DE2602970C3

DE2602970C3 - Device for monitoring a material web for defects

Info

Publication number: DE2602970C3
Application number: DE19762602970
Authority: DE
Inventors: Werner 8192 Geretsried Obser; Gernot 8031 Olching Pinior; Erwin 8021 Icking Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1976-01-27
Filing date: 1976-01-27
Publication date: 1979-02-08
Also published as: DE2602970B2; DE2602970A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer Materialbahn nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for monitoring a material web according to the preamble of Claim 1.

Es ist bereits eine lichtelektrische Abtastvorrichtung bekannt (DE-AS 1144 502), bei der Sende- und Empfangslichtstrahl durch unterschiedliche Aperturen einer parallel zur Abtastebene angeordneten Zylinderlinse verlaufen. Der aus der Zylinderlinse austretende Empfangslichtstrahl wird über ein Spiegelrad auf einen nahe dem Lichtsender angeordneten photoelektrischen Wandler gelenkt. Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß der Empfangsstrahl schon bei geringen Erschütterungen oder Fehljustierungen neben das Spiegelrad gelangt und so nicht mehr für die Messung verfügbar ist. Aus diesem Grunde hat man bereits mit einer Zylinderlinse kombinierte Lichtleitstäbe (DE-OS 979) zum Empfang des Abtastlichtfleckes verwendet. Lichtleitstäbe haben außerdem den Vorteil, daß der die Stabachse enthaltenden Ebene große öffnungswinkel aufweisende Lichtbündel voll zu erfassen. Nachteilig an den bekannten Lichtleitstäben ist jedoch die geringe Lichtausbeute, welche darauf zurückzuführen ist, daß hur ein Bruchteil des auf den Mahtelbereich auftreffenden Lichtes unter Winkeln der Totalreflexion in den Stab gelangt. Man hat zwar schon versucht, durch eine sägezahnartige Ausbildung des Empfangsmantelbereiches des Lichtleitstabes (DE-OS 19 41905) möglichst viel Licht unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab hineinzubrechen. Hierfür sind jedoch wiederum teure Gläser mit überdurchschnittlich hohen Brechungsindizes erforderlich.There is already a photoelectric scanning device known (DE-AS 1144 502), in the transmission and Received light beam through different apertures of a cylindrical lens arranged parallel to the scanning plane get lost. The received light beam emerging from the cylinder lens is directed to a mirror wheel via a mirror wheel directed near the light transmitter arranged photoelectric converter. The disadvantage of this arrangement is that the receiving beam is next to the mirror wheel even with minor vibrations or misalignments and is no longer available for the measurement. Because of this, you already have a Cylinder lens combined light guide rods (DE-OS 979) used to receive the scanning light spot. Light guide rods also have the advantage that the plane containing the rod axis has a large opening angle to fully capture having light bundles. The disadvantage of the known light guide rods, however, is their small size Light output, which is due to the fact that only a fraction of that incident on the Mahtel area Light reaches the rod at angles of total reflection. You have already tried to use a sawtooth-like design of the receiving jacket area of the light guide rod (DE-OS 19 41 905) as possible to break a lot of light into the light guide rod at angles of total reflection. For this, however, are in turn, expensive glasses with above-average refractive indices are required.

Bei einer Spiegelreflexkamera (DE-AS 12 36 924) ist es bereits bekannt, daß in einem aus einem Stück oder mehreren Stücken bestehenden flachen Strahlenteilungskörper ein zusammenhängendes, prismatisches,With a reflex camera (DE-AS 12 36 924) is it is already known that in a one-piece or multi-piece flat beam splitting body a coherent, prismatic,

ίο teilverspiegeltes Linienraster rechtwinklig zur Lichtrichtung eingeschlossen und an mindestens einer parallel zum Sucherstrahlengang liegenden Lichtaustrittsfläche des Strahlenteilungskörpers eine Photozelle angeordnet ist. Hierdurch wird ein Teil des in den Strahlenteilungskörper eintretenden Lichtes unter Winkeln der Totalreflexion zur gegenüberliegenden Wand und von dort zur Phoiozelle gelenkt. Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß die Breite des Strahlenteilungskörpers so begrenzt sein muß, daß die reflektierten Strahlen nach einer Totalreflexion die Photozellen erreichen und nicht erneut auf das Linienraster fallen, weil sie sonst nicht mehr unter Totalreflexionswinkeln in den Körper zurückgeworfen werden würden.ίο partially mirrored line grid at right angles to the direction of light enclosed and on at least one light exit surface lying parallel to the viewfinder beam path a photocell is arranged on the beam splitter body. As a result, part of the in the Beam splitting body of incoming light at angles of total reflection to the opposite wall and from there directed to the phoio cell. The disadvantage of this arrangement is that the width of the beam splitting body must be so limited that the reflected rays after a total reflection the photocells and do not fall on the line grid again, because otherwise they will no longer be under total reflection angles would be thrown back into the body.

Schließlich ist es schon vorgeschlagen worden (DE-OS 24 33 682), zur Vereinfachung des optischen Systems und der Erzielung einer guten Lichtausbeute die Apertur der von der Materialbahn angeordneten Zylinderlinse in einen Sende- und Empfangsteil zu unterteilen. Das Empfangslicht wird dabei auf einen Lichtieitstab gelenkt, der das empfangene Licht unter Winkeln der Totalreflexion zu an einer oder beiden Seiten angeordneten Photoempfängern weiterleitet. Auch hier ist die Lichtausbeute aufgrund des relativ geringen, unter Winkeln der Totalreflexion in den Stab gelangenden Lichtes relativ gering.Finally, it has already been proposed (DE-OS 24 33 682) to simplify the optical System and the achievement of a good light yield the aperture of the arranged by the material web To subdivide cylindrical lens into a transmitting and receiving part. The received light is on one Lichtieitstab steered the received light at angles of total reflection to one or both Pages arranged photoreceivers forwards. Again, the light output is relative due to the low light entering the rod at angles of total reflection is relatively low.

Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der ein wesentlich größerer Teil des Eintrittslichtes unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtieitstab gelenkt wird, ohne daß die Länge des Stabes begrenzt werden muß.The aim of the invention is therefore to provide a device of the type mentioned at the beginning create in which a much larger part of the incident light at angles of total reflection in the Lichtieitstab is steered without the length of the rod must be limited.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Die Stufenspiegelanordnung besteht aus zahlreichen abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen zur Stabachse geneigten und zu einer parallel zur Stabachse verlaufenden Anordnung zusammengefaßten Planspiegeln, weiche dafür sorgen, daß der überwiegende Teil des in den Lichtieitstab einfallenden Lichtes im Winkel der Totalreflexion an der Staboberfläche umgelenkt wird. Wegen der relativ schmalen Ausbildung der Stufenspiegelanordnung als Streifen und des konvergenten Lichteinfalls gelangt der größere Teil der bereits einmal an der Stabwand totalreflektierten Lichtstrahlen nicht erneut auf die Stufenspiegelanordnung, sondern auf danebenliegende Bereiche des Lichtleitstabmantels, so daß eine weitere Fortleitung dieser Lichtstrahlen durch Totalreflexion möglich ist.This object is achieved by the measures listed in the characterizing part of claim 1. The stepped mirror arrangement consists of numerous alternating in opposite directions to the Bar axis inclined and combined to form an arrangement running parallel to the bar axis, soft ensure that the majority of the incident light in the light guide rod at an angle the total reflection is deflected at the rod surface. Because of the relatively narrow training of the Stepped mirror arrangement as a strip and the convergent incidence of light, the greater part of the already reaches Once on the bar wall, the light rays are not reflected again on the stepped mirror arrangement, but on adjacent areas of the light guide rod jacket, so that further transmission of these light rays is possible through total reflection.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtThe invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows

F i g. 1 eine schematische Ansicht des Strahlengangs einer Vorrichtung zur Überwachung von Materialbahnen in Richtung der Zylinder- und Lichtleitstabachse,F i g. 1 shows a schematic view of the beam path of a device for monitoring material webs in the direction of the cylinder and light guide rod axis,

F i g. 2 eine schematische Ansicht des verwendeten Lichtleitstabes nach Linie H-II in Fig. 1 und
F i g. 3 eine schematische perspektivische Ansicht derF i g. 2 shows a schematic view of the light guide rod used along line H-II in FIGS. 1 and
F i g. 3 is a schematic perspective view of FIG

in den F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung.in fig. 1 and 2 shown device.

Nach der Zeichnung bewegt sich eine Materialbahn 12 in Richtung des Pfeiles / unter der optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung hinweg.According to the drawing, a material web 12 moves in the direction of the arrow / below the optical Device according to the invention away.

Ein durch einen Laser erzeugter scharf gebündelter Sendelichtstrahl 15 wird durch eine sich quer zur Bewegungsrichtung / der Bahn 12 erstreckende Zylinderlinse 11, und zwar nur durch ihren in Fig. 1 linken Teil, auf einen Punkt 26 der Materialbahn 12 konzentriert Der Sendelichtstrahl 15 tastet die Materialbahn senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung, d. h. in Richtung des Doppelpfeiles Fnach F i g. 3 kontinuierlich ab.A sharply bundled transmitted light beam 15 generated by a laser is transverse to the Direction of movement / the path 12 extending cylinder lens 11, namely only through its in FIG. 1 left part, concentrated on a point 26 of the material web 12. The transmitted light beam 15 scans the material web perpendicular to their direction of movement, d. H. in the direction of the double arrow F to F i g. 3 continuously away.

Die in Fig. 1 rechte Hälfte der Zylinderlinse 11 dient dazu, von der Materialbahn 12 remittiertes Licht 17 zu empfangen und parallel zu richten. Die Zylinderlinse wird also durch Pupillenteilung für das Sende- und Empfangslicht ausgenutzt Links oberhalb der Zylinderlinse 11 ist eine weitere Zylinderlinse 20 parallel zu der erstgenannten angeordnet, welche das mit ihrem gesamten Querschnitt empfangene parallele Lichtbündel auf den Empfangsmantelbereich 24 (F i g. 1 und 2) eines Lichtleitstabes 14 konzentriert Diametral gegenüber dem Empfangsmantelbereich 24 befindet sich eine streifenförmige Stufenspiegelanordnung 53, welche sich zumindest über die gesamte Länge des Abtastbereiches des Lichtleitstabes 14 erstreckt. Die Breite der Stufenspiegelanordnung 53 ist derart, daß sie noch ohne weiteres optisch dicht an der Mantelfläche des Lichtleitstabes 14 befestigt werden kann und das durch die Zylinderlinse 20 und durch den Lichtleitstab 14 selbst gebrochene Licht weitgehend vollständig empfängt Die Stufenspiegelanordnung 54 besteht aus einzelnen aneinandergesetzten Elementarspiegeln, welche das gemäß Fig.2 senkrecht zur Stabachse auftreffende Licht unter einem solchen Winkel λ zur Stabachse reflektieren, daß es unter einem Winkel der Totalreflexion auf die Oberfläche des Lichtleitstabes 14 auftrifft. Durch Hin- und Herreflektieren gelangt das Licht somit bis zu der in F i g. 2 rechten Stirnseite des Lichtleitstabes 14, wobei ein Photoempfänger 18 zur Aufnahme des aus der Stirnseite austretenden Lichtstromes angebracht ist Es ist auch möglich, daß die Flanken 55 der Stuienspiegelanordnung 53 als Spiegel ausgebildet sind, wobei die Neigung der Spiegel 55 gleich und symmetrisch zu der der Spiegel 54 ist. In diesem Fall wird also eine dachförmige Anordnung gewählt, im Gegensatz zu der in Fig. 2 wiedergegebenen Sägezahnanordnung. Bei einer dachförmigen Stufenspiegelanordnung 53 gelangt auch Licht an die andere Stirnseite des Lichtleitstabes 14, wo gegebenenfalls ein weiterer Photoempfänger 19 oder ein Planspiegel angeordnet sein kann, der auch das zur in F i g. 2 linken Stirnseite gelangende Licht zur gegenüberliegenden Stirnseite zurückwirftThe right half of the cylindrical lens 11 in FIG. 1 is used to receive light 17 remitted by the material web 12 and to direct it in parallel. The cylinder lens is therefore used by pupil division for the transmitted and received light. Left above the cylindrical lens 11 is another cylindrical lens 20 parallel to that the former arranged, which received the parallel light bundle with its entire cross-section on the receiving cladding area 24 (F i g. 1 and 2) of a light guide rod 14 concentrated diametrically opposite the receiving jacket area 24 is a strip-shaped stepped mirror arrangement 53, which extends at least over the entire length of the scanning area of the light guide rod 14. The width of the Step mirror arrangement 53 is such that it is still optically close to the outer surface of the Light guide rod 14 can be attached and through the cylinder lens 20 and through the light guide rod 14 itself receives refracted light largely completely. The stepped mirror arrangement 54 consists of individual side-by-side elementary mirrors which, according to FIG. 2, are incident perpendicular to the rod axis Reflect light at such an angle λ to the rod axis that it is at an angle of total internal reflection impinges on the surface of the light guide rod 14. The light arrives by reflecting back and forth up to the in FIG. 2 right end face of the light guide rod 14, with a photoreceiver 18 for receiving the from It is also possible that the flanks 55 of the Stuienspiegelanordnung 53 are designed as a mirror, the inclination of the mirrors 55 being the same and symmetrical to that of the mirror 54. In this case a roof-shaped arrangement is therefore selected, in contrast to that shown in FIG Sawtooth arrangement. In the case of a roof-shaped stepped mirror arrangement 53, light also reaches the other Front side of the light guide rod 14, where optionally another photo receiver 19 or a plane mirror can be arranged, which also includes the in F i g. 2 left front side light reaching the opposite Front throws back

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for monitoring a moving web of material for defects

with a device for generating a scanning light beam traveling across the material web,
with a cylindrical lens through which the scanning light beam passes in a first part of its aperture for concentrating the scanning light beam on the material web,

with one that receives the light remitted through a second part of the aperture of the cylinder lens photoelectric detector arrangement, which has a light guide rod aligned parallel to the cylinder lens comprising a photoelectric converter on at least one end face, thereby characterized that the Lichtleitsiab {14) in eiacm the impact area (24) of the remitted Light diametrically opposite area of its surface with a stripe-shaped stepped mirror ! Arrangement (53) is provided, which essentially Light incident perpendicular to the axis of the light guide rod (14) on the inner wall of the light guide rod reflected at angles, occurs for total reflection, and an optical device (14, 20) is provided for concentrating the reflected light on the stepped mirror arrangement (53).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the optical device of the Light guide rod (14) itself is formed, its surface curvature and refractive index for concentration of the reflected light on the stepped mirror arrangement (53) are suitably selected.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the optical device is a further cylindrical lens arranged in front of the light guide rod (14) and extending parallel to it (20) includes.