DE3334357A1 - Optisches fehlersuchgeraet fuer bahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Fehlersuchgerät für in ihrer Längsrichtung bewegte Bahnen mit einer optischen Abtastanordnung, welche auf der Oberfläche der Bahn wenigstens einen Lichtfleck erzeugt, der die Oberfläche quer zur Laufrichtung der Bahn periodisch abtastet und so eine quer zur Laufrichtung verlaufende Lichtspur auf der Oberfläche der Bahn erzeugt, und mit einer photoelektrischen Lichtempfangsanordnung, welche im Bereich des Lichtflecks von der Bahn reflektiertes und/oder durch die Bahn gelangendes Licht empfängt und ein entsprechendes elektrisches Signal abgibt.

Derartige optische Fehlersuchgeräte arbeiten im allgemeinen mit einer Laserlichtquelle, deren Lichtstrahl durch ein Spiegelrad oder einen Schwingspiegel auf einen Hohlspiegel gelenkt wird, wodurch ein parallel zu sich selbst verschobener, scharf gebündelter Fahrstrahl erzielt wird, der durch eine Zylinderlinse auf der Materialbahn konzentriert wird. Der so erzeugte Lichtfleck tastet die Bahn periodisch in ihrer Querrichtung ab, wodurch eine schmale Lichtspur entsteht. In der Nähe dieser Lichtspur kann auf einer oder beiden Seiten der Bahn beispielsweise als Lichtempfangsanordnung ein Lichtleitstab vorgesehen sein, an dessen Stirnseite ein photoelektrischer Wandler angeordnet ist. Die Lichtempfangsanordnung kann aber auch durch ein Autokollimationssystem verwirklicht werden, indem das auf die Bahn geworfene Licht von der Sendeoptik wieder empfangen und dann im Anschluß an das Spiegelrad beispielsweise durch einen Strahlenteiler auf einen photoelektrischen Wandler ausgespiegelt wird.

Bei der Inspektion von sehr schnell laufenden Materialbahnen wird es jedoch problematisch, eine hohe Auflösung zu erzielen. Zur optimalen Erkennung kleiner Fehler der Materialbahn ist es nämlich wünschenswert, den Lichtfleck in seinen Abmessungen etwa so groß zu wählen wie den zu erkennenden Fehler. Damit

eine lückenlose Abtastung der Oberfläche der Materialbahn gewährleistet ist, darf sich die Materialbahn von einer Abtastung zur nächsten um nicht mehr als die Ausdehnung des Lichtfleckes in Vorschubrichtung vorwärtsbewegen.

Die Ausdehnung des Lichtflecks in Vorschubrichtung ist andererseits durch die Geometrie der zu erkennenden Fehler vorgegeben. Somit bleibt bei schnell laufenden Materialbahnen, wenn man nicht die Auflösung herabsetzen will, nur die Möglichkeit, die Abtastgeschwindigkeit des Lichtflecks zu erhöhen. Nun ist jedoch die maximale Drehzahl des allgemein verwendeten Spiegelrads aus mechanischen Gründen begrenzt. Weiter muß bei Erhöhung der Abtastfrequenz eine höhere Signalbandbreite in der angeschlossenen elektronischen Auswerteschaltung verarbeitet werden.

Während nun die Begrenzung der Drehzahl des Spiegelrades durch zusätzliche elektro-optische Maßnahmen behoben werden kann, läßt sich die Bandbreite des opto-elektrisehen Wandlers und des nachfolgenden Verstärkers nicht ohne weiteres beliebig heraufsetzen, so daß hier eine nicht ohne weiteres überwindbare Begrenzung für die Abtastfrequenz gegeben ist. Demnach muß bei der Inspektion von schnell laufenden Bahn auf kleinste Punktfehler aufgrund der Bandbreitenbegrenzung heute schon die Abtastfrequenz auf einen Wert begrenzt werden, der unterhalb der mechanischen Möglichkeiten liegt..

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein optisches Fehlersuchgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem auch bei sehr schnell laufenden Materialbahnen die erwünschte Auflösung, d.h. die Erkennung auch räumlich wenig ausgedehnter Fehler ohne Erhöhung der Abtastfrequenz möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Äbtastanordnung in Vorschubrichtung versetzt mehrere und vorzugsweise zwei oder drei zueinander parallele Lichtspuren erzeugt und die Lichtempfangsanordnung für jede Lichtspur einen eigenen photoelektrischen Empfänger aufweist, wobei die Lichtspuren entweder aneinander grenzen oder einen solchen Abstand aufweisen, daß nach dem Vorbeilaufen der Bahn an allen Lichtspuren jeder Punkt einmal von einan Abtastlichtfleck erfaßt wurde. Erfindungsgemäß wird also der bei Erhöhung der Materialbahnlaufgeschwindigkeit ohne gleichseitige Erhöhung der Abtastfrequenz auftretende Mangel, daß die Bahn nicht mehr an allen Stellen vom Lichtfleck getroffen wird, dadurch beseitigt, daß zwei oder mehr Abtastlichtstrahlen in Vorschubrichtung versetzt vorgesehen werden, die zueinander parallele Lichtspuren erzeugen. Indem jedem Abtastlichtstrahl bzw. jeder auf der Bahn erzeugten Lichtspur ein eigener photoelektrischer Empfänger zugeordnet wird, an dem ein herkömmlicher Auswertekanal angeschlossen ist, kann so für jeden Ort der Bahn ein Empfangssignal erhalten werden, wodurch das übersehen kleinerer Fehler wirksam vermieden ist. Auf diese Weise ist es möglich, durch das Parallelschalten von n-Kanälen die maximal mögliche Vorschubgeschwindigkeit der Bahn um einen Faktor η zu erhöhen, ohne die Technologie der Signalverarbeitung auf höhere Geschwindigkeiten bzw. Bandbreiten umstellen zu müssen. Der für die Bereitstellung weiterer optischer Abtastlichtstrahlen erforderliche Aufwand ist genau kalkulierbar und hält sich innerhalb vernünftiger Grenzen, da als Faktor η vorzugsweise Werte von 2 oder 3 in Frage kommen.

Um eine saubere Trennung des von den verschiedenen Lichtspuren herrührenden Lichtes zu ermöglichen, sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, daß die einzelnen Lichtspuren durch Licht unterschiedlicher Wellenlänge gebildet sind und die photoelektrischen Empfänger auf die Wellenlängen der zugeordneten Lichtspuren abgestimmt sind. Ohne verschiedene

geometrische Bedingungen schaffen zu müssen, wird so eine einwandfreie Trennung des Lichtes von den verschiedenen Lichtspuren gewährleistet. Man kann z.B. mehrere Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen verwenden. Die empfangenen Lichtsignale können mit Hilfe von Farbfiltern getrennt werden und auf diese Weise den verschiedenen parallel ausarbeitenden Auswertekanälen zugeordnet werden.

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

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines an einer

schnell laufenden Materialbahn angeordneten optischen Fehlersuchgeräts gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht der Materialbahn nach Fig.

gemäß der Linie II-II und

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1.

Nach der Zeichnung wird eine Materialbahn 22 über Umlenkwalzen 23, 24 in Richtung des Pfeiles F mit einer relativ hohen Geschwindigkeit an dem erfindungsgemäßen optischen Fehlersuchgerät vorbeigeführt, welches aus einer optischen Abtastanordnung 11 und einer optischen Lichtempfangsanordnung 15 besteht.

Nach Fig. 1 besteht die optische Abtastanordnung aus drei unmittelbar aneinander grenzenden Einzel-Lichtabtastern 11a, 11b und 11c, welche gemäß Fig. 3 mittels einer nicht dargestellten Laserlichtquelle, nicht dargestellter optischer Strahlaufweitungs- und Umlenkmittel, Spiegelräder 25 und Hohlspiegel 32 parallel zu sich selbst verschobene Fahrstrahlen 26 erzeugen, die durch unmittelbar an der Bahn ange-

ordnete Zylinderlinsen 27a, 27b, 27c, Lichtflecke 12a, 13a bzw. 14a auf der Oberfläche der Materialbahn 22 erzeugen. Beim Umlaufen des Spiegelrades 25 in Richtung der Pfeildarstellung in Fig. 3 wird der Fahrstrahl 26 in Richtung des Pfeiles f parallel zu sich selbst verschoben, wodurch die Lichtflecke 12a, 13a bzw. 14a auf der Oberfläche der Materialbahn 22 Lichtspuren 12, 13 bzw. 14 erzeugen.

Die räumliche Ausdehnung der Lichtflecke bzw. Lichtspuren in der Vorschubrichtung F entspricht der Ausdehnung der kleinsten noch zu erkennenden Fehler.

Unterhalb der Materialbahn sind im Bereich der Einzelabtaster 11a, 11b bzw. 11c Zylinderlinsen 16, 17, 18 der Lichtempfangsanordnung 15 vorgesehen, welche das durch etwaige Löcher in der Materialbahn hindurchgehende Licht empfangen und auf den Eingangsmantelseiten von Lichtleitstäben 19, 20, 21 konzentrieren, an deren Stirnseiten photoelektrische Wandler 28 vorgesehen sind, die über elektrische Leitungen mit einer elektronischen Auswerteschaltung 22a (Fig. 1) verbunden sind.

Während bei dem vorbeschriebenen Lochsuchgerät die Lichtempfangsanordnung 15 auf der entgegengesetzten Seite der Bahn 22 wie die Abtastanordnung 11 angeordnet ist, kann zum Empfang von reflektiertem Licht die Abtastanordnung auch in Autokollimation arbeiten und die Lichtempfangsanordnung enthalten. In diesem Fall werden die empfangenen elektrischen Signale an eine elektronische Auswerteschaltung 22b angelegt.

Durch Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge oder Filter 29a, 29b, 29c kann jeder Abtastlichtfleck 12a, 13a bzw. 14a aus Licht einer anderen Wellenlänge bestehen, wobei sich die Wellenlängenbereiche der einzelnen Lichtflecke nicht überlappen sollen. An der Lichtempfangsanordnung können dann eben-

falls entsprechende Filter 30a, 30b, 30c vorgesehen sein, so daß jeder photoelektrische Empfänger 16, 19; 17, 20 bzw. 18, 21 nur Licht von dem zugeordneten Einzelabtaster 11a, 11b bzw. 11c empfängt. Hierdurch wird eine wirksame Entkopplung der benachbarten Empfangskanäle gewährleistet.

Unter Berücksichtigung der Vorschubgeschwindigkeit der Materialbahn und der Ausdehnung der Lichtflecke 12a, 13a bzw. 14a in Laufrichtung der Bahn 22 sind erfindungsgemäß soviele Lichtspuren 12, 13 bzw. 14 hintereinander anzuordnen, daß nach dem Durchlaufen der Bahn 22 durch das erfindungsgemäße optische Fehlersuchgerät jeder Punkt der Bahn einmal von einem der Lichtflecke 12a, 13a bzw. 14a erfaßt wurde.

In den elektronischen Auswerteschaltungen 22a bzw. 22b können die drei Eingangssignale so zusammengefaßt werden, daß am Ausgang 31a bzw. 31b nur ein einziges Fehlersignal erscheint, das zur Auswertung oder auch zum Anhalten der Materialbahn herangezogen werden kann.

Die Geometrien der Lichtflecke 12a, 13a bzw. 14a sind vorteilhafterweise gleich gewählt.

Claims (2)

1. Patentansprüche

   1„ Optisches Fehlersuchgerät für in ihrer Längsrichtung bewegte Bahnen mit einer optischen Abtastanordnung, welche auf der Oberfläche der Bahn wenigstens einen Lichtfleck erzeugt, der die Oberfläche quer zur Laufrichtung der Bahn periodisch abtastet und so eine quer zur Laufrichtung verlaufende Lichtspur auf der Oberfläche der Bahn erzeugt, und mit einer photoelektrischen Lichtempfangsanordnung, welche im Bereich des Lichtflecks von der Bahn reflektiertes und/oder durch die Bahn gelangendes Licht empfängt und ein entsprechendes elektrisches Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastanordnung in Vorschubrichtung versetzt mehrere und vorzugsweise zwei oder drei zueinander parallele Lichtspuren (12, 13, 14) erzeugt und die Lichtempfangsanordnung (15) für jede Lichtspur (12, 13, 14) einen eigenen photoelektrischen Empfänger (16, 19? 17, 20); 18, 21) aufweist, wobei die Lichtspuren

   (12, 13, 14) entweder aneinanderogrenzen oder einen solchen Abstand aufweisen, daß nach dem Vorbeilaufen der Bahn (22) an allen Lichtspuren (12, 13, 14) jeder Punkt einmal von einem Abtastlichtfleck (12a, 13a, 1.4a) erfaßt wurde.
2. 2. Fehlersuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Lichtspuren (12, 13, 14) durch Licht unterschiedlicher Wellenlänge gebildet sind und die photoelektrischen Empfänger (16, 19; 17, 20; 18, 21) auf die Wellenlängen der zugeordneten Lichtspuren (12, 13, 14) abgestimmt sind.