DE2241263B2

DE2241263B2 - Überwachungsvorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes

Info

Publication number: DE2241263B2
Application number: DE2241263A
Authority: DE
Inventors: Akira Kokubunji Kaneko; Yutaka Kodaira Nagata
Original assignee: Hitachi Electronics Ltd; Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Hitachi Electronics Ltd; Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1974-09-12
Also published as: US3774041A; DE2241263A1; DE2241263C3

Description

Da nämlich der durch Integration der zur Geschwindigkeit proportionalen Elektrizitälsmenge über

der zur Abtastung der Oberfläche des Gegenstandes mit dem Lichtstrahl erforderlichen Zeitdauer erhaltene Wert nicht durch eine Veränderung der Geschwindigkeit und der Breite des Gegenstandes und nicht durch den Zustand des Fehlers selbst beeinflußt wird, werden durch Verarbeitung dieses rVertes in den Integratoren bzw. in der Torschaltung und im Vergleicher mit verschiedenen Bezugspegeln unterteilte Impulse erhalten, und das Fehlersignal wird durch diese unterteilte Impulse geteilt, gespeichert und verarbeitet.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen überwachungsvorrichtung,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer überwachungsvorrichtung,

Fig.3 und 4 tl„ Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen fberwachungsvorrichtung.

In der Fig.1 ist ein zu überwachender Gegenstand 1 dargestellt, der sich nach rechts in der Richtung des Pfeils bewegt. Ein Lichtstrahl 2 wird durch eine Lichtquelle mit einer Glühlampe, einer Quecksilberlampe oder einem Laser erzeugt. Ein Drehspiegel 3 aus einem polygonalen Stab wird durch eine Antriebseinrichtung 4 gedreht und reflektiert den Lichtstrahl 2 so, daß dieser die Oberfläche des Gegenstandes in transversaler Richtung kontinuierlich abtastet. Der geometrische Ort des abtastenden Lichtstrahls ist mit 5 bezeichnet. Ein Meßumformer 6 wandelt den von der Oberfliiche des Gegenstandes reflektierten Lichtstrahl 2 in einen elektrischen Impuls um. Ein zweiter Meßumformer 7 empfangt direkt den Lichtstrahl 2 ohne Reflexion auf der Oberfläche des Gegenstandes. Der zweite Meßumformer 7 ist in einer solchen Lage vorgesehen, in der der Lichtstrahl 2 gerade das Abtasten beginnt. Eine Einrichtung 8 erfaßt die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes 1. Ein möglicher Fehler, der auf einem von mehreicr. Teilbereichen, in die der Gegenstand geteilt wurde, liegt, wird durch den Meßumformer 6 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Mehrere Zähler sind dabei so angeordnet, daß sie die den Teilbereichen des Gegenstandes 1 entsprechenden elektrischen Signale speichern.

Es wird nun ein Ausfuhrungsbeispiel erläutert, bei dem der Gegenstand 1 in der Längsrichtung zum Abtasten in drei Teilbereiche geteilt ist.

In der F i g. 2 wird ein elektrisches Signal A. dessen Impulsbreite gleich ist zur transversalen Abtastzeit T. in ein Differenzierglied 9 und einen Impulsformer IO eingespeist. Das differenzierte Signal B wird durch einen Vergleicher 11 in ein einen möglichen Fehler darstellendes Fehlersignal C umgewandelt dessen Höhe nicht kleiner ist als ein bestimmter Pegel. Das SignalC wird in eine Torschaltung 12 eingespeist. Auf der anderen Seite wird das in den Impulsfo Tier 10 eingespeiste elektrische Signal A in einen geformten Impuls D umgewandelt, dessen Impulsbreite gleich ist zur Abtastdauer des Lichtstrahls 2 über dem Gegenstand I. Der so die Breite des bandförmigen Gegenstandes darstellende Impuls D wird in einen Digitalprozessor 13 eingespeist. Das elektrische Signal /■; vom Meßumformer 7. der den Lichtstrahl 2 direkt unmittelbar empfängt, bevor dieser mit dem Abtasten des Gegenstandes 1 beginnt, wird in einen Impulsteiler 14 in der Form eines Triggerimpulses eingespeist. Der Impulsteilei 14 erzeugt drei Impulse Fa, Fb und Fc mit verschiedenen Anstiegspunkten, wobei die impulse Fa, Fb und Fc in den Digitalprozessor 13 eingespeist werden. Im Digiialprozessor 13 erzeugen der Impuls D. der die Breite des bandförmigen Gegenstandes darstellt, und die drei Impulse Fa, Fb und Fc mit unterschiedlichen Anstiegspunklen zusammen drei Impulse Ga. Gh und Gc.

\o die die drei Teilbereiche des Gegenstandes wiedergeben und die stufenweise versetzte Anstiegs- unu Abfallpunkte aufweisen, wobei der Anstiegspunkt des einen Impulses zur gleichen Zeit wie der Abfallpunkt des danebenliegenden Impulses auftritt. Die Torschaltung, in die die Impulse Co. Gb und Gr eingespeist werden, wird gefolgt von einer Stufe, in der die Zähler 15a, XSb und 15c. di. jeweils den Impulsen Ga, Gb und Gc entsprechen, das Fehlersignal C vom Vergleicher 11 speichern, das einen über einem gewissen Pegel liegenden Fehler wiedergibt. Damit ist es möglich, den Teilbereich des Gegenstandes /u ermitteln, der die Fehler enthält, indem die ImpulseGa. Gh und Gi¹ so festgelegt werden, daß sie jeweils für die Teilbereiche des Gegenstandes kennzeichnend sind. Bei dieser Vorrichtung sind am Beginn und oder am Ende des Abtastens durch den Lichtstrahl 2 die Kanten des Gegenstandes mögliche »falsche« Fehler, die so falsche Signale erzeugen. Dies kann durch eine Verzögerungsschaltung zur Einstellung der Impuls-

3Q breiten verhindert werden.

Bis jetzt wurde eine Verzögerungsschaltung mit drei Verzögcrungsgliedern dazu verwendet, um drei unterteilte impulse zu erzeugen. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, daß die Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahles 2 sich mit der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 verändert, was eine Veränderung der Breite des Impulses D bedeutet, der ein Ausgangssignal des Impulsformers 10 ist. das seinerseits die ' Breite des Gegenstandes Wiedergibt. Damit ist es erforderlich, daß sich die Breite der Impulse fr«. Gb und GV verändert. Weiterhin ist es erforderlich, die Anstiegspunkte der drei Impulse Fa, Fb und Fc durch Veränderung der Verzögcrungszeilen der Verzögerungsglieder zu verändern, um ImpulseGa. Gb und Gc mit geeigneten Breiten zu erzeugen. Es ist in der Praxis jedoch sehr schwierig, diese Forderungen zu erfüllen.

Die erfindungsgemäßc überwachungsvorrichtung, die es ermöglicht, die unterteilten Impulse in übereinstimmung mit irgendeiner Veränderung der Geschwindigkeit des Gegenstandes I leicht zu erhallen, wird nun an Hand der F i g. 3 und 4 näher erläutert werden. In der F i g. 3 sind eine Einrichtung 8 zur Erfassung der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1.

ein Digital-Analog-Umsetzer 17. ein Fehlet signal-Detektor 18, ein Stellglied 19 für den den Drehspiegel 3 antreibenden Motor, ein Drehzahlmesser 20 für den Drehspiegel 3. ein Digital-Analog-Umsetzer 21 ein Integrator 22. ein Vergleicher 23 und ein Schaltglied 24 vorgesehen, das Signale erzeugt. die die Dauer bestimmen, in welcher der Integrator 22 seine Integrierfunktion ausführt. Die Geschwindigkeit des Objekts 1 wird durch die Einrichtung8 in der Form eines Impulssignals erfaßt, dessen Frequenz proportional zur Geschwindigkeit ist. wobei dieses Signal durch den Digital-Analog-Umsetzer 17 in einen analogen Wert umgewandelt wird. Dieses Signal, das die Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 wiedergibt, steuert das

Stellglied 19 über den Fehlersignal-Dctcktor 18. so daß die Umdrehungen des Drehspiegel 3 proportional mit der Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 verändert werden. Die Umdrehungen des Drehspicgcls 3 werden durch den Drehzahlmesser 20 digital erfaßt und zurück in den Fehler-Detektor 18 eingespeist. um die Umdrehungen zu regeln. Bei dieser Regelung wird das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers 21, das proportional zur Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 ist, durch den Integrator 22 integriert. gemäß der Gleichung

Vat ^- - — VT.

•

wobei E₀ die Ausgangsspannung des Integrators 22. τ die Zeitkonstante des Integrators 22. V die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 21. die proportional ist zur Geschwindigkeit des Gegenstandes, und T eine Integrierzeil bedeutet, die eine Dauer darstellt, in der der Lichtstrahl 2 die Oberfläche des Gegenstandes 1 einmal in transversaler Richtung abtastet. Diese Zeit T wird durch das Schaltglied 24 bestimmt und kann ausgedrückt werden als Γ ^ / r, wobei / die Breite des bandförmigen Gegenstandes und r die Abtastgeschwindigkeit bedeutet. Da die Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 proportional ist zur Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahles 2. gilt die Gleichung E₀ = - kl τ (ic ist eine Proportionalitätskonstante). die anzeigt, daß die Ausgangsspannung des Integrators schrittweise von 0 auf die Spannung E₀ nach einer Zeit T anwächst, die proportional ist zur Breite des bandförmigen Gegenstandes, unabhängig von dessen Geschwindigkeit. Das Ausgangssignal des Integrators 22 wird in den Vergleicher 23 mit mehreren Vergleichergliedern eingespeist, um Impulse zu erzeugen, deren Anstiegspunkte bei verschiedenen Spannungspegeln liegen. Diese Impulse entsprechen den Ausgangssignalen der Verzögerungsschaltung der herkömmlichen Vorrichtung. Daher ermöglicht die Einspeisung des Ausgangssignals des Vergleichers 23 in den Digitalprozessor die Erzeugung von Impulsen, die den unterteilten Bereichen des bandförmigen Gegenstandes 1 entsprechen, ohne daß Störungen durch Xiie Geschwindigkeit des Gegenstandes 1 auftreten. Obwohl oben die Erfindung mit der Integration eines analogen Wertes, der proportional ist zur Geschwindigkeit des Gegenstandes 1. erläutert wurde, kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung in der gleichen Weise auch die Integration eines digitalen Wertes durchgeführt werden.

Die Integrierzeit T, die durch das Schaltglied 24 bestimmt wird, kann entweder durch Löschung der Fehleisignale mit Hilfe eines elektrischen Signals vom Meßumformer 6 oder durch die Ausgangssignale von derartigen fotoelektri sehen Bauelementen, wie beispielsweise Fototransistoren, festgelegt werden, die auf beiden Seiten des Gegenstandes 1 angeordnet sind. Im ersten Fall entsteht ein Fehler, wenn ein Mangel auf der Oberfläche des Objekts 1 so groß ist, daß das Fehlersignal nicht durch das Ausgangssignal des Meßumformers 6 gelöscht werden kann, während im zweiten Fall eine Veränderung in der Breite des bandförmigen Gegenstandes 1 es erforderlieh macht, die fotoelektrischen Bauelemente neu zu positionieren, obwohl die Größe eines Fehlers sich nicht auf die Genauigkeit der Erfassung auswirkt.

Das in der F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel überwindet diese Schwierigkeiten und ermöglicht es. einen Fehler leicht und unabhängig von seiner Größe und von einer Veränderung in der Breite des Gegenstandes 1 festzustellen.

Dieses Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der F i g. 4 näher erllutert. In dieser Figur sind ein Analog-Signalerzeuger 3,16, ein Integrator 27, eine dividierende Torschaltung 21$, die dem Vergleicher 23 der F i g. 3 bzw. der Torschaltung 12 und dem Digitalprozessor 13 der Fig.2 entspricht, und ein Datenverarbeitungsglied 29 vorgesehen, das in der gleichen Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung arbeitet. Weiterhin sind vorgesehen ein zweiter Integrator 30 und ein Vergleichet! mit einer Bezugsspannung, die ein Rückstellsignal erzeugt, wenn die Eingangsspannung den Pegel der Bezugsspannung erreicht. Die Bezugsspannung ist so ausgebildet daß sie sich mit der Breite des bandförmigen Gegenstandes 1 verändert. Sobald ein elektrisches Signal durch den Meßumformer 6 erzeugt wird, nachdem das Abtasten durch den Lichtstrahl 2 begonnen wurde, fangen die Integratoren 27 und 30 an. den analogen Wert proportional zui Geschwindigkeit des Gegenstandes zu integrieren, die vom Analog-Signalerzeuger 26 erhalten wurde. Unter diesen bedingungen gilt die Beziehung

C - - -I. Γ

T_n J

Vat = - ----- VT Ui

T.

Dabei bedeutet E_n die Ausgangsspannung des Integrators 27. t„ die Zeitkonstante des Integrators 27. Γ eine Integrierzeit und V eine Eingangsspannung, die proportional ist zur Geschwindigkeit des Gegenstandes 1. Weiterhin gilt

= Vat =

- ~ VT.

Dabei bedeutet E„ die Ausgangsspannung des Integrators 30. τ dessen Zeitkonstante, T eine Integrierzeit und V eine Eingangsspannung. Das Ausgangssigna] des Integrators 30 wird in den Vergleicher 31 eingespeist, so daß. wenn das Avisgangssignal des Integrators 30 den Pegel der Bezitgsspannung des Vergleichers 31 erreicht, der Vcrgleicher 311 ein Rückstellsignal erzeugt, um die Integratoren 27 und 30 zurückzustellen. Deshalb läuft die Integrierzeit T von dem Augenblick an fort, wenn ein Signal auf Grund des Lichtstrahles 2 im Meßurnformer 6 in dem Zeitpunkt auftritt, wenn das Ausnangssignal des Integrators 30 den Pegel der Bezug: !spannung des Vergleichers 31 erreicht. Das Ausg.ingssignal des Integrators 27 wird in die dividierende Torschaltung 28 eingespeist. In diesem Fall ist es wünschenswert, das Ausgangssignal für verschiedene Iniegrierzeiten konstant zu halten, wenn ein Fehler leicht lokalisiert werden soll.

Zu diesem Zweck sollte sich die veränderbar gesteuerte Zeitkonstante des Integrators 27 proportional zur Bezugsspannung des Vergleichers 31 verändern. Da jedoch, wie aus der Gleichung<1) hervorgeht, die Zeitkonstante und eine Integrierzeit proportional zueinander sind, bewirkt ein Anwachsen der Bezugsspannung auf Grund einer größeren Breite des band-

förmigen Gegenstandes eine proportional größere Zeitkonstante des Integrators 27, wodurch die Dauer verlängert wird, bevor der Integrator 27 ein bestimmtes Betriebspegel erreicht. Wenn die Ausgangsspannung des Integrators 30 den Pegel der der Breite des bandförmigen Gegenstandes entsprechenden Bezugsspannung des Vergleichers 31 erreicht, werden beide Integratoren 27 und 30 zurückgestellt. Das Ausgangssignal wird mit verschiedenen Spannungspegeln in der Torschaltung 28 verglichen, und wie bei dem Ausfiihrungsbeispiel der F i g. 3 werden Impulse Fa, Fb, Fc... mit verschiedenen Aastiegspunkten erzeugt. Diese Impulse werden zu den Impulsen Ga, Gb, Gc... verarbeitet und entsprechend gespeichert.

Eine höhere Bezugsspannung verlängert somit die Dauer, bevor die Ausgangsspannung des Integrators 30 mit konstant gesteuerter Zeitkonstant«; die Bezugsspannung erreicht, wodurch die Integrienieit T verlängert wird, mit dem Ergebnis, daß die Ausgangsspannung des Integrators 27 unabhängig vom der Breite des Gegenstandes konstantgehalten wird.

Die Genauigkeit der erfindungsgemäßen überwachungsvorrichtung wird weder durch die Geschwindigkeit des zu überwachenden Gegenstandes noch durch einen großen Fehler beeinflußt. Weiterhin kann ein möglicher Fehler leicht durch Veränderung der Bezugsspannung auch dann lokalisiert werden, wenn die Breite des Gegenstandes sich verändert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen «9537/225

Claims

Patentanspruch:

überwachungsvorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes durch Einspeisung eines Lichtstrahls auf die Oberfläche des Gegenstandes 2:u dessen Abtastung in zur Bewegungsrichtung transversaler Richtung, mit einer Einrichtung zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit |_O des Gegenstandes proportionalen Spannung, mit einem daran angeschlossenen Integrator, der dann beginnt, die Spannung zu integrieren, wenn der Lichtstrahl anfängt, die Oberfläche des Gegenstandes abzutasten, mit einer Torschaltung, die mehrere vom Ausgangssignal des Integrators abhängige unterteilte Impulse erzeugt, von denen jeder einen Anstiegspunkt aufweist, der zur selben Zeit wie der Abfallpunkt des daneoenlisgenden Impulses auftritt, und mit mehreren den einzelnen unterteilten Impulsen zugeordneten Speichern, die durch die Abtastung der Oberfläche des Gegenstandes erhaltenen Fehlersignale speichern, dadurch gekennzeichnet, daß an die Einrichtung zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit des Gegenstandes proportionalen Spannung (26) ein weiterer Integrator (30) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal an einen Vergleicher(31) weitergegeben wird, der ein Rückstellsignal für beide Integratoren (27, 30) erzeugt, wenn das Ausgangssignal des weiteren Integrators (30) den entsprechend der Breite des Gegenstandes (1) veränderbaren Spannungsbezugspegel des Vergleiches (31) erreicht, und der die Zeitkonstante des einen Integrators (27) in linearer Abhängigkeit von der Bezugsspannung steuert.

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Die Erfindung betrifft eine überwachungsvorrichtung zur Eifassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes durch EinsjKisung eines Lichtstrahls auf die Oberfläche des Gegenstandes zu dessen Abtastung in zur Bewegungsrichtung transversaler Richtung, mit einer Einrichtung zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit des Gegenstandes proportionalen Spannung, mit einem daran angeschlossenen Integrator, der dann beginnt, die Spannung zu integrieren, wenn der Lichtstrahl anfängt, die Oberfläche des Gegenstandes abzutasten, mit einer Torschaltung, die mehrere vom A.usgangssignal des Integrators abhängige unterteilte Impulse erzeugt, von denen jeder einen Anstiegspunkt aufweist, der zur selben Zeit wie der Abfalipunki des danebenliegenden Impulses auftritt, und mit mehreren den einzelnen unterteilten Impulsen zugeordneten Speichern, die durch die Abtastung der Oberfläche des Gegenstandes erhaltenen Fehlersignale speichern.

Eine Überwachungsvorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden bandförmigen Gegenstandes mit einer Lichtabtastvorrichtung ist bereits bekannt (USA.-Patcntschrift 543 033). Die Lichtabtastvorrichtung tastet dabei die Oberfläche des Gegenstandes in zur Bewegungsrichtung transversaler Richtung ab. Die überwachungsvorrichtung weist weiterhin auf einen photoelektrischen Fehlerdetektor, eine während jeder transversalen Abtastbewegung eine linear mit der Zeit ansteigende Spannung bzw. Strom erzeugende Vorrichtung, ein Datenverarbeiiungsglied. dessen Eingänge mit dem Ausgang des Fehlerdetektors und der eine linear mit der Zeit ansteigende Spannung bzw. Strom erzeugenden Vorrichtung verbunden sind und das jeweils die Fehler- Querkoordinate des bandförmigen Gegenstandes ermittelt, und einen die Fehlerdaten aufzeichnenden Speicher.

Bei dieser bekannten Vorrichtung, die ein erfaßtes Fehlersignal verarbeitet, werden die Fehler auf der Grundlage einer vorbestimmten Lage erfaßt und in Übereinstimmung mit dem Zustand und der erfaßten Fehler verarbeitet.

Eine Vorrichtung zur Einteilung der Fehler in Zonen, die sich in einer bestimmten Koordinatenrichtung erstrecken, ist bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung bekannt (USA.-Pau:ntschrirt 2 969 671). wobei auch Hinweise für eine photoelektrische Bahnabtastung vorliegen (Ta ppi. Bd.48, Nr. 11. November 1965. S.67A bis 73A). Schließlich ist auch eine Regelung der Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit eines zu untersuchenden Gegenstandes nicht mehr neu (LSA-Patentsrhrift3 52IO74).

Allgemein ist bei einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung eines Fehlers auf der Oberfläche eines sich bewegenden dünnen Gegenstandes vorgesehen, daß die Oberfläche des Gegenstandes durch einen Lichtstrahl abgetastet wird. Das von der Oberfläche reflektierte Licht wird dazu verwendet, um zu ermitteln, wo ein möglicher Fehler unter mehreren Bereichen gelegen ist. in die der sich bewegende Gegenstand in der Längsrichtung eingeteilt wird. Diese herkömmliche Vorrichtung arbeitet jedoch nicht genau in Übereinstimmung mit den Geschwindigkeitsänderungen des sich bewegenden Gegenstandes.

Ausgehend von dem oben ei läuterten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine große Genauigkeit der Fehlerortung unabhängig von der Geschwindigkeit und der Breite des zu untersuchenden bandförmigen Gegenstandes und unabhängig von der Fehlergröße ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Einrichtung zur Erfassung einer zur Geschwindigkeit des Gegens.andes proportionalen Spannung ein weiterer Integrator angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal an einen Vergleicher weitergegeben wird, der ein Rückstellsignal für beide Integratoren erzeugt, wenn das ^usgangssignal des weiteren Integrators den entsprechend der Breite des Gegenstandes veränderbaren Spannungsbezugspegel des Vergleichers erreicht, und der die Zeitkonstante des einen Integrators in linearer Abhängigkeit von der Bezugsspannung steuert.

Die erfindungsgcmäße Vorrichtung ermöglicht eine Fehlcrlokalisierung unabhängig von der Geschwindigkeit und der Breite des zu untersuchenden bandförmigen Gegenstandes und unabhängig vom Zustand des Fehlers.