DE2800351A1

DE2800351A1 - Optische vorrichtung zur bestimmung der lichtaustrittswinkel bei einer mit einem lichtfleck beaufschlagten materialbahn

Info

Publication number: DE2800351A1
Application number: DE19782800351
Authority: DE
Inventors: Erwin Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1978-01-04
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1979-07-05
Also published as: US4248537A; SE428973B; FR2422933A1; GB2023868A; JPS5497475A; SE7813256L; DE2800351B2; DE2800351C3; FR2422933B1; JPS638420B2; GB2023868B

Description

-G-

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaustrittswinkel bei einer mit einem Lichtfleck beaufschlagten Materialbahn mit wenigstens einem Fotoempfänger und zwischen Materialbahn und Fotoempfänger angeordneten optischen Mitteln, welche nur in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich von dem Lichtfleck ausgehende Lichtstrahlen auf dem Fotoempfänger vereinigen, wobei parallel zur Materialbahn im Abstand ihrer Brennweite von dieser eine Zylinderlinse angeordnet ist, 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 auftrefi'ende Licht je nach dem Austrittswinkel von der Materialbahn zu unterschiedlichen Fotoempfängern einer matrixartigen Fotoempfängeranordnung 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 bei Verwendung eines Abtastlichtfleckes unabhängig von der Stelle des Lichteinfalls eine genaue

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Messung des Lichtaustrittswlnkelbereiches gestattet, wobei außerdem eine gute Lichtausbeute gewährleistet sein soll. Insbesondere soll sich die erfindungsgemäße optische Vorrj chtung für d.i e Ermittlung von Oberflächenfehlern bei durch V/alzen hergestellten Blechbahnen eignen, bei denen in Laufrichtung der gewalzten Metallbahn als natürliche Walzspuren Riefen vorliegen, welche gedoch von der Vorrichtung nicht zur Anzeige gebracht werden sollen. Das durch Kratzer bzw. gleichmäßige Eindrückungen oder Erhebungen in verschiedene Winkel abgelenkte Licht soll jedoch für eine empfindliche Anzeige derartiger Fehler ausgenutzt v/erden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe s.ieht die Erfindung vor, daß hinter der Zylinderlinse ein sich parallel zu ihr erstreckender, streifenförmiger Zylinderspiegel mit senkrecht auf der Zylinderachse stehende Achse angeordnet ist, in dessen Brennebene sich die den Fotoempfänger enthaltende Empfangsanordnung an der Stelle befindet, wo das unter dem vorbestimmten Raumwinkelbereich ausgehende Licht konzentriert wird. Die Erfindung nutzt somit die Tatsache aus, daß von unterschiedlichen Punkten einer parallel zu dem Zylinderspiegel angeordneten Materialbahn unter gleichen Winkeln ausgehende Licht an einem bestimmten Punkt der Brennebene konzentriert wird, während das vom gleichen Punkt unter verschiedenen Winkeln ausgehende Licht an unterschiedlichen Stellen in der Brennebene gerichtet 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 warden, indem das Empfangsmuster in der Brennebene durch die Empfangsanordnung in geeigneter Weise ausgewertet wird.

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Damit auch die Randbereiche der Materialbahn am Ende des Abtastbereiches des Abtastlichtfleckes noch einwandfrei erfaßt werden, überragt der Zylinderspiegel zweckmäßigerweise die Zylinderlinse 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 Zylinderspiegel auftreffen. Der Bereich von wenigstens 10° und bis zu 20° ist für die Erkennung aller gaigigen Fehlertypen auf Blechoberflächen ausreichend.

Vorteilhafterweise ist der Zylinderspiegel um seine Längsachse so gekippt, daß das reflektierte Licht seitlich neben die Zylinderlinse fällt. Hierdurch können die beiden Lichtbündel vor bzw. hinter dem Zylinderspiegel auf einfache Weise entkoppelt werden.

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 jedoch 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.

Sofern die optische Vorrichtung mit einem die Materialbahn quer zu ihrer Laufrichtung abtastenden Lichtfleck arbeitet, soll sich die Zylinderlinse in an sichbekannter Weise parallel zur Abtastrichtung entlang des Abtastbereiches erstrecken.

Die Empfangsanordnung kann im einfachsten Falle dadurch verwirklicht werden, daß in der Brennebene des Zylinder-

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spiegeis 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 Fehlererkennung auf der Oberfläche von gewalzten Blechbahnen bevorzugt, wenn im wesentlichen in der Brennebene des Zylinderspiegels wenigstens ein sich parallel zur Längsachse des Zylinderspiegels erstreckender 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 zwischen 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 V/eise Verspiegelungen bzw. Fotoempfänger vorgesehen. Bei der letztgenannten Ausführungsform kann das am Fotoempfänger des mittleren Lichtleitstabes erhaltene Signal als Referenzsignal verwendet v/erden, mit dem die Signale, die an den Fotoempfängern der benachbarten Lichtleitstäbe erhalten v/erden, verglichen werden.

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

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und die Zylinderlinse konzentriert wird. Die Stufenspiegelanordnung braucht jedoch erfindungsgemäß nicht besonders
präzise hergestellt zu sein, weil sie bei der Winkeldifferenzierung keine Rolle spielt sondern allein den Zweck hat, das auf die Hantelfläche des Lichtleitstabes auffallende LLcht möglichst vollständig unter Winkeln der Totalreflexion in
die Lichtleitstäbe hineinzureflektieren.

Für die Erkennung von gleichmäßigen Eindrückungen oder
Erhebungen der Blechoberfläche sind nach einer besonders
bevorzugten Ausführungsform im mittleren Bereich der seitlichen Lichtleitstäbe oberhalb dieser Umlenkspiegel angebe

ordnet, welche das auf sie auftreffende Licht zu/einem Fotoempfänger lenken.

Während die Fotoempfänger an den seitlichen LLchtleitstäben die Erkennung von Kratzern auf der Bahnoberfläche mit einer wesentlichen Querkornponente relativ zur Walzrichtung gestatten, ermöglichen es die beiden durch die Umlenkspiegel beaufschlagten Fotoempfänger die betreffenden Erhebungen bzw. Eindrückungen in der Bahnoberfläche festzustellen.

Sofern der Abtastlichtfleck mittels einer Lichtablenkvorrichtung wie ein Spiegelrad über einen streifenförmigen
Zylinderspiegel und eine Zylinderlinse erzeugt wird, ist es zweckmäßig, wenn ein Teil der Apertur der Zylinderlinse und des Zylinderspiegels für das Sendelicht, der restliche Teil für das Empfangslicht verwendet wird. Die betreffenden beiden optischen Elemente werden somit in zweifacher Weise genutzt. Im einfachsten Fall liegt die Empfangsanordnung dabei in
Richtung der Drehachse der Lichtablenkvorrichtung gesehen
neben dieser. Sofern es jedoch erwünscht ist, die Empfangsanordnung an einer von der Lichtablenkvorrichtung entfernten Stelle unterzubringen, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, daß zwischen der Lichtablenkvorrichtung

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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.

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

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

Figur 2 eine Ansicht nach Linie H-II in Figur 1, Fi gur 3 eine Ansicht nach Linie IH-III in Figur 1,

Figur 4- 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 4-,

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 Ausführungsform,

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 11 handeln. Bei der Ansicht nach Fig. 1 steht die Bewegungs-

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-/12-

richtung F der Bahn senkrecht auf der Zeichnungsebene.

Ein beispielsweise gemäß der AusführungGform gemäß Fig. 7 durch einen Laser 24 erzeugter kleiner Lichtfleck 16 tastet die Materialbahn 11 in Richtung des Doppelpfeiles f in Fig. 1 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 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 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 mit 15 bezeichnet. Die Längsachse des Z:,rlinderspiegels 13 erstreckt sich parallel zur Materialbahn 11 υηΊ zur Achse der Zylinderlinse 12.

Gemäß Fig. 2 ist der Zylinderspiegel 13 um seine Längsachse 15 derart aus seiner parallel zur Materialbahn 11 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 vorgesehen ist und bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 aus einer Matrixanordnung von Fotoempfängern

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14a, b, c, ..., a¹, b¹ , c^f, , ⁿ ' ' , b¹ ' , c¹¹, ... besteht.

über je eine Leitung Die Fotoempfänger sind samt l.i c-ii /α ο ine Auswerteelektronik 23 angeschlossen, in der die -mpfangssignale in jeder gewünschten VJej se miteinander verknüpft v/erden können.

Nach Fig. 1 wird alles senkrecht von der Materialbahn 11 ausgehende Licht auf dem mittleren Fotoempfänger 14-d 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 14-d angezeigt, daß von dem Lichtfleck 16 Licht senkrecht zur Materialbahn 11 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 c<- und (3 zur Senkrechten ausgehen. Di ese fallen aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung auf die Fotoempfänger 14-b bzw. 14-f, 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 Figur 1 senkrechten Ebene dazu führen, daß das Licht auf unterschiedliche Fotoempfänger fällt. Während der nach F^:g. 2 senkrecht von der Materialbahn 11 ausgehende Lichtstrahl wie in Fig. 1 auf den mittleren Fotoempfänger%d trifft erreichen die unter den beispielsweise angenommenen Winkeln 2Tbzw._tjT die benachbarten Fotoempfänger 14d' bzw. 14-d¹ '.

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V/ürien sich Ablenkungen in beiden Ebenen überlagern beispielsweise die Ablenkung-./- gemäß Fig. 1 und die Ablenkung if gemäß F^:g. ο so fällt das Empfangslicht auf weitere Fotoempfänger der Hatrixanordnung nach Fig. 3, in dem vorstehend angenommenen Beispielsfall auf den Fotoempfanger 14-b¹.

Auf diese Weise ist es also möglich, :je nach der Feinheit der Hatrixanordnung zwischen unterschiedlichen Raumwinkelbereichen des von dem Abtastldchtfleck 16 ausgehenden Lichtes zn unterscheiden, und av:ar unabhängig von derjenigen Stelle des Abtastzyklus, an der sich der AbtastlLchtfleck 16 gerade befindet;.

-D^:.e Anordnung ei.ner 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 RaumwinkeIbereiche ankommt. Im allgemeinen, und zwar insbesondere bei der Fehlererkennung von gewalsten Metalloberflächen genügt es jedoch, wenn zwischen bestimmten wenigen Winkelbereichen differenziert v/erden kann. Die Ausführungsform nach den Fig. 4- bis 6 zeigt eine Empfangsanordnung, die sich besonders für die Erkennung von Oberflächenfehlern bei gewalzten Blechen eignet.

D'e Empfangsanordnung 20 besteht aus drei.parallel zueinander angeordneten L^:chtleitstäben 17a, b, c, welche über parallel zu ihnen verlaufende Zylinderlinsen ISa, b, c vom EmpfangsIicht beaufschlagt v/erden. An den dem L'chteintritt diametral gegenüberliegenden Mantelseiten sind die Lichtleitstäbe mit StufensiJiege!anordnungen 26 versehen, welche das Licht in der in FJg. ^Lv angedeuteten Weise unter Winkeln der Totalreflexion in den L'chtleitstab umlenken.

den F^:g. 4- und 5 liegen die Lichtleitstäbe 17a, c einschließlich der ihnen zugeordneten Zylinderlinsen 18a, c in gleicher Höhe, während der mittlere Lichtleistab 17b mit

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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, dj e Empfangsbereiche der drei LLchtleitstäbe 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.

Die L'chtleitstabanordnung 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 Kratzererkennung 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 17t>, so daß das normalerweise von der ungestörten Oberfläche der Materialbahn 11 zurückgeworfene Licht nur einen einzigen Fotoempfänger und zwar den Fotoempfänger 14-' ' ^M an der Stirnseite des Lichtleitstabs 17b beaufschlagt. Das entsprechende elektrische Signal kann als Bezugsgröße für die übrigen Ausgangssignale verwendet werden.

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

Die unter den Winkeln ti und β von der Bahn 11 ausgehenden Strahlen fallen nach Fig. 4 auf den gleichen Lichtleitstab 17b wie die senkrechten Strahlen, so daß in dieser Ebene bewußt keine Winkeldifferenzierung vorgenanmen wird.

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Im wesentlichen in der Mitte des Abtastbereiches sind gemäß den i'.i.g. 4 bis 6 oberhalb der Zylinderlinsen 18a, 18c ebene Umlenkspiegel 19a, 19c angeordnet, welche auf sie auftreffendes L-. ent 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 Lichtlei tstäbe 17a, c fällt.

Es iuifc s'ch gezeigt, daß beim Auftreten von Eindrückungen oder Erhebungen auf der Haterialbahn 11, welche stetig abfallende bzw. ansteigende Flanken aufweisen, in erster Linie die Umlenkspiegel 10a, 19c mit dem hierdurch abgelenkten Licht beaufschlagt v/erden, so daß entsprechende elektrische Signale an den Fotoempfängern 14' , 14' ' hervorgerufen v/erden.

D^e Fotoempfänger 14' bis 14·' ' ' ' · können analog dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 an eine geeignete Auswerteelektronik 25 angeschlossen sein.

Be^: dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 entspricht die optische Vorrichtung und die Empfangsanordnung 20 dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4- bis 6. Der Zylinderspiegel 13 und die Zylinderlinse 12 werden jedoch gleichzeitig zur Erzeugung des Abtastlichtfleckes 16 herangezogen, i.ndem ein Teil ihrer Pupille quer zur Abtastrichtung für den Sendestrahl 28 ausgenutzt wird. Ein Laser 24 erzeugt über zwei gekreuzt angeodnete, zur Sbrahlaufweitung vorgesehene Zylinderlinsen 29, 50 ein L^:chtbündel, 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 25a gerichtet, v/elcher das Sendelichtbündel auf den in Fig. 7 unteren Bereich des Zylinderspiegels 13 wirft. Der 3,/linüGrspiegel 15 und die Zylinderlinse 12 konzentrieren

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das L entbündel gemeinsam auf den Abfcastlichtfleck 16.

Für die Unterbringung der Empfangsanordnung 20 sind in Fig. 7 zwei Möglichkeiten dargestellt. Bei der einen in ausgezogenen Linien dargestellten Ausführungsform wird, das Empfangsbündel 32 über den Zylinderspiegel 13 auf einenneben dem Planspiegel 23a angeordneten Planspiegel 23b gerichtet, welcher :in der dargestellren V/eise gegenüber dem Planspiegel 23a etwas um 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 Z;/linderspiegel 13 und von dem Spiegelrad 22 angeordnet v/erden 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 rieben 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 L^:cht direkt zum Zyl.inderspiegel 13 lenkt. D'e Empfangsanordnung 20 wäre in diesem Fall ebenfalls so neben dem Spiegelrad anzuordnen, wie das i.n Fig. 7 mit gestrichelten Linien dargestellt ist.

Nach Fig. 6 können zu beiden Seiten der Umlenkspiegel 19a, 19c auch noch Blenden 3 4 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

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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 größenordnungsmäßig der entsprechenden Ausdehnung der Umlenkspiegel 19.

In Fig. 8 ist eine für die Erkennung von Oberflächenfehlern bei Blechbahnen 11 besonders geeignete Sende- und Empfangsvorrichtung dargestellt.

Ein Laser 24 erzeugt über eine Aufweitungsoptik 29', 30' einen scharf gebündelten Sendestrahl mit einem Lichtfleck von etwa 0,1 χ 1 mm bis 1 χ 10 mm. Der Strahl wird von einem um eine Achse 21 umlaufenden Spiegelrad 22 auf einen Planspiegel 35 gelenkt, von dem er über einen weiteren Planspiegel 3 6 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 f; 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 16 liegt zwischen 1/2 und 1/10 der Brennweite des Hohlspiegels 31 '.

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Unter dem Reflexionswinkel L 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 Empfangsanordnung 20 gerichtet, welche wieder gegemäß den Fig. 4-6 ausgebildet ist.

Da die Zylinderlinse 12 unter dem Reflexionswinkel t 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.6 erzeugt wird. Die Empfangsvorrichtung nach den Fig. 4-6 wird also vorzugsweise gemäß Fig. 8 unter dem Reflexionswinkel ζ 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 Elemente verlaufen wie die Zylinderlinse 12 parallel zur Abtastrichtung. Der Lichtleitstab 38 dient zum Empfang des von der Bahnoberfläche 11 remittierten Lichtes. Mit diesem Empfangssystem können vorzugsweise Flecke auf der Bahnoberfläche erkannt werden.

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Claims

Patentansprüche

.J Optische Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaustrittswinkel bei einer mit einem Lichtfleck beaufschlagten Materialbahn mit wenigstens einem Fotoempfänger und zwischen Materialbahn und Fotoempfänger angeordneten optischen Mitteln, welche nur in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich von dem Lichtfleck ausgehende Lichtstrahlen auf dem Fotoempfänger vereinigen, wobei parallel zur Materialbahn im Abstand ihrer Brennweite von dieser eine Zylinderlinse ange-

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DR. C. MANITZ ■ DIPL.-INC. M. FINSTERWALD β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I TEL. IO89I 22 42 11. TELEX OS - 29672 PATMF

ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 7270 POSTSCHECK: MÜNCHEN 77062-805

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ordnet ist, deren Abmessungen so sind, daß sie alles unter den zu bestimmenden Lichtaustrittswinkeln von dem Lichtfleck ausgehende Licht erfaßt, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß hinter der Zylinderlinse (12) ein sich parallel zur ihr erstreckender,
3trei fonförmiger ZyLindorspierjel (13) nut senkrecht
auf der Zylinderachse stehender Achse angeordnet ist, in dessen Brennebene ε⁴ch die den Fotoempfanger (14) enthaltende Ernpfangsanoranung (20) an der Stelle befindet, wo das unter eiern vorbestimmten iiaurnwinkelberej.eh ausgehende Licnt konzentriert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Z.ylinderspiegel (13)

die Zylinderlinse (12) beidseits überragt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zei ch net , daß der Z.ylinderspiegel (13) die Zylinderlinse (12) beidseits um ein solches Stück überragt, daß am Ende der Zylinderlinse (12) unter Winkeln von 10 bis 20°, vorzugsweise 15°, zur Senkrechten auf der Materialbann (11) ausgehende Lichtstrahlen noch
auf den Zylinderspiegel (13) auftreffen.

i\. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der Zylinderspiegol (13) um seine Längsachse (15) so gekippt ist, daß das reflektierte Licht seitlich neben die Zylinderlinse (12) fällt.

^;5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichn et, daß
der Zylinderspiegel (13) im wesentlichen im Abstand
seiner Brennweite von der Materialbahn (11) angeordnet ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η 7, e i c h η e t , daB die Brennweite des ZyIinderspi egels (13) etwa gleich wie und vorzugsweise etwas länger als die Abtastbreite ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche rn't einem die Materialbahn quer zu ihrer Laufrichtung abtastenden Lichtfleck, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse (12) sich parallel zur Abtastrichtung entlang des Abtastbereiches erstreckt.

p. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß in der Brennebene des Zylinderspiegels (13) eine Matrix (14-) von Fotoempfängern (a, b, c, ..., a¹, b¹, c', ..., a¹¹, b¹', c¹¹, ...) angeordnet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch r e k e η η ζ e i c h η e t , daß im wesentlichen in der Brennebene des Zylinderspiegels (13) wenigstens ein sich parallel zur Längsachse (15) des Zylinderspiegels (13) err-treckender vorzugsweise runder Lichtleitstab (17) vorgesehen ist.

-10 _# Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch g e k e η η - ζ e i. c h net, daß parallel zueinander drei Li chtleitstäbe (17a,b,c) nebeneinander angeordnet sind, von denen der mittlere sich an der Stelle befindet, wo das bei ungestörter Materialbahn (11) von dieser ausgehende Licht auftrifft.

1-] _m Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß vor jedem Lichtleitstab (17a,b,c) eine sich parallel zu ihm erstreckende Zylinderlinse (18a,b,c) angeordnet ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß im mittleren Bereich der seitlichen Lichtleitstcäbe (17a, 1?c) oderhalb dieser Umlenkspiegel (19a, 19c) angeordnet sind, welche das auf sie auftreffende Ircht zu je einem Fotoempfänger (14-¹ , 14'■) lenken.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei der der Abtastlichtfleck mittels einer Lichtablenkvorrichtung wie ein Spiegelrad über einem streif enförraigen 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.

Λ^ι\-. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangsanordnung (20) in Richtung der Drehachse (21) gesehen unmittelbar neben der Lichtablenkvorrichtung (22) liegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , 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 Lichtablenkvorrichtung (22) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der den Abtastfleck (16) bildende scharf gebündelte Sendestrahl (28) in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Ebene schräg, und zwar vorzugsweise unter einem Winkel (£ ) von 1° bis 80° zur Senkrechten, auf die Bahn (11) auftrifft und die optische Achse (33) der Zylinderlinse (12) unter dem Reflexionswinkel (/T) des Sendestrahls (28) angeordist

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17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendestrahl (28) ein durch eine Aufweitungsoptik (29', 30') hindurchgetretener
Laserstrahl ist, der über ein Spiegelrad (22) auf einen im Abstand der Brennweite vom Spiegelrad (22) entfernt angeordneten streifenförmigen Kugel- oder Parabolspiegel (31') gelenkt ist, von dem aus der Strahl

(28) über einen Zwischenraum von vorzugsweise 1/2 bis 1/10 der Brennweite zur Bahn reflektiert wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß seitlich von den Umlenkspiegeln (19a, 19c) Blenden (34) angeordnet sind.

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