DE1648480B1

DE1648480B1 - Vorrichtung zur optischen ermittlung von fehlstellen in einer sich bewegenden materialbahn

Info

Publication number: DE1648480B1
Application number: DE19671648480
Authority: DE
Inventors: Joseph J Kottman
Original assignee: GAF Corp
Current assignee: GAF Corp
Priority date: 1966-01-13
Filing date: 1967-01-10
Publication date: 1971-03-18
Also published as: GB1146373A; FR1507785A; NL6700597A; DE1956094U; BE692619A; ES335480A1; CH486696A; US3480786A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur opti- Die Lichtleiter der Lichtleiter-Einrichtungen bilden sehen Ermittlung von Fehlstellen in einer sich be- dabei eine von der Strahlungsquelle zum Empfänger wegenden Materialbahn mit einer ortsfesten Quelle reichende Lichtleiterstrecke, die nur durch einen eine für eine aktinische Strahlung, die mittels einer Über- Abtastbewegung ausführenden Spalt unterbrochen tragungseinrichtung zu der Materialbahn Übermittel- 5 ist, durch den hindurch oder an dem vorbei die Matebar ist, sowie mit einem ortsfesten Empfänger, der rialbahn läuft. Auch Materialbahnen von beträchtmit der Strahlungsquelle eine gemeinsame optische licher Breite lassen sich auf diese Weise mit einem Achse besitzt und dem durch die Materialbahn hin- Lichtfleck abtasten, dessen Intensität sich längs der durchtretende oder von dieser reflektierte Strahlung Abtastbahn nicht merklich ändert. Die Vorrichtung über eine zumindest einen Lichtleiter aufweisende ίο kann verhältnismäßig kompakt und preiswert auf-Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung zuführbar ist, wel- gebaut werden,

ehe an dem Ende des Lichtleiters, das dem Empfän- Die Schwenkbewegung der Lichtleiter-Einrichtunger zugekehrt ist und an dem die Lichtleiter-Auf- gen um die gemeinsame Achse von Strahlungsquelle nahmeeinrichtung eine mit der gemeinsamen Achse und Empfänger kann eine Rotationsbewegung sein, von Strahlungsquelle und Empfänger koaxiale Achse 15 so daß der Abtastfleck eine in eine Ebene gelegte besitzt, eine Antriebsvorrichtung für eine Schwenk- flache Wendel beschreibt. Statt dessen kann die bewegung um diese Achse umfaßt, während der Schwenkbewegung der Lichtleiter-Einrichtungen um Lichtleiter so gebogen ist, daß sein der Materialbahn die gemeinsame Achse von Strahlungsquelle und zugekehrtes Ende durch diese Antriebsvorrichtung Empfänger auch eine hin- und hergehende Schwingin einem bestimmten Abstand von der genannten 20 bewegung sein.
Achse um diese einen Bogen beschreibt. Weil bei Verwendung von Lichtleiterbündeln mit

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (USA.- einer größeren Anzahl von Lichtleitern die Gefahr Patentschrift 3 192 391) besteht die Übertragungsein- besteht, daß Unterschiede in der Länge und den richtung aus einer ortsfesten Reflektor-Linsen- Lichtübertragungseigenschaften der einzelnen Licht-Gruppe, die das Licht einer Punktquelle an der Ab- 25 leiter die Meßergebnisse verfälschen, werden die taststelle der Materialbahn zu einer Linie auszieht. Lichtleiter-Einrichtungen vorzugsweise jeweils aus Dabei sind aber auf Unvollkommenheiten des opti- einem einzigen oder einigen wenigen Lichtleitern sehen Systems zurückzuführende Intensitätsunter- aufgebaut. Im letztgenannten Fall wird in beiden schiede entlang der Beleuchtungslinie nicht auszu- Einrichtungen die gleiche kleine Anzahl von Lichtschließen, insbesondere wenn man berücksichtigt, 30 leitern vorgesehen, sind die Enden der Lichtleiter daß beispielsweise eine zu prüfende Materialbahn in um die gemeinsame Achse von Strahlungsquelle und Form eines fotografischen Filmes einen Meter und Empfänger herum verteilt und beschreiben die von breiter sein kann. Versucht man, diese Unterschiede der Materialbahn abliegenden Enden der Lichtleiter optisch, elektrisch oder auf andere Weise zu unter- bei der Schwenkbewegung einen Bogen mit kleinem drücken, besteht die Gefahr, daß die auf Fehlstellen 35 Radius sowie die der Materialbahn zugekehrten der Materialbahn zurückgehenden, im allgemeinen Enden der Lichtleiter einen Bogen mit im Vergleich geringen Durchlässigkeits- oder Remissionsschwan- dazu großem Radius. Die Lichtleiter haben dabei kungen ebenfalls unterdrückt werden. Ähnliche von der gemeinsamen Achse von Strahlungsquelle Schwierigkeiten ergeben sich, wenn in ebenfalls be- und Empfänger den gleichen Abstand, so daß auch kannter Weise (USA.-Patentschrift 3 188 478) eine 40 insoweit eine ungewollte Beeinflussung der Meßlanggestreckte, über die volle Bahnbreite reichende ergebnisse vermieden wird.

Lichtquelle zur unmittelbaren Beleuchtung der Mate- Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Aus-

rialbahn verwendet wird, weil bei solchen Lichtquel- führungsbeispielen in Verbindung mit den Zeich-

len fast immer die Beleuchtungsstärke, bezogen auf die nungen näher erläutert. Es zeigt

Längsabmessungen der Lichtquelle, sehwankt und die 45 Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur optischen

Meßempfindlichkeit entsprechend beschränkt wird. Ermittlung von Fehlstellen in einer sich bewegenden

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Materialbahn, bei der die Lichtleiter rotieren und die geschilderten Mängel auszuräumen und für eine Materialbahn dadurch optisch geprüft wird, daß aktigleichförmige Strahlungsintensität während der Ab- nische Strahlung durch die sich bewegende Materialtastung der vollen Fläche der Materialbahn zu sorgen, 5° bahn hindurchgeleitet wird,
ohne daß darunter die Meßempfindlichkeit leidet. F i g. 2 eine weitere entsprechende Vorrichtung für

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrich- Lichtdurchlässigkeitsermittlung,

tung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß Fig. 3 einen Teilschnitt der Vorrichtung nach

dadurch gelöst, daß die Übertragungseinrichtung F i g. 2 und

gleichartig wie die Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung 55 F i g. 4 eine abgewandelte Ausführungsform der aufgebaut ist und mindestens einen entsprechend Fehlstellenermittlungs-Vorrichtung, bei der die Lichtgebogenen Lichtleiter aufweist, dessen der Material- leiter hin- und hergeschwenkt werden und die Prübahn zugekehrtes Ende gegenüber oder dicht neben fung auf Grund einer Strahlungsreflexion an der dem der Materialbahn zugekehrten Ende des Licht- Materialbahn erfolgt.

leiters der Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung liegt und 60 Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 gibt eine Strah-

an dessen der Strahlungsquelle zugekehrtem Ende lungsquelle 11, beispielsweise eine in einem ortsfesten

eine Antriebsvorrichtung sitzt, mittels deren dieses Gehäuse 13 gehaltene Lampe, Licht oder eine andere

Ende derart um die gemeinsame Achse von Strah- aktinische Strahlung ab. Die Strahlung verläßt das

lungsquelle und Empfänger schwenkbar ist, daß sich Gehäuse über einen Durchlaß 15. Dieser kann, falls

das andere Lichtleiterende synchron mit dem der 65 erwünscht, mit einem Lichtfilter 17 versehen sein, um

Materialbahn zugekehrten Ende des Lichtleiters der beispielsweise die gesamte sichtbare Strahlung aus-

Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung über die Material- zufiltern und nur Infrarotstrahlen durchzulassen. Der

bahn bewegt. Durchlaß 15 ist im allgemeinen mit einer zweckent-

sprechenden Lagereinrichtung 20 ausgestattet, die das obere Ende 22 eines lichtleitenden Zylinders oder Lichtleiters 25 benachbart der Strahlungsquelle 11 drehbar abstützt.

Das untere Ende 28 des Lichtleiters 25 ist gegen das obere Ende 22 seitlich versetzt, so daß es bei Drehung des Lichtleiters um die Achse der Strahlungsquelle 11 in einem Bogen umläuft, der einen Kreis beschreibt, dessen Mittelpunkt mit dieser Achse zusammenfällt. Die Unterseite des seitlich versetzten Lichtleiterabschnitts 28 liegt nahe einer bewegten Materialbahn 30, die zu prüfen ist. Falls erwünscht, kann die Unterseite des Abschnitts 28 linsenförmig ausgestaltet sein, um die aktinische Strahlung zu zerstreuen oder auf der bewegten Materialbahn 30 zu konzentrieren. Die Strahlung bildet auf diese Weise einen Abtastfleck auf der Materialbahn, der sich in kreisförmiger Bahn bewegt. Zweckentsprechende Einrichtungen sind vorgesehen, um den den Abtastfleck erzeugenden Lichtleiter 25 und einen das Bild dieses Abtastflecks aufnehmenden Lichtleiter 33 synchron zu drehen. Diese Einrichtungen können eine rotierende Antriebswelle 36, geeignete Drehmomentübertragungen 39 und 42 sowie zweckentsprechende Lagereinrichtungen 44,46 und 48 umfassen.

Der das Bild des Abtastflecks aufnehmende Lichtleiter 33 weist einen seitlich versetzten, vom Empfänger abliegenden Abschnitt 50 und einen geraden Abschnitt 52 auf, der nahe bei oder auf der Achse der Strahlungsquelle 11 liegt. Das Ende 55 des Lichtleiters 33 befindet sich nahe dem Ende des den Abtastfleck erzeugenden Lichtleiterabschnitts 28, und zwar derart, daß durch die Materialbahn hindurchtretendes Licht von dem Ende 55 aufgenommen und durch den Lichtleiter 33 hindurch zu einem Lichtempfänger, beispielsweise einer Fotoelektronenvervielfacherröhre 58, geleitet wird, der vorzugsweise ortsfest und koaxial zur Strahlungsquelle 11 angeordnet ist.

Wie aus dieser schematischen Darstellung hervorgeht, kann erfindungsgemäß ein einzelner diskontinuierlicher Lichtleiter oder eine optische Faser verwendet werden, um einen einzelnen Abtastfleck auf der sich bewegenden Materialbahn zu erzeugen und zu verfolgen, wobei die Materialbahn sich am Ort der Diskontinuität oder des Spaltes des Lichtleiters befindet. Die Verwendung einer Anzahl von Strahlungs- bzw. Lichtleitern, z. B. zwei bis acht Lichtleitern, erlaubt demgegenüber größere Materialbahngeschwindigkeiten bei Bestreichung sämtlicher Materialbahnbereiche mit einem Abtastfleck. Eine größere Anzahl als acht Lichtleiter wird selten erforderlich sein. Eine entsprechend den F i g. 2 und 3 mit vier vollständigen Lichtleitern aufgebaute Vorrichtung eignet sich ohne weiteres für eine Materialbahn von 230 mm Breite, die mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 25 m pro Minute läuft. Um die zu prüfende Fläche hundertprozentig zu erfassen, werden die Lichtleiter vorzugsweise mit ungefähr 1800 bis 3600 Umdrehungen pro Minute gedreht.

Bei der Vorrichtung nach den F i g. 2 und 3 trägt ein Ständer 60 die Antriebswelle 36, die mit entsprechenden Mitteln, z. B. einer Riemenscheibe 63, zur Aufnahme von Drehmoment sowie geeigneten Mitteln, z. B. Riemenscheiben 66 und 69 sowie Riemen 72 und 75, versehen ist, um das Drehmoment, beispielsweise über die Riemenscheiben 77 und 78, auf die rotierenden Lichtleiter zu übertragen.

Der Ständer 60 trägt ferner Stützen 79 und.80; an denen die untere und obere Lagereinrichtung 82 bzw. 83 montiert sind. In der oberen Lagereinrichtung 83 ist ein Strahlungsleiterträger 84 drehbar abgestützt. Für diesen Zweck können Lager 85 und 86 vorgesehen sein. Der Strahlungsleiterträger weist einen langgestreckten Halsabschnitt 88 und einen flachen Scheibenteil 90 auf, die zusammen mehrere Kanäle 93 für die Aufnahme von Lichtleitern entsprechend dem Lichtleiter 25 bilden. Im Halsabschnitt 88 verläuft der obere Abschnitt 22 des Lichtleiters 25 mehr oder weniger parallel zur Drehachse des Trägers 84. Der Scheibenteil 90 ist mit ringförmigen Öffnungen 96 versehen, die zweckentsprechend jeweils mit einem Linsenhalter 99 und einer Linse 101 ausgestattet sein können, zu denen der seitlich versetzte Abschnitt 28 des Lichtleiters 25 führt. Das Ende des Lichtleiters ist im allgemeinen geschliffen und poliert. Alle Hohlräume sind mit einem zweckentsprechenden lichtdurchlässigen Werkstoff, beispielsweise einem Epoxydharz, ausgefüllt. . \ . :

Strahlung kann den oberen, nahe beieinanderliegenden Enden der Lichtleiter 25 über eine Kammer 103 zugeführt werden, in die Licht über einen weiteren -Lichtleiter 105 von einer nicht veranschaulichten zweckentsprechenden Quelle für aktinische Strahlung eingeleitet wird.

Wie veranschaulicht, läuft die zu prüfende Materialbahn 30 zwischen dem oberen Scheibenteil 90 und dem Scheibenteil 107 eines unteren Abtastorgans 109 durch. Das untere Abtastorgan ist ähnlich dem oberen Abtastorgan oder Strahlungsleiterträger 84 und enthält die gleiche Anzahl von Lichtleitern wie das obere Organ. Die Lichtleiter führen durch einen Halsabschnitt 111 hindurch zn der ortsfesten Fotoelektronenvervielfacherröhre, die innerhalb des Gehäuses 113 angeordnet ist. Der Empfänger 113 und die Strahlungsquelle 103 sind beide ortsfest und bestimmen eine Achse, um die herum der von dem achsfernen Ende 28 des Lichtleiters 25 erzeugte· und der von dem achsfernen Ende 55 des Lichtleiters 33 aufgenommene Abtastfleck einen Kreis beschreibt.

Die im oberen Abtastorgan 84 enthaltenen Lichtleiter haben im wesentlichen gleiche Länge und ergeben damit eine praktisch gleichmäßige Beleuchtung oder andere auf die Materialbahn auftreffende Strahlungsintensität. Ebenso weisen auch die das Bild aufnehmenden Lichtleiter im unteren Abtastorgan 109 im wesentlichen gleiche Länge auf. Außerdem hat der auf der Materialbahn erzeugte Abtastfleck ständig im wesentlichen gleichen Abstand von der Lichtquelle und dem Empfänger. Auf diese Weise sind Einrichtungen zur Beseitigung von auf die Vorrichtung zurückzuführenden Strahlungsintensitätsschwankungen kaum erforderlich, und die Fotoelektronenvervielfacherröhre kann unmittelbar auf Intensitätsschwankungen ansprechen, die durch Fehlstellen der Materialbahn verursacht werden.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der mit Strahlungsremission und schwingendem Abtastfleck statt mit Strahlungsdurchgang und rotierendem Abtastfleck gearbeitet wird. Bei dieser Ausführungsform ist das untere Ende 128 des Lichtleiters 25 derart auf die Materialbahn 130 gerichtet, daß Licht von der Materialbahn zu dem das Bild aufnehmenden Lichtleiter 133 reflektiert wird. Die Antriebswelle 136 rotiert nicht, sondern schwingt hin und her, wobei die Kraftübertragung ähnlich Fig. 1

erfolgt. Auf diese Weise schwingt der achsferne Abschnitt 150 des Lichtleiters 133 synchron mit dem Lichtleiter 25 und überträgt das reflektierte Bild zu dem lichtempfindlichen Organ 158, das, ebenso wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1, koaxial zur Strahlungsquelle 11, wenn auch oberhalb dieser, liegt.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur optischen Ermittlung von Fehlstellen in einer sich bewegenden Materialbahn mit einer ortsfesten Quelle für eine aktinische Strahlung, die mittels einer Übertragungseinrichtung zu der Materialbahn übermittelbar ist, sowie mit einem ortsfesten Empfänger, der mit der Strahlungsquelle eine gemeinsame optische Achse besitzt und dem durch die Materialbahn hindurchtretende oder von dieser reflektierte Strahlung über eine zumindest einen Lichtleiter aufweisende Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung zuführbar ist, welche an dem Ende des Lichtleiters, das dem Empfänger zugekehrt ist und an dem die Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung eine mit der gemeinsamen Achse von Strahlungsquelle und Empfänger koaxiale Achse besitzt, eine Antriebsvorrichtung für eine Schwenkbewegung um diese Achse umfaßt, während der Lichtleiter so gebogen ist, daß sein der Materialbahn zugekehrtes Ende durch diese Antriebsvorrichtung in einem bestimmten Abstand von der genannten Achse um diese einen Bogen beschreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (25) gleichartig wie die Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung (33,133) aufgebaut ist und mindestens einen entsprechend gebogenen Lichtleiter aufweist, dessen der Materialbahn (30,130) zugekehrtes Ende (28,101,128) gegenüber oder dicht neben dem der Materialbahn zugekehrten Ende (55,150) des Lichtleiters der Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung liegt und an dessen der Strahlungsquelle (11, 103) zugekehrtem Ende (22) eine Antriebsvorrichtung (36,39, 66, 72, 77, 136) sitzt, mittels deren dieses Ende (22) derart um die gemeinsame Achse von Strahlungsquelle und Empfänger (58,158) schwenkbar ist, daß sich das andere Lichtleiterende (28,101, 128) synchron mit dem der Materialbahn zugekehrten Ende des Lichtleiters der Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung über die Materialbahn bewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung der Lichtleiter-Einrichtungen (25, 33) um die gemeinsame Achse von Strahlungsquelle (U, 103) und Empfänger (58) eine Rotationsbewegung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung der Lichtleiter-Einrichtungen (25, 133) um die gemeinsame Achse von Strahlungsquelle (U) und Empfänger (158) eine hin- und hergehende Schwingbewegung ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter-Übertragungseinrichtung eine kleine Anzahl von Lichtleitern (25) aufweist, denen eine gleiche Anzahl von Lichtleitern (33) der Lichtleiter-Aufnahmeeinrichtung zugeordnet ist, daß die Enden der Lichtleiter um die gemeinsame Achse von Strahlungsquelle (103) und Empfänger (58) herum verteilt sind und daß die von der Materialbahn (30) abliegenden Enden der Lichtleiter bei der Schwenkbewegung einen Bogen mit kleinem Radius sowie die der Materialbahn zugekehrten Enden der Lichtleiter einen Bogen mit im Vergleich dazu großem Radius beschreiben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entsprechenden Enden (22 bzw. 28 bzw. 52 bzw. 55) der Lichtleiter jeweils gleichen Abstand von der gemeinsamen Achse von Strahlungsquelle (103) und Empfänger (58) haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen