DE2800351B2 - Optische Vorrichtung zur Bestimmung des Lichtaustrittswinkels bei einer mit einem Lichtfleck abgetasteten Materialbahn - Google Patents

Optische Vorrichtung zur Bestimmung des Lichtaustrittswinkels bei einer mit einem Lichtfleck abgetasteten Materialbahn

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    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • GPHYSICS
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
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    • G01N21/89Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901Optical details; Scanning details

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Bestimmung der LichtaustrittswirUi*! bei einer mit
4Π einem Lichtfleck in einer Abtastnchtung abgetasteten Materialbahn mit wenigstens einem Fotoempfänger und zwischen der Materialbahn und dem bzw. den Fotocmpfänger(n) angeordneten optischen Mitteln, welche nur in einem oder mehreren vorbestimmten Raumwinkelbercich(en) von dem Lichtfleck ausgehende Lichtstrahlen auf dem bzw. den Foioempfänger(n) vereinigen, und mit einer parallel zur Abtastrichtung entlang des Abtastbereichs und parallel zur Materialbahn im Abstand ihrer Brennweite von dieser
5Ί angeordneten Zylinderlinse, deren Abmessungen so sind, daß sie alles unter den zu bestimmenden Lichtaustrittswinkeln von dem Lichtfleck ausgehende Licht erfaßt.
Ls ist bereits bekannt (DE-OS 25 32 603). parallel zu der von einem Abiastlichtflcck iiberstrichcnen Materialbahn eine Stufenspiegclanordnung vorzusehen, welche das auf sie auftreffende Licht je nach dem Austriltswinkei von der Matcrialbahn zu unterschiedlichen Fotoempfängern einer matrixartigen I oioempfängeranord-
fiO nung an der Stirnseite des Lichtlcitsiabes lenkt. Die bekannte Anordnung stellt jedoch relativ hohe Anforderungen an die optische Qualität der verwendeten Stufenspiegclanordnungen und l.ichtleitstäbe. Ein weiteres Problem besteht darin, daß insbesondere beim Auftreffen des Empfangslichtes an den weit von den Fotoempfängern entfernten Stellen des l.ichtleitstabcs durch Inhomogenitäten oder sonstige Unvollkommenheilen des Lichtlcitstabcs ein Teil des Emofaneslichtes
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 trotz Verwendung eines bewegten Abtastlichtfleckes unabhängig von dt: Stelle des Lichteinfalls eine genaue Messung des Lichtaustrittswinkelbereiches gestattet, wobei außerdem eine gute Lichtausbeute gewährleistet seinsoll.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die genannten optischen Mittel aus einem hinter der Zylinderlinse angeordneten, sich parallel zu ihr erstrekkenden, streifenförmigen Zylinderspiegel mit senkrecht auf der Achse der Zylinderlinse stehender Zylinderachse besteht, in dessen Brennebene sich die den bzw. die Fotoempfänger enthaltene Empfangsanordnung befindet, und daß der Zylinderspiegel um seine Längsachse so gekippi ist, daß das refiekiierie Licht seitlich neben die Zylinderlinse fällt. Die Erfindung nutzt somit die Tatsache aus, daß von unterschiedlichen Punkten einer parallel zu dem Zylinderspiegel angeordneten Materialbahn unter gleichen Winkeln ausgehendes Licht an einem bestimmten Punkt der Brennebene konzentriert wird, während das vom gleichen Punkt unter verschiedenen Winkeln ausgehende Licht zu unterschiedlichen Stellen in der Brennebene gelenkt wird. Da bestimmte Fehlcrtypen auf der Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere einer gewalzten Blechbahn das aus einer vorbestimmten Richtung auf sie aiiftreffende Licht in ganz charakteristischer Weise unter versi.hiedenen Winkeln zurückwerfen, können somit bestimmte Fehlertypcn unabhängig vom Ort entlang der Abtastbahn ermittelt werden, indem das F.mpfungsniuster in der Brennebene durch die Empfangsanordnung in geeigneter Weise ausgewertet wird.
Damit auch die Randbcrcichc der Materialbahn um Ende des AL.astbereiches des Abtastlichtfleckes noch einwandfrei erfaßt werden, überragt der Zylinderspiegel zweckmäßigerweisc die Zylinderlinse an beiden Seiten. Dabei soll der Zylindcrspiegcl die Zylinderlinse beidseits um ein solches Stück überragen, daß am Ende der Zylinderlinse unter Winkeln von 10 bis 20 . vorzugsweise 15" zur Senkrechten am der Materialbahn ausgehende Lichtstrahlen noch auf den Zylinderspiegel auftreffen. Der Bereich vor, wenigstens 10 und bis zu 20 ist für die Erkennung aller gängigen Fehlertypcn auf Blechoberflächen ausreichend.
Der Zylinderspiegel soll im wesentlichen im Abstand seiner Brennweite von der Malerialbahn angeordnet sein, wodurch es möglich ist. auch die Empf-.iiigsanordnung beispielsweise unmittelbar über der Malerialbahn anzuordnen. Will man iedoch die Empfangsanordnun« in sicherer Entfernung von der Materialbahn vorsehen, so kann der Zylindcrspiegcl aber auch um ein größeres Stück von der Malerialbahn als seine Brennweite entfernt sein.
Die Empfangsanordnung kann im einfachsten Falle dadurch verwirklicht werden, daß in der Brennebene des /ylinderspiegels 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 Fehlerkennung auf der Oberfläche von gewalzten Blechbahnen bevorzugt, wenn im wesentlichen in der Brennebene des Zylinderspiegels wenigstens ein sich parallel zur Längsachse des Zylinderspiegels erstrek kender 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 zwirn sehen 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 Malerialbahn von dieser
π ausgehende Licht auftrifft. Am Ende der Lichtleitstäbe sind in bekannter Weise VerSpiegelungen bzw. Fotoempfänger vorgesehen. Bei der letztgenannten Ausführungsform kann das am Fotoempfänger des mittleren Lichtleitstsbes erhaltene Signal als Referenzsignal
_>o verwendet werden, mit dem die S'^nale, die an den Fotoempfängern der benachbarten Licnfeiistäbe erhalten werden, verglichen werden. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für die Ermittlung von Oherflächenfehlern bei durch Walzen hergestellten Blechbah-
;i nen, be: denen in Laufrichtung der gewalzten Metallbahn als natürliche Walzspuren Riefen vorliegen, welche jedoch von der Vorrichtung nicht zur Anzeige gebracht werden, da die hierdurch abgelenkten Lichtstrahlen nach wie vor zu dem gleichen, quer zu den
in Riefen verlaufenden Lichtleitstab gelangen. Das durch von der Längsrichtung abweichende Kratzer in verschiedene Winkel abgelenkte Licht wird jedoch für eine empfindliche Fehleranzeige ausgenutzt.
Um das Einfalkücht möglichst vollständig in den
1Ί Lichtleitstab /u 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 Stufenspiegclanordnung auf. auf welche das
jo Licht durch die runde Form des Licht ieitstabes und die Zylinderlinse konzentriert wird. Die Stufenspiegelan-Ordnung braucht jedoch bei vorliegender Anwendung nicht besonders präzise hergestellt zu sein, tveil sie bei der Winkeldifferenzierung keine Rolle spielt, sondern
I) allein den Zweck hat, da< auf die Mantelflache des Lichtleitstabes auffallende Licht möglichst vollständig unter Winkeln der Totalreflexion in die Lichtleitstäbe hineinzuref Ick tieren.
Für die zusätzliche Erkennung von gleichmäßigen
Vi Eindrücken oder Erhebungen der Blechoberfläche sind nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform im mittleren Bereich der seit liehen Lichtleilstäbe vor dieser umlenkspiegel angeordnet, welche das auf sie aufireffende Licht zu je einem Fotoempfänger lenken.
■>■■> Während die F Moempfängcr an den seitlichen l.ichtlciistäben die Erkennung von Kratzern auf der Bahnoberfläche mit einer wesentlichen Querkomponen- !e relativ zur Wslzrichtung gestatten, ermöglichen es die beiden durch die UmlcnkspiegeI beaufschlagten
mi Fotoempfangcr, die betreffenden Erhebungen bzw. Eindrückungen in der Bahnoberfläche festzustellen.
Um bei schräg einfallenden Sendesirahlen eine optimale Lichtausbeule zu erhalten, ist die optische Achse der Zylinderlinse zweckmäßigerweise unter dem
v> Reflexionswinkel des den Lichtfleck erzeugenden Sendestrahls angeordnet.
Sofern bei der optischen Vorrichtung der Abtastüchtfleck mittels einer Lichtablenkvorrichtune wie ein
Spiegelrad über einen streifenförmigen Zylinderspiegel und eine Zylinderlinse erzeugt wird, ist erfindungsgemäß vorzugsweise vorgesehen, daß ein Teil der Apertur der Zylinderlinse und des Zylinderspiegels für das Sendelicht, der restliche Teil für das Empfangsüch! '; verwendet wird und daß entweder die Empfangsanordnung in Richtung der Drehachse gesehen unmittelbar neben der Lichtablenkvorrichtung liegt oder daß zwischen der Lichtablenkvorrichtung und dem Zylinderspiegel eine Strahlumlenkung durch gegeneinan· der geneigte Planspiegel erfolgt, und die Empfangsanordnung in einem tier Neigung der Spiegel entsprechenden Abstand von der l.ichtablenkvorrichtung angeordnet ist.
Zwecks klarer Differenzierung /wischen den Fehler- ' > Signalen von Kratzern einerseits und Erhebungen bzw. Eindrückungen andererseits sind nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung seitlich von den Umlenkspiegel Blenden angeordnet. Hierdurch wird der Fintriitsbercich tier seitlichen LichtJcitstabe neben ."> den Umlenkspiegeln abgedeckt.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben: in dieser zeigt
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaustritts winkel.
F ig. 2 eine Ansicht nach Linie H-Il in Fi g. 1.
F i g. 3 eine Ansicht nach Linie 111-111 in F i g. I.
F i g. 4 eine zu F i g. 1 analoge Ansicht einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform. )"
F i g. 5 eine zu F i g. 2 analoge Ansicht der Ausführungsform nach F i g. 4.
F i g. 6 eine zu F i g. 3 analoge Ansicht der Ausführungsform nach F i g. 4,
F i g. 7 eine schematische Ansicht einer weiteren )■> Ausführungsform der optischen Vorrichtung bei der einige optische Elemente sowohl für den Sende· als auch fürden Empfangsstrahlengang ausgenutzt werden.und
F i g. 8 eine schematische Ansicht analog den F i g 2 und 5 einer weiteren besonders vorteilhaften Ausfiih- *'< rungsform.
Nach den F i g. I bis 3 bewegt sich eine Blechbahn 11 r Richtung des Pfeiles Fin kontinuierlicher Weise. Es kann sich z. B. um eine aus einem Walzwerk austretende Blechbahn 11 handeln. Bei der Ansicht nach F i g. 1 steht J > die Bewegungsrichtung F der Bahn senkrecht auf der Zeichnungsebene.
Ein beispielsweise gemäß der Ausführungsform gemäß Fig. 7 durch einen Laser 24 erzeugter kleiner Lichtfleck 16 tastet die Materialbahn 11 in Richtung des w Doppelpfeiles f in Fig. 1 periodisch über ihre gesamte Breite ab. Di? 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 *5 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 Slrcifenform; seine Längsachse ist mi
15 bezeichnet. Die Längsachse 15 des Zylinderspiegel 13 erstreckt sich parallel zur Materialbahn 11 und zu Achse der Zylinderlinse 12.
Gemäß Fig. 2 is! der Zyündcrspicgel !3 um sein. Längsachse 15 derart aus seiner parallel zur Material bahn 11 verlaufenden Position herausgekippt, daß dii gemäß Fig. 2 von der Zylinderlinse 12 erfaßtei Lichtstrahlen sämtlich an der Zylinderlinse 12 vorbei zt einer Empfangsanordnung 20 gelenkt werden, welchi im Abstand der Brennweite vom Zylinderspiegel K vorgesehen ist und bei dem Ausführungsbeispicl nacl den (·" ι g. I bis 3 aus einer Matrixanordming vor Foloempfängern 14,). b, r, .... ,)'. b'. c'. ... u". b'. c". .. besteht. Die Foiocmpfängcr sind samtlich über je eine Leitung an eine Auswerleelektronik 25 angeschlossen in der die Empfangssignale in jeder gewünschten Weist miteinander verknüpft weiten können.
Nach Fig. 1 wird alles senkrecht von der Material bahn 11 ausgehende Licht auf dem mittleren Fotoemp fänger 14</ vereinigt Da der Lichtfleck 16 zu einen bestimmten Zeitpunkt nur einen bestimmten Punk! dei Oberfläche der Materialbahn Π erfaßt, wird also be Lichtbeaufschlagung des Fotoempfängers 14t/ ange zeigi dau von dem Lichtfleck 16 Licht senkrecht /ui Materialbahn II austritt.
In F i g. 11 ist der Lichtfleck 16 beispielsweise an zwe Stellen auf der Oberfläche der Materialbahn 11 wiedergegeben. In der Wirklichkeit tritt der Lichtfleck
16 an den beiden Stellen jedoch mc gleichzeitig sonderr zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten auf.
Beispielsweise ist in F i g. 1 angenommen, daß vor dem links dargestellten Abtastlichtflcck 16 auch noch zwei weitere Lichtstrahlen unter den Winkeln ι und β zur Senkrechten ausgehen. Diese fallen aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung auf die Fotoempfänger 14£i bzw. 14/! und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle der Materialbahn 16 sich der Abtastlichtflcck 16 befindet.
F i g. 2 zeigt, daß auch unterschiedliche Lichtaustrittswinkel in der zu ( ι g. 1 senkrechten Ebene dazu führen daß das Licht auf unterschiedliche Fotoempfänger fällt Während der nach F i g. 2 senkrecht von der Materialbahn 11 ausgehende Lichtstrahl wie in Fig. 1 auf den Mittleren Fotoempfänger 14c/trifft erreichen die unter den beispielsweise angenommenen Winkeln γ bzw. Λ die benachbarten Fotoempfänger I4c/'bzw. XAd".
Würden sich Ablenkungen in beiden Ebenen überlagern beispielsweise die Ablenkung α gemäß F i g. 1 und die Ablenkung γ gemäß F i g. 3 so fällt das Empfangslicht auf weitere Fotoempfänger der Matrixan^rdnung nach Fig. 3. in dem vorstehend angenommenen Beispielsfall auf den Fotoempfänger 146'.
Auf diese Weise ist es also möglich, je nach der Feinheit der Matrixanordnung zwischen unterschiedlichen Raumwinkelbereichen des von dem Abtastlichtfleck 16 ausgehenden Lichtes zu unterscheiden, und zwar unabhängig von derjenigen Stelle des Abtastzyklus, an der s'ch der Abtastlichtfleck 16 gerade befindet.
Die Anordnung einer 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 Raumwinkelbereiche ankommt Im allgemeinen, und zwar insbesondere bei der Fehlererkennung von gewalzten Metalloberflächen genügt es jedoch, wenn zwischen bestimmten wenigen Winkelbereichen differenziert werden kann. Die Ausfühninjtsform nach den
Fig.4 bis 6 zeigt eine Empfangsunordnung, die sich besonders für die Erkennung von Oberflächenfehlern bei gewalzten Blechen eignet.
Die Empfanjsanordnung 20 besteht aus drei parallel Zueinander angeuiuiieieii Licliileitstäben ua. b, c, welche über parallel zu ihnen verlaufende Zylinderlinsen 18a, b, c vom Empfangslicht beaufschlagt werden. An Λ.εη dem Lichteintritt diametral gegenüberliegenden Man'elseiten sind die Lichtleitstäbe mit Stufenspiegelanordnungen 26 versehen, welche das Licht in der in F i g. 4 angedeuteten Weise unter Winkeln der Totalreflexion in den Lichtleitstab umlenken.
Gemäß den F i g. 4 und 5 liegen die Lichtleitstäbe 17a. c einschließlich der ihnen zugeordneten Zylinderlinsen 18a, c in gleicher Höhe, während der mittlere Lichtleitstab 176 mit der zugeordneten Zylinderlinse 186 etwas tiefer angeordnet ist. was bauliche Vorteile hat. Durch die versetzte Anordnung gemäß den F i g. 4 und 5 ist es möglich, die Empfangsbereiche der drei Lichtleitstäbe 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 Lichtleitstabanordnung nach den F i g. 4 bis 6 gestattet es zunächst nur, zwischen drei unterschiedlichen Winkelbereichen in der Ebene der F i g. 2 und 5 zu unterscheiden, was jedoch bereits für die Kratzererkennung ausreichend ist. Der mittlere Lichtleitstab wird von den 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 F i g. 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 176, so daß das normalerweise von der ungestörten Oberfläche der Materialbahn 11 zurückgeworfene Licht nur einen einzigen Fotoempfänger und zwar den Fotoempfänger !4"" an der Stirnseite des Lichtleitstabs 176 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 Lichtleitstäbe 17a, 17c und erzeugen entsprechende elektrische Signale an den an den Stirnseiten dieser Lichtleitstäbe vorgesehenen Fotoempfängern 14'" bzw. 14
Die unter den Winkeln α und β von der Bahn 11 ausgehenden Strahlen fallen nach Fig.4 auf den gleichen Lichtleitstab 176 wie die senkrechten Strahlen, so daß in dieser Ebene bewußt keine Winkeldifferenzierung vorgenommen wird.
Im wesentlichen in der Mitte des Abtastbereiches sind gemäß den F i g. 4 bis 6 oberhalb der Zylinderlinsen 18a, 18c ebene Umlenkspiegel 19a, 19c angeordnet, welche auf sie auftreffendes Licht nach außen zu Fotoempfängern 14', 14" lenken. Die Umlenkspiegel 19c erstrecken sich nur fiber einen geringen Teil der Länge der Lichtleitstäbe 17. Nur in diesem Bereich verhindern sie, daß aus der Ebene der F i g- 4 abgelenktes licht auf die Lichtleitstäbe 17a, c fällt
Es hat sich gezeigt, daß beim Auftreten von
Eindrückungen oder Erhebungen auf der Materialbahn 11, welche stetig abfallende bzw. ansteigende Flanken aufweisen, in erster Linie die Umlenkspiegel 19a, 19cmit dem hierdurch abgelenkten Licht beaufschlagt werden, so daß entsprechende elektrische Signale an den Fotoempfängern 14', 14" hervorgerufen werden.
Die Fotoempfänger 14' bis 14"'" können analog dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. I bis 3 an eine geeignete Auswerteelektronik 25 angeschlossen sein.
ίο Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 entspricht die optische Vorrichtung und die Empfangsanordnung 20 dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 4 bis 6. Der Zylinderspiegel 13 und die Zylinderlinse 12 werden jedoch gleichzeitig zur Erzeugung des Abtastlichtflecks 16 herangezogen, indem ein Teil ihrer Pupille quer zur Abtastrichtung für den Sendestrahl 28 ausgenutzt wird. Ein Laser 24 erzeugt über zwei gekreuzt angeordnete, zur Strahlaufweitung vorgesehene Zylinderlinsen 29, 30 ein Lichtbündel, welches durch das Frontobjektiv 31 parallelgerichtet wird. Das so erzeugte Sendelichtbün· del 28 wird über ein um eine Achse 21 drehbares Spiegelrad 22 auf einen Planspiegel 23a gerichtet, welcher das Sendelichtbündel auf den in F i g. 7 unteren Bereich des Zylinderspiegels 13 wirft. Der Zylinderspiegel 13 und die Zylinderlinse 12 konzentrieren das Lichtbündel gemeinsam auf den Abtastlichtfleck 16.
Für die Unterbringung der Empfangsanordnung 20 sind in Fig. 7 zwei Möglichkeiten dargestellt. Bei der einen in ausgezogenen Linien dargestellten Ausfüh-
)o rungsform wird das Empfangsbündel 32 über den Zylinderspiegel 13 auf einen neben dem Planspiegel 23a angeordneten Planspiegel 236 gerichtet, welcher in der dargestellten Weise 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 vor. dem Zylinderspiegel 13 und von dem Spiegelrad 22 angeordnet werden 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 neben dem Spiegelrad 22 liegt. Die letztgenannte Ausführung jform zeichnet sich durch besondere bauliche Kompaktheit aus.
so Es ist weiter möglich, auf den Planspiegel 23 überhaupt zu verzichten und das Spiegelrad 22 sowie riie sie mit Licht beaufschlagenden optischen Elemente so anzuordnen, daß es das von ihm reflektierte Licht direkt zum Zylinderspiegel 13 lenkt Die Empfangsan- Ordnung 20 wäre in diesem Fall ebenfalls so neben dem Spiegelrad anzuordnen, wie das in F i g. 7 mit gestrichelten Linien dargestellt ist
Nach F i g. 6 können zu beiden Seiten der Umlenk spiegel 19a, 19c auch noch Blenden 34 angeordnet werden, weiche 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 eine gewisse wirkelmäßige Entkopplung zwischen dem licht, welches auf die Umlenkspiegel 19a, c fällt, und dem auf die Lächileitstäbe 17a, 17c fallenden Licht erzielt Die Ausdehnung der Blenden 34 in Richtung der Achse der Lichtleitstäbe entspricht größenordnungsmä-
Oig der entsprechenden Ausdehnung der Umlenkspiegel 19.
In F i g. 8 ist eine für die Erkennung von Oberflächenfehlern bei Blechbahnen 11 besonders geeignete Empfangsvorrichtung dargestellt.
Unter dem Reflexionswinkel ε des Sendestrahls 28 ist die Zylinderlinse 12 mit ihrer optischen Achse 33 angeordnet. Das ρ us ihr austretende Licht wird über den gemäß Fig.8 angeordneten Zylinderspiegel 13 und einen Planspiegel 23 auf die Empfangsanordnung 20 gerichtet, welche wieder gemäß den F i g. 4 — 6 ausgebildet ist.
Da die Zylinderlinse 12 unter dem Reflexionswinkel f relativ zum Sendestrahl 28 angeordnet ist, gelangt das normalerweise an der Oberfläche der Bahn 11
10
reflektierte Licht p, iktisch weitgehend vollständig zum mittleren Lichtleitstab 186, wo bei gewalztem Blech das Muster 27 gemäß Fig.6 erzeugt wird. Die Empfangsvorrichtung nach den F i g. 4—6 wird also vorzugsweise gemäß Fig. 8 unter dem Reflexionswinkel ε 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 Il remittierten Lichtes. Mit diesem Empfangssystem können vorzugsweise Flecke auf der Bahnoberfläche erkannt werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Optische Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaustrittswinkel bei einer mit einem Lichtfleck in einer Abtastrichtung abgetasteten Materialbahn mit wenigstens einem Fotoempfänger und zwischen der Materialbahn und dem bzw. den Foioempfänger(n) angeordneten optischen Mitteln, welche nur in einem oder mehreren vorbestimmten Raumwinkelbereich(en) von dem Lichtfleck ausgehende Lichtstrahlen auf dem bzw. den Fotoempfänger(n) vereinigen, und mit einer parallel zur Abtastrichtung entlang des Abtastbereiches und parallel zur Materialbahn im Abstand ihrer Brennweite von dieser angeordneten Zylinderlinse, deren Abmessungen so sind, daß sie alles unter den zu bestimmenden Lichtaustrittswinkeln von dem Lichtfleck ausgehende Licht erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten optischen Mittel aus einem hinter der Zylinderlinse (12) angeordneten, sich parallel zu ihr (12) erstreckenden, streifenförmigen Zylinderspiegel (13) mit senkrecht auf der Achse der Zylinderlinse (12) stehender Zylinderachse besteht, in dessen Brennebene sich die den bzw. die Fotoempfänger (14) enthaltene Empfangsanordnung (20) befindet, und daß der Zylinderspiegel (13) um seine Längsachse (15) so gekippi ist. daß das reflektierte Licht seitlich neben die Zylinderlinse (12) fällt.
2. Verrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daP rter Zylinderspiegel {i3) die Zylinderlinse (12) beidseits überragt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Zylintienpiegel (13) die Zylinderlinse (12) beidseits um ein sole .es Stück überragt, daß am Ende der Zylinderlinse (12) unter Winkeln von 10 bis 20°, vorzugsweise i5 . zur Senkrechten auf der Materialbahn (11) ausgehen Je Lichtstrahlen noch auf den Zylinderspiegcl(13)uuftreffen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderspiegel (13) im wesentlichen im Abstand seiner Brennweite von der Materialbahn (11) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4. daß die Brennweite des Zylinderspiegcls (13) etwa gleich wie und vorzugsweise etwas langer als die Abtasibreite ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennebene des Zylinderspiegels (13) eine Matrix (14) von Fotoempfängern (a. b. c..... a'. b'. c'...., α", b", c". ■ ■ Jangeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen in der Brennebene des Zylindcrspiegels (13) wenigstens ein sich parallel zur Längsachse (15) des Zylinderspicgcls (13) erstreckender vorzugsweise runder Liehtleiislab (17) vorgesehen ist.
H. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß parallel zueinander drei Lichtleilstabe (17,7, b, c)nebeneinander angeordnet sind, von denen der mittlere sich an der Stelle befindet, wo das bei ungeslöitcr Materialbahn (II) von dieser ausgehende Licht aufirifft.
S. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch geW.'nn/eichnet. daß vor jedem Lichtleitstab (17a, b, c)c\ne sich parallel /ti ihm erstreckende Zylinderlinse (18a, b, ^angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Bereich der seitlichen Lichtleitstäbe (17a, i7c) vor diesen Umlenkspiegel (19a, t9c) angeordnet sind, welche das auf sie auftreffende Licht zu je einem Fotoempfänger(14', 14") lenken.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, uau üic optische Achse
(33) der Zylinderlinse (12) unter dem Reflexionswinkel (ε) des den Lichtfleck erzeugender Sendestrahls (28) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Abtastlichtfleck mittels einer
i) Lichtablenkvorrichtung wie ein Spiegelrad über einen streifenförmigen Zylinderspiegel und eine Zylinderlinse erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Apertur der Zylinderlinst (12) und des Zylinderspiegels (13) für das Sendelicht, der restliche Teil für das Empfangslicht verwendet wird und daß entweder die Empfnngsanordnung (20) in Richtung der Drehachse (21) gesehen unmittelbar neben der Lichiablenkvorrichtung (22) liegt oder daß zwischen der LL-htablenkvorrichtung (22) und dem Zylinderspiegel (13) eine Strahlumlenkung durch gegeneinander geneigte Planspiegel (23a. b) erfolgt und die £mpfangsanordnung (20) in einem der Neigung der Spiegel entsprechenden Abstand von der Lichtablenkvorrichtung (22) angeordnet ist.
w 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich von den Umlenkspiegeln (19a. 19c//1 Blenden (34) angeordnet sind.
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