei zi einer Empfangsanordnung 20 gelenkt werden, welchi im Abstand der Brennweile vom Zylinderspiegel f. vorgesehen ist und bei dem Ausführungsbcispiel nacl den Fig. I bis 3 aus einer Matrixanordnung vor Fotoempfängern 14a. b. c...., a'. b'. c'.... λ", b". c". .. besteht. Die Fotoempfänger sind sämtlich über je ein< Leitung an eine Auswcrteelektronik 25 angeschlossen in der die Empfangssignale in jeder gewünschten Weise milAinan/lpr vprlniinfl warrinn Lrxnnon

Nach Fig. I wird alles senkrecht von der Material bahn Il ausgehende Licht auf dem mittleren Foloemp fänger 14c/ vereinigt. Da der Lichtfleck 16 zu einen bestimmten Zeitpunkt nur einen bestimmten Punkt dei Oberfläche der Materialbahn 11 erfaßt, wird also be Lichtbeaufschlagung des Fotoempfängers 14</ ange zeigt, daß von dem Lichtfleck 16 Licht senkrecht /u Materialbahn II austritt.

In F i ■;. 11 ist der Lichtfleck 16 beispielsweise an zwe Stellen auf der Oberfläche der Matcrialbahn 1 wiedergegeben. In der Wirklichkeit tritt der Lichtfleck 16 an den beiden Stellen jedoch nio gleichzeitig sondert zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten auf.

Beispielsweise ist in Fig. I angenommen, daß voi dem links dargestellten Abtastlichtfleck 16 auch nocl zwei weitere Lichtstrahlen unter den Winkeln λ und / zur Senkrechten ausgehen. Diese fallen aufgrund de erfindungsgemäßen Anordnung auf die Fotoempfängei 146 bzw. 14/i und zwar unabhängig davon, an welche] Stelle der Materialbahn 16 sich der Abtastlichtfleck K befindet.

F i g. 2 zeigt, daß auch unterschiedliche Lichtaustritts winkel in der zu F i g. I senkrechten Ebene dazu führen daß das Licht auf unterschiedliche Fotoempfänger fällt Während der nach Fig. 2 senkrecht von der Material bahn 11 ausgehende Lichtstrahl wie in Fig. 1 auf der mittleren Fotoempfänger 14c/trifft erreichen die unte den beispielsweise angenommenen Winkeln γ bzw. ό di< benachbarten Fotoempfänger 14c/'bzw. 14c/".

Wurden sich Ablenkungen in beiden Ebenen rla gern beispielsweise die Ablenkung λ gemäu I-1 g. . unt die Ablenkung γ gemäß Fig. 3 so fällt das Emp.sngs licht auf weitere Fotoempfänger der Matrixanordnunj nach Fig.3, in dem vorstehend angenommener Beispielsfall auf den Fotoempfänger 146".

Auf diese Weise ist es also möglich, je nach dei Feinheit der Matrixanordnung zwischen unterschiedli chen Raumwinkelbereichen des von dem Abtastlicht fleck 16 ausgehenden Lichtes ζυ unterscheiden, unc zwar unabhängig von derjenigen Stelle des Abtastzy klus, an der sich der Abtastlichtfleck 16 gerade befindet

Die Anordnung einer großen Zahl von Fotoempfän gern wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 3 ist wirtschaftlich nur dann vertretbar, wenn es au: die Erkennung einer großen Zahl unterschiedlichei Raumwinkelbereiche ankommt Im allgemeinen, unc zwar insbesondere bei der Fehlererkennung vor gewalzten Metalloberflächen genügt es jedoch, wenr zwischen bestimmten wenigen Winkelbereichen differenziert werden kann. Die Ausführungsform nach der

Fig.4 bis 6 zeigt eine Empfangsanordnung, die sich besonders für die Erkennung von Oberflächenfehlern bei gewalzten Blechen eignet.

Die Empfangsanordnung 20 besteht aus drei parallel zueinander angeordneten Lichtleitstäben 17a, b, c, welche über parallel zu ihnen verlaufende Zylinderlinsen t"a, b, c vom Empfangslicht beaufschlagt werden. An der. dem Lichteintritt diametral gegenüberliegenden Mantelseiten sind die Lichtleitstäbe mit Stufenspiegelanordnungen 26 versehen, welche das Licht in der in F i g. 4 angedeuteten Weise unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab umlenken.

Gemäß den F i g. 4 und 5 liegen die Lichtleitstäbe 17a, ( einschließlich der ihnen zugeordneten Zvlinderlinsen 1H;(. c· in gleicher Höhe, während der mittlere l.ichtleitstab 176 mit der zugeordneten Zylinderlinse 186 etwas tiefer angeordnet ist. was bauliche Vorteile hat. Durch die versetzte Anordnung gemäß den F i g. 4 und 5 ist es möglich, die Empfangsbereiche der drei Lichtleitstäbe unmittelbar aneinander angrenzen zu hissen, ohne daß die Lichtleits'äbe oder Zyhnderlinsen sich berühren müssen. Bei längeren Brennweiten des /vlinderspiegels 13 spielt die Versetzung der Lichtleitstäbc in Richtung der optischen Achse keine entscheidende Rolle.

Die Lichtleitstabanordnung nach den F i g. 4 bis 6 gestattet es zunächst nur. zwischen drei unterschiedlichen Winkelbereichen in der Ebene der F i g. 2 und 5 zu unterscheiden, was jedoch bereits für die Kratzererkennur ■ ausreichend ist. Der mittlere l.ichtleitstab wird von dem 1 icht beaufschlagt, das bei ungestörter Materialoberfläche in der Brennebene des Zylinderspiegcls 13 erscheint. Bei gewalzten Metalloberflächen handelt es sich um einen ausgedehnten länglichen Lichtfleck 27. u ic er in F i g. 6 schematised veranschaulicht ist. Die sich in dem Lichtfleck 27 repräsentierende Lichtstreuung rührt von den in Bewegungsrichtung der Bahn 11 vorhandenen natürlichen Riefen her. Der auf diese Weise hervorgerufene längliche Lichtfleck 27 beaufschlagt nur den mittleren Lichtleitstab \7b. so daß das normalerweise von der ungestörten Oberfläche der Matenalbahn U zurückgeworlene Licht nur einen einzigen Fotoempfänger und zwar den Fotoempfänger 14"" an der Stirnseite des Lichtleitstabs 176 beaufschlagt. Das entsprechende elektrische Signal kann als Bezugsgröße für die übrigen Ausgangssigr.ale verwendet werden.

Kratzer mit einer wesentlichen Komponente quer zur Laufrichtung der Bahn 11 beaufschlagen die seitlichen Lichtleitstäbe 17a. 17c und erzeugen entsprechende elektrische Signale an den an den Stirnseiten dieser Lichtleitstäbe vorgesehenen Fotoempfängern 14'" bzw. 14'"".

Die unter den Winkeln <x und β von der Bahn 11 ausgehenden Strahlen fallen nach Fig.4 auf den gleichen Lichtleitstab 176 wie die senkrechten Strahlen, so daß in dieser Ebene bewußt keine Winkeldifferenzierung vorgenommen wird.

Im wesentlichen in der Mitte des Abtastbereiches sind gemäß den F i g. 4 bis 6 oberhalb der Zylinderlinsen 18a, 18c ebene Umlenkspiegel 19a, 19c angeordnet, welche auf sie auftreffendes Licht nach außen zu Fotoempfängern 14', 14" lenken. Die Umlenkspiegel 19c erstrecken sich nur über einen geringen Teil der Länge der Lichtieitstäbe 17. Nur in diesem Bereich verhindern sie, daß aus der Ebene der F i g. 4 abgelenktes Licht auf die Lichtleitstäbe 17a, c Fällt.

Es hat sich gezeigt daß beim Auftreten von Eindrückungen oder Erhebungen auf der Materialbahn II, welche stetig abfallende bzw. ansteigende Flanken aufweisen, in erster Linie die Umlenkspiegel 19a, 19c mit dem hierdurch abgelenkten Licht beaufschlagt werden, so daß entsprechende elektrische Signale an den Fotoempfängern 14', 14" hervorgerufen werden.

Die Fotoempfänger 14' bis 14'"" können analog dem Ausfuhrungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 3 an eine geeignete Auswerteelektronik 25 angeschlossen sein.

to Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 entspricht die optische Vorrichtung und die Empfangsanordnung 20 dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 4 bis 6. Der Zylinderspiegel 13 und die Zylinderlinse 12 werden jedoch gleichzeitig zur Erzeugung des Abtasllichlfleeks

i¹) 16 herangezogen, indem ein Teil ihrer Pupille quer zur Abtastrichtung für den Sendestrahl 28 ausgenutzt wird. Ein Laser 24 erzeugt über zwei gekreuzt angeordnete, zur Strahlaufweitung vorgesehene Zyhnderlinsen 29, 30 ein Lichtbündel, welches durch das Frontobjektiv 31 parallelgerichtet wird. Das so erzeugte Sendelichtbündel 28 wird über ein um eine Achse 21 drehbares Spiegelrad 22 auf einen Planspiegel 23a gerichtet, welcher das Sendelichtbündel auf den in F i g. 7 unteren Bereich des Zylinderspiegels 13 wirft. Der Zylinderspie-

:ϊ gel 13 und die Zylinderlinse 12 konzentrieren das Lichtbündel gemeinsam auf den Abtastlichtfleck 16.

Für die Unterbringung der Empfangsanordnung 20 sind in F i g. 7 zwei Möglichkeiten dargestellt. Bei der einen in ausgezogenen Linien dargestellten Ausfüh-

in rungsform wird das Empfangsbündel 32 über den Zylinderspiegel 13 auf einen neben dem Planspiegel 23a angeordneten Planspiegel 236 gerichtet, welcher in der dargestellten Weise gegenüber dem Planspiegel 23a etwas dm eine senkrecht auf der Ebene der Fig. 7 stehende Achse gekippt ist. Hierdurch wird das Empfangsbündel 32 nach oben umgelenkt, so daß die Empfangsanordnung 20 in einem deutlichen Abstand von dem Zylinderspiegel 13 und von dem Spiegelrad 22 angeordnet werden kann.

In gestrichelten Linien ist eine vereinfachte Ausfüli rungsform gezeigt, bei der nur ein beide Strahlenbündel erfassender Planspiegel 2i vorgesehen ist. weicher mit seinem unteren Bereich das Sendelichtbündel 28 zum Zylinderspiegel 13 reflektiert, während der in Fig.7 obere Bereich das Empfangsbündel 32 zu einer Empfangsanordnung lenkt, die in Richtung der Achse 21 gesehen neben dem Spiegelt ad 22 liegt. Die letztgenannte Ausführungsform zeichnet sich durch besondere bauliche Kompaktheit aus.

Es ist weiter möglich, auf den Planspiegel 23 überhaupt zu verzichten und das Spiegelrad 22 sowie die sie mit Licht beaufschlagenden optischen Elemente so anzuordnen, daß es das von ihm reflektierte Licht direkt zum Zylinderspiegel 13 lenkt Die Empfangsan-Ordnung 20 wäre in diesem Fall ebenfalls so neben dem Spiegelrad anzuordnen, wie das in F i g. 7 mit gestrichelten Linien dargestellt ist

Nach Fig.6 können zu beiden Seiten der Umlenkspiegel 19a, 19c auch noch Blenden 34 angeordnet werden, welche bewirken, daß in einem bestimmten Bereich zwischen den Umlenkspiegeln 19 und den Lichtleitstäben 17a, 17c Bereiche vorliegen, in denen kein Licht zu den Lichtleitstäben gelangt Hierdurch wird eine gewisse winkelmäßige Entkopplung zwischen dem Licht, welches auf die Umlenkspiegel 19a, c fällt und dem auf die Lichtleitstäbe 17a, 17c fallenden Licht erzielt Die Ausdehnung der Blenden 34 in Richtung der Achse der Lichtleitstäbe entspricht größenordnungsmä-

Big der entsprechenden Ausdehnung der Umlenkspiegel 19.

In F i g. 8 ist eine für die Erkennung von Oberflächenfehlern bei Blechbahnen 11 besonders geeignete Empfangsvorric'iitung dargestellt.

Unter dem Reflexionswinkel ε des Sendestrahls 28 ist die Zylinderlinse 12 mit ihrer optischen Achse 33 angeordnet. Das aus ihr austretende Licht wird über den gemäß Fig.8 angeordneten Zylinderspiegel 13 und einen Planspiegel 23 auf die F.mpfangsanordnung 20 gerichtet, welche wieder gemäß den F i g. 4 —6 ausgebildet ist.

Da die Zylinderlinse 12 unter dem Reflexionswinkel e relativ zum Sendestrahl 28 angeordnet ist. gelangt das normalerweise an der Oberfläche der Bahn 11

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reflektierte Licht praktisch weilgehend vollständig zum mittleren Lichtleitstab Wb, wo bei gewalztem Blech das Muster 27 gemäß Fig.6 erzeugt wird. Die Empfangsvorrichtung nach den F i g. 4—6 wird also vorzugsweise gemäß Fig.8 unter dem Reflexionswinkel ε zum Sendestrahl 28 angeordnet.

Zwischen dem Sendestrahl 28 und der Zylinderlinse 12 befindet sich noch praktisch senkrecht über der Bahn eine Zylinderlinse 37, hinter der ein Lichtleitstab 38 angeordnet ist. Beide Rlemente verlaufen wie die Zylinderlinse 12 parallel zur Abtastrichtiing. Der Lichtleitstab 38 dient zum Empfang des von der Bahnoberfläche 11 remittierten Lichtes. Mit diesem Empfangssystem können vorzugsweise Flecke auf der Bahnoberfläche erkannt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche;

1. Optische Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaustrittswinkel bei einer mit einem Lichtfleck in einer Abtastrichtung abgetasteten Materialbahn mit wenigstens einem Fotoempfänger und zwischen der Materialbahn und dem bzw. den Fotoempfänger(n) angeordneten optischen Mitteln, welche nur in einem oder mehreren vorbestimmten Raumwinkelbereich(en) von dem Lichtfleck ausgehende Lichtstrahlen auf dem bzw. den Fotoempfänger(n) vereinigen, und mit einer parallel zur Abtastrichtung entlang des Abtastbereiches und parallel zur Materialbahn im Abstand ihrer Brennweite von dieser angeordneten Zylinderlinse, deren Abmessungen so sind, daß sie alles unter den zu bestimmenden Lichtaustrittswinkeln von dem Lichtfleck ausgehende Licht erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten optischen Mittel aus einem hinter der Zylinderlinse (12) angeordneten, sich parallel zu ihr (12) erstreckenden, streifenförrnigen Zylinderspiegel (13) mit senkrecht auf der Achse der Zylinderlinse (12) stehender Zylinderachse besteht, in dessen Brennebene sich die den bzw. die Fotoempfänger (14) enthaltene Empfangsanordnung (20) befindet, und daß der Zylinderspiegel (13) um seine Längsachse (15) so gekippt ist, daß das reflektierte Licht seitlich neben die Zylinderlinse (12) fällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d&3 der Zylinderspiegel (13) die Zylinderlinse (12) beidseits überragt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderspieael (13) die Zylinderlinse (12) beidseits um ein solches Stück überragt, daß am Ende der Zylinderlinse (12) unter Winkeln von IO bis 20°, vorzugsweise 15°, zur Senkrechten auf der Materialbahn (1 i) ausgehende Lichtstrahlen noch auf den Zylinderspiegel (13) auftreffen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderspiegel (13) im wesentlichen im Abstand seiner Brennweite von der Materialbahn (U) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4. daß die Brennweite des Zylinderspiegels (13) etwa gleich wie und vorzugsweise etwas langer als die Abtastbreite ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennebene des Zylinderspiegels (13) eine Matrix (14) von Fotoempfängern (a, b. c,.... a'. b'. c',.... a", b".c",.. .^angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen in der Brennebene des Zylinderspicgels (13) wenigstens ein sich parallel zur Längsachse (15) des Zylinderspiegels (13) erstreckender vorzugsweise runder Lichtlei tst<ib( 17) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zueinander drei Lichtleitstäbe (17a. b, ^nebeneinander angeordnet sind, von denen der mittlere sich an der Stelle befindet, wo das bei ungestörter Materialbahn (11) von dieser ausgehende Licht auftrifft.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Lichtleitstab (17a, b, c) eine sich parallel zu ihm erstreckende Zylinderlinse (18a, b, ^angeordnet ist,

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Bereich der seitlichen Lichtleitstäbe (17a, Mc) vor diesen Umlenkspiegel (19a, 19c) angeordnet sind, welche das auf sie auftreffende Licht zu je einem Fotoempfänger (14', 14") lenken.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse

(33) der Zylinderlinse (12) unter dem Reflexionswinkel (ε) des den Lichtfleck erzeugenden Sendestrahls (28) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Abtastlichtfleck mittels einer

Vs Lichtablenkvorrichtung wie ein Spiegelrad über einen streifenförmigen Zylinderspiegel und eine Zylinderlinse erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Apertur der Zylinderlinse (12) und des Zylinderspiegels (13) für das Sendelicht, der restliche Teil für das Empfangslicht verwendet wird und daß entweder die Empfangsanordnung (20) in Richtung der Drehachse (21) gesehen unmittelbar neben der Lichtablenkvorrichtung (22) liegt oder daß zwischen der Lichtablenkvorrichtung (22) und dem Zylinderspiegel (13) eine Strahlumlenkung durch gegeneinander geneigte Planspiegel (23a, b) erfolgt und die Empfangsanordnung (20) in einem der Neigung der Spiegel entsprechenden Abstand von der Lichtablenkvor richtung (22) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich von den Umlenkspiegeln (19a, i9c) Blenden (34) angeordnet sind.