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WO1991010891A1 - Verfahren und vorrichtung zur berührungslosen prüfung von flächigen und räumlichen prüfgütern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur berührungslosen prüfung von flächigen und räumlichen prüfgütern Download PDF

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Publication number
WO1991010891A1
WO1991010891A1 PCT/CH1991/000004 CH9100004W WO9110891A1 WO 1991010891 A1 WO1991010891 A1 WO 1991010891A1 CH 9100004 W CH9100004 W CH 9100004W WO 9110891 A1 WO9110891 A1 WO 9110891A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
test material
intensity
light source
detected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CH1991/000004
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Schoeps
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OPTOCONTROL AG
Original Assignee
OPTOCONTROL AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OPTOCONTROL AG filed Critical OPTOCONTROL AG
Priority to CA002050316A priority Critical patent/CA2050316A1/en
Priority to SU915001624A priority patent/RU2058546C1/ru
Priority to BR919103915A priority patent/BR9103915A/pt
Priority to KR1019910701040A priority patent/KR920701784A/ko
Publication of WO1991010891A1 publication Critical patent/WO1991010891A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901—Optical details; Scanning details

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for contactless testing of various test items.
  • These can be the surfaces of test goods or their spatial interior.
  • the supposedly smooth or regularly structured surfaces are checked for irregularities, or a translucent, supposedly uniformly or regularly structured layer of a material is checked for irregularities.
  • irregularities can occur, for example, as a result of inclusions.
  • web materials that run in the manufacturing process or in a treatment process for example a film or textile fabric web, and which run through have a surface that is supposed to remain calm
  • the degree of smoothness can be determined or any irregularities in smoothness can be determined.
  • Such tests are necessary as part of various treatment processes such as lamination or vapor deposition.
  • Another disadvantage of the previously known systems is that the entire scanned information is in serial form.
  • the measuring device therefore eats line by line and interrelates the determined data in a series.
  • This series of measurement data must then be assigned to the individual measurement points by means of a transformation, which requires a very wide range of evaluation devices and also usually places high demands on the evaluation software.
  • the lack of redundancy of the systems is also disadvantageous. Failure of a single important part, such as the laser, leads to failure of the entire system.
  • the object of the present invention is therefore to create a method and a device which overcomes the disadvantages mentioned and in particular also allows the testing of complicatedly shaped materials, the testing device being adaptable to the requirements of the test material in a predeterminable manner , or can be automatically adjusted in the process flow.
  • This object is achieved by a method according to the preamble and the characterizing features of patent claim 1, and by a device for carrying out the method with the features of patent claim 3.
  • the method according to the invention and the devices for its practice enable simultaneous contactless testing of a surface or an inner boundary surface of a material to be tested by means of incident light which is reflected on the surface or on an inner boundary surface and is subsequently detected. But also a spatial layer or a spatial portion of a material ', or its internal structure can be checked by the incident light is scattered and it is detected thereafter.
  • Figure 1 shows the principle of operation of the method for testing a surface and the internal structure of a test material
  • Figures 2-5 show four basic variants of the method
  • FIG. 6 shows the functional principle of the method for testing a test material with an irregular material thickness
  • FIG. 7 shows a diagram of a first exemplary possibility of a device for controlling the light intensity of a light source section
  • Figure. 8 shows a schematic of a second exemplary possibility of a device for controlling the light intensity of a light source section
  • FIG. 9 shows a diagram of a first exemplary possibility of a device for determining the light intensity in the light receiver
  • Figure 10 shows a schematic of a second example of a device for determining the light intensity at the light receiver.
  • FIG. 1 shows the basic functional principle of the method according to the invention for testing a surface and / or the internal structure of a test material using one schematically shown device for its exercise ge shows.
  • the test material 1 consists of a material which is, for example, a web material whose surface is to be tested, or it can be a transparent or translucent material in which the inner structure is also to be tested in addition to the surface.
  • the test material moves from right to left according to the arrow drawn in with a uniform movement. According to the invention, it is now illuminated by light from a directed, linear light source 2, as indicated by the corresponding arrows.
  • the light striking the test material 1 in the form of a light bar 3 is reflected to a part on the test material 1, which depends on the material and in particular its surface quality.
  • the reflected part of the light is again detected on a line-shaped, optoelectronic transducer arrangement 4 as a light bar.
  • the non-reflected part of the light penetrates the test material 1, is scattered thereon and emerges from the test material 1 on the other, here lower side. Further reflection is possible at the lower interface of the test material 1.
  • the emerging light is finally detected by a further line-shaped, optoelectronic transducer arrangement 5.
  • the intensities of the detected light are measured in the individual points of the linear optoelectronic transducer arrangements 4, 5.
  • these converter arrangements 4, 5 must have the highest possible optical resolution. For this reason, they are made up of a number of individual optical elements 6, which are designed in such a way that together they form a linear field of view.
  • the light source 2 is also constructed from such individual optical elements 7, which can then be controlled separately with respect to the intensity of the light emitted by them. Due to the separate, individual control of the light intensity of each light point and the separate, individual determination of the detected intensity at each measurement point, a specific light intensity can be selected practically for each measurement point or the values to be detected can be specified as parameters.
  • location-dependent intensity values corresponding to the movement of the movement of the test material 1 can then be specified empirically or mathematically for each point, which then serve as measurement parameters.
  • Means can also be provided by means of which an empirically or mathematically defined, location-dependent course of the intensity of the light to be detected can be predetermined for each point of the light bar when the test material is passed over. The values can be fed back and compared. A movement inspection of the surface running through can be carried out by identifying a specific intensity course.
  • FIGS. 2 to 5 show four different variants of how the method according to the invention can be used.
  • FIG. 2 shows the most simple variant, in which the light source 2 is an opaque material 1 illuminates. Part of the incident light is reflected on its surface, the rest is absorbed in the material. The reflected portion is from the detector 4, the optoelectronic. Transducer arrangement, detected.
  • This arrangement can be used, for example, to check the surface of film material, the film material running in the form of a web under the light bar 3.
  • the arrangement is also suitable for checking the surface of solid surfaces such as body parts, metal fittings or similar materials with light-reflecting surfaces. Widths up to 10 meters can be checked using in-line inspection.
  • the error resolution is, for example, approximately 10 ⁇ m for holes, so-called “pin holes”, in thinly rolled surface layers.
  • a resolution of about 50 ⁇ m is achieved.
  • coating defects, foreign particles (dust), scratches, pressure marks, depressions and holes in particular can be detected. Changes in density, color, surface roughness and surface quality can also be detected.
  • the test method according to the invention allows high test speeds of up to 17 m / s belt speed.
  • FIG. 3 shows a variant in which the test material 1 is transparent or translucent, ie diffusely translucent. Part of the light emitted by the light source 2 and incident on the test material 1 is reflected, the other part penetrates the test material 1 except for absorption losses and after it emerges from the test material 1 is reflected on a mirror 8, from which it again penetrates the test material 1.
  • the two light beam bands are finally detected with the optoelectronic transducer arrangement 4.
  • This arrangement allows the surface and at the same time the structure of the translucent material to be checked.
  • inclusions (bubbles) and their size can be determined, for example, or the regularity of cross-linking 1 s, the tensile force connections in the interior of polymers, can be checked. Variations in color and transmission can also be determined.
  • Figure 4 shows an arrangement for the inspection of surfaces. Part of the light is reflected on the surface, while the part of the light penetrating the test material 1 is reflected on the opposite surface 9 or at the interface formed by it, and is detected after the test material 1 has penetrated again. The part that is not reflected at the interface is collected by an absorber 10, for example black velvet.
  • FIG. 5 shows an arrangement as it is used to test the boundary layer 13 between two adjacent materials 11, 12, for example a laminate.
  • the light penetrates the first, here upper material 11 and is largely reflected at the interface 13 with the second, here lower material 12.
  • the reflected light penetrates again the first material 11 and is detected after it emerges.
  • the light not reflected at the interface 13 penetrates the second material 12 and light emerging from its surface 14 is collected by an absorber 10. Increased transmitted light can indicate laminate defects.
  • FIG. 6 shows the functional principle of the method for testing a test material 1 with an irregular material thickness.
  • a light band is generated on the test material 1, which has an intensity profile I which corresponds to the profile of the Light attenuation in the test material 1 see above. corresponds to the fact that this is compensated.
  • An optoelectronic transducer arrangement 6 and an optical element 7 each form a so-called measuring channel.
  • FIG. 7 shows a diagram of a first exemplary possibility of a device for location-dependent and program-controlled control of the light intensity of a light source section.
  • the linear light source as a whole here consists of a large number of discrete light sources, all of which here each have a light-emitting diode (LED ) 15 or a laser. Each individual light source of this type forms a light section, which can be individually controlled in its intensity.
  • the control takes place via a control channel (control bus) 16 connecting all the individual light sources.
  • the circuit shown thus shows the circuit of an individual light source.
  • the circuit is supplied with power (power PWR) via line 17.
  • control signals are processed in a logic circuit LOGIC 18 and output to the AC driver 20 via the digital-to-analog converter (DAC) 19. This then feeds the light emitting diode (LED) or a laser.
  • DAC digital-to-analog converter
  • a back light receiver 21 is coupled back to the AC driver 20. This backlight receiver measures the light intensity generated on the test material so that a check is possible whether it actually corresponds to the desired value.
  • a feedback loop is formed by the feedback, so that the light intensity can always be regulated to a predeterminable value.
  • FIG. 8 shows an alternative circuit to that of FIG. 7.
  • an incandescent lamp 22 is used as the light source.
  • the logic circuit LOGIC 18 and the digital-to-analog converter (digital-to-analog converter DAC) 19 feed the incandescent lamp 22 here via a direct current driver (DC driver). 23.
  • An additional AC driver 24 processes the signals from LOGIC 18 and digital-to-analog converter (DAC) 19 as well as from a backlight receiver 21 and then feeds a chopper (Shutter) 25.
  • a high frequency is generated by means of the chopper in order to generate a light which can be distinguished from the frequencies of the ambient light and can therefore be measured independently of the ambient light.
  • the light frequency generated in this way serves as a carrier frequency for the measurement. It must of course be so high that the scanning or resolution is sufficient for the moving test material. With the circuit described it is possible to regulate the light intensity of the light emitted by the incandescent lamp sufficiently quickly and precisely.
  • FIG. 9 shows a circuit for processing the current values emitted by the light receiver as a light intensity value by means of adjustable measuring amplifiers.
  • the location-dependent course of the intensity of the detected light of each individual optical element of the optoelectronic transducer arrangement can thus be amplified to a programmable setpoint. With this circuit, the light hits a photo receiver
  • Photo receiver 26 the electrical signal of which is amplified by a measuring amplifier (variable amplifier) 27.
  • the amplifier 27 is controlled by a logic circuit (LOGIC) 28 and a digital-to-analog converter (digital-to-analog converter DAC) 29.
  • the logic circuit (LOGIC) 28 is supplied with power via the line 30 and controlled by a line 31, which by a common control channel
  • FIG. 10 shows an alternative circuit.
  • the photo receiver (photoreceiver) 33 is preceded by a chopper (shutter) 34, which via the logic circuit (LOGIC) 28, the digital-to-analog converter (digital-to-analog converter DAC) 29 and an AC / DC driver (AC / DC Driver) 35 is controlled.
  • the chopper enables a selective adjustment to a specific transmitter frequency.
  • the measured intensity ' with the help of this chopper be reduced arbitrarily.
  • a number of photodiodes, incandescent lamps, gas discharge tubes or lamps can serve as linear light sources on devices according to the invention.
  • Semiconductor diodes can also be used.
  • the optoelectronic transducer arrangements can consist of photodiodes, phototransistors or photomultipliers.
  • Means for moving the light source and the optoelectronic transducer arrangement relative to the test material and for detecting the location coordinate of these movements as parameters for the light source and the optoelectronic transducer arrangement are only required if the test object is stationary. These means can be, for example, linear units or any mechanical drive means from the prior art. In many cases, the test arrangement is stationary and the test material is moved under the light bar generated.
  • the temperature can also be a process parameter that is used as a control parameter (reference variable).
  • a control parameter reference variable
  • red glowing metal can be cited which is used for a measurement. influences, or the temperature of a test specimen must be compensated due to the material expansion.
  • infrared pyroelectric sensors are suitable as optoelectronic elements.

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Abstract

Beim erfindungsgemässen Verfahren zum berührungslosen Prüfen der Oberfläche oder der inneren Struktur von verschiedenen Prüfgütern wird das Prüfgut (1) von einem Lichtbalken (3) angestrahlt und überfahren. Das vom Prüfgut (1) reflektierte, gestreute oder durchgelassene Licht des Lichtbalkens (3) wird detektiert und mit vorgegebenen Werten verglichen. Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens weist eine linienförmige Lichtquelle (2) zur Erzeugung eines kontinuierlichen Lichtbalkens (3) und mindestens eine linienförmige, optoelektronische Wandleranordnung (4, 6) zur Erfassung von reflektiertem, gestreutem oder durchgelassenem Licht auf.

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen von verschiedenen Prüfgutem. Es kann sich dabei um die Oberflächen von Prüfgu¬ tem handeln, oder auch um deren räumliches Inneres. Im spe¬ ziellen werden so die angeblich glatten oder regelmässig strukturierten Oberflächen auf Unregelmässigkeiten geprüft oder es wird eine lichtdurchlässige, angeblich gleichmässig oder regelmässig strukturierte Schicht eines Materials auf deren Unregelmässigkeit hin überprüft. Solche Un¬ regelmässigkeiten können zum Beispiel infolge von Einschlüs¬ sen vorkommen. Bei Bahnmaterialien, die im Fabrikationspro- zess oder in einem Behandlungsprozess laufen, beispielsweise eine Folien- oder textile Stoffbahn, und die beim Durchlaufen eine angeblich ruhig bleibende Oberfläche aufweisen, kann das Mass dieser Laufruhe bestimmt oder allfällige Unregelmässig- keiten in der Laufruhe festgestellt werden. Solche Prüfungen sind im Rahmen verschiedener Behandlungsverfahren wie zum Beispiel beim Laminieren oder Bedampfen notwendig. Beim Prü¬ fen von dreidimensionalen Strukturen können andrerseits Lage¬ änderungen von internen Grenzflächen des zu prüfenden Mate¬ rials festgestellt und gemessen werden. Darüberhinaus sind Schwingungen von solchen Bereichen oder von Einschlüssen prüfbar. Die Prüfung von rotierenden Teilen auf Rundlauf und Schwingungen gehört ebenfalls zum Aufgabenbereich derartiger Prüfungen.
Bisher bekannte Systeme benützen einen mit mechanischen Mit¬ teln abgelenkten Laserstrahl (laser Scanner) und komplizierte optische Komponenten. Entsprechende Prüfgeräte sind deshalb teuer, voluminös und auch verschleissanfällig. Andere Systeme arbeiten mit elektronischen Kameras. Solche sind zum Beispiel als Zeilenkameras ausgebildet und können gleichzeitig eine Zeile des durchlaufenden und zu prüfenden Materials erfassen. Weil jedoch eine solche Kamera jeweils nur an einem bestimm- .ten Ort der Zeile senkrecht auf das Material gerichtet sein kann, muss das Messresultat von Oberflächenbereichen, die schiefwinklig erfasst werden, entsprechend kompensiert wer¬ den. Es sind deshalb komplizierte Korrekturen in der Abbil¬ dung nötig. Wird mit der Kamera die Zeile abgefahren, so sind wiederum komplizierte Schieberegister nötig, und die Messresultate müssen mittels aufwendiger Transformationsrech- nungen auf die massgeblichen Messpunkte umgerechnet werden. Bei beiden Systemen ist die Prüfung von sehr langen oder breiten Materialien nur sehr beschränkt möglich, bedingt durch die geometrischen Erfordernisse und durch die schlech¬ ter werdende Fehlerauflδsung mit zunehmender Inspektions¬ breite.
Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Systeme besteht darin, dass die gesamte abgetastete Information in serieller Form vorliegt. Das Messgerät isst also Zeile um Zeile und hängt die ermittelten Daten in einer Serie .ineinander. Diese Serie von Messdaten muss dann durch -eine Transformation den einzelnen Messpunkten zugeordnet werden, was eine sehr hohe Bandbreite der Auswertegeräte erfordert und auch meistens hohe Anforderungen an die Auswerte-Software stellt. Nachtei¬ lig ist auch die fehlende Redundanz der Systeme. Ein Ausfall eines einzigen wichtigen Teiles, wie zum Beispiel des Lasers, führt zum Ausfall der ganzen Anlage.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die er¬ wähnten Nachteile überwindet und insbesondere auch die Prü¬ fung kompliziert geformter Materialien erlaubt, wobei die Prüfvorrichtung den Erfordernissen des Prüfgutes in vorherbe¬ stimmbarer Weise anpassbar ist, oder im Prozessablauf selbst¬ tätig anpassbar ist. Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren nach dem Ober¬ begriff und den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspru¬ ches 1, sowie von einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfah¬ rens mit den Merkmalen des Patentanspruches 3.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtungen zu sei¬ ner Ausübung ermöglichen das gleichzeitige berührungslose Prüfen einer Oberfläche oder einer inneren Grenzfläche eines zu prüfenden Materials mittels Auflicht, das an der Oberflä¬ che oder an einer inneren Grenzfläche reflektiert und hernach detektiert wird. Aber auch eine räumliche Schicht oder ein räumlicher Abschnitt eines Materials', beziehungsweise dessen innere Struktur, kann geprüft werden, indem das Auflicht daran gestreut wird und hernach detektiert wird.
In der nachfolgenden Beschreibung wird anhand von verschie¬ denen Zeichnungen das grundsätzliche Funktionsprinzip des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert. Ausserdem werden ei¬ nige beispielsweise Vorrichtungen zur Ausübung des Verfahrens anhand von Schematas erklärt.
Es zeigt:
Figur 1 : zeigt das Funktionsprinzip des Verfahrens für das Prüfen einer Oberfläche und der inneren Struktur eines Prüfgutes; Figuren 2-5: zeigen vier grundsätzliche Varianten des Verfahrens;
Figur 6 : zeigt das Funktionsprinzip des Verfahrens für das Prüfen eines Prüfgutes mit unregelmässiger Materialdicke;
Figur 7 : zeigt ein Schema einer ersten beispielsweisen Möglichkeit einer Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität eines Lichtguellen- abschnittes;
Figur. 8 : zeigt ein Schema einer zweiten beispielsweisen Möglichkeit einer Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität eines Lichtquellen¬ abschnittes;
Figur 9 : zeigt ein Schema einer ersten beispielsweisen Möglichkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Lichtintensität beim Lichtempfänger;
Figur 10 : zeigt ein Schema einer zweiten beispielsweisen Möglichkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Lichtintensität beim Lichtempfänger.
In Figur 1 ist das grundsätzliche Funktionsprinzip des erfin¬ dungsgemässen Verfahrens für das Prüfen einer Oberfläche und/oder der inneren Struktur eines Prüfgutes anhand einer schematisch dargestellten Vorrichtung zu dessen Ausübung ge¬ zeigt. Das Prüfgut 1 besteht aus einem Material, das zum Bei¬ spiel ein Bahnmaterial ist, dessen Oberfläche geprüft werden soll, oder es kann ein transparentes oder translucentes Mate¬ rial sein, bei dem nebst der Oberfläche auch die innere Struktur geprüft werden soll. In der Figur 1 bewegt sich das Prüfgut gemäss dem eingezeichneten Pfeil mit einer gleichför¬ migen Bewegung von rechts nach links. Erfindungsgemäss wird es nun von einer gerichteten, linienförmigen Lichtquelle 2 mit Licht angestrahlt, wie das die entsprechend eingezeich¬ neten Pfeile andeuten. Das in Form eines Lichtbalkens 3 auf das Prüfgut 1 auftreffende Licht wird am Prüfgut 1 zu einem Teil reflektiert, der vom Material und insbesondere seiner Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Der reflektierte Teil des Lichtes wird an einer linienförmigen, optoelektronischen Wandleranordnung 4 wiederum als Lichtbalken erfasst. Der nicht reflektierte Teil des Lichtes durchdringt das Prüfgut 1, wird daran gestreut und tritt auf der anderen, hier unte¬ ren Seite des Prüfgutes 1 wieder aus diesem heraus. An der untern Grenzfläche des Prüfgutes 1 ist eine weitere Reflexion möglich. Das austretende Licht wird schliesslich von einer weiteren linienförmigen, optoelektronischen Wandleranordnung 5 erfasst. Gemäss dem Verfahren werden die Intensitäten des erfassten Lichtes in den einzelnen Punkten der linienförmi- gen, optoelektronischen Wandleranordnungen 4,5 gemessen. Hierzu müssen diese Wandleranordnungen 4,5 eine möglichst hohe optische Auflösung aufweisen. Aus diesem Grund sind sie aus einer Anzahl einzelner optischer Elemente 6 aufgebaut, die so ausgebildet sind, dass sie gemeinsam ein linienförmi- ges Sichtfeld bilden. Für spezielle Anwendungen ist aber auch die Lichtquelle 2 aus solchen einzelnen optischen Elementen 7 aufgebaut, die dann gesondert in bezug auf die Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes steuerbar sind. Durch die gesonderte, einzelne Steuerung der Lichtintensität jedes Lichtpunktes und der gesonderten, einzelnen Ermittlung der detektierten Intensität bei jedem Messpunkt kann praktisch für jeden Messpunkt eine bestimmte Lichtintensität gewählt werden oder die zu detektierenden Werte können als Parameter vorgegeben werden. Es können also entsprechend der Auflösung des erzeugten Lichtbalkens und des detektierten Lichtes empi¬ risch oder mathematisch für jeden Punkt ortsabhängige Inten¬ sitätswerte entsprechend der Bewegung des Ueberfahrens des Prüfgutes 1 vorgegeben werden, die dann als Messparameter dienen. Ebenso können Mittel vorhanden sind, mittels derer ein empirisch oder mathematisch definierter, ortsabhängiger Verlauf der Intensität des zu detektierenden Lichtes für jeden Punkt des Lichtbalkens beim Ueberfahren des Prüfgutes vorgebbar ist. Die.Werte können rückgekoppelt und verglichen werden. Durch die Identifikation eines bestimmten Intensi¬ tätsverlaufs kann eine Bewegungsinspektion der durchlaufenden Oberfläche vorgenommen werden.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen vier verschiedene Varianten, wie das erfindungsgemässe Verfahren zum Einsatz kommen kann. In Figur 2 ist die wohl einfachste Variante dargestellt, in dem die Lichtquelle 2 ein lichtundurchlässiges Material 1 anstrahlt. Ein Teil des auftreffenden Lichtes wird an dessen Oberfläche reflektiert, der Rest wird im Material absorbiert. Der reflektierte Anteil wird vom Detektor 4, der optoelektro¬ nischen. Wandleranordnung, erfasst. Diese Anordnung kann zum Beispiel zum Prüfen der Oberfläche von Folienmaterial verwen¬ det werden, wobei das Folienmaterial in Form einer Bahn unter dem Lichtbalken 3 durchläuft. Die Anordnung eignet sich aber auch zum Prüfen der Oberfläche von festen Oberflächen wie zum Beispiel Karosserieteilen, Metall-Formstücken oder ähnlichen Materialien mit lichtreflektierenden Oberflächen. Es können dabei Breiten bis zu 10 Metern mittels In-Line-Inspektion geprüft werden. Die Fehlerauflösung beträgt zum Beispiel etwa 10 um für Löcher, sogenannte "pin-holes", in dünngewalzten Oberflächenschichten. In bezug auf Kratzer und Staubteile als Störstellen für die Reflexion wird eine Auflösung von etwa 50 um erzielt. Mit dieser Anordnung werden daher vorallem Beschichtungsdefekte, Fremdteilchen (Staub) , Kratzer, Druck¬ stellen, Vertiefungen und Löcher erfassbar. Auch Aenderungen der Dichte, der Farbe, der Oberflächenrauhigkeit und -gute sind feststellbar. Das erfindungsgemässe Prüfverfahren erlaubt hohe Prüfgeschwindigkeiten von bis zu 17 m/s Bandge¬ schwindigkeit.
Figur 3 zeigt eine Variante, bei der das Prüfgut 1 transpa¬ rent oder translucent, also diffus lichtdurchlässig ist. Ein Teil des von der Lichtquelle 2 abgestrahlten und auf dem Prüfgut 1 auftreffenden Lichts wird reflektiert, der andere Teil durchdringt bis auf Absorptionsverluste das Prüfgut 1 und wird nach seinem Austritt aus dem Prüfgut 1 an einem Spiegel 8 reflektiert, von dem aus es abermals das Prüfgut 1 durchdringt. Die beiden Lichtstrahlbänder werden schliesslich mit der optoelektronischen Wandleranordnung 4 detektiert. Diese Anordnung erlaubt es, die Oberfläche und gleichzeitig die Struktur des lichtdurchlässigen Materials zu prüfen. In bezug auf die Struktur können zum Beispiel Einschlüsse (Blasen) sowie deren Grosse ermittelt werden, oder es kann die Regelmässigkeit von Cross-Linking1s, der Zugkraft-Verbin¬ dungen im Innern von Polymeren, geprüft werden. Ausserde lassen sich auch Variationen in Farbe und Transmission bestimmten.
Figur 4 zeigt eine Anordnung zur Inspektion von Oberflächen. Ein Teil des Lichtes wird an der Oberfläche reflektiert, wäh- rend der das Prüfgut 1 durchdringende Teil des Lichtes an der gegenüberliegenden Oberfläche 9 beziehungsweise an der durch sie gebildeten Grenzfläche reflektiert und nach nochmaligem Druchdringen des Prüfgutes 1 detektiert wird. Der an der Grenzfläche nicht reflektierte Teil wird von einem Absorber 10 aus zum Beispiel schwarzem Samt aufgefangen.
In Figur 5 ist eine Anordnung dargestellt, wie sie zum Prüfen der Grenzschicht 13 zwischen zwei benachbarten Materialien 11,12, zum Beispiel eines Laminates, eingesetzt wird. Das Licht durchdringt das erste, hier obere Material 11 und wird an der Grenzfläche 13 zum zweiten, hier unteren Material 12 grösstenteils reflektiert. Das reflektierte Licht durchdringt nochmals das erste Material 11 und wird nach seinem Austritt detektiert. Das nicht an der Grenzfläche 13 reflektierte Licht durchdringt das zweite Material 12 und aus dessen Ober¬ fläche 14 austretendes Licht wird von einem Absorber 10 auf¬ gefangen. Erhöhtes Durchlicht vermag dabei Laminat-Defekte anzuzeigen.
Figur 6 zeigt das Funktionsprinzip des Verfahrens für das Prüfen eines Prüfgutes 1 mit unregelmässiger Materialdicke. Um eine gleichmässige Messempflindlichkeit der Durchlichtmes- sung zu erreichen, was in der Figur 6 durch die gleiche Länge der Pfeile vor den Detektoren 4 angedeutet ist, wird ein Lichtband auf dem Prüfmaterial 1 erzeugt, das einen Intensi¬ tätsverlauf I aufweist, der dem Verlauf der Lichtabschwächung im Prüfmaterial 1 so. entspricht, dass diese kompensiert wird. Eine optoelektronische Wandleranordnung 6 und ein optisches Element 7 bilden jeweils einen sogenannten Messkanal.
Im folgenden werden einige Grundschaltungen für die Vorrich¬ tungen zur Ausübung der erfindungegemässen Verfahren beschrieben und erläutert. Figur 7 zeigt ein Schema einer "ersten beispielsweisen Möglichkeit einer Vorrichtung zum ortsabhängigen und programmgemässen Steuern der Lichtintensi¬ tät eines Lichtquellenabschnittes. Die linienförmige Licht¬ quelle als ganzes besteht hier aus einer Vielzahl diskreter Lichtquellen, die hier alle von je einer Licht emittierenden Diode (LED) 15 oder einem Laser gebildet werden. Jede ein¬ zelne solche Lichtquelle bildet dabei einen Lichtabschnitt, der individuell in seiner Intensität steuerbar ist. Die Steuerung erfolgt dabei über einen alle einzelnen Lichtquel¬ len verbindenden Steuerungskanal (control bus) 16. Im gezeig¬ ten Schema ist also die Schaltung einer einzelnen Lichtquelle gezeigt..Ueber die Leitung 17 wird die Schaltung mit Leistung (Power PWR) versorgt. In einer logischen Schaltung LOGIC 18 werden die Steuersignale aufgearbeitet und über den Digital- Analog-U wandler (Digital-Analog-Converter DAC) 19 an den Wechselstrom-Treiber (AC-Driver) 20 abgegeben. Dieser speist sodann die lichtemittierende Diode (LED) oder einen Laser. Ein Gegenlicht-Empfänger (Back Light Receiver) 21 ist auf den Wechselstrom-Treiber (AC-Driver) 20 zurückgekoppelt. Dieser Gegenlicht-Empf nger misst die auf dem Prüfgut erzeugte Lichtintensität, damit eine Kontrolle möglich ist, .ob diese tatsächliche dem gewünschten Wert entspricht. Durch die Rück¬ koppelung ist eine Regelkreis gebildet, sodass die Lichtin¬ tensität stets auf einen vorgebbaren Wert regelbar ist.
Figur 8 zeigt eine alternative Schaltung zu jener von Figur 7. Im Unterschied zu jener in Figur 7 wird hier mit einer Glühlampe 22 als Lichtquelle gearbeitet. Die logische Schal¬ tung LOGIC 18 und der Digital-Analog-Umwandler (Digital- Analog-Converter DAC) 19 speisen hier die Glühlampe 22 über einen Gleichstrom-Treiber (DC-Driver). 23. Ein zusätzlicher Wechselstrom-Treiber (AC-Driver) 24 verarbeitet die Signale von LOGIC 18 und Digital-Analog-Umwandler (Digital-Analog- Converter DAC) 19 wie auch von einem Gegenlicht-Empfänger (Back Light Receiver) 21 und speist dann einen Zerhacker (Shutter) 25. Mittels des Zerhackers wird eine hohe Frequenz erzeugt, um ein von den Frequenzen des Umgebungslichtes unterscheidbares Licht zu erzeugen und deshabl unabhängig vom Umgebungslicht messen zu können. Die erzeugte Lichtfrequenz dient in dieser Weise als Trägerfrequenz für die Messung. Sie muss natürlich so hoch sein, dass die Abtastung beziehungs¬ weise Auflösung für das sich bewegende Prüfgut hinreichend ist. Mit der beschriebenen Schaltung gelingt es, die Lichtin¬ tensität des von der Glühlampe abgegebenen Lichts genügend rasch und genau zu regeln.
Figur 9 zeigt eine Schaltung zur Verarbeitung der vom Licht¬ empfänger abgegebenen Stromwerte als Lichtintensitätswert mittels einstellbaren Messverstärkern. Damit ist der ortsab¬ hängige Verlauf der Intensität des detektierten Lichtes jedes einzelnen optischen Elementes der optoelektronischen Wand¬ leranordnung auf einen programmierbaren Sollwert verstärkbar. Das Licht trifft bei dieser Schaltung auf einen Fotoempfänger
(Fotoreceiver) 26, dessen elektrisches Signal von einem Messverstärker (Variable Amplifier) 27 verstärkt wird. Der Verstärker 27 wird über eine logische Schaltung (LOGIC) 28 und einen Digital-Analog-Umwandler (Digital-Analog-Converter DAC) 29 gesteuert. Die logische Schaltung (LOGIC) 28 wird über die Leitung 30 mit Strom versorgt und von einer Leitung 31 gesteuert, welche von einem gemeinsamen Steuerungkanal
(Control bus) 32 abzweigt. Die Figur 10 zeigt eine alternative Schaltung. Hier ist dem Fotoempfänger (Fotoreceiver) 33 ein Zerhacker (Shutter) 34 vorgeschaltet, der über die logische Schaltung (LOGIC) 28, den Digital-Analog-Umwandler (Digital-Analog-Converter DAC) 29 und einen Wechselstrom-Gleichstrom-Treiber (AC/DC-Driver) 35 angesteuert wird. Der Zerhacker ermöglich bei dieser Schaltung eine selektive Einstellung auf eine bestimmte Sen¬ derfrequenz. Andrerseits kann auch die gemessene Intensität' mit Hilfe dieses Zerhackers beliebig reduziert werden.
Als linienförmige Lichtquellen an erfindungsgemässen Vorrich¬ tungen kann eine Reihe von Fotodioden, Glühlampen, Gasent¬ ladungsröhren oder -lampen dienen. Auch Halbleiterdioden kön¬ nen zum Einsatz kommen. Die optoelektronischen Wandleranord¬ nungen andrerseits können aus Fotodioden, Fototransistoren oder Fotomuitipliern bestehen. Mittel zum Bewegen der Licht¬ quelle und der optoelektronischen Wandleranordnung relativ zum Prüfgut und zum Erfassen der Ortskoordinate dieser Bewe¬ gungen als Parameter für die Lichtquelle und die optoelek¬ tronische Wandleranordnung werden nur dann benötigt, wenn es sich um ein stationäres Prüfgut handelt. Diese Mittel können zum Beispiel Lineareinheiten sein oder beliebige mechanische Antriebsmittel aus dem Stand der Technik. In vielen Fällen ist die Prüfanordnung stationär und das Prüfgut wird unter dem erzeugten Lichtbalken hindurch bewegt. Mitunter kann auch die Temperatur ein Prozessparameter sein, der als Steuerpara¬ meter (Führungsgrösse) verwendet wird. Als Beispiel kann rot¬ glühendes Metall angeführt werden, welches eine Messung be- einflusst, oder die Temperatur eines Prüfgutes muss aufgrund der Materialausdehnung kompensiert werden. In solchen Fällen eignen sich Infrarot-Pyroelektrische Sensoren als optoelek¬ tronisc e Elemente.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum berührungslosen Prüfen der Oberfläche oder der inneren Struktur von verschiedenen Prüfgütern, bei dem das Prüfgut (1) von einem Lichtbalken (3) ange¬ strahlt und überfahren wird, wobei das vom Prüfgut (1) reflektierte, gestreute oder durchgelassene Licht des Lichtbalkens (3) detektiert und mit vorgegebenen Werten verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Auflösung des erzeugten Lichtbalkens (3) und des detektierten Lichtes für jeden Punkt ortsabhängige Intensitätswerte entsprechend der Bewegung des Ueberfahrens des Prüfgutes (1) vorgegeben werden, die als Messparameter dienen.
3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine linienförmige Licht¬ quelle (2) zur Erzeugung eines kontinuierlichen Licht¬ balkens (3) und durch mindestens eine linienfόrmige, optoelektronische Wandleranordnung (4,6) zur Erfassung von reflektiertem, gestreutem oder durchgelassenem Licht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Lichtquelle (2) optische Elemente (7) einschliesst, mittels derer ein linienförmiger Lichtbalken (3) auf dem Prüfgut (1) erzeugbar ist, und dass Mittel vorhanden sind, mittels derer ein empirisch oder mathematisch definierter, ortsabhängiger Verlauf der Intensität des Lichtes für jeden Punkt des Licht¬ balkens (3) beim Ueberfahren des Prüfgutes (1) vorgebbar. ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Wandleranord¬ nung (4) optische Elemente (6) mit einem linienförmigen Sichtfeld einschliesst, und dass Mittel vorhanden sind, mittels derer ein empirisch oder mathematisch definier¬ ter, ortsabhängiger Verlauf der Intensität des zu detektierenden Lichtes für jeden Punkt des Lichtbalkens (3) beim Ueberfahren des Prüfgutes (1) vorgebbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekenn¬ zeichnet durch Mittel zum Bewegen der Lichtquelle (2) und der optoelektronischen Wandleranordnung (4) relativ zum Prüfgut (1) und zum Erfassen der Ortskoordinate die¬ ser Bewegung als Parameter für die Lichtquelle (2) und die optoelektronische Wandleranordnung (4) .
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (7) der Lichtquelle (2) aus Fotodioden, Glühlampen, Gasent¬ ladungsröhren oder -lampen oder Halbleitern bestehen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Wandler¬ anordnung (4) aus Fotodioden, Fototransistoren oder
Fotomuitipliern besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (7) der Lichtquelle (2) ein¬ stellbare Messverstärker einschliessen, mittels derer der ortsabhängige Verlauf der Intensität des abgestrahl¬ ten Lichtes jedes Elementes (7) programmgesteuert ein¬ stellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Wandleranordnung (4) ein¬ stellbare Messverstärker (27) einschliesst, mittels derer der ortsabhängige Verlauf der .Intensität des detektierten Lichtes jedes optischen Elementes (6) der optoelektronis'chen Wandleranordnung (4) auf einen programmierbaren Sollwert verstärkbar ist.
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