DE2827704A1

DE2827704A1 - Geraet zur feststellung von fehlern an bahnmaterial

Info

Publication number: DE2827704A1
Application number: DE19782827704
Authority: DE
Inventors: Erwin Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1978-06-23
Filing date: 1978-06-23
Publication date: 1980-01-17
Also published as: JPS6223250B2; SE440406B; DE2827704B2; US4306813A; SE7905471L; JPS556293A; GB2024415A; FR2434387B2; FR2434387A2; DE2827704C3; GB2024415B

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Feststellung von Fehlern an Bahnmaterial mit einer von einem Lichtstrahl beaufschlagten, einen Abtastlichtfleck auf der Bahn erzeugenden Lichtablenkvorrichtung, einer sich über dem Abtastbereich erstreckenden Zylinderlinse mit sich entlang der Laufbahn des Abtastlichtfleckes auf der Bahn erstreckender Brennlinie, einem dahiner im Abstand angeordneten streifenförmigen Zylinderspiegel mit optisch senkrecht zur Laufrichtung des Abtastlichtfleckes auf der Bahn verlaufender Brennlinie und einer in der Brennebene des Zylinderspiegels angeordneten, von ihm beaufschlagten Lichtempfangsanordnung mit wenigstens zwei Fotoempfängern, welche Licht von in unterschiedlichen Winkelbereichen von der Bahn ausgehenden Lichtstrahlen empfangen und von denen einer das unter dem Reflexionswinkel von der Bahn ausgehende Licht erhält, insbesondere nach Patentanmeldung P 28 OO 351·2. Die Lichtempfangsanordnung kann auch wenigstens zwei, vorzugsweise drei parallel zur Abtastrichtung nebeneinander angeordnete, auf einem streifenförmigen Mantelbereich eine-Stufenspiegelanordnung tragende Lichtleitstäbe aufweisen, an deren Stirnseiten Fotoempfänger vorgesehen sind und von denen einer das unter dem Reflexionswinkel von der Bahn ausgehende Licht erhält. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Weiterbildung des Gerätes nach der Patentanmeldung P 2.8 00 351.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Feststellung von solchen Fehlern, die einen unter einem vorbestimmten Winkel auftreffenden scharf gebündelten Lichtstrahl, welcher möglichst viele unterschiedliche Wellenlängenbereiche enthält und insbe- j sondere aus weißem Licht besteht, um vorbestimmte Winkelbeträge z.B. in einem bestimmten Raumwinkelbereich ablenken. Während vorbekannte Geräte dieser Art meistens mit dem monochromatischen Laserlicht arbeiten, ist es für die vorliegende Erfindung von Bedeutung, daß mit zumindest zwei unterschiedliche

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Wellenlängenbereiche enthaltendem Licht gearbeitet wird.

Geräte zur Feststellung derartiger Fehler und insbesondere zur Differenzierung zwischen unterschiedlichen Fehlerarten müssen also zwischen Lichtstrahlen bzw. Lichtbündeln unterscheiden können, die unter unterschiedlichen Winkeln von der Bahn ausgehen. Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung bei Geräten zur Feststellung von Oberflächenfehlern bei Blechen anwenden» Der Lichtstrahl wird dabei schräg auf das Blech gerichtet, und die Empfangszylinderlinse bevorzugt unter dem Reflexionswinkel angeordnet. Das Gerät kann aber auch in Transmission bei insbesondere der Untersuchung von Folien oder Textilien arbeiten, wobei sich die Empfangszylinderlinse bevorzugt in der Verlängerung ί des die Bahn von einer Seite beaufschlagenden scharf gebündelten Lichtstrahls befindet. Fehler in der Bahn ergeben dann charakteristische V/inkelablenkungen und/oder Streuungen des Lichtstrahls ! in der Natur des Fehlers entsprechende Baumwinkelbereiche.

Besondere wichtig ist die Erfassung sowohl von Kratzern auf Metalloberflächen als auch von großflächigeren Beulen oder Erhebungen auf der Oberfläche. In jedem Fall weist jedoch das Fehlerfeststellungsgerät gemäß der Erfindung zweckmäßigerweise zusätzlich einen in Remission arbeitenden Empfangskanal auf, welcher in bekannter Weise auf Flecken anspricht, welche das remittierte Licht · | beeinflussen. Auch bei der Durchleuchtung von Folien kann ein der- -i artiger Empfangskanal seitlich des Hauptstrahls zur Erkennung von { Flecken vorgesehen werden. Dieser Kanal kann sowohl mit remittier- ; tem Licht als auch mit gestreutem Durchlicht arbeiten. Bei Texti- j' lien arbeitet ein derartiger zusätzlicher Fleckenerkennungskanal j in Remission. ί

von

Zur Ermittlung von unter unterschiedlichen Winkeln/von einer Bahnoberfläche ausgehendem Licht ist bereits die optische Vorrichtung

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nach der DE-AS 25 32- 603 bekanntgeworden. Sie erfordert jedoch einen Lichtleitstab mit rechteckigem Querschnitt von hoher optischer Qualität, da die Lichtleitung in dem Lichtleitstab so exakt durchgeführt werden muß, daß die ursprüngliche Winkelbeziehung zwischen den von dem Abtastlichtfleck ausgehenden Lichtstrahlen bis zum Empfänger voll erhalten bleibt.

Eine wesentlich geringere optische Qualität der Lichtleitstäbe kann hingenommen werden, wenn diese nicht zur Differenzierung von unter unterschiedlichen Winkeln von einer Oberfläche ausgehendem Licht herangezogen werden, sondern nur dazu, daß auf andere Weise aus einem bestimmten V/inkelbereich zu ihrer Mantelfläche geschickte Licht durch Totalreflexion einem an einer oder beiden Stirnseiten angeordneten Fotoempfänger zuzuführen. Eine derartige Vorrichtung zur überwachung einer Materialbahn auf Fehlstellen ist aus der DE-OS 24 33 683 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung gestattet jedoch nur zwischen zwei in einer bestimmten Ebene liegenden Winkelbereichen zu differenzieren.

Durch die DE-OS 25 08 366 ist ein völlig neuer Typ eines Lichtleitstabes bekanntgeworden, welcher auf der dem Lichteinfalls-Mantelbereich diametral gegenüberliegenden Seite mit einer sich geradlinig in Richtung der Längsachse des Stabes erstreckenden schmalen Stufenspiegelanordnung versehen ist, deren Einzelspiegel derart zur Längsachse des Lichtleitstabes geneigt sind, daß diametral auffallendes Licht unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab hinein abgelenkt wird. Wesentlich ist dabei, daß die in einem Schnitt senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Lichtstrahlen möglichst nicht senkrecht, sondern schräg auf die kleinen Planspiegel auffallen, damit nach ein- oder mehrmaliger Totalreflexion die Lichtstrahlen möglichst nicht ein zwei tes Mal auf die Stufenspiegelanordnung auftreffen, wo sie für die weitere Lichtleitung verloren gehen würden.

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Der vorbekannte Lichtleitstab hat runden Querschnitt und ermöglicht es, den größten Teil des auf den Mantelbereich auffallenden Empfangslichtes zu einem an einer oder beiden Stirnseiten vorgesehenen Fotoempfänger zu führen. Sofern nur ein Fotoempfänger an einer Stirnseite vorgesehen ist, wird die gegenüberliegende Stirnseite des Stabes zweckmäßigerweise verspiegelt. Es ist auch schon bekannt, die einzelnen Spiegel der Stufenspiegelanordnung quer zur Längsachse konvex gekrümmt auszubilden, um den die Gleichmäßigkeit verbessernden Streueffekt zu verbessern. Auch können mehrere sehr schmale Stufenspiegelanordnungen unmittelbar nebeneinander angeordnet werden.

Der eine wesentlich größere Lichtausbeute ergebende neue Lichtleitstab wird ζ.Β. in einem optischen Abtastsystem, beispielsweise zur Untersuchung einer Materialbahn, nach der DE-OS 25 50 815 verwendet, wobei allerdings eine Differenzierung zwischen unterschiedlichen Winkelbereichen des von der Materialbahn ausgehenden Lichtes nicht möglich ist.

Bei einem älteren Vorschlag für eine Vorrichtung zur Ermittlung - von Fehlstellen auf der reflektierenden Oberfläche einer Bahn (deutsche Patentanmeldung P 27 27 926.1).werden drei Lichtleitstäbe der u.a. aus der DE-OS 25 08 366 bekannten Art nebeneinander parallel angeordnet, wobei der mittlere in Lichtstrahlrichtung gegenüber den beiden Seiten-Lichtleitstäben etwas versetzt ist. Durch geeignet angeordnete Zylinderlinsen wird unter unterschiedlichen Winkelbereichen von der Bahnoberfläche ausgehendes Licht jeweils nur auf einen der drei Lichtleitstäbe gelenkt. Der mittlere Lichtleitstab empfängt dabei das unter dem Reflexionswinkel von der Bahn ausgehende Licht, während die beiden seitlichen Lichtleitstäbe im Dunkelfeld arbeiten. Bei einem weiteren älteren Vorschlag (deutsche Patentanmeldung P 28 OO 351) wird das von der Oberfläche der Bahn ausgehende Licht zunächst

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durch eine Zylinderlinse in einer Ebene parallel gerichtet und dann durch einen Zylinderspiegel zu einer Lichtempfangsanordnung ι

geleitet. <

Die vorliegende Erfindung hat eine Weiterbildung des Gerätes nach diesem älteren Vorschlag zum Ziel, welches auch farbige Flecken auf der Bahnoberfläche bzw. der durchstrahlten Folie zu ermitteln gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung nach einer ersten Ausfuhrungsform vor, daß zu dem einen, zentralen Fotoempfänger durch Filterung nur Licht aus einem ersten Wellenlängenbereich durchgelassen wird und von dem zu diesem Fotoempfänger verlaufenden Lichtstrahl vor der Filterung wenigstens ein Teilstrahl abgezweigt und nach Ausfilterung eines zweiten Wellenlängenbereiches einem.weiteren Fotoempfänger zugeführt ist.

Der zentrale Fotoempfänger befindet sich dabei zweckmäßigerweise in· demjenigen Mittelbereich der Lichtempfangsanordnung, wo das Licht bei exakt spiegelnder Oberfläche gegebenenfalls unter Berücksichtigung der beim Bahntransport nicht vermeidbaren geringfügigen Kippungen auftreffen würde. Der auf den betreffenden Fotoempfänger auftreffende Lichtstrahl kann auch als das "Haupt« licht" bezeichnet werden, weil in diesem Kanal das bis auf Farbfehler und Flecken einer ungestörten Bahnoberfläche entsprechende Licht auftrifft. Vorzugsweise werden erfindungsgemäß zwei Farbkanäle beispielsweise für rot und blau verwendet, was bereits eine sichere Erkennung von Verfärbungen der Oberfläche gestattete

Bei einem Gerät mit wenigstens einem quer zur Abtastrichtung abgelenkte Lichtstrahlen erhaltenden, seitlich des zentralen Fotoempfängers angeordneten Fotoempfänger sieht die Erfindung vor, daß auch dieser Fotoempfänger befiltert und wenigstens ein

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Teil des zu ihm gerichteten Lichtstrahls vor der Filterung ■ , abgezweigt und nach Ausfilterung eines aweiten Wellenlängen- [ bereichs einem weiteren Fotoempfänger zugeführt ist. Bei dieser \ Ausführungsform ist auch die Erkennung von Farbfehlern im Bereich von beulenartigen Vertiefungen oder Erhebungen auf der Bahnoberfläche möglich.

Bei der mit Lichtleitstäben arbeitenden Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß der eine, zentrale Lichtleitstab in dem- ■ jenigen Mittelbereich, wo das Licht bei exakt spiegelnder Oberfläche gegebenenfalls unter Berücksichtigung der beim Bahntransport nicht vermeidbaren geringfügigen Kippungen auftreffen würde, durch eine lichtundurchlässige Blende abgedeckt ist. Die Blende ist dabei vorzugsweise ein Auslenkspiegel„ Auf diese Weise kann der zentrale, vorzugsweise von zwei seitlichen Lichtleitstäben umgebene Lichtleitstab der Kratzererkennung im Dunkelfeld dienen. Das Hauptlicht wird durch die besagte Blende vom Lichtleitstab entfernt gehalten.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zur Erkennung von Farbfehlern auf der Bahnoberfläche kennzeichnet sich dadurch, daß der ausgelenkte Lichtstrahl wellenlängenmäßig in wenigstens zwei Teilstrahlen aufgespalten und jeder Teilstrahl einem Fotoempfänger zugeführt ist. Auch hier sind die bevorzugten Farben der beiden Farbkanäle rot und blau.

Bei derjenigen Ausführungsform des Gerätes nach der Patentanmeldung P 28 OO 351, welche mit im Mittelbereich des bzw. der seitlichen Lichtleitstäbe angeordneten Auslenkspiegeln arbeitet, sieht die Erfindung vorzugsweise vor, daß der bzw. die ausgelenkten Lichtstrahlen wellenlängenmäßig in wenigstens zwei Teilstrahlen aufgespalten und jeder Teilstrahl einem Fotoempfänger zugeführt ist« Diese Ausführungsform gestattet ebenfalls die Erkennung farbiger beulenartiger Vertiefungen oder Erhebungen auf der Bahnoberfläche,,

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

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaustrittswinkel,

Figur 2 eine Ansicht nach Linie II-II in Figur 1, Figur 3 eine Ansicht nach Linie III-III in Figur 1,

Figur k eine zu Figur 1 analoge Ansicht einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform,

Figur 5 eine zu Figur 2 analoge Ansicht der Ausführungsform nach Figur 4»

Figur 6 eine zu Figur 3 analoge Ansicht der Ausführungsform nach Figur /f,

Figur 7 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der einige optische Elemente sowohl für den Sende- als auch für den Empfangsstrahlengang ausgenutzt werden, und

Figur 8 eine schematische Ansicht analog den Fig. 2 und 5 einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsforme

Nach den Fig. 1 bis 3 bewegt sich eine Blechbahn 11 in Richtung des Pfeiles F in kontinuierlicher Weise. Es kann sich z.B. um eine aus einem Walzwerk austretende Blechbahn Ί1 handeln. Bei

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der Ansicht nach Fig. 1 steht die Bewegungsrichtung F der Bahn schräg zur Zeichnungsebene. ■

Ein durch einen schräg einfallenden, parallel zu sich selbst verschobenen Fahrstrahl 46 erzeugter kleiner Lichtfleck 16 '

tastet die Materialbahn 11 in Richtung des Doppelpfeiles f in Fig» 1 periodisch über ihre gesamte Breite ab. Der Fahrstrahl 46 kann beispielsweise gemäß der Ausführungsform nach Fig. 7 durch eine breitbandige Lichtquelle 24 über ein Spiegelrad 22 und einen Hohlspiegel 13 erzeugt sein. 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 vom Abtastfleck 16 auf der Materialbahn 11 gleich ihrer Brennweite ist. Die Brennlinie der Zylinderlinse

12 befindet sich somit am Ort des 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 ί

Zylinderlinse 12 ist ein Zylinderspiegel 13 angebracht, des- ;

sen Zylinderachse senkrecht auf der Achse der Zylinderlinse 12 j

steht. Der Zy linder spiegel 13 hat eine längliche Streifenform; j'

seine Längsachse ist mit 15 bezeichnet. Die Längsachse 15 des ,i

Zylinderspiegels 13 erstreckt sich parallel zur Materialbahn 11 |

und zur. Achse der Zyl_nderlinse 12. ?

Gemäß Fig. 2 ist der Zylinderspiegel 13 um seine Längsachse 15 derart aus seiner parallel zur Zylinderlinse 12 verlaufenden Position herausgekippt, daß die gemäß Fig. 2 von der Zylinderlinse 12 erfaßten Lichtstrahlen sämtlich an der Zylinderlinse 12 vorbei zu einer EmpfangsanOrdnung 20 gelenkt werden, welche im Abstand der Brennweite vom Zylinderspiegel 13 vorge-

sehen ist und bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 aus einer Matrixanordnung von Fotoempfängern 14a, b, c, ..., a', b¹, c¹, ..., a", b", c", ... besteht. Die Fotoempfänger sind sämtlich über je eine Leitung an eine Auswerteelektronik 25 angeschlossen, in der die Empfangssignale in jeder gewünschten Weise miteinander verknüpft werden können.

Nach Fig. 1 wird alles unter dem Reflexionswinkel von der Materialbahn 11 ausgehende Licht auf dem mittleren Fotoempfänger 14d vereinigt. Da der Lichtfleck 16 zu einem bestimmten Zeitpunkt nur einen bestimmten Punkt der Oberfläche der Materialbahn 11 erfaßt, wird also bei Lichtbeaufschlagung des Fotoempfängers 14d angezeigt, daß von dem Lichtfleck 16 Licht unter dem Reflexionswinkel austritt.

In Fig. 1 ist der Lichtfleck 16 beispielsweise an zwei Stellen auf der Oberfläche der Materialbahn 11 wiedergegeben. In der ; Wirklichkeit tritt der Lichtfleck 16 an den beiden Stellen jedoch nie gleichzeitig, sondern zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten auf.

Beispielsweise ist in Fig. 1 angenommen, daß von dem links dargestellten Abtastlichtfleck 16 auch noch zwei weitere Lichtstrahlen unter den Winkeln Qi und /3 zur Senkrechten ausgehen. Diese fallen aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung auf die Fotoempfänger 14b bzw. 14f, und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle der Materialbahn 16 sich der Abtastlichtfleck 16 befindet.

Fig. 2 zeigt, daß auch unterschiedliche Lichtaustrittswinkel in der zu Fig. 1 senkrechten Ebene dazu führen, daß das Licht auf unterschiedliche Fotoempfänger fällt. Während der nach Fig. 2 unter dem Reflexionswinkel von der Materialbahn 11 ausgehende Lichtstrahl wie in Fig. 1 auf den mittleren Fotoempfänger 14d trifft, erreichen die unter den beispielsweise angenommenen Win- <eln 2Γ bzw. c/ gestreuten Strahlen die benachbarten Fotoempfänger 14d' bzw. 14d'\

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Würden sich Ablenkungen in beiden Eb'äfieW übe'f lagern "beispielsweise die Ablenkung cc gemäß Fig. 1 und die Ablenkung.?¹" gemäß Fig. 2, so fällt das Empfangs licht auf weitere Fotoempfänger der Matrixanordnung nach Fig. 3, in dem vorstehend angenommenen Beispielsfall auf den Fotoempfänger 14b¹.

Auf diese Weise ist es also möglich, je nach der Feinheit der MatrixanOrdnung zwischen unterschiedlichen Raumwinkelbereichen des von dem Abtastlichtfleck 16 ausgehenden Lichtes zu unterscheiden, und zwar unabhängig von derjenigen Stelle des Abtastzyklus, an der sich der Abtastlichtfleck 16 gerade befindet.

Vor allen Fotoempfängern können auch noch Sammellinsen 43 angeordnet sein, die das Licht auf die einzelnen F₀toempfänger 14 konzentrieren.

Erfindungsgemäß ist in den zum zentralen Fotoempfänger 14d führenden Lichtstrahl ein Strahlenteiler 39 eingeschaltet, welcher den Lichtstrahl in einen zum Fotoempfänger 14d und zu einem weiteren Fotocmpfänger Ημ3'^η gerichteten Teil aufspaltet. Vor dem zentralen Fotoempfänger 14d ist ein Rotfilter 44 eingeschaltet, vor dem weiteren Fotoempfänger 14d"^f ein Blaufilter 45. Von dem zum Strahlenteiler 39 gelangenden weißen Licht erkennt also der zentrale Fotoempfänger 14d den Rotanteil, der weitere Fotoempfänger 14d^nl den Blauanteil„ Die Zusammenschaltung der beiden Fotoempfänger in der Auswerteelektronik 25 gestattet die Erkennung von Farbfehlern auf der Oberfläche der Bahn 11.

Der beispielsweise von einer Xenonlampe erzeugte parallel zu sich selbst senkrecht in der Ebene der Fig. 2 parallel verschobene Sendelichtstrahl ist mit 46 bezeichnet. Die Zylinderlinse 12 und der Zylinderspiegel 13 sind in der aus Fig. 2 ersichtlichen V/eise unter dem Reflexionswinkel relativ zum Sendestrahl 46 angeordnet, derart, daß der unter dem Reflexionswinkel reflektierte zentrale Strahl 46' nach der Reflexion an dem Zylinderspiegel 13 auf die beiden zentralen Fotozellen 14d und 14d·" trifft.

Auch .in dem boidon nur; Fi/7. P- ersichtlichen ooilenkanülcn kann mitteln Strahlenteilern 39' eine Strahlaufspaltung vorgenommen

Die Lichtleitstabanordnung nach den Fig. 4 bis 6 gestattet es zunächst nur, zwischen drei unterschiedlichen Winkelbereichen in der Ebene der Fig. 2 und 5 zu unterscheiden, was jedoch bereits für die Beulenerkennung ausreichend ist. Der mittlere Lichtleitstab wird von dem Licht beaufschlagt, das bei ungestörter Materialoberfläche in der Brennebene des Zylinderspiegels 13 erscheint. Bei gewalzten Metalloberflächen handelt es sich um einen ausgedehnten länglichen Lichtfleck 27, wie er in Fig. 6 schematisch 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 17b, so daß das normalerweise von der ungestörten Oberfläche der Materialbahn 11 zurückgeworfene Licht nur einen einzigen Fotoempfänger, und zwar den Fotoempfänger 14"" an der Stirnseite des Lichtleitstabs 17b beaufschlagt. Das entsprechende elektrische Signal kann als Bezugsgröße für die übrigen Ausgangssignale verwendet werden.

Fehlstellen 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 O£ und/2 von der Bahn 11 ausgehenden Strahlen fallen nach Fig. 4 auf den gleichen Lichtleitstab 17b wie die senkrechten Strahlen, so daß in dieser Ebene im einfachsten Falle keine Winkeldifferenzierung vorgenommen wird.

Im wesentlichen in der Mitte des Abtastbereiches sind gemäß den Fig. 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 Lichtleitstäbe 17. Nur in diesem Bereich verhindern sie, daß aus der Ebene der Fig. 4 abgelenktes Licht auf die Lichtleitstäbe 17a,c fällt. 9098 83/005 9

werden, was in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. Während die Fotoempfänger 14d' bzw. 14d" aufgrund der Vorschaltung der Rotfilter 44 nur den Rotanteil des seitlich abgelenkten Sendelichtes empfangen, werden die beiden zusätzlichen Fotoempfänger 14d"" bzw. 14d""' aufgrund der Vorschaltung der Filter 45 nur vom Blauanteil des seitlich abgelenkten Sendelichtes erreicht.

Die Anordnung einer großen Zahl von Fotoempfängern wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist wirtschaftlich nur dann vertretbar, wenn es auf die Erkennung einer großen Zahl unterschiedlicher Raumwinkelbereiche ankommt. Im allgemeinen, und zwar insbesondere bei der Fehlererkennung von gewalzten Metalloberflächen genügt es jedoch, wenn zwischen bestimmten wenigen Winkelbereichen differenziert werden kann. Die Ausführungsform nach den 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 LichtIeitstäben 17a, b, c, welche über parallel zu ihnen verlaufende Zylinderlinsen 18a, b, c vom Empfangslicht beaufschlagt werden. An den dem Lichteintritt diametral gegenüberliegenden Mantelseiten sind die Lichtleitstäbe mit Stufenspiege!anordnungen 26 versehen, welche das Licht in der in Fig.4 angedeuteten Weise unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab umlenken.

Gemäß den Fig. 4 und 5 liegen die Lichtleitstäbe 17a, c einschließlich der ihnen zugeordneten Zylinderlinsen 18a, c in gleicher Höhe, während der mittlere Lichtleitstab 17b mit der zugeordneten Zylinderlinse 18b etwas tiefer angeordnet ist, was bauliche Vorteile hat. Durch die versetzte Anordnung gemäß den Fig. 4 und 5 ist es möglich, die Empfangsbereiche der drei Lichtleitstäbe unmittelbar aneinander angrenzen zu lassen, ohne daß die Lichtleitstäbe oder Zylinderlinsen sich berühren müssen. Bei längeren Brennweiten des Zylinderspiegels 13 spielt die Versetzung der Lichtleitstäbe in Richtung der optischen Achse keine entscheidende Rolle.

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Es hat sich gezeigt, daß beim Auftreten von Eindrückungen oder Erhebungen auf der Materialbahn 11, 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' bzw. 14""' können analog dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 an eine geeignete Auswerteelektronik 25 angeschlossen sein.

Nach Fig. 6 ist der Mittelbereich des mittleren Lichtleitstabs 17b bzw. der mittleren Zylinderlinse 18b durch einen Auslenkspiegel 19b abgedeckt, welcher gemäß Fig. 5 das unter dem Reflexionswinkel in die Zylinderlinse 12 eintretende Licht über einen Strahlenteiler 39 auf Fotoempfänger 14h bzw. 14i wirft, vor denen ein Rotfilter 44 bzw. ein Blaufilter 45 angeordnet sind. Dadurch werden wieder zwei Farbkanäle geschaffen, welche die Erkennung von farbigen Fehlern auf der Oberfläche der Bahn 11 gestatten.

Statt des zentral angeordneten Auslenkspiegels 19h könnten gemäß Fig. 6 auch an den beiden Stirnseiten des mittleren Lichtleitstabes 17b je ein Rotfilter 44 bzw. ein Blaufilter 45 angeordnet sein. Dem Filter 44 müßte außerdem ein weiterer Fotoempfänger 14""a zugeordnet werden. Des weiteren ist es erforderlich, daß der mittlere Lichtleitstab 17b das auf seinen Mantelbereich auftreffende Licht nach beiden Stirnseiten hin unter Winkeln der Totalreflexion streut. Auf diese Weise würde der Fotoempfänger 14"" den Blauanteil, der Fotoempfänger 14""a den Rotanteil des zentral auffallenden Sendelichtes empfangen«

Bevorzugt ist jedoch die Ausspiegelung des Hauptlichtes mittels des Auslenkspiegels 19b, weil hierdurch Farbfehler und Kratzer voneinander unterschieden werden können.

Während nach Fig. 5 der ausgespiegelte Hauptlichtstrahl 40 in zwei Teilstrahlen 41, 42 aufgespalten wird, können auch die beiden seitlichen Mittelstrahlen in der gestrichelt angedeu-

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teten Weise durch einen Strahlenteiler 39' in zwei unterschiedliche Farbkanäle gelenkt werden, in denen wieder Filter 44, 45 und jeweils zwei Fotoempfänger 14*, 14'a bzw. 14" bzw. 14"a angeordnet sind. Die beiden Farbkanäle gestatten auch eine Erkennung von farbigen, beulenartigen Erhebungen oder Vertiefungen der Blechoberfläche.

Schließlich ist es erfindungsgemäß auch noch möglich, den mittleren Lichtleitstab 17b und gegebenenfalls auch die Zylinderlinse 18b im Bereich des Auslenkspiegels 19b zu unterbrechen, den Auslenkspiegel 19b wegzulassen und die Empfangsanordnung 39, 44, 45, 14h, 14i unmittelbar hinter der Lücke im Lichtleitstab anzuordnen. Zur vollständigen Erfassung des Kratzerlichtes sollten dann allerdings vorzugsweise an beiden Enden des unterbrochenen Licht-Ieitstabes 18b Photoempfänger, die parallel geschaltet sind, vorgesehen werden.

Statt der Farbfilter 44, 45 könnten auch die Strahlenteiler 39, 39' als dichroitische Spiegel ausgebildet werden. Auch jede andere Art der Strahlenteilung und WeIlenlängenaufspaltung kommt für die Zwecke der Erfindung in Frage.

Die Fig. 7 und 8 zeigen für praktische Verwirklichungen des Erfin-, dungsgedankens besonders vorteilhafte Strahlengänge, wobei der Einfachheit halber die vorstehend beschriebene Aufspaltung der einzelnen Meßstrahlen in mehrere Farbkanäle nicht erneut dargestellt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 werden als Alternative zu der Beleuchtungsoptik nach den Fig. 1 bis 6 der Zylinderspiegel 13 und die Zylinderlinse 12 gleichzeitig zur Erzeugung des Abtastlichtfleckes 16 herangezogen, indem ein Teil ihrer Pupille quer zur Abtastrichtung für den Sendestrahl 28 ausgenutzt wird. Ein durch eine Xenonlampe 24, einen Kondensor 29 und eine Loch- oder Spaltblende erzeugtes divergierendes Lichtbündel, welches durch das Frontobjektiv 31 parällelgerichtet wird, wird über ein um eine Achse 21 drehbares Spiegelrad 22 auf einen Planspiegel 23a gerichtet, welcher das Sendelichtbündel auf den in Fig. 7 unteren Bereich des Zylinder-

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spiegeis 13 wirft. Der Zylinderspiegel 13 und die Zylinderlinse 12 konzentrierten das Lichtbündel gemeinsam auf den Abtastlichtfleck 16.

Für die Unterbringung der Empfangsanordnung 20 sind in Fig. 7 zwei Möglichkeiten dargestellt. Bei der einen in ausgezogenen Linien dargestellten Ausfuhrungsform wird das Empfangsbündel 32 über den Zylinderspiegel 13 auf einen neben dem Planspiegel 23a angeordneten Planspiegel 23b gerichtet, welcher in der dargestellten Weise gegenüber dem Planspiegel 23a etwas um eine

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senkrecht auf der Ebene der Fig. 7 stehende Achse gekippt ist. Hierdurch wird das Empfangsbündel J>2 nach oben umgelenkt_s so daß die Empfan/-;Ganordnung 20 in einem deutlichen Abstand von dem Zylinderspiegel 13 und von dem Spiegelrad 22 angeordnet werden kann»

In gestrichelten Linien ist eine vereinfachte Ausführungsform gezeigt, bei der nur ein beide Strahlenbündel erfassender Planspiegel 23 vorgesehen ist, welcher 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 Spiegelrad 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 Empfangsanordnung 20 wäre in diesem Fall ebenfalls so neben dem Spiegelrad anzuordnen, wie das in Fig. 7 mit gestrichelten Linien dargestellt ist»

Wach 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_s 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 3k in Eichtung der Achse der Lichtleitstäbe entspricht größenordnungsmäßig der entsprechenden Ausdehnung der Umlenkspiegel 19»

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In Fig. 8 ist eine für die Erkennung von Oberflächenfehlern bei Blechbahnen 11 besonders geeignete Sende- und Empfangs-Vorrichtung dargestellt, wie sie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 6 benutzt wird.

Ein durch eine Xenonlampe 24, einen Kondensor 29, eine Lochblende 30 und ein Frontobjektiv 31 erzeugter Sendestrahl wird von einem um eine Achse 21 umlaufenden Spiegelrad 22 auf einen Planspiegel 3 5 gelenkt, von dem er über einen weiteren Planspiegel 36 zu einem Hohlspiegel 31' gelangt, der als Kugeloder Paraboloidspiegel ausgebildet sein kann und Streifenform mit senkrecht auf der Zeichnungsebene stehender Achse hat. Unter Berücksichtigung der zweifachen Strahlknickung an den Spiegeln 35, 36, welche übrigens ebenfalls eine senkrecht auf der Zeichnungsebene stehende Streifenform haben, befindet sich der Hohlspiegel 31' im Abstand seiner Brennweite vom Spiegelrad 22. Von dem Hohlspiegel 31' wird der Sendestrahl 28 unter einem Winkel 6- zur Erzeugung des Abtastlichtfleckes 16 auf die Blechbahn 11 gelenkt. Der Winkel £ liegt vorzugsweise zwischen 10° bis 80°. Wesentlich ist, daß sich zwischen dem Hohlspiegel 31* und dem Abtastlichtfleck 16 keine weiteren optischen Elemente befinden. Die Größe des Abtastlichtfleckes 16 beträgt auf diese Weise etwa 0,1 χ 1 mm bis 1 χ 10 mm. Die Entfernung zwischen dem Hohlspiegel 31' und dem Abtastlichtfleck liegt zwischen 1/2 und 1/10 der Brennweite des Hohlspiegels 31'„

Unter dem Reflexionswinkel £ des Sendestrahles 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 2 3 auf die Empfangsanordnung 20 gerichtet, welche wieder gemäß Fig. 4-6 ausgebildet ist.

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Da die Zylinderlinse 12 unter dem Reflex!onswinkel £ relativ zum. Sendestrahl 28 angeordnet ist, gelangt das normalerweise an der Oberfläche der Bahn 11 reflektierte Licht praktisch weitgehend vollständig zum mittleren Lichtleitstab 18b, wo bei gewalztem Blech das Muster 27 gemäß Fig. erzeugt wird. Die Empfangsvorrichtung nach den Fig. l± - 6 wird also vorzugsweise gemäß Fig. 8 unter dem Reflexionswinkel if "zum SendGstrahl 28 angeordnet.

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

Bei den verwendeten Fotoempfängern handelt es sich vorzugsweise um Fotomultiplyer«,

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Claims

Patentansprüche

1. Gerat zur Feststellung von Fehlern an Bahnmaterial mit einer von einem Lichtstrahl beaufschlagten, einen Abtastlichtfleck auf der Bahn.erzeugenden Lichtablenkvorrichtung, einer sich über dem Abtastbereich erstreckenden Zylinderlinse mit sich entlang der Laufbahn des Abtastlichtfleckes auf der Bahn erstreckender Brennlinie, einem dahinter im Abstand angeordneten streifenförmigen Zylinderspiegel mit optisch senkrecht zur Laufrichtung des Abtastlichtfleckes auf der Bahn verlaufender Brennlinie und einer in der Brennebene des Zylinderspiegels angeordneten, von ihm beaufschlagten Lichtempfangsanordnung mit wenigstens zwei Fotoerapfängern, welche Licht von in unterschiedlichen Winkelbereichen von der Bahn ausgehenden Lichtstrahlen empfangen und von denen einer das unter dem Reflexionswinkel von der Bahn ausgehende Licht erhält, insbesondere nach Patentanmeldung P 28 OO 351.2,

. dadurch gekennzeichnet, dafs zu dem einen,

O. MAMITZ - DIPL.-INC. M. FINST6RWALD

Oxrilt*. 23. ROBERT-KOCH-STRASSE I

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zentralen Fotoempfänger (1 /fd) durch Filterung nur Licht aus einem ersten V/ellenlängenbereich durchgelassen wird und von dem zu diesem Fotoempfanger (14d) verlaufenden Lichtstrahl vor der Filterung wenigstens ein Teilstrahl abgezweigt und nach Ausfilterung eines zweiten V/ellenlängenbereiches einem weiteren Fotoempfanger (1^d"¹) zugeführt ist.

2. Gerät nach Anspruch 1 mit wenigstens einem quer zur Abtastrichtung abgelenkte Lichtstrahlen erhaltenden, seitlich des zentralen Fotoempfängers angeordneten Fotoempfanger, dadurch gekennzeichnet, daß auch dieser Fotoempfanger C1 Zfd ·, d") befiltert und wenigstens ein Teil des zu ihm gerichteten Lichtstrahls vor der Filterung abgezweigt und nach Ausfilterung eines zweiten Wellenlängenbereiches einem weiteren Fotoempfänger (12fd"^M, d""¹) zugeführt ist.

3. Gerät zur Feststellung von Fehlern an Bahnmaterial mit einer von einem Lichtstrahl beaufschlagten, einen Abtastlichtfleck auf der Bahn erzeugenden Lichtablenkvorrichtung, einer sich über dem Abtastbereich erstreckenden Zylinderlinse mit sich entlang der Laufbahn des Abtastlichtfleckes auf der Bahn erstreckender Brennlinie, einem dahinter im Abstand angeordneten streifenförmigen Zylinderspiegel mit optisch senkrecht zur Laufrichtung des Abtastlichtfleckes auf der Bahn verlaufender Brennlinie und einer in der Brennebene des Zylinderspiegels angeordneten, von ihm beaufschlagten Lichtempfangsanordnung mit wenigstens zwei, vorzugsweise drei parallel zur Abtastrichtung nebeneinander angeordneten, auf einem streifenförmigen Mantelbereich eine Stufenspiegelanordnung tragenden Lichtleitstäben, an deren Stirnseiten Fotoempfanger vorgesehen sind und von denen einer das unter dem Reflexionswinkel von der Bahn ausgehende Licht erhält, insbesondere nach Patentanmeldung P 28 00 551-2-, dadurch gekennzeich net, daß der eine, zentrale Lichtleitstab 07b) in demjenigen

Mittelbereich, wo das Licht bei exakt spiegelnder Oberfläche gegebenenfalls unter Berücksichtigung der beim Bahntransport nicht verraeidbaren geringfügigen Kippungen auftreffen würde, durch eine lichtundurchlässige Blende 09b) abgedeckt ist.

4« Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende ein Auslenkspiegel (19b) ist*

3» Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich-η e t, daß der ausgelenkte Lichtstrahl (40) wellenlängenmäßig in wenigstens zwei Teilstrahlen (4I, 42) aufgespalten und jeder Teilstrahl einem Fotoempfänger (14 h, i) zugeführt ist„

6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5 roit im Mittelbereich des bzw. der seitlichen Lichtleitstäbe angeordneten Auslenkspiegeln (19a, 19a'), dadurch gekennzeichnet, daß der bzw, die ausgelenkten Lichtstrahlen wellenlängenmäßig in wenigstens zwei Teilstrahlen aufgespalten und jeder .Teil- I strahl einem Fotoempfänger OV, l'Va; 14", 14"a) zugeführt ist.

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