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Überwachungseinrichtung zur Erkennung optisch erfaßbarer
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linienförmiger Fertigungsfehler bei bahnförmigem Material Die Erfindung
betrifft eine überwachungseinrichtung zur Erkennung optisch erfaßbarer linienförmiger
Fertigungsfehler bei bahnförmigem Material.
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Bei der Herstellung bahnförmiger Materialien, wie Geweben, Teppichböden
u.dgl. können Fertigungsfehler auftreten, die beispielsweise darauf zurückzuführen
sind, daß einer der in Längsrichtung oder in Querrichtung zur Materialbahn zu verarbeitenden
Fäden reißt. Dies gilt beispielsweise für die Schuß fäden bei der Herstellung von
Geweben oder für die Schlingenfäden bei der Herstellung von Schlingenteppichen.
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Die Fehlerüberwachung erfolgt bei der Herstellung derartiger Materialien
optisch durch eine Uberwachungsperson, die feststellt, ob einer der Fäden gerissen
ist. Von großer Bedeutung ist eine schnelle Fehlererkennung, damit die Herstellungsmaschine
nach dem Auftreten eines Fadenrisses unverzüglich abgestellt werden kann, um die
weitere Herstellung von Ausschußware zu vermeiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine überwachungseinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die mit relativ einfachen Mitteln eine sichere überwachung
einer größeren Fläche des bahnförmigen Materials ermöglicht und das Auftreten eines
Fehlers schnell und zuverlässig anzeigt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß mindestens eine Fernsehkamera
so auf das bahnförmige Material gerichtet ist, daß die Zeilenrichtung des Fernsehbildes
mit der Laufrichtung der möglichen Fertigungsfehler übereinstimmt und daß über das
Zeitsignal einer Bildzeile integriert und das Integrationssignal mit dem Integrationssignal
mindestens einer benachbarten Bildzeile verglichen wird.
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Bei der Erfindung wird das Bild der zu überwachenden Ware in einzelne
Teile zerlegt. Da ein auftretender Fehler Auswirkungen auf das Helligkeitssignal
hat, unterscheidet sich der z.B. durch einen gerissenen Faden hervorgerufene
Fehlerstreifen
durch seine Helligkeit von dem fehlerlosen Bereich der Materialbahn. Wenn der Helligkeitsstreifen
in Zeilenrichtung des Fernsehbildes verläuft, können die Helligkeitswerte der Zeilen
miteinander verglichen werden, um festzustellen, ob die Helligkeitswerte der Zeilen
gleich s-ind, was bei gleichmäßiger und fehlerloser Materialherstellung der Fall
ist.
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Bei der Herstellung von Textilien und Teppichen können Muster vorkommen,
bei denen die einzelnen Stellen unterschiedliche Helligkeitswerte haben. Solche
Muster führen dann nicht zu irrtümlichen Fehleranzeigen, wenn ihre Laufrichtung
quer zur Zeilenrichtung des Fernsehbildes ist, weil dann die einzelnen Zeilen die
Striche oder Flächen des Musters nur zum Teil überstreichen, so daß das Gesamtsignal
einer jeden Zeile nur relativ geringfügig verändert wird. In einer Schwellenwertschaltung
können derartige geringfügige Abweichungen als zulässig beurteilt werden, während
lediglich Helligkeitsabweichungen, die praktisch die gesamte Zeile betreffen, als
Fehler ausgewiesen werden.
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Sind in dem Muster Linien enthalten, die parallel zur Richtung der
möglichen Fertigungsfehler verlaufen, dann weicht die Helligkeit der betreffenden
Zeilen des Fernsehbildes natürlich stets von der Helligkeit der benachbarten Zeilen
ab, so daß ein Fehlersignal erzeugt wird. Das gleiche gilt an den Randkanten der
Materialbahn, wo ebenfalls Fehlerzeilen im Fernsehbild entstehen. Um zu vermeiden,
daß derartige Scheinfehler, die durch Randkanten
und durch längslaufende
Muster entstehen, zu einer Stillsetzung der Maschine führen, kann gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung eine Fehlervorgabeeinrichtung, an der eine tolerierbare
Anzahl von Linien des bahnförmigen Materials voreinstellbar ist, mit einem an einen
Fehlerzähler angeschlossenen Vergleicher verbunden sein, der bei Überschreiten der
voreingestellten Anzahl durch die Fehlerzahl ein Echtfehlersignal abgibt.
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Hierbei werden die "einprogrammierten" Fehler in Form längs laufender
Muster und Randkanten von der Gesamtfehlerzahl subtrahiert, so daß nur noch die
wirklichen Fehler (Echtfehler) übrig bleiben.
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Vorzugsweise stimmt die Zeilenrichtung des Fernsehbildes mit der Laufrichtung
des entlang eines Transportweges laufenden Materials überein. Dabei wird vorausgesetzt,
daß die Fehler in Laufrichtung der Materialbahn auftretende Streifen sind, wie dies
beispielsweise bei der Herstellung von Teppichboden-Schling92ire der Fall sein kann.
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Bei der Überwachung der Schußfäden einer Webmaschine ist das Fernsehbild
dagegen so ausgerichtet, daß die Zeilenrichtung quer zur Laufrichtung des Gewebes
verläuft, weil die Schußfäden ebenfalls in Querrichtung verlaufen.
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Ist die Breite der möglichen Fehlerstreifen so groß, daß sie mehrere
Bildzeilen des Fernsehbildes erfaßt, wird jeweils das Integrationssignal über mehrere
Bildzeilen gebildet und mit dem Integrationssignal einer entsprechenden Anzahl der
nächstfolgenden Bildzeilen verglichen.
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Beim Integrationsvorgang sollten selbstverständlich nur die Bildsignale
der jeweiligen Zeile berücksichtigt werden, d.h. daß die Zeilensteuerimpulse u.dgl.
vorher herausgesiebt worden sind.
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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung der Fernsehbilder mehrerer
Fernsehkameras über einer kontinuierlich transportierten Bahn eines Teppichbelages,
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung,
Fig. 3 zeigt in stark vergrößertem Maßstab acht nebeneinanderliegende Zeilen des
Fernsehbildes einer Fernsehkamera und Fig. 4 zeigt schematisch den Verlauf der von
der Fernsehkamera erzeugten Helligkeitssignale einschließlich der Zeilenstartimpulse
für die in Fig. 3 dargestellten Fernsehzeilen.
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I Die dargestellte Uberwachungseinrichtung dient zur Überwachung
eines Teppichbodenbelages lo, der aus einem (nicht dargestellten) schwarzen Trägergewebe
besteht, in das ein weisses Tufftingmaterial in Form von Schlingen, die ggf. später
aufgeschnitten werden können, eingewebt
wird. Die Tufftingfäden
werden in Längsrichtunq der Teppichbahn 10 dicht nebeneinanderliegend eingewebt.
Wenn einer der Tufftingfäden reißt, entsteht in dem Teppichmaterial ein dunkler
Streifen 11, in dem das Trägergewebe sichtbar wird. Die Erfindung ermöglicht die
automatische Entdeckung solcher längslaufender dunkler Streifen 11.
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Zu diesem Zweck sind oberhalb der von einer (nicht dargestellten)
Verarbeitungsmaschine kommenden Teppichbahn 1o vier Fernsehkameras angeordnet, deren
Aufnahmebereiche durch die Rechtecke 12, 13, 14 und 15 gekennzeichnet sind.
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Die Rechtecke liegen nebeneinander und überlappen sich an den Randbereichen.
Sie erfassen die vollständige Breite der Teppichbahn 10 und die äußeren Bildbereiche
12 und 15 stehen seitlich über die Randkanten der Teppichbahn 10 über. Die Bewegungsrichtung
der Teppichbahn 10 ist durch den Pfeil 16 gekennzeichnet.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun ein Blockschaltbild der an eine
der vier Fernsehkameras angeschlossenen Auswerteschaltung beschrieben. Gleiche Auswerteschaltungen
sind auch an die anderen Fernsehkameras angeschlossen.
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Das von der Fernsehkamera gelieferte Video-Signal wird einem Video-Verstärker
20 zugeführt und von dort an den Eingang eines ersten Video-Schalters 21 und eines
zweiten Video-Schalters 22 gelegt. Gleichzeitig wird das Ausgangssignals des Video-Verstärkers
20 in bekannter Weise einem Amplitudensieb 23 zugeführt, das die Synchronimpulse
von
den Bildsignalen trennt. Die Synchronimpulse werden über eine Leitung 24 und die
Bildsignale (Helligkeitssignale) über eine Leitung 25 an eine Zeilenunterdrückungsschaltung
26 geliefert. Diese Zeilenunterdrückungsschaltung 26 erzeugt an ihrer Ausgangsleitung
26'ein Hauptrücksetzsignal, dessen Funktion nachfolgend noch erläutert wird.
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Die Bildsignale an Leitung 25 gelangen über eine Schaltung 27 zur
Schwarzschulter-Unterdrückung zu einem Zeilenzähler 28, der die Zeilenynchronimpulse,
die am Beainn jeder Zeile auftreten, zählt. Der Zähler 28 zählt bis 8 und geht dann
selbsttätig auf Null. Während der Zähler 28 auf einem der Zählerstände 1 bis 4 steht,
gibt er an Leitung 29 ein Signal ab und öffnet damit den ersten Video-Schalter 21,und
wenn sein Zählwert einem der Werte 5 bis 8 entspricht, liefert er über Leitung 30
einen Steuerimpuls an den zweiten Video-Schalter 22, um diesen zu öffnen. Der Video-Schalter
21 öffnet daher jeweils für vier Zeilen des Fernsehbildes und der Video-Schalter
22 öffnet für die vier nächsten Zeilen des Fernsehbildes.
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Der Video-Verstärker 20, das Amplitudensieb 23, die Zeilenunterdrückungsschaltung
26 sowie die Schaltung 27 zur Schwarzschulter-Unterdrückung sind bekannte Schaltungen,
die sich in jedem Fernseher befinden und die daher hier nicht näher erläutert werden.
Die Zeilenunterdrückungsschaltung 26 unterdrückt jeweils am Ende jeder Zeile einen
Teil des Signales, um den Strahlrücklauf vom Ende der Zeile zum Anfang der nächsten
Zeile durchzuführen. Ihr Ausgangssignal an Leitung 26'steuert den Zeilenzähler 28
in
der Weise, daß an den Leitungen bzw. 30 jeweils nur zu den Zeiten Steuersignale
zum Öffnen der Video-Schalter 21, 22 anstehen, in denen der Video-Verstärker 20
Bildsignale liefert, während die Video-Schalter 21 und 22 zu denjenigen Zeiten,
in denen der Video-Verstärker 20 Synchronimpulse liefert, gesperrt sind.
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Der Ausgang des ersten Video-Schalters 21 ist mit einem ersten Integrator
31 und der Ausgang des zweiten Video-Schalters 22 ist mit einem zweiten Integrator
32 verbunden. In dem ersten Integrator 31 wird das Zeitintegral der Bildinhalte
von vier Zeilen gebildet, während in dem zweiten Integrator 32 das Zeitintegral
über die Bildinhalte der nächstfolgenden vier Zeilen gebildet wird. Die beiden ermittelten
Integralwerte werden einem Subtrahierer 33 zugeführt, an dessen Eingänge die Ausgangsleitungen
der Integratoren 31 und 32 angeschlossen sind. Der Integrator ist mit einem Fensterdetektor
34 verbunden, an dessen Ausgangsleitung 35 das Fehlersignal erzeugt wird.
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Zur Festsetzung des Zeitpunktes, zu dem der Fensterdetektor 34 feststellt,
ob das Ausgangssignal des Subtrahierers 33 innerhalb eines zuvor festgelegten Amplitudenbereiches
liegt, dient der Prüfzeitgenerator 36. Dieser erzeugt an Leitung 37 ein Prüfzeitsignal,
wenn der Zeilenzähler 28 auf dem Zählwert 8 steht, und gleichzeitig das Hauptrücksetzsignal
an Leitung 26', das angibt, daß der Bildinhalt der jeweiligen Zeile beendet ist,
ansteht. Nach Beendigung der Bildsignale
der achten Zeile wird
also an Leitung 37 das Zeitsteuersignal erzeugt, das den Fensterdetektor 34 kurzzeitig
öffnet.
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Der Prüfzeitgenerator 36 steuert außerdem die Rücksetzschaltung 38
für die Integratoren 31 und 32 an. Die Rücksetzschaltung kann beispielsweise ein
Zeitglied sein, das eine kurze Zeitspanne nach dem öffnen des Fensterdetektors 34
die Inhalte der Integratoren 31 und 32 löscht. Beim Beginn der Bildsignale der nächstfolgenden
Zeile stellt sich im Zeilenzähler 28 wieder der Zählwert 1 ein, wodurch der erste
Video-Schalter 21 geöffnet wird.
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Auf die beschriebene Weise werden die Bildinhalte vier nebeneinanderliegender
Zeilen mit den Bildinhalten der nächstfolgenden vier nebeneinanderliegenden Zeilen
verglichen. An Leitung 35 entsteht ein Fehlersignal, wenn die Differenz der beiden
Integralsignale größer ist als ein voreingestellter Amplitudenwert.
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Leitung 35 ist mit einem Fehlerzähler 39 verbunden, der für jeden
Bilddurchlauf die Anzahl der festgestellten Fehler festhält und diesen Zählwert
an einen Vergleicher 40 weitergibt. Der zweite Eingang des Vergleichers 40 ist an
eine Fehlervorgabeschaltung 41 angeschlossen, an der eine bestimmte Fehlerzahl voreingestellt
werden kann; Diese Fehlerzahl beträgt mindestens zwei, weil jede der Randkanten
der Bahn 1o bereits ein Fehlersignal
erzeugt. Wenn die Teppichware
zusätzlich Muster mit längslaufenden Linien von größerer Länge aufweist, können
diese Linien ebenfalls als vorprogrammierte Fehler in der Vorgabeschaltung 41 berücksichtigt
werden.
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Der Ausgang des Vergleichers 40 ist mit einem Echtfehlerzähler 42
verbunden, der die Anzahl derjenigen Fehler zählt, die über die in der Fehlervorgabeschaltung
41 voreingestellte Zählerzahl hinausgeht. Außerdem kann in einer weiteren Schaltung
43 die Anzahl der Echtfehler pro Zeit gezählt werden. Das Ausgangssignal an Leitung
44 des Echtfehlerzählers 42 steuert das Stillsetzen der Teppichverarbeitungsmaschine,
so daß der Fehler behoben werden kann, bevor die Maschine weiterarbeitet. Der Zähler
42 kann auf einen bestimmten Wert voreingestellt werden, so daß er eine bestimmte
Fehlerzahl toleriert und erst oberhalb dieser Fehlerzahl die Abschaltung der Maschine
vornimmt.
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Für alle vier Fernsehkameras kann ein einziger Überwachungsmonitor
vorgesehen sein. Beim Auftreten eines Webfehlers wird die entsprechende Fernsehkamera
auf den Überwachungsmonitor durchgeschaltet. Dieser bildet dann die Fehlerstelle
auf dem Fernsehschirm ab. Es ist gleichzeitig möglich, die im Bild dargestellte
Webzone über die gesamte Maschinenbreite mit einer Skala zu versehen, so daß sich
die Fehlerstelle direkt auf dem Bildschirm ablesen läßt.
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Alternativ kann der Überwachungsmonitor als Zusatz einel
Einblendung
erhalten, die in Form einer Zahl angibt, welche Kamera den aufgetretenen Fehler
erfaßt hat, so daß der Überwachungsmonitor dann manuell auf die betreffende Kamera
eingestellt werden kann.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel für das Bild von acht nebeneinanderliegenden
Fernsehzeilen, wobei angenommen sei, däß der auf einen gerissenen Tufftingfaden
zurückgehende Fehler 11 im Bereich der Zeilen 2 und 3 aufgetreten ist.
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In diesem Bereich ist das Fernsehbild dunkler als in den benachbarten
Zeilen. Dies geht aus Fig. 4 hervor, wo schematisch die Zeilensynchronimpulse zusammen
mit den Bildsignalen für die acht Zeilen der Fig. 3 dargestellt sind. Wenn das Integral
über die Bildinhalte der Zeilen 1 bis 4 gebildet wird, ist dieses Integral natürlich
kleiner als das Integral der Bildinhalte der Zeilen 5 bis 8, so daß am Fensterdetektor
34 ein Fehler festgestellt wird.
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Die Fehlererkennungssicherheit ist vom optischen Kontrast zwischen
dem einwandfreien Material 10 und der Fehlerstelle 11 abhängig. Ist das Material
10 weiß, so wird der Fehler sicherer erkannt, wenn die Fehlerstelle schwarz abgebildet
wird. Der Kontrast kann beispielsweise durch Bestrahlen der Bahn von oben her mit
Licht vergrößert werden. Bei anderen Anwendungsfällen kann man auch eine Durchleuchtung
der Materialbahn vornehmen, indem die Lichtquelle unterhalb der Materialbahn angeordnet
ist, während die Fernsehkameras das durch die Materialbahn hindurchgehende Licht
erfassen.
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