WO1990005297A1 - Vorrichtung zur gleichzeitigen berührungslosen prüfung einer mehrzahl von stellen eines prüfguts sowie deren verwendung - Google Patents

Vorrichtung zur gleichzeitigen berührungslosen prüfung einer mehrzahl von stellen eines prüfguts sowie deren verwendung Download PDF

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WO1990005297A1
WO1990005297A1 PCT/CH1989/000187 CH8900187W WO9005297A1 WO 1990005297 A1 WO1990005297 A1 WO 1990005297A1 CH 8900187 W CH8900187 W CH 8900187W WO 9005297 A1 WO9005297 A1 WO 9005297A1
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WO
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light
housing
test material
test
channels
Prior art date
Application number
PCT/CH1989/000187
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Schoeps
Original Assignee
Schweizerische Eidgenossenschaft Psi Paul Scherrer Institut
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
    • 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
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined

Definitions

  • the invention relates to a device for simultaneous contactless testing of a surface or internal boundary surface of a test material by means of incident light or a layer or a spatial section of the test material by means of backscattered or reflected back light, wherein
  • the device at least one light source and one
  • each test channel comprises an optoelectronic converter and at least one light channel arranged in the light path between the light source and the converter, in which a beam splitter element is arranged,
  • each light channel is designed as an optical element intended to delimit a light beam
  • the light channels are arranged next to one another in a common housing on at least part of the light path therein and are formed as the housing by pressing recesses, and the test material is arranged in the light path between the light source and the converter.
  • the invention also relates to the use of this device for testing a supposedly smooth or regularly structured surface for its irregularities, or for testing a translucent, supposedly homogeneous or regularly structured layer for its irregularities or inhomogeneities and inclusions, or to test a supposedly stationary surface or internal interface of the test material for changes in position
  • LS S laser scanner inspection system
  • a mechanically operated scanning system such as a rotating mirror polygon and a light collecting device such as a light guide for guiding the scanning light beam to an optoelectronic converter. That is why they are expensive, bulky and prone to failure, especially due to wear and tear because they do not work statically.
  • the combination of the test material passing in the longitudinal direction with the scanning of the test material in the transverse direction or the combination of the rotation and Scanning of the test material results in a zigzag tested area on the test material, which limits the maximum speed at which it can pass under the LSIS if it can be checked over its entire area, as is particularly the case when testing the concentricity of a shaft necessary is.
  • an elementary optoelectronic test device which comprises a light source and a test channel with an optoelectronic converter and a light channel arranged in the light path between the light source and the converter.
  • the test material is arranged in the light path between the light source and the converter.
  • the light channel has a wall that supports a half mirror and the converter and therefore has a certain thickness to achieve the necessary strength.
  • the brackets of the neck mirror and the converter on the light channel also require a certain space.
  • test devices according to WO-87/03957 cannot be arranged close enough next to one another to test a test sample (relative movement, vibration, rotation) without gaps: whether the arrangement of the test devices in one or in two staggered rows, the wall thickness and brackets will always take up too much space to allow the desired packing density of light channels and consequently of test equipment.
  • the desired result would only be achievable with more than two rows staggered to one another, but this would require a correspondingly increased effort.
  • test device of the same type is still known from FR-2491615.
  • Test devices which are known for example from DE-3428435, GB-2025041, US-3736065 or LU-56099, also work on the same principle.
  • none of the documents mentioned above gives any indication of the solution to the problem of packing density set out above.
  • a test device known from SU-666418 has a row of photo diodes in a housing, which, however, cannot give any indication of how one or more rows of elementary ones Can accommodate test equipment with high packing density in the housing.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the outset with which such a packing density of test devices arranged next to one another is achieved that a complete test of the test material can be achieved.
  • the gapless test should be achievable with a maximum of two rows of test equipment.
  • This object is achieved in that the light channels have a common plane of symmetry,
  • the housing is formed in two parts with parts that can be separated from one another in the plane of symmetry,
  • the beam splitter elements are designed as parts of a beam splitter which forms a single assembly and is removably arranged in the housing, and
  • the transducers on the same housing as the beam splitter are arranged side by side and each corresponding to a light channel.
  • Light channels can be congruent with a surface which is formed and arranged parallel to a surface of the test material.
  • the light sources are preferably formed from light diodes or laser diodes corresponding to a light channel, arranged apart from the housing and with the
  • the converters are preferably formed from a respective light channel corresponding photo diodes, which are arranged away from the housing and connected to the light channels via light guides, which in turn can at least partially be arranged in at least part of a light channel.
  • Parts of the housing are preferably provided with corresponding recesses which, when the parts are put together, form a recess for receiving the individual assembly of the beam splitter.
  • Polarization and / or color filter elements can be arranged in the light channels, which are formed as parts of a polarization and / or color filter which forms a single assembly and are removably arranged in the housing, and the two parts of the housing can then be removed from one another - Talking recesses are provided which form a recess for receiving the individual assembly of the filter when joining the parts together.
  • the beam splitter elements can be designed as strip mirror elements, and then a second strip mirror element can be arranged in each light channel, the strips of which are semi-transparent and essentially correspond to the strips of the beam splitter element designed as strip mirror element, the strip mirror elements as parts of a single one Module-forming, semi-transparent strip mirror removably arranged in the housing are formed.
  • a second beam splitter element can preferably be arranged in each light channel, the second beam splitter elements being designed as parts of a second beam splitter which is removably arranged in the housing and each forming a second transducer opposite the second beam splitter element the first transducer can be arranged opposite the first beam splitter element.
  • the packing density of the test devices arranged next to one another increases in such a way that a complete test of the passing (relative movement, vibration, rotation) can be achieved with at most two rows of light channels.
  • a complete test of the test material can even be achieved with a single row of light channels.
  • the device according to the invention is static, small, robust and inexpensive to manufacture. This allows them to be used instead of LSIS.
  • the speed at which it passes by (relative movement, vibration, rotation) can be increased significantly compared to what has been achievable so far, because the limit that can be reached by the speed of passing, oscillating or circumferential speed of the test object becomes only more determined by the optoelectronic signal processing and the speed of passage can be, for example, 1000 m / min, the vibration or rotational speed, for example, can be more than 10 m / s.
  • the length of the row of light channels in the device according to the invention is unlimited, so that with the device according to the invention the dimension of the test material passing by is also unlimited and the width can be 10 m, for example.
  • the nominal detection range of 10 to 500 ⁇ m given the measuring principle remains fully accessible with a spatial error resolution of 2.5 mm, whereby holes of 5 ⁇ m can still be detected .
  • Laser diodes are formed, one achieves that in case of failure a light source, not the entire device, but only one channel fails, so that only a very small fraction of the test specimen remains unchecked during the breakdown. Thanks to the small dimensions of the device according to the invention, it can be accommodated within housings under limited spatial conditions, for example in vacuum bells of vapor deposition systems, spray-on systems and the like, which is not possible with LSIS due to the dimensions of such systems. Also thanks to the small dimensions of the device according to the invention, it can be accommodated within pipes and profiles, which is not possible with LSIS because of the dimensions of such systems.
  • the device according to the invention can be used to test a supposedly stationary surface or internal boundary surface of the test material for changes in position of this surface which are caused, for example, by movement, vibration, stretching, shrinkage, growth, precipitation and similar causes. or to check the concentricity of a shaft for concentricity errors, in particular vibrations, possibly depending on the speed of rotation of the shaft, or to test a translucent, supposedly stationary layer or a translucent, supposedly stationary spatial section of the test material for movements and in particular vibrations of inhomogeneities or inclusions present in the test material, such as particles suspended or suspended in the test material.
  • a device for testing by means of incident light or backscattered transmitted light can be used on one side of the test material and a reflector for the transmitted light can be arranged on the other side of the test material.
  • a device for testing by means of incident light or backscattered transmitted light can be used on one side of the test material and an absorber for the transmitted light can be arranged on the other side of the test material.
  • the device according to the invention can thus different types of irregularities, inhomogeneities, inclusions and movements in different ways check and deliver differentiated results, from which conclusions can be drawn about their causes. can pull.
  • the uses of the device according to the invention can also be cited, for example: the testing of uncoated or coated with a metal or colored layer polymer films and films, of metallic objects or coated with a metal layer such as plates ("compact disk"), of uncoated, coated or colored paper in sheet or sheet form, of uncoated or flat glass coated with a metal or colored layer, of uncoated or coated textile goods on surfaces or coating defects such as irregular deposits, Scratches, dust particles, holes, cavities, inclusions, color or optical differences, rough spots, grooves etc., as well as for structural deviations from networking or pattern or print quality.
  • 96 light channels of 2.54 x 2.54 mm cross section are arranged in the two housings in two staggered rows of 48 light channels each .
  • Light channels with a cross section of 2.54 x 2.54 mm are arranged in two staggered rows, each with 16 light channels. In both cases, fully reflecting surfaces can be checked in the reflection mode.
  • a black light shield can be used to test partially reflecting surfaces of transparent test material. put sorber underneath.
  • a mirror can be placed underneath, if a half mirror is used, the partially reflecting surfaces and the inside can be checked at the same time.
  • a device according to the invention which is given here as an example and which is intended for testing the concentricity of a shaft over a length of 250 mm, there are 96 light channels of 2.54 x 2.54 mm cross section in two staggered rows in each of the two housings 48 light channels arranged. In the case of a mirror-like surface, testing can be carried out in reflection mode.
  • a device according to the invention which is intended for testing transparent liquid or gas in a line with a sight glass of 100 mm width
  • the test can be carried out in transmitted light mode with a housing on the light source side and a second housing on the converter side, or on one side in incident light mode with an opposite mirror.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an embodiment of a device according to the invention with a two-part housing on the light source side and a second two-part housing, each for 6 light channels;
  • Fig. 2 is a schematic front view of the housing part of the light source lens-side housing of the device of Fig. 1 shown on the left in Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic rear view of the light sources side housing of the device of Fig. 1;
  • Fig. 4 is a schematic rear view of the second housing of the device of Fig. 1;
  • FIG. 5 shows a schematic bottom view of the housing on the light source side of the device of FIG. 1;
  • Fig. 6 is a schematic plan view of the second housing of the device of Fig. 1;
  • FIG. 7 shows a schematic rear view of the housing part of the housing of the device of FIG. 1 shown on the right in FIG. 1
  • FIG. 8 is a schematic front view of the housing part of the second housing of FIG. 1 shown on the right in FIG. 1; 9 shows a schematic illustration of the optically essential elements of a device according to the invention in an application for testing a surface or an internal boundary surface of the test material by means of incident light, or a layer or a spatial section of the test material by means of backscattered light; 10 shows a schematic illustration of the optically essential elements of a device according to the invention in an application for testing a layer or a spatial section of the test material by means of transmitted light; FIG. 11 shows a schematic illustration of the optically essential elements of a device for testing a curved specimen derived from the device of FIG. 1, light guides and a single light source being used; FIG. 12 shows a schematic illustration of the optically essential elements of a device derived from the device of FIG. 1 for testing a curved test material, with certain optically see elements have been moved to the second housing; and Fig. 13 is a schematic top view of the second
  • Rows of test channels. 1 shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • This device is intended for simultaneous contactless testing of locations on a surface or a spatial section of a test material 1 and functions on the same principle as the device known from WO 87/03957. Therefore, this principle need not be described here, reference is made to W0-87 / 03957.
  • the device comprises six test channels 2, to which j a light source 3, which is designed as a light-emitting diode, and three optoelectronic converters 4a, 4b, 4c are assigned.
  • a light source 3 which is designed as a light-emitting diode
  • three optoelectronic converters 4a, 4b, 4c are assigned.
  • each test channel there is a light path between the light source 3 and the converters 4a and 4c
  • Light channel 5a arranged.
  • a two-part Lichtka channel 5a, 5b is arranged in the light path between the light source 3 and the respective transducer 4a, 4b, 4c.
  • the light channel 5a between the light source 3 and the transducer 4a is also in two parts, since the light passes through it once from the light source 3 to the test material 1 and then from part 1 to the transducer 4b again over part of its length.
  • the function of the light channel 5a, 5b is to limit the light beam of the light coming from the light source 3 to the test material 1, i.e. to keep the divergence between individual light beams of the light bundle smaller than a predetermined angle value. In this sense, the light channel 5a, 5b is an optical element.
  • this is optical Element formed as a cuboid cavity, which is provided in housings 6a, 6b, with six of these cavities being arranged side by side in a common first housing 6a or second housing 6b in the configuration shown.
  • the housings 6a, 6b can be formed in two parts in order to manufacture the light channels 5a, e.g. by milling. This division of the housing into two parts is also visible in FIGS. 5 and 6, FIG. 5 being a schematic bottom view of the housing 6a which has light sources and FIG. 6 being a schematic plan view of the second housing 6b. 1 and 5 show the parting plane 7a between the two housing parts 8a, 9a of the housing 6a, and FIG. 1 and FIG. 6 show the parting plane 7b between the two housing parts 8b, 9b of the housing 6b.
  • the already mentioned design of the light channels 5a, 5b can be seen from the quadrangular cross section of the cuboid cavities 5a, 5b, six of which are arranged next to one another and are identical to one another, so that Descriptions of the test channels (ie of everything that is related to an individual light channel) only one of them needs to be described.
  • the mentioned parting plane 7a or 7b advantageously forms a plane of symmetry of the respective light channel 5a, 5b.
  • the cuboid cavity 5a penetrates the housing 6a. At one end, the light-emitting diode 3 is inserted therein. At its other end it ends with the opening 5a visible in FIG. 5 opposite the surface 11 of the test material 1.
  • a beam splitter element designed as a half mirror element 12 is arranged at an angle of 45 to the longitudinal axis of the cavity 5a in order to deflect the light reflected or scattered back by the test material 1 to the optoelectronic transducer 4a.
  • the beam splitter element 12 is designed as a semi-mirrored glass plate, which extends in one piece, ie as a single assembly, over the six light channels 5a and the entire width of the housing 6a. This glass plate 12 is inserted into corresponding grooves 13 and 14 of the housing part 8a and 9a, the grooves 13 and 14 together forming a recess for receiving the glass plate 12 when the housing parts 8a and 9a are joined together.
  • the groove 13 in the housing part 8a is particularly visible in FIG. 7, and the half of the cavity 5a lying in the housing part 8a.
  • the groove 14 in the housing part 9a is particularly visible in Fig. 2, as well as the half of the cavity 5a lying in the housing part 9a.
  • a light passage 15 (FIGS. 1 and 2) is provided for each test channel, which leads from the cavity 5a to the outside.
  • the light passage 15 allows the light of the light-emitting diode 3 deflected by the glass plate 12 to disappear to the outside and not to be scattered back from the wall of the cavity 5a to the glass plate.
  • the undesired light of the light-emitting diode 3, deflected by the glass plate 12, can reach a light absorber through the light passage 15.
  • a light passage 16 (FIGS. 1 and 7) is provided for each test channel, which leads from the cavity 5a to the optoelectronic converter 4a.
  • the light passage 16 allows the light deflected by the glass plate 12 and coming from the test material to reach the optoelectronic converter 4a.
  • the optoelectronic converter 4a is an approximately square photodiode, the light-sensitive side of which is sunk in a groove 17 (FIGS. 1, 3 and 5) provided in the housing part 8a.
  • a printed circuit board 18 (FIG. 1) carries the electronic circuit for the photodiode 4a and is supported on the housing part 8a via support elements 19 and 20, the fastening elements, such as screws and threaded holes, which have been used for this purpose not being shown. Via a plug connection 21a, 21b, the printed circuit board 18 is electrically connected to a plug connection 22, which can accommodate a cable connection.
  • the light-emitting diode 3 is arranged on a printed circuit board 23 which is supported thereon in grooves 24 and 2 of the housing parts 8a and 9a (FIGS. 1, 2 and 7).
  • the circuit board 23 also carries one
  • Plug connection 26 which can establish a cable connection.
  • the six light emitting diodes 3, on the other hand the six photodiodes 4a are arranged side by side on the same housing 6a as the beam splitter 12, with one light emitting diode 3 and one photodiode 4a each being assigned to a light channel 5a, while the beam splitter 12 is common to all six light channels 5a.
  • the device 10 described can be used directly to test the upper surface 11 of the test material 1 by means of incident light.
  • the photodiode 4a receives the portion of the light reflected or scattered back by the test material 1, which reaches the test material 1 from the light-emitting diode 3 via the light channel 5a, the test guide 1 is thus in the light path between the light source 3 and arranged the converter 4a.
  • an optical element 28 can be arranged underneath (ie on the other side of the test material 1 than the device 10), which is used to test the entire layer thickness of the test material 1 by means of back-scattered transmitted light, or to test the entire layer or the entire thickness of the rough section of the test material 1 can be a mirror by means of transmitted light.
  • the optically essential elements of this arrangement are shown schematically in FIG. 9, the optical element 28 being shown as a light absorber and the light beam being designated 3a.
  • the beam splitter element 12 is designed as a strip mirror element in order, as is known from WO-87/03957, to produce a streak-like effect.
  • part 29 of the device according to the invention which is related to the testing of a layer or a spatial section of the test material 1 by means of transmitted light.
  • the second part 5b of the two-part light channel 5a, 5b is now formed as a cuboid cavity 5b and penetrates the second housing 6b.
  • a second optoelectronic converter 4b is arranged at one end of the cuboidal cavity 5b and, like the optoelectronic converter 4a, is an approximately square photodiode, the light-sensitive side of which is provided in a groove 30 provided in the two housing parts 8b and 9b (FIGS. 1, 4 and 8) is sunk.
  • a printed circuit board 31 (FIG. 1) carries the electronic circuit for the photo diode 4b and is supported on the housing part 8b by means of a carrier element 32, the fastening elements such as screws and threaded bores which have been used for this purpose not being shown. Via a plug connection 33a, 33, the circuit board 31 is electrically connected to a plug connection 34, which takes up a cable connection. men can.
  • the cuboid cavity 5b ends with the opening 5b visible in FIG. 6 opposite the lower surface 35 of the test material 1.
  • the device according to the invention now comprises two housings 6a, 6b, the light-emitting diode 3 for each light channel in the first housing 6a and the photodiode 4b in the second housing 6b side by side and one light channel are arranged accordingly.
  • part 5b of each light channel is arranged in the second housing 6b.
  • the photodiode 4b receives the portion of the light transmitted by the test material 1, which reaches the test material 1 from the light-emitting diode 3 via the light channel 5a and from there via the light channel 5b to the photodiode 4b, the test material 1 is thus in the light path between de Light source 3 and the converter 4b arranged.
  • the optically essential elements of this arrangement are shown schematically in FIG. 10. m of the training described so far
  • Test material 1 is essentially flat and the ends of the light channels 5a, 5b on the test material side are congruent with a plane that is parallel to the test material 1. If the test material has a predetermined regular curvature, for example if the test material is designed as a glass tube, the device can be adapted to the shape of the test material by the ends of the light channels 5a, 5b on the test material being congruent with a surface which is parallel to the surface of the test object Test material is trained and arranged. in the case of a cylindrical or spherically curved one
  • Test material would be the lower horizontal line of the drawing in FIGS. 2, 3 and 7 and the lower horizontal line of the drawing in FIGS. 4 and 8 a circular arc instead of a straight line.
  • the ends of the light channels 5a, 5b on the test material side would be congruent with a surface which corresponds to the surface of the would be adjusted accordingly to be parallel to it.
  • the optically essential elements of such an embodiment are shown schematically in FIG. 11, which is described in more detail below.
  • the walls of the light channels 5a, 5b are blackened with advantage in order to better limit the light beam of the light coming from the light source 3 to the test material 1 than if reflections can take place on the walls of the cavities 5a, 5b .
  • the combination of light source 3 and light channels 5a, 5b can be designed as a collimator, since a collimator is also an optical element which limits the light beam of the light coming from the light source 3 to the test material 1.
  • the light sources 3 can be designed as laser diodes, then the design of the light channels 5a, 5b and in particular the reflection properties of their walls is not so critical, since the light bundle from the light diode is inherently well limited and the whole continues to be the light bundle of the light from the light source 3 to the test specimen 1 light-limiting optical element.
  • the light channels can be designed as a Winston collector, and further variants of an optical element delimiting the light bundle of the light reaching the test material 1 from the light source 3 are conceivable.
  • the light source 3 is, as shown schematically in FIG. 11, arranged away from the housing 6a and connected to the light channel 5a via a light guide 36.
  • the photodiodes 4b are also arranged away from the housing 6b and connected to the light channel 5b via a light guide 37.
  • the light guides 36, 37 are on their Light source 3 or the photodiode 4a or 4b facing away from a certain length of the light guide 36 or 3 and the light channel 5a or 5b inserted in the corresponding Lichtka channel. In this sense, the light guides are at least partially arranged in at least part of a light channel.
  • FIG. 11 shows schematically that the device according to the invention can also manage with a single light source common to all test channels.
  • all light guides 3 are optically connected at their light source end to this only light source 3, which of course must illuminate all light guides 36 and is therefore advantageously a light-emitting diode.
  • the photodiodes 4a de FIG. 1 can also be connected to their associated light passages 16 via light guides, as has been shown in the lower part of FIG. 11 in relation to the photodiodes 4b and the light channels 5b. The principle is the same and its application is obvious from
  • a further optical element 38 can be arranged in the light channel 5a of the part 10 of the device according to the invention lying above the test material 1, which, like the optical element 12, is designed as a plate and also in the housing 6a
  • Means grooves 39 and 40 is used similar to the glass plate 12 by means of the grooves 13 and 14, wherein the grooves 3 and 40 together form a recess for receiving the plate 38 when the housing parts 8a and 9a are joined together.
  • the light passages 41 and 42 are provided here, whereby the light passage 41 could in turn fail if the wall of the cavity 5a is designed to be light-absorbing in such a way that none of the plate 38 is undesirable deflected light of the light emitting diode 3 returns to the plate 38 and passes through it to the photodiode 4a.
  • this is a polarization filter or a color filter.
  • the polarization filters or color filters 38 assigned to the individual test channels together form a single assembly which is removably arranged in the housing.
  • Such a polarization filter or color filter enables detection of the properties of the test material to be tested, differentiated according to polarization or color.
  • the light passages 41 and 42 allow the light reflected on the polarization filter or color filter 38 to emerge from the light channel 5a and, if necessary, to be absorbed in order to avoid interference with the test process by this light. Since this is done similarly to the light passage 15 with respect to the optical element 12, it is not shown in more detail for the sake of simplifying the drawing.
  • the light passage 41 can fail if the wall of the cavity 5a is appropriately light-absorbing.
  • this is a second beam splitter, which in turn is designed as part of a semi-transparent strip mirror which forms a single assembly and is removably arranged in the housing 6a.
  • the photodiode 4c on the housing 6a and on the light passage 42 is arranged similarly to the photodiode 4a on the housing 6a and on the light passage 16.
  • the light reflected by the beam splitter 38 reaches the photodiode 4c as in the case of the photodiode 4a light reflected by the beam splitter 12.
  • the photodiode 4c is arranged on the housing 6a, but now on the light passage 41, in a manner similar to the photodiode 4a on the housing 6a and at the light passage 16.
  • the light reflected by the beam splitter 38 reaches the photodiode 4c, but it is now a portion of the light emanating from the light source 3, so that the photodiode 4c for measuring and possibly for regulating the light from the light source 3 outgoing light.
  • This second variant is equivalent to leaving the photo diode 4c as in the first variant on the light passage 42 and now moving the beam splitter 38 symmetrically to the parting plane 7a in such a way that it deflects a portion of the light emitted by the light source 3 to the photodiode 4.
  • both elements 14 and 38 are beam splitters, which are also designed as strip mirror elements, which in turn are both part of a single assembly and can be removed in the housing 6a arranged semipermeable streak Sind mirror are formed.
  • the strips of the strip mirror elements are semi-transparent and correspond to one another essentially in the same way in order, as is known from WO-87/03957, to produce a streak-like effect.
  • the optically essential elements for this arrangement are shown schematically in FIG. 12, with a on the housing 6a Additional beam splitter 38 'and its associated photodiode 4c 1 are provided in order to enable measurement and, if necessary, regulation of the light coming from the light source 3.
  • Fig. 13 is derived from Fig. 6.
  • the elements 5b, 6b, 7b and 8b of FIG. 13 are the same as in FIG. 6.
  • the equivalent of the element 9b of FIG. 6 is now formed in two parts in FIG. 13, so that a second row of light channels 5b ' can be arranged in the housing, namely parallel to the row of light channels 5b, but offset relative to these, as shown in FIG. 13.
  • the housing part 9b 1 is equivalent to the housing part 9b of FIG. 6.
  • a housing part 9b " Arranged between the housing parts 8b and 9b 'is a housing part 9b ", the part of which facing the housing part 8b in 6 plays the role of the housing part 9b of FIG. 6, while its part facing the housing part 9b 'plays the role of the housing part 8b of FIG. 6 with respect to the latter, so that the parting plane 7b of FIG. 6 is replaced by two parting planes 7b 'and 7b "of FIG. 13.
  • the distances between the light channels ie the width of the walls separating them
  • the width te of the light channels themselves so that the areas of the test material that are captured by the light channels of the first and second row do not overlap with each other, but rather just add to each other, which means the smallest possible and therefore most economical number of test channels for the detection of one predetermined range of the test material is reached.
  • two rows of test channels or light channels are provided which are identical to one another, ie have the same number of test channels, and are arranged essentially parallel to one another and very close to one another, then one row can face the light source-side part and the other row can be assigned to the converter-side part of the device according to the invention.
  • the length of the part of the light channel on the light source side or the part of the light channel on the converter side can essentially be reduced to zero, and / or the wall between the part on the light source side and the part of the light channel on the converter side can partially fail, provided that the remaining part of the light channel, the light bundle of light from the light source to the test material is sufficiently limited.
  • test channels do not have to be the same.
  • the light channels do not necessarily have to have the described square cross-sectional shape, the cross-sectional shape can be circular, for example, and the corresponding cavity can be cylindrical, but also, for example, conical, pyramid-shaped, etc.
  • test channels also do not need to be straight, an arrangement along a curve, for example a circular floor, can be expedient for various applications.

Abstract

Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle (3) und eine Mehrzahl von Prüfkanälen mit je einem optoelektronischen Wandler (4a, 4b). Im Lichtweg zwischen der Lichtquelle und dem Wandler ist mindestens ein Lichtkanal (5a, 5b) sowie das Prüfgut (1) angeordnet. Die Lichtkanäle sind als zur Begrenzung eines Lichtbündels bestimmte optische Elemente ausgebildet. Eine Mehrzahl von Lichtkanälen ist auf zumindest einem Teil des Lichtwegs nebeneinder in einem gemeinsamen Gehäuse (6a, 6b) angeordnet. In jedem Lichtkanal kann ein Strahlenteilerelement (12) angeordnet sein, wobei alle zusammen einen einzelnen im Gehäuse entfernbar angeordneten Strahlenteiler (12) bilden. Die Wandler (4a) können am gleichen Gehäuse wie der Strahlenteiler (12) nebeneinander und je einem Lichtkanal (5a) entsprechend angeordnet sein. Es können zwei Gehäuse (6a, 6b) vorgesehen sein, wobei die Lichtquelle (3) im ersten Gehäuse (6a) und die Wandler (4b) im zweiten Gehäuse (6b) nebeneinander und je einem Lichtkanal (5a, 5b) entsprechend angeordnet sind. Zumindest ein Teil (5b) jedes Lichtkanals kann im zweiten Gehäuse (6b) angeordnet sein. Die Lichtkanäle (5a, 5b) können eine gemeinsame Symmetrieebene (7a, 7b) aufweisen und ein Gehäuse (6a, 6b) kann zweiteilig mit in der Symmetrieebene voneinander trennbaren Teilen (8a, 9a; 8b, 9b) ausgebildet sein. Die Lichtquellen (3) und die Wandler (4a, 4b) können abseits der Gehäuse (6a, 6b) angeordnet und mit den Lichtkanälen (5a) über Lichtleiter verbunden sein.

Description

Vorrichtung zur gleichzeitigen berührungslosen Prüfung einer Mehrzahl von Stellen eines Prüfguts, sowie deren Verwendung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleich¬ zeitigen berührungslosen Prüfung einer Oberfläche oder internen Grenzfläche eines Prüfguts mittels Auflichts oder einer Schicht oder eines räumlichen Abschnitts des Prüfguts mittels zurückgestreuten oder zurückgespiegelte Durchlichts, wobei
- die Vorrichtung mindestens eine Lichtquelle und eine
Mehrzahl von Prüfkanälen umfasst,
- jeder Prüfkanal einen optoelektronischen Wandler und mindestens einen im Lichtweg zwischen der Licht¬ quelle und dem Wandler angeordneten Lichtkanal um¬ fasst, in dem ein Strahlenteilerelement angeordnet ist,
- jeder Lichtkanal als zur Begrenzung eines Lichtbündels bestimmtes optisches Element ausgebildet ist,
- die Lichtkanäle auf zumindest einem Teil des darinlie¬ genden Lichtwegs nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und als das Gehäuse durch drin¬ gende Ausnehmungen ausgebildet sind, und - das Prüfgut im Lichtweg zwischen der Lichtquelle und dem Wandler angeordnet ist.
Ebenfalls betrifft die Erfindung eine Verwendung dieser Vorrichtung zur Prüfung einer vermeintlich glatte oder regel ässig strukturierten Oberfläche auf deren Un- regelmässigkeiten, oder zur Prüfung einer lichtdurchläs¬ sigen, vermeintlich homogenen oder regelmässig strukturi erten Schicht auf deren Unregelmässigkeiten bzw. Inhomo¬ genitäten und Einschlüsse, oder zur Prüfung einer ver¬ meintlich stillstehenden Oberfläche bzw. internen Grenzfläche des Prüfguts auf Lageänderungen dieser
Fläche, oder zur Prüfung eines lichtdurchlässigen, ver- meintlich stillstehenden räumlichen Abschnitts des Prüf- guts auf Bewegungen und insbesondere auf Schwingungen von im Prüfgut vorliegenden Inhomogenitäten bzw. Einschlüssen wie im Prüfgut schwebende bzw. suspendierte Teilchen, oder zur Prüfung des Rundlaufs einer Welle auf Rundlauf¬ fehler, insbesondere Schwingungen.
Es handelt sich dabei um Verwendungen, die zum Teil die gleichen sind wie bei den Systemen zur Abtastung durch einen wandernden Laserlichtpunkt ("laser Scanner inspection system" = LSIS) . Solche LS S erfordern ein mechanisch betriebenes Abtastsystem wie beispielsweise ein drehendes Spiegelpolygon sowie eine Lichtsammeivor¬ richtung wie beispielsweise einen Lichtleiter zum Leiten des Abtast-Lichtstrahls zu einem optoelektronischen Wand- 1er. Deshalb sind sie teuer, sperrig und störanfällig, insbesondere wegen Verschleiss, da sie nicht statisch arbeiten. Ausserdem ermöglichen sie nicht, eine in Rela¬ tivbewegung vorbeilaufende Fläche oder eine in Relativ¬ bewegung vorbeilaufende Oberfläche einer rotierenden Welle lückenlos zu prüfen: die Kombination vom Vorbeilauf des Prüfguts in Längsrichtung mit der Abtastung des Prüf¬ guts in Querrichtung oder die Kombination der Rotation und Abtastung des Prüfguts ergibt auf dem Prüfgut eine im Zickzack geprüfte Fläche, was die Höchstgeschwindigkeit begrenzt, mit welcher es unter dem LSIS vorbeilaufen darf, wenn es auf seiner gesamten Fläche lückenlos zu prüfen ist, wie es insbesondere bei der Prüfung des Rund¬ laufs einer Welle notwendig ist. So sind einerseits gängige Textilbahnen von 4 m Breite bei heutzutage übli- chen Vorbeilaufgeschwindigkeiten von 600 m/min, anderer¬ seits gängige Umfangsgeschwindigkeiten von schnelldrehen¬ den Wellen in der Grössenordnung von 10 m/s, zu schnell, um mit LSIS lückenlos geprüft zu werden. Wenn ausserdem nicht nur der Rundlauf der Welle, sondern auch deren schnelle überlagerte Schwingungen zu prüfen sind, ist eine solche Prüfung mit LSIS überhaupt nicht möglich. Aus WO-87/03957 ist ein elementares optoelektro¬ nisches Prüfgerät bekannt, das eine Lichtquelle und eine Prüfkanal mit einem optoelektronischen Wandler und einen im Lichtweg zwischen der Lichtquelle und dem Wandler an- geordneten Lichtkanal umfasst. Das Prüfgut ist im Licht¬ weg zwischen der Lichtquelle und dem Wandler angeordnet. Der Lichtkanal hat eine Wandung, die einen Halbspiegel und den Wandler abstützt und daher zur Erreichung der nötigen Festigkeit eine gewisse Dicke aufweist. Auch benötigen die Halterungen des Halsbspiegels und des Wan¬ dlers am Lichtkanal einen gewissen Platz.
Es ist zwar naheliegend zu versuchen, eine Vorrich¬ tung der eingangs erwähnten Art aus solchen elementaren Prüfgeräten nach WO-87/03957 zusammenzubauen, indem man diese nebeneinander anordnet. Das ist jedoch nicht mög¬ lich, weil man die Prüfgeräte nach WO-87/03957 nicht dicht genug nebeneinander anordnen kann, um ein vorbei¬ laufendes Prüfgut (Relativbewegung, Schwingung, Drehung) lückenlos zu prüfen: ob die Anordnung der Prüfgeräte in einer oder in zwei zueinander versetzten Reihen erfolgt, stets werden die Wandungsdicke und Halterungen zuviel Platz beanspruchen, um die gewünschte Packungsdichte von Lichtkanälen und folglich von Prüfgeräten zu erlauben. Das gewünschte Resultat wäre nur mit mehr als zwei zuei- nander versetzten Reihen erreichbar, was aber einen ent¬ sprechend vermehrten Aufwand erfordern würde.
Ein Prüfgerät der gleichen Art ist noch aus FR- 2491615 bekannt. Auf dem gleichen Prinzip funktionieren ausserdem Prüfgeräte, die beispielsweise aus DE-3428435, GB-2025041, US-3736065 oder LU-56099 bekannt sind. Keines der vorstehend genannten Dokumente gibt jedoch irgendein¬ en Hinweis auf die Lösung des vorstehend dargelegten Problems der Packungsdichte. Ein aus SU-666418 bekanntes Prüfgerät weist in einem Gehäuse eine Reihe von Fotodio- den auf, die jedoch keinen Hinweis darauf zu geben ver¬ mag, wie man eine oder mehrere Reihen von elementaren Prüfgeräten mit hoher Packungsdichte im Gehäuse unter¬ bringen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit welcher man eine solche Packungsdichte von nebeneinander angeordneten Prüfgeräten erreicht, dass eine lückenlose Prüfung des Prüfguts erreichbar ist. Bei einem vorbeilaufenden Prüfgut (Relativbewegung, Schwingung, Drehung) soll die lückenlose Prüfung mit höchstens zwei Reihen von Prüfge- raten erreichbar sein. Zur lückenlosen Prüfung von stillstehendem flächigem Prüfgut oder einer vermeintlich stillstehenden Oberfläche bzw. internen Grenzfläche oder eines lichtdurchlässigen vermeintlich stillstehenden räumlichen Abschnitts des Prüfguts oder zur lückenlosen Prüfung des Rundlaufs einer Welle sollen mehrere Reihen von Prüfgeräten, gegebenenfalls gegeneinander versetzt, mit der erforderlichen Packungsdichte nebeneinander ange¬ ordnet werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass - die Lichtkanäle eine gemeinsame Symmetrieebene auf¬ weisen,
- das Gehäuse zweiteilig mit in der Symmetrieebene von¬ einander trennbaren Teilen ausgebildet ist,
- die Strahlenteilerelemente als Teile eines eine ein- zelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse entfernbar angeordneten Strahlenteilers ausgebildet sind, und
- die Wandler am gleichen Gehäuse wie der Strahlenteiler nebeneinander und je einem Lichtkanal entsprechend angeordnet sind. Vorzugsweise können die prüfgutseitigen Enden der
Lichtkanäle mit einer Fläche kongruent sein, die parallel zu einer Oberfläche des Prüfguts ausgebildet und angeord¬ net ist. Die Lichtquellen sind vorzugsweise aus je einem Lichtkanal entsprechenden Leuchtdioden oder Laserdioden gebildet, abseits des Gehäuses angeordnet und mit den
Lichtkanälen über Lichtleiter verbunden. Die Wandler sind vorzugsweise aus je einem Lichtkanal entsprechenden Foto dioden gebildet, die abseits des Gehäuses angeordnet und mit den Lichtkanälen über Lichtleiter verbunden sind, di ihrerseits zumindest teilweise in zumindest einem Teil eines Lichtkanals angeordnet sein können. Die beiden
Teile des Gehäuses sind vorzugsweise mit einander entspr chenden Ausnehmungen versehen, die bei Zusammenfügung de Teile zusammen eine Ausnehmung zur Aufnahme der einzelne Baugruppe des Strahlenteilers bilden. In den Lichtkanäle können Polarisations- und/oder Farbfilterelemente ange¬ ordnet sein, die als Teile eines eine einzelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse entfernbar angeordneten Polarisa¬ tions- und/oder Farbfilters ausgebildet sind, und die beiden Teile des Gehäuses können dann mit einander ent- sprechenden Ausnehmungen versehen sein, die bei Zusammen fügung der Teile zusammen eine Ausnehmung zur Aufnahme der einzelnen Baugruppe des Filters bilden. Vorzugsweise können die Strahlenteilerelemente als Streifenspiegelele mente ausgebildet sein, und dann kann in jedem Lichtkana ein zweites Streifenspiegelelement angeordnet sein, des¬ sen Streifen halbdurchlässig sind und im wesentlichen de Streifen des als Streifenspiegelelement ausgebildeten Strahlenteilerelements entsprechen, wobei die Streifen¬ spiegelelemente als Teile eines eine einzelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse entfernbar angeordneten halbdurch¬ lässigen Streifenspiegels ausgebildet sind. Vorzugsweise kann in jedem Lichtkanal ein zweites Strahlenteilerele¬ ment angeordnet sein, wobei die zweiten Strahlenteiler¬ elemente als Teile eines eine einzelne Baugruppe bilden- den, im Gehäuse entfernbar angeordneten zweiten Strahlen¬ teilers ausgebildet sind, und je ein zweiten Wandler gegenüber dem zweiten Strahlenteilerelement wie der erste Wandler gegenüber dem ersten Strahlenteilerelement ange¬ ordnet sein. Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Lichtka¬ näle nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse lässt sich die Packungsdichte der nebeneinander angeordneten Prüfgeräte derart steigern, dass eine lückenlose Prüfung des vorbeilaufenden (Relativbewegung, Schwingung, Dreh¬ ung) mit höchstens zwei Reihen von Lichtkanälen erreich- bar ist. Je nach der in den Lichtkanälen erreichten Kol- limation kann eine lückenlose Prüfung des Prüfguts sogar mit einer einzigen Reihe von Lichtkanälen erreichbar sein. Als Folge davon ist die erfindungsgemässe Vorrich¬ tung statisch, klein, robust und kostengünstig herstell- bar. Dies erlaubt ihren Einsatz anstelle von LSIS. Als Resultat eines Ersatzes von LSIS durch die erfindungsgemässe Vorrichtung kann bei lückenloser Prüfung des Prüfguts dessen Vorbeilaufgeschwindigkeit (Relativbewegung, Schwingung, Drehung) im Vergleich zum bisher Erreichbaren wesentlich gesteigert werden, denn die erreichbare Grenze der Vorbeilauf-, Schwingungs- bzw. Umfangsgeschwindigkeit des Prüfguts wird nur mehr von de optoelektronischen Signalverarbeitung bestimmt und die Vorbeilaufgeschwindigkeit kann beispielsweise 1000 m/min, die Schwingungs- oder Umlaufgeschwindigkeit beispiels¬ weise mehr als 10 m/s betragen. Im Gegensatz zu LSIS ist die Länge der Reihe von Lichtkanälen in der erfindungs- gemässen Vorrichtung unbeschränkt, so dass mit der erfin dungsgemässen Vorrichtung auch die Dimension des vorbei- laufenden Prüfguts unbeschränkt ist und beispielsweise die Breite 10 m betragen kann. Auch bei einem solchen breiten und schnell vorbeilaufenden bzw. grossen und schnell schwingenden oder umlaufenden Prüfgut bleibt der vom Messprinzip her gegebene nominale Detektionsbereich von 10 bis 500 μm bei einer räumlichen Fehlerauflösung von 2,5 mm voll erreichbar, wobei Löcher von 5 μm noch erfassbar sind.
Im Falle einer Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Lichtquellen, die je einem Lichtkanal entsprechen und aus Leuchtdioden oder
Laserdioden gebildet sind, erreicht man, dass bei Ausfal einer Lichtquelle nicht die gesamte Vorrichtung, sondern nur ein Kanal davon ausfällt, so dass während der Panne lediglich ein sehr geringer Bruchteil des Prüfguts ungeprüft bleibt. Dank der kleinen Abmessungen der erfindungsgemässen Vorrichtung kann diese innerhalb von Gehäusen unter beschränkten räumlichen Verhältnissen untergebracht wer¬ den, beispielsweise in Vakuumglocken von AufdampfSyste¬ men, Aufsprühsystemen und dergleichen, was mit LSIS wege der Abmessungen solcher Systeme nicht möglich ist. Ebenfalls dank der kleinen Abmessungen der erfindungsgemässen Vorrichtung kann diese innerhalb von Rohren und Profilen untergebracht werden, was mit LSIS wegen der Abmessungen solcher Systeme nicht möglich ist. Unter diesen Umständen und aufgrund dieser Vorteile ist die erfindungsgemässe Vorrichtung verwendbar zur Prüfung einer vermeintlich stillstehenden Oberfläche ode internen Grenzfläche des Prüfguts auf Lageänderungen dieser Fläche, die beispielsweise durch Bewegung, Schwin- gung, Dehnung, Schrumpfung, Wachstum, Niederschlag und ähnliche Ursachen hervorgerufen sind, oder zur Prüfung des Rundlaufs einer Welle auf Rundlauffehler, insbeson¬ dere Schwingungen, gegebenenfalls in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit der Welle, oder zur Prüfung einer lichtdurchlässigen, vermeintlich stillstehenden Schicht oder eines lichtdurchlässigen, vermeintlich stillstehen¬ den räumlichen Abschnitts des Prüfguts auf Bewegungen und insbesondere Schwingungen von im Prüfgut vorliegenden Inhomogenitäten oder Einschlüssen wie im Prüfgut schwe- bende oder suspendierte Teilchen.
Beispiele solcher Verwendungen beziehen sich auf Platten ("compact disk") und Glasfabrikate wie Spiegel, Scheiben und Rohre, im Zustand des Halbfabrikats (Roh¬ linge) oder des Fertigfabrikats. So ist es aus Preis- gründen bisher nicht zweckmässig gewesen, Platten sowohl vor wie auch nach der Beschichtung des Rohlings zu prüfen, man musste sich mit einer Prüfung nach der Be¬ schichtung begnügen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt, beide Prüfungen durchzuführen und erst noch die Investitionen zu senken. Andere Beispiele beziehen sich auf Untersuchungen des Verhaltens von mechanischen Teilen wie Flugzeugflügel, oder des Fortschreitens von physika¬ lischen Vorgängen wie Dehnung, Schrumpfung, Kondensation, Niederschlag, Verdampfung, Phasenwechsel oder Kristalli¬ sation, Polarisationswechsel von Bereichen, von langsamen chemischen Reaktionen wie Korrosion oder schnellen che¬ mischen Reaktionen wie Explosion, von biologischen Vor¬ gängen wie Wachstum von mikrobiologischen Kulturen, Pflan zen usw. oder noch auf Untersuchungen an stillstehenden oder fliessenden Gasen oder Flüssigkeiten, Emulsionen, Suspensionen usw. beispielsweise in bezug auf chemische Effekte wie Färb-, Polarisations oder Dichteänderungen, hydrodynamische oder akustische Effekte, Bildung von Dampfblasen, Fliessgeschwindigkeit, Gehalt an mitgeführten Teilchen oder Blasen usw. Es ist hervorzuheben, dass Beschleunigungsmesser und Dehnungsmessstreifen der bisher üblichen Art Verbindungs- drähte erfordern, während die erfindungsgemässe Vorrich¬ tung kontaktlos arbeitet.
In einer Variante der Verwendung kann man auf der einen Seite des Prüfguts eine Vorrichtung zur Prüfung mittels Auflichts oder zurückgestreuten Durchlichts ver¬ wenden und auf der anderen Seite des Prüfguts einen Rückstrahler für das durchgelassene Licht anordnen. In einer anderen Variante der Verwendung kann man auf der einen Seite des Prüfguts eine Vorrichtung zur Prüfung mittels Auflichts oder zurückgestreuten Durchlichts ver¬ wenden und auf der anderen Seite des Prüfguts einen Ab¬ sorber für das durchgelassene Licht anordnen.
Somit kann die erfindungsgemässe Vorrichtung verschiedene Arten von Unregelmässigkeiten, Inhomogeni¬ täten, Einschlüssen und Bewegungen auf verschiedene Weis prüfen und entsprechend differenzierte Ergebnisse lie¬ fern, aus denen man Rückschlüsse auf deren Ursachen . ziehen kann.
Unter den Verwendungen der erfindungsgemässen Vor- richtung lassen sich über die bereits erwähnten Verwen¬ dungen hinaus beispielsweise noch zitieren: die Prüfung von unbeschichteten oder mit einer Metall oder Farb¬ schicht beschichteten Polymerfolien und -filmen, von metallischen oder mit einer Metallschicht beschichteten Gegenständen wie Platten ("compact disk") , von unbe¬ schichtetem, beschichtetem oder colorierte Papier in Bahn oder Blattform, von unbeschichtetem oder mit einer Metall oder Farbschicht beschichtetem Flachglas, von un¬ beschichteten oder beschichteten Textilwaren auf Ober- flächen bzw. Beschichtungsfehler wie Unregelmassigkeiten Ablagerungen, Kratzer, Staubpartikel, Löcher, Hohlräume, Einschlüsse, farbliche oder optische Unterschiede, rauhe Stellen, Rillen usw. , sowie auf strukturelle Abweichunge von Vernetzung bzw. Muster oder Druckqualität. In einer hier als Beispiel angegebenen Ausbildung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, die zur Prüfung vo vorbeilaufenden Bahnen von 250 mm Breite bestimmt ist, sind in den beiden Gehäusen 96 Lichtkanäle von 2,54 x 2,54 mm Querschnitt in zwei versetzten Reihen zu je 48 Lichtkanälen angeordnet.
In einer anderen hier als Beispiel angegebenen Aus¬ bildung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, die zur Prüfung von Platten ("compact disk") von 130 mm Durch¬ messer im Rhythmus von höchstens 8 Sekunden pro Platte bestimmt ist, sind in einem oder zwei Gehäusen 32
Lichtkanäle von 2,54 x 2,54 mm Querschnitt in zwei ver¬ setzten Reihen zu je 16 Lichtkanälen angeordnet. In beid¬ en Fällen können vollspiegelnde Oberfläche im Reflexion¬ smodus geprüft werden. zur Prüfung von teilspiegelnden Oberflächen von durchsichtigem Prüfgut kann man einen schwarzen Lichtab- sorber darunterlegen. Zur Prüfung des Inneren von durch¬ sichtigem oder lichtdurchlässigem Prüfgut kann man einen Spiegel darunterlegen, bei Benutzung eines Halbspiegels kann man die teilspiegelnden Oberflächen und das Innere gleichzeitig prüfen.
In einer hier als Beispiel angegebenen Ausbildung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, die zur Prüfung des Rundlaufs einer Welle auf einer Länge von 250 mm bestimmt ist, sind in den beiden Gehäusen 96 Lichtkanäle von 2,54 x 2,54 mm Querschnitt in zwei versetzten Reihen zu je 48 Lichtkanälen angeordnet. Im Falle einer spiegelglatten Oberfläche kann im Reflexionsmodus geprüft werden.
In einer anderen hier als Beispiel angegebenen Aus¬ bildung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, die zur Prüfung durchsichtiger Flüssigkeit oder Gas in einer Lei¬ tung mit einem Schauglas von 100 mm Breite bestimmt ist, sind in einem oder zwei Gehäusen 40 Lichtkanäle von 2,54 x 2,54 mm Querschnitt in zwei versetzten Reihen zu je 20 Lichtkanälen angeordnet. Dazu kann man die Prüfung im Durchlichtmodus mit einem lichtquellenseitigen Gehäuse und einem zweiten wandlerseitigen Gehäuse oder einseitig im Auflichtmodus mit einem gegenüberliegenden Spiegel vornehmen.
Nachstehend werden Beispiele von Ausbildungen der erfindungsgemässen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausbil¬ dung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem lichtquellenseitigen zweiteiligen Gehäus und einem zweiten zweiteiligen Gehäuse jeweils für 6 Lichtkanäle; Fig. 2 eine schematische Vorderansicht des in Fig. 1 links dargestellten Gehäuseteils des lichtquel lenseitigen Gehäuses der Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Rückansicht des lichtquellen seitigen Gehäuses der Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische Rückansicht des zweiten Gehäuses der Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 5 eine schematische Untersicht des lichtquellen- seitigen Gehäuses der Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht des zweiten Gehäuses der Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 7 eine schematische Rückansicht des in Fig. 1 rechts dargestellten Gehäuseteils des licht- quellenseitigen Gehäuses der Vorrichtung der
Fig. 1;
Fig. 8 eine schematische Vorderansicht des in Fig. 1 rechts dargestellten Gehäuseteils des zweiten Gehäuses der Fig. 1; Fig. 9 eine schematische Darstellung der optisch we¬ sentlichen Elemente einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Anwendung zur Prüfung einer Oberfläche oder einer internen Grenz¬ fläche des Prüfguts mittels Auflichts, oder einer Schicht oder eines räumlichen Abschnitts des Prüfguts mittels zurückgestreuten Durch¬ lichts; Fig. 10 eine schematische Darstellung der optisch we¬ sentlichen Elemente einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Anwendung zur Prüfung einer Schicht oder eines räumlichen Abschnitte des Prüfguts mittels Durchlichts; Fig. 11 eine schematische Darstellung der optisch we¬ sentlichen Elemente einer von der Vorrichtung der Fig. 1 abgeleiteten Vorrichtung zur Prüfun eines gekrümmten Prüfguts, wobei Lichtleiter und eine einzige Lichtquelle verwendet werden; Fig. 12 eine schematische Darstellung der optisch we¬ sentlichen Elemente einer von der Vorrichtung der Fig. 1 abgeleiteten Vorrichtung zur Prüfun eines gekrümmten Prüfguts, wobei gewisse opti- sehe Elemente in das zweite Gehäuse versetzt worden sind; und Fig. 13 eine schematische Draufsicht des zweiten
Gehäuses der Vorrichtung der Fig. 1 bei einer Ausbildung mit zwei gegeneinander versetzten
Reihen von Prüfkanälen. In Fig 1. ist ein Ausbildungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemässen Vorrichtung in schematischer Seitenansicht dargestellt. Diese Vorrichtung ist zur gleichzeitigen berührungslosen Prüfung von Stellen einer Oberfläche oder eines räumlichen Abschnitts eines Prüfguts 1 bestimmt und funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie die aus WO- 87/03957 bekannte Vorrichtung. Daher braucht dieses Prin zip hier nicht beschrieben zu werden, es wird auf W0- 87/03957 verwiesen.
Die Vorrichtung umfasst sechs Prüfkanäle 2, denen j eine Lichtquelle 3, welche als Leuchtdiode ausgebildet ist, und je drei optoelektronische Wandler 4a, 4b, 4c zugeordnet sind. In jedem Prüfkanal ist im Lichtweg zwi- sehen der Lichtquelle 3 und den Wandlern 4a und 4c ein
Lichtkanal 5a angeordnet. Im Lichtweg zwischen der Licht quelle 3 und dem Wandler 4b ist ein zweiteiliger Lichtka nal 5a, 5b angeordnet. Das Prüfgut ist im Lichtweg zwi¬ schen der Lichtquelle 3 und dem jeweiligen Wandler 4a, 4b, 4c angeordnet. Streng genommen ist der Lichtkanal 5a zwischen der Lichtquelle 3 und dem Wandler 4a ebenfalls zweiteilig, da ihn das Licht von der Lichtquelle 3 zum Prüfgut 1 einmal und dann vom Prüfgut 1 zum Wandler 4b auf einem Teil seiner Länge noch einmal durchläuft. Die Funktion des Lichtkanals 5a, 5b besteht darin, das Lichtbündel des von der Lichtquelle 3 zum Prüfgut 1 gelangenden Lichts zu begrenzen, d.h. die Divergenz zwi¬ schen einzelnen Lichtstrahlen des Lichtbündels kleiner a ein vorgegebener Winkelwert zu halten. In diesem Sinne ist der Lichtkanal 5a, 5b ein optisches Element.
In der dargestellten Ausbildung ist dieses optische Element als quaderförmiger Hohlraum ausgebildet, der in Gehäusen 6a, 6b vorgesehen ist, wobei in der dargestell ten Ausbildung sechs dieser Hohlräume nebeneinander in j einem gemeinsamen ersten Gehäuse 6a bzw. zweiten Gehäus 6b angeordnet sind.
Die Gehäuse 6a, 6b können wie dargestellt zweiteil ausgebildet sein, um die Fertigung der Lichtkanäle 5a, z.B. durch Fräsen zu erleichtern. Diese Zweiteilung der Gehäuse ist auch in Fig. 5 und Fig. 6 sichtbar, wobei Fig. 5 eine schematische Untersicht des lichtquellensei tigen Gehäuses 6a und Fig. 6 eine schematische Draufsic des zweiten Gehäuses 6b ist. In Fig. 1 und Fig. 5 sieht man die Trennebene 7a zwischen den beiden Gehäuseteilen 8a, 9a des Gehäuses 6a, in Fig. 1 und Fig. 6 sieht man die Trennebene 7b zwischen den beiden Gehäuseteilen 8b, 9b des Gehäuses 6b. Man erkennt in Fig. 5 und 6 die be¬ reits erwähnte Ausbildung der Lichtkanäle 5a, 5b am vier eckigen Querschnitt der quaderförmigen Hohlräume 5a, 5b, von denen sechs nebeneinander angeordnet sind, die ein- ander gleich sind, so dass im folgenden bei der Beschrei bung der Prüfkanäle (d.h. von all dem, was mit einem ein zelnen Lichtkanal im Zusammenhang steht) nur jeweils einer davon beschrieben zu werden braucht. Die erwähnte Trennebene 7a bzw. 7b bildet mit Vorteil eine Symmetriee bene des jeweiligen Lichtkanals 5a, 5b.
In Fig. 1 ist oberhalb des Prüfguts 1 eine Ausbil¬ dung 10 der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, die zur Prüfung der oberen Oberfläche 11 des Prüfguts 1 mittels Auflichts oder der gesamten Schichtdicke oder de gesamten Dicke des räuliehen Abschnitts des Prüfguts 1 mittels zurückgestreuten Durchlichts dient. Der quader- förmige Hohlraum 5a durchdringt das Gehäuse 6a. Am seine einen Ende ist die Leuchtdiode 3 darin eingesteckt. An seinem anderen Ende endet er mit der in Fig. 5 sichtbare oeffnung 5a gegenüber der Oberfläche 11 des Prüfguts 1.
Ein als Halbspiegel ausgebildetes Strahlenteilerele ment 12 ist im Winkel von 45 zur Längsachse des Hohlraums 5a darin angeordnet ist, um das vom Prüfgut 1 reflek¬ tierte oder zurückgestreute Licht zum optoelektronischen Wandler 4a umzulenken. Das Strahlenteilerelement 12 ist als halbverspiegelte Glasplatte ausgebildet, die sich einstückig, d.h. als eine einzelne Baugruppe, über die sechs Lichtkanäle 5a und die ganze Breite des Gehäuses 6a erstreckt. Diese Glasplatte 12 ist in einander entspre¬ chenden Nuten 13 bzw. 14 des Gehäusesteils 8a bzw. 9a eingeschoben, wobei die Nuten 13 und 14 zusammen eine Ausnehmung zur Aufnahme der Glasplatte 12 bilden, wenn die Gehäuseteile 8a und 9a zusammengefügt sind. Die Nut 13 im Gehäuseteil 8a ist besonders in Fig. 7 sichtbar, sowie die im Gehäuseteil 8a liegende Hälfte des Hohlraum 5a. Die Nut 14 im Gehäuseteil 9a ist besonders in Fig. 2 sichtbar, sowie die im Gehäuseteil 9a liegende Hälfte de Hohlraums 5a.
Es ist ersichtlich, dass die erwähnte Zweiteilung des Gehäuses 6a in Teile 8a, 9a die Herstellung dieser Nuten 13 und 14 wesentlich erleichtert, und dass die Glasplatte 12 bei Bedarf durch Herausschieben aus den Nuten 13, 14 aus dem Gehäuse 6a entfernbar ist.
Im Gehäuseteil 9a ist für jeden Prüfkanal ein Licht durchlass 15 (Fig. 1 und 2) vorgesehen, der vom Hohlraum 5a nach aussen führt. Der Lichtdurchlass 15 erlaubt dem von der Glasplatte 12 umgelenkten Licht der Leuchtdiode 3, nach aussen zu verschwinden und nicht von der Wandung des Hohlraums 5a zur Glasplatte zurückgestreut zu werden. Beispielsweise kann das unerwünschte, von der Glasplatte 12 umgelenkte Licht der Leuchtdiode 3 durch den Licht¬ durchlass 15 hindurch zu einem Lichtabsorber gelangen. E wäre aber durchaus möglich, die Wandung des Hohlraums 5a derart lichtabsorbierend auszubilden, dass kein uner¬ wünschtes, von der Glasplatte 12 umgelenktes Licht der Leuchtdiode 3 zur Glasplatte zurückkehrt und durch diese hindurch zur Fotodiode 4a gelangt. Im Gehäuseteil 8a ist für jeden Prüfkanal ein Licht durchlass 16 (Fig. 1 und 7) vorgesehen, der vom Hohlrau 5a zum optoelektronischen Wandler 4a führt. Der Licht¬ durchlass 16 erlaubt dem von der Glasplatte 12 umgelenk- ten, vom Prüfgut kommmenden Licht, zum optoelektronische Wandler 4a zu gelangen. Der optoelektronische Wandler 4a ist eine etwa viereckige Fotodiode, deren lichtempfind¬ liche Seite in einer im Gehäuseteil 8a dazu vorgesehenen Nut 17 (Fig. 1, 3 und 5) versenkt ist. Eine Leiterplatte 18 (Fig. 1) trägt die elektronische Schaltung für die Fotodiode 4a und ist über Trägerelemente 19 und 20 am Gehäuseteil 8a abgestützt, wobei die dazu verwendbaren Befestigungselemente wie Schrauben und Gewindebohrungen nicht dargestellt worden sind. Ueber eine Steckerverbin- düng 21a, 21b ist die Leiterplatte 18 elektrisch mit ei¬ nem Steckeranschluss 22 verbunden, der eine Kabelverbin¬ dung aufnehmen kann. Ihrerseits ist die Leuchtdiode 3 au einer Leiterplatte 23 angeordnet, die in Nuten 24 bzw. 2 der Gehäuseteile 8a bzw. 9a (Fig. 1, 2 und 7) darauf abgestützt ist. Die Leiterplatte 23 trägt auch einen
Steckeranschluss 26, der eine Kabelverbindung aufnehmen kann.
Wie ersichtlich, sind einerseits die sechs Leuchtdi oden 3, andererseits die sechs Fotodioden 4a nebeneinand er am gleichen Gehäuse 6a wie der Strahlenteiler 12 ange ordnet, wobei je eine Leuchtdiode 3 und je eine Fotodiod 4a je einem Lichtkanal 5a zugeordnet ist, während der Strahlenteiler 12 allen sechs Lichtkänalen 5a gemeinsam ist. Zur Prüfung der oberen Oberfläche 11 des Prüfguts 1 mittels Auflichts ist die beschriebene Vorrichtung 10 direkt verwendbar. In jedem Prüfkanal erhält die Fotodi¬ ode 4a den vom Prüfgut 1 zurückgespiegelten oder zurück¬ gestreuten Anteil des Lichts, das von der Leuchtdiode 3 über den Lichtkanal 5a zum Prüfgut 1 gelangt, das Prüfgu 1 ist somit im Lichtweg zwischen der Lichtquelle 3 und dem Wandler 4a angeordnet. Wenn das Prüfgut durchsichtig ist, kann man darunter (d.h. auf der anderen Seite des Prüfguts 1 als die Vorrichtung 10) ein optisches Element 28 anordnen, das zur Prüfung der gesamten Schichtdicke des Prüfguts l mittels zurückgestreuten Durchlichts ein Lichtabsorber oder zur Prüfung der gesamten Schicht oder der gesamten Dicke des räuliehen Abschnitts des Prüfguts 1 mittels Durchlichts ein Spiegel sein kann. Die optisch wesentlichen Elemente dieser Anordnung sind in Fig. 9 schematisch dargestellt, wobei das optische Element 28 als Lichtabsorber dargestellt und der Lichtstrahl mit 3a bezeichnet worden ist.
In einer Variante dieser Ausbildung ist das Strah¬ lenteilerelement 12 als Streifenspiegelement ausgebildet um, wie aus WO-87/03957 bekannt ist, eine schlierenähnli che Wirkung hervorzurufen.
In Fig. 1 ist unterhalb des Prüfguts 1 derjenige Teil 29 der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, der mit der Prüfung einer Schicht oder eines räumlichen Abschnitts des Prüfguts 1 mittels Durchlichts im Zusam¬ menhang steht. Der zweite Teil 5b des zweiteiligen Licht kanals 5a, 5b ist nun als quaderförmiger Hohlraum 5b aus gebildet und durchdringt das zweite Gehäuse 6b.
Am einen Ende des quaderförmigen Hohlraums 5b ist ein zweiter optoelektronische Wandler 4b angeordnet, der wie der optoelektronische Wandler 4a eine etwa viereckig Fotodiode ist, deren lichtempfindliche Seite in einer in den beiden Gehäuseteilen 8b und 9b dazu vorgesehenen Nut 30 (Fig. 1, 4 und 8) versenkt ist. Eine Leiterplatte 31 (Fig. 1) trägt die elektronische Schaltung für die Foto¬ diode 4b und ist über ein Trägerelement 32 am Gehäusetei 8b abgestützt, wobei die dazu verwendbaren Befestigungs¬ elemente wie Schrauben und Gewindebohrungen nicht dar¬ gestellt worden sind. Ueber eine Steckerverbindung 33a, 33 ist die Leiterplatte 31 elektrisch mit einem Stecker anschluss 34 verbunden, der eine Kabelverbindung aufneh- men kann .
An seinem anderen Ende endet der quaderförmige Hohl raum 5b mit der in Fig. 6 sichtbaren Oeffnung 5b gegen¬ über der unteren Oberfläche 35 des Prüfguts 1. Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst nun zwei Gehäuse 6a, 6b, wobei für jeden Lichtkanal die Leuchtdi¬ ode 3 im ersten Gehäuse 6a und die Fotodiode 4b im zwei¬ ten Gehäuse 6b nebeneinander und je einem Lichtkanal ent sprechend angeordnet sind. In der in Fig. 1 dargestellte Ausbildung ist ein Teil 5b jedes Lichtkanals im zweiten Gehäuse 6b angeordnet.
In jedem Prüfkanal erhält die Fotodiode 4b den vom Prüfgut 1 durchgelassenen Anteil des Lichts, das von der Leuchtdiode 3 über den Lichtkanal 5a zum Prüfgut 1 und von dort weiter über den Lichtkanal 5b zur Fotodiode 4b gelangt, das Prüfgut 1 ist somit im Lichtweg zwischen de Lichtquelle 3 und dem Wandler 4b angeordnet. Die optisch wesentlichen Elemente dieser Anordnung sind in Fig. 10 schematisch dargestellt. m der bisher beschriebenen Ausbildung ist das
Prüfgut 1 im wesentlichen eben und die prüfgutseitigen Enden der Lichtkanäle 5a, 5b sind mit einer Ebene kongru ent, die parallel zum Prüfgut 1 liegt. Wenn das Prüfgut eine vorbestimmte regelmässige Krümmung aufweist, bei- spielsweise wenn das Prüfgut als Glasrohr ausgebildet ist, kann die Vorrichtung der Form des Prüfgut angepasst werden, indem die prüfgutseitigen Enden der Lichtkanäle 5a, 5b mit einer Fläche kongruent sind, die parallel zur Oberfläche des Prüfguts ausgebildet und angeordnet ist. im Falle eines zylindrisch oder sphärisch gekrümmten
Prüfguts wären in den Fig. 2, 3 und 7 die untere horizon¬ tale Linie der Zeichnung und in den Fig. 4 und 8 die un¬ tere horizontale Linie der Zeichnung ein Kreisbogen statt einer Gerade. Im Falle einer anderen gekrümmten Form des Prüfguts wären die prüfgutseitigen Enden der Lichtkanäle 5a, 5b mit einer Fläche kongruent, die der Oberfläche des Prüfguts entsprechend angepasst wäre, um parallel dazu zu sein. Die optisch wesentlichen Elemente einer derartigen Ausbildung sind in Fig. 11, die weiter unten noch aus¬ führlicher beschrieben wird, schematisch dargestellt. Die Wandungen der Lichtkanäle 5a, 5b sind mit Vor¬ teil geschwärzt, um das Lichtbündel des von der Licht¬ quelle 3 zum Prüfgut 1 gelangenden Lichts besser zu be¬ grenzen, als wenn Reflexionen an den Wandungen der Hohl¬ räume 5a, 5b erfolgen können. In einer Variante kann die Kombination von Lichtquelle 3 und Lichtkanälen 5a, 5b als Kollimator ausgebildet sein, denn ein Kollimator ist ja auch ein das Lichtbündel des von der Lichtquelle 3 zum Prüfgut 1 gelangenden Lichts begrenzendes optisches Ele¬ ment. Ausserdem können die Lichtquellen 3 als Laserdioden ausgebildet sein, dann ist die Ausbildung der Lichtkanäle 5a, 5b und insbesondere der Reflexionseigenschaften von deren Wandungen nicht so kritisch, da das Lichtbündel aus der Lichtdiode von sich aus bereits gut begrenzt ist und das Ganze weiterhin ein das Lichtbündel des von der Licht quelle 3 zum Prüfgut 1 gelangenden Lichts begrenzendes optisches Element ist. In einer weiteren Variante können die Lichtkanäle als WinstonKollektor ausgebildet sein, und es sind noch weitere Varianten eines das Lichtbündel des von der Lichtquelle 3 zum Prüfgut 1 gelangenden Lichts begrenzenden optischen Elements denkbar.
In einer weiteren Variante des optischen Elements, welches das Lichtbündel des von der Lichtquelle 3 zum Prüfgut 1 gelangenden Lichts begrenzt, ist wie in Fig. 11 schematisch dargestellt die Lichtquelle 3 abseits des Gehäuses 6a angeordnet und mit dem Lichtkanal 5a über einen Lichtleiter 36 verbunden. Auch die Fotodioden 4b sind abseits des Gehäuses 6b angeordnet und mit dem Lichtkanal 5b über einen Lichtleiter 37 verbunden. Das gleiche gilt für die Fotodioden 4a im Gehäuse 6a, ist jedoch zur Vereinfachung der Zeichnung in Fig. 11 nicht eingezeichnet._ Die Lichtleiter 36, 37 sind an ihrem der Lichtquelle 3 bzw. der Fotodiode 4a bzw. 4b abgewandten Ende auf einer gewissen Länge des Lichtleiters 36 bzw. 3 und des Lichtkanals 5a bzw. 5b im entsprechenden Lichtka nal eingesteckt. In diesem Sinne sind die Lichtleiter zumindest teilweise in zumindest einem Teil eines Licht¬ kanals angeordnet.
Ausserdem ist in Fig. 11 schematisch dargestellt, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung auch mit einer einzigen, allen Prüfkanälen gemeinsamen Lichtquelle aus- kommen kann. Bei dieser Variante sind alle Lichtleiter 3 an ihrem lichtquellenseitigem Ende optisch an diese ein¬ zige Lichtquelle 3 angeschlossen, die natürlich alle Lichtleiter 36 anstrahlen muss und daher mit Vorteil ein Leuchtdiode ist. Es ist zu verstehen, dass auch die Fotodioden 4a de Fig. 1 mit ihren zugeordneten Lichtdurchlässen 16 über Lichtleiter verbunden sein können, wie im unteren Teil der Fig. 11 in bezug auf die Fotodioden 4b und die Licht kanäle 5b dargestellt worden ist. Das Prinzip ist ja das selbe und dessen Anwendung auf naheliegende Weise von
Fig. 11 ableitbar, so dass sich eine nährere Beschreibun erübrigt.
In Fig. 1 ist des weiteren sichtbar, dass im Licht¬ kanal 5a des oberhalb des Prüfguts 1 liegenden Teils 10 der erfindungsgemässen Vorrichtung ein weiteres optische Element 38 angeordnet werden kann, das wie das optische Element 12 als Platte ausgebildet und im Gehäuse 6a mit¬ tels Nuten 39 und 40 ähnlich eingesetzt ist wie die Glas platte 12 mittels der Nuten 13 und 14, wobei die Nuten 3 und 40 zusammen eine Ausnehmung zur Aufnahme der Platte 38 bilden, wenn die Gehäuseteile 8a und 9a zusammengefüg sind. Ebenfalls analog den Lichtdurchlässen 15 und 16 sind hier die Lichtdurchlässe 41 und 42 vorgesehen, wobe wiederum der Lichtdurchlass 41 ausfallen könnte, wenn di Wandung des Hohlraums 5a derart lichtabsorbierend ausge¬ bildet ist, dass kein unerwünschtes, von der Platte 38 umgelenktes Licht der Leuchtdiode 3 zur Platte 38 zurückkehrt und durch diese hindurch zur Fotodiode 4a gelangt.
In einer Ausbildung des optischen Elements 38 ist dieser ein Polarisationsfilter oder ein Farbfilter. Wie im Falle des optischen Elements 12 bilden die den einzel¬ nen Prüfkanälen zugeordneten Polarisationsfilter oder Farbfilter 38 zusammen eine einzelne Baugruppe, die im Gehäuse entfernbar angeordnet ist. Ein solcher Polarisa- tionsfilter oder Farbfilter ermöglicht eine nach Polari¬ sation oder Farbe differenzierte Erfassung der zu prüfen¬ den Eigenschaften des Prüfguts. Dabei erlauben die Licht¬ durchlässe 41 und 42 dem am Polarisationsfilter oder Farb filter 38 reflektierten Licht, aus dem Lichtkanal 5a aus- zutreten und gegebenenfalls absorbiert zu werden, um eine Störung des PrüfVorgangs durch dieses Licht zu vermeiden. Da dies ähnlich geschieht wie am Lichtdurchlass 15 in bezug auf das optische Element 12, wird es zur Vereinfa¬ chung der Zeichnung nicht näher dargestellt. Auch hier kann der Lichtdurchlass 41 ausfallen, wenn die Wandung des Hohlraums 5a entsprechend lichtabsorbierend ausgebil¬ det ist.
In einer anderen Ausbildung des optischen Elements 38 ist dieser ein zweiter Strahlenteiler, welcher wiede- rum als Teil eines eine einzelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse 6a entfernbar angeordneten halbdurchlässigen Streifenspiegels ausgebildet ist.
In einer ersten Variante dieser Ausbildung ist die Fotodiode 4c am Gehäuse 6a und am Lichtdurchlass 42 ähnlich angeordnet wie die Fotodiode 4a am Gehäuse 6a und am Lichtdurchlass 16. Das vom Strahlenteiler 38 gespie¬ gelte Licht erreicht die Fotodiode 4c wie im Falle der Fotodiode 4a das vom Strahlenteiler 12 gespiegelte Licht. In einer zweiten Variante dieser Ausbildung ist die Fotodiode 4c am Gehäuse 6a, aber nun am Lichtdurchlass 41 ähnlich angeordnet wie die Fotodiode 4a am Gehäuse 6a und am Lichtdurchlass 16. Das vom Strahlenteiler 38 gespie¬ gelte Licht erreicht die Fotodiode 4c, jedoch handelt es sich nun um einen Anteil des von der Lichtquelle 3 ausge henden Lichts, so dass die Fotodiode 4c zur Messung und gegebenenfalls zur Regelung des von der Lichtquelle 3 ausgehenden Lichts dient.
Dieser zweiten Variante äquivalent ist es, die Foto diode 4c wie in der ersten Variante am Lichtdurchlass 42 zu belassen und nun den Strahlenteiler 38 symmetrisch zu Trennebene 7a so zu versetzen, dass er einen Anteil des von der Lichtquelle 3 ausgehenden Lichts zur Fotodiode 4 umlenkt.
Diese verschiedenen Varianten einer an sich einheit lichen Ausbildung eignen sich vorwiegend zur Prüfung ein er Oberfläche des Prüfguts mittels Auflichts oder einer Schicht oder eines räumlichen Abschnitts des Prüfguts mittels 'zurückgestreuten Durchlichts.
In einer noch anderen Ausbildung der optischen Ele¬ mente 12 und 38 sind beide Elemente 14 und 38 Strahlen- teiler, die ausserdem als Streifenspiegelelemente ausge¬ bildet sind, welche wiederum beide als Teile eines je¬ weils eine einzelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse 6a entfernbar angeordneten halbdurchlässigen Streifeήspie- gels ausgebildet sind. In jedem Lichtkanal sind die Streifen der Streifenspiegelelemente halbdurchlässig und sie entsprechen einander im wesentlichen auf gleiche Weise, um, wie aus WO-87/03957 bekannt ist, eine schlie¬ renähnliche Wirkung hervorzurufen.
Generell ist es optisch äquivalent, die aus den Fotodioden 4a und gegebenenfalls 4c sowie aus den opti¬ schen Elementen 12 und gegebenenfalls 38 bestehende Kon¬ struktion vom Gehäuse 6a zum Gehäuse 6b zu versetzen, un es ist nochmals das Gleiche, die Lichtquelle 3 am Gehäus 6a mit der Fotodiode 4b am Gehäuse 6b zu vertauschen. Fü diese Anordnung sind die optisch wesentlichen Elemente i Fig. 12 schematisch dargestellt, wobei am Gehäuse 6a ein zusätzlicher Strahlenteiler 38' und seine zugeordnete Fotodiode 4c1 vorgesehen sind, um eine Messung und gege¬ benenfalls Regelung des von der Lichtquelle 3 ausgehenden Lichts zu ermöglichen. Bei der vorangehend erfolgten Beschreibung der erfindungsgemässen Vorrichtung und bei der dazugehörigen Zeichnung ist, im Sinne einer Vereinfachung, stets eine Ausbildung mit nebeneinander in einer einzigen Reihe an¬ geordneten Prüfkanälen als Beispiel gewählt worden. Die Wandungen zwischen den Lichtkanälen 5a bzw. 5b sind dabei nicht in Proportion der anderen Dimensionen gezeichnet worden, sondern zur besseren Veranschaulichtung wesent¬ lich zu dick: da aber die Festigkeit der Vorrichtung dank dem Gehäuse nicht von diesen Wandungen abhängig ist, sind diese in Wirklichkeit gerade so dünn, dass sie nicht durchsichtig werden. So wird eine Packungsdichte von nebeneinander angeordneten Prüfkanälen erreicht, die eine lückenlose Prüfung des Prüfguts ermöglicht. Besser ist es aber, und bei stillstehendem flächigem Prüfgut sogar er- forderlich zur Erreichung einer lückenlosen Prüfung des Prüfguts, zwei Reihen von Prüfkanälen oder mehr, gegen¬ einander versetzt, mit der erforderlichen Packungsdichte nebeneinander anzuordnen. Dies wird bei einer Ausbildung mit zwei gegeneinander versetzten Reihen von Prüfkanälen in Fig. 13 anhand des zweiten Gehäuses schematisch veran¬ schaulicht. Fig. 13 ist von Fig. 6 abgeleitet. Die Ele¬ mente 5b, 6b, 7b und 8b der Fig. 13 sind die gleichen wie in Fig. 6. Das Aequivalent des Elements 9b der Fig. 6 ist nun in Fig. 13 zweiteilig ausgebildet, damit eine zweite Reihe von Lichtkanälen 5b' im Gehäuse angeordnet werden kann, und zwar parallel zur Reihe der Lichtkanäle 5b, jedoch gegenüber diesen versetzt, wie es Fig. 13 zeigt. Bis auf die Folgen dieser Versetzung ist der Gehäuseteil 9b1 dem Gehäuseteil 9b der Fig. 6 äquivalent. Zwischen den Gehäuseteilen 8b und 9b' ist ein Gehäuseteil 9b" an¬ geordnet, dessen dem Gehäuseteil 8b zugewandter Teil in bezug auf letzteres die Rolle des Gehäuseteils 9b der Fig. 6 spielt, während dessen dem Gehäuseteil 9b' zuge¬ wandter Teil in bezug auf letzteres die Rolle des Gehäu¬ seteils 8b der Fig. 6 spielt, so dass die Trennebene 7b der Fig. 6 durch zwei Trennebenen 7b' und 7b" der Fig. 13 ersetzt wird.
Die Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung bleibt bei einer Anordnung von mehreren Reihen von Prüf¬ kanälen bzw. Lichtkanälen 5b und 5b', wie beispielsweise in Fig. 13 dargestellt, im wesentlichen die gleiche wie im vorangehenden beschrieben, d.h. die nötigen Anpassun¬ gen sind dem Fachmann naheliegend und es ist nicht nötig, hier darauf einzugehen. Der Klarheit halber sei erwähnt, dass es gegebenenfalls keine Lichtdurchlässe analog den Lichtdurchlässen 15 und 41 gibt, wenn kein Platz dafür vorhanden ist, deren Funktion wird dann von einer licht¬ absorbierenden Ausbildung des Wandung der Lichtkanäle übernommen. Ebenfalls sei erwähnt, dass die Lichtkanäle in Fig. 13 mit den gleichen Proportionen wie in Fig. 6 dargestellt worden sind, es wäre aber möglich und sogar vorteilhaft, die Abstände zwischen den Lichtkanälen (d.h. die Breite der sie trennenden Wandungen) gleich der Brei¬ te der Lichtkanäle selbst zu wählen, so dass die Bereiche des Prüfguts, die von den Lichtkanälen der ersten und der zweiten Reihe erfasst werden, untereinander nicht überlap pen, sondern sich gerade aneinander anfügen, womit die kleinstmögliche und daher wirtschaftlichste Anzahl von Prüfkanälen zur Erfassung eines vorgegebenen Bereichs des Prüfguts erreicht wird. Wenn zwei Reihen von Prüf anälen bzw. Lichtkanälen vorgesehen sind, die einander gleich sind, d.h. die gleiche Anzahl von Prüfkanälen aufweisen, und im wesent¬ lichen parallel zueinander sowie sehr nahe beieinander angeordnet sind, so kann die eine Reihe dem lichtguellen- seitigen Teil und die andere Reihe dem wandlerseitigen Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung zugeordnet sein. so dass beide Teile 10 und 29 der erfindungsgemässen Vor richtung auf derselben Seite des Prüfguts 1 zu liegen kommen. Die Länge des lichtquellenseitigen Teils oder de wandlerseitigen Teils des Lichtkanals kann dabei im we- sentlichen auf Null reduziert werden, und/oder die Wan¬ dung zwischen dem lichtquellenseitigen Teil und dem wand lerseitigen Teil des Lichtkanals kann teilweise ausfal¬ len, sofern der übrigbleibende Teil des Lichtkanals das Lichtbündel des von der Lichtquelle zum Prüfgut gelangen den Lichts genügend begrenzt.
Die Dimensionen der Prüfkanäle brauchen keineswegs die gleichen zu sein. Für diverse Anwendungen kann es zweckmässig sein, beispielsweise vom einen Ende der Reih zum anderen die Lichtkanäle zu vergrössern, oder es kann zweckmässig sein, den lichtquellenseitigen Teil des Lich kanals mit anderer Querschnittsform und/oder Querschnitt fläche auszubilden als den wandlerseitigen Teil des Lich kanals. Insbesondere brauchen die Lichtkanäle nicht unbe dingt die beschriebene viereckige Querschnittsform aufzu weisen, die Querschnittsform kann beispielsweise kreis¬ förmig und der entsprechende Hohlraum kann zylindrisch, aber auch beispielsweise kegelförmig, pyramidenförmig usw. sein.
Die Reihen von Prüfkanälen brauchen auch nicht ge- radlinig zu sein, eine Anordnung entlang einer Kurve, beispielsweise eines Kreisbodens, kann für diverse Anwen dungen zweckmässig sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur gleichzeitigen berührungslosen Prüfung einer Oberfläche oder internen Grenzfläche eines Prüfguts (1) mittels Auflichts oder einer Schicht oder eines räumlichen Abschnitts des Prüfguts (1) mittels zurückgestreuten oder zurückgespiegelten Durchlichts, wobei - die Vorrichtung mindestens eine Lichtquelle (3) und eine Mehrzahl von Prüf anälen umfasst,
- jeder Prüfkanal einen optoelektronischen Wandler (4a) und mindestens einen im Lichtweg zwischen der Licht quelle und dem Wandler angeordneten Lichtkanal (5a) umfasst, in dem ein Strahlenteilerelement angeordne ist,
- jeder Lichtkanal (5a) als zur Begrenzung eines Licht¬ bündels bestimmtes optisches Element ausgebildet ist, - die Lichtkanäle (5a) auf zumindest einem Teil des da¬ rinliegenden Lichtwegs nebeneinander in einem ge¬ meinsamen Gehäuse (6a) angeordnet und als das Gehäuse (6a) durchdringende Ausnehmungen ausgebilde sind, und - das Prüfgut (1) im Lichtweg zwischen der Lichtquelle (3) und dem Wandler (4a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Lichtkanäle (5a) eine gemeinsame Symmetrieebene
(7a) aufweisen, - das Gehäuse (6a) zweiteilig mit in der Symmetrieebene voneinander trennbaren Teilen (8a,9a) ausgebildet ist,
- die Strahlenteilerelemente als Teile eines eine ein¬ zelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse entfernbar angeordneten Strahlenteilers (12) ausgebildet sind, und - die Wandler (4a) am gleichen Gehäuse (6a) wie der Strahlenteiler (12) nebeneinander und je einem Lichtkanal (5a) entsprechend angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die prüfgutseitigen Enden der Lichtkanäle (5a) mit einer Fläche kongruent sind, die parallel zu einer Ober¬ fläche (11) des Prüfguts ausgebildet und angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (3) aus je einem Lichtkanal (5a) entsprechenden Leuchtdioden oder Laserdioden gebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (3) abseits des Gehäuses (6a) ange¬ ordnet und mit den Lichtkanälen (5a) über Lichtleiter (36) verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler (4a) aus je einem Lichtkanal (5a) ent¬ sprechenden Fotodioden gebildet sind, die abseits des Gehäuses (6a) angeordnet und mit den Lichtkanälen (5a) über Lichtleiter verbunden sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, da¬ durch gekennzeichnet, dass jeder Lichtleiter (36) zumin¬ dest teilweise in zumindest einem Teil eines Lichtkanals (5a) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (8a,9a) des Gehäuses (6a) mit ein¬ ander entsprechenden Ausnehmungen (13,14;39,40) versehen sind, die bei Zusammenfügung der Teile (8a,8b;9a,9b) zu- sammen eine Ausnehmung zur Aufnahme der einzelnen Bau¬ gruppe des Strahlenteilers (12) bilden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lichtkanälen (5a) Polarisations- und/oder Farbfilterelemente (38) angeordnet sind, die als Teile eines eine einzelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse (6a) entfernbar angeordneten Polarisations- und/oder Farbfil¬ ters (38) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (8a,9a) des Gehäuses (6a) mit ein- ander entsprechenden Ausnehmungen (13,14;39,40) versehen sind, die bei Zusammenfügung der Teile (8a,8b;9a,9b) zu¬ sammen eine Ausnehmung zur Aufnahme der einzelnen Bau¬ gruppe des Filters (38) bilden.
ιo. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenteilerelemente (12) als Streifenspiegel¬ elemente ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich- net, dass in jedem Lichtkanal (5a) ein zweites Streifen¬ spiegelelement (38) angeordnet ist, dessen Streifen halb¬ durchlässig sind und im wesentlichen den Streifen des als Streifenspiegelelement ausgebildeten Strahlenteilerele- ments (12) entsprechen, wobei die Streifenspiegelelemente (38) als Teile eines eine einzelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse (6a) entfernbar angeordneten halbdurchlässigen Streifenspiegels ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in jedem Lichtkanal (5a) angeordnetes zweites Strah¬ lenteilerelement (38) , wobei die zweiten Strahlenteiler¬ elemente (38) als Teile eines eine einzelne Baugruppe bildenden, im Gehäuse (6a) entfernbar angeordneten zwei¬ ten Strahlenteilers (38) ausgebildet sind, und durch je einen zweiten Wandler (4c) , der gegenüber dem zweiten Strahlenteilerelement (38) wie der erste Wandler (4a) gegenüber dem ersten Strahlenteilerelement (12) angeord¬ net ist.
13. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur 5 Prüfung einer vermeintlich glatten oder regelmässig strukturierten Oberfläche oder internen Grenzfläche des Prüfguts auf deren Unregelmassigkeiten.
14. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur
'10 Prüfung einer lichtdurchlässigen, vermeintlich homogenen oder regelmässig strukturierten Schicht oder eines licht¬ durchlässigen, vermeintlich homogenen oder regelmässig strukturierten räumlichen Abschnitts des Prüfguts auf darin vorliegende Unregelmassigkeiten wie Inhomogenitäten 15 und Einschlüsse.
15. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Prüfung einer vermeintlich stillstehenden Oberfläche oder internen Grenzfläche des Prüfguts auf Lageänderungen
20 dieser Fläche, die beispielsweise durch Bewegung, Schwin¬ gung, Dehnung, Schrumpfung, Wachstum, Niederschlag und ähnliche Ursachen hervorgerufen sind.
•16. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur 25 Prüfung des Rundlaufs einer Welle auf Rundlauffehler, insbesondere Schwingungen, gegebenenfalls in Abhängigkei der Drehgeschwindigkeit der Welle.
17. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur 30 Prüfung einer lichtdurchlässigen, vermeintlich stillste¬ henden Schicht oder eines lichtdurchlässigen, vermeint¬ lich stillstehenden, räumlichen Abschnitts des Prüfguts auf Bewegungen und insbesondere Schwingungen von im Prüfgut vorliegenden Inhomogenitäten oder Einschlüssen 35 wie im Prüfgut schwebende oder suspendierte Teilchen.
18. Verwendung nach einem der Ansprüche 13 und 14, da¬ durch gekennzeichnet, dass man auf der einen Seite des Prüfguts eine Vorrichtung zur Prüfung des Prüfguts mit¬ tels Auflichts oder zurückgestreuten Durchlichts verwen- det und auf der anderen Seite des Prüfguts einen Rückstrahler für das durchgelassene Licht anordnet.
19. Verwendung nach einem der Ansprüche 13 und 14, da¬ durch gekennzeichnet, dass man auf der einen Seite des Prüfguts eine Vorrichtung zur Prüfung des Prüfguts mit¬ tels Auflichts oder zurückgestreuten Durchlichts verwen¬ det und auf der anderen Seite des Prüfguts einen Absorbe für das durchgelassene Licht anordnet.
20. Verwendung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, da¬ durch gekennzeichnet, dass man auf der einen Seite des Prüfguts eine Vorrichtung zur Prüfung des Prüfguts mit¬ tels Auflichts oder zurückgestreuten Durchlichts verwen¬ det und auf der anderen Seite des Prüfguts einen Rück- strahier für das durchgelassene Licht anordnet.
21. Verwendung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, da¬ durch gekennzeichnet, dass man auf der einen Seite des Prüfguts eine Vorrichtung zur Prüfung des Prüfguts it- tels Auflichts oder zurückgestreuten Durchlichts verwen¬ det und auf der anderen Seite des Prüfguts einen Absorbe für das durchgelassene Licht anordnet.
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