DE2749873A1 - Detektoranordnung fuer optische ueberwachung von gegenstaenden - Google Patents
Detektoranordnung fuer optische ueberwachung von gegenstaendenInfo
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Description
Dipl. Ing. Hans-Jürgen Müller ^'H
Dr. rer. nat. Thomas Berendt
Dr.-Ing. Haus Leyh
lucile-Grohn-SfroDc 38 D8Müncfien80
Detektoranordnung für optische überwachung von Gegenständen
809823/0587
Die Erfindung betrifft eine Detektoranordnung für die optische überwachung von Gegenständen.
Vorrichtungen zur optischen Überwachung von Gegenständen
sind bekannt, bei denen Licht in Form eines schmalen Strahles wiederholt über einen Gegenstand oder ein Band
oder eine Bahn geführt wird, die an der Vorrichtung quer zur Abtastrichtung des Lichtstrahles vorbeigeführt wird.
Licht, das von der Bahn reflektiert oder von ihr durchgelassen wird, wird durch einen geeignet angeordneten
Empfänger, der einen Fotodetektor enthält aufgefangen. Das Signal des Fotodetektors für ein fehlerfreies Material
bleibt im wesentlichen konstant während der Abtastung (abgesehen von eventuellen vorhersagbaren Veränderungen
infolge der optischen Eigenschaften des Systems), so daß jede Veränderung der Stärke des empfangenen Lichtes
ein Anzeichen für einen Fehler in der Bahn ist. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung wird maximiert, indem
die Fläche oder der Bereich des Strahles, der auf die Bahn auftrifft, in der Größenordnung der festzustellenden Fehler gehalten wird, so daß das von der Bahn austretende Licht in wesentlich größerem Umfang durch den
Fehler beeinflußt wird.
Eine solche Vorrichtung eignet sich, wenn ein auftretender Fehler von Bedeutung ist oder wenn es erforderlich ist,
die Gesamtzahl von Fehlern zu kennen, sie liefert aber keine Information über die optischen Eigenschaften eines
Fehlers besttgllöh seiner Wirkung auf das auf ihn fallende
Licht, wobei diese Eigenschaften seine Wichtigkeit hinsichtlich der überwachung bestimmen können.
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Detektoranordnung zu schaffen, die In der Lage ist, zwischen
unterschiedlichen Klassen von Fehlern, die unterschiedliche optische Eigenschaften haben, zu unterscheiden.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine Mehrzahl von
Fotodetektoren, von denen jeder während der Abtastung Licht empfängt, das von der abgetasteten Fläche über
einen separaten Bereich von Winkeln quer zur Abtastrichtung abgegeben wird, wobei die Detektoren auf eine
Zunahme oder Abnahme der Stärke des empfangenen Lichtes ansprechen, um ein Detektorsignal mit einer Polarität zu
erzeugen, die die Richtung dieser Änderung anzeigt, ferner durch Signalverarbeitungseinrichtungen zum Zusammenfassen
der Fotodetektorsignale in Summensignale und Differenzsignale und zum Trennen der Summensignale und der Differenzsignale in Kanäle entsprechend ihrer Polarität, sowie
durch Torschaltungen zur Steuerung des Durchgangs dieser Summensignale und der Differenzsignale zu separaten Ausgangsanschlüssen, wobei die dort erscheinenden Signale
ein Anzeichen für die Feststellung eines Fehlers sind, der optische Eigenschaften in wenigstens einer, aber
nicht in allen der Klassen hat.
Zweckmäßigerweise sind zwei Detektoren vorgesehen und die Signalverarbeitungseinrichtung kann einen ersten Verstärker aufweisen zum Empfang und zur Summierung der
beiden Detektorsignale, um das Summensignal zu erzeugen, ferner mit einem zweiten Verstärker, zum Empfangen und
Subtrahieren der beiden Detektorsignale, um das Differenzsignal zu erzeugen, einem ersten Komparator, der mit dem
Ausgang des ersten Verstärkers und mit einer ersten Schwellwertspannung von einer Polarität verbunden ist, um einen
Ausgang zu erzeugen, nur dann, wenn das Saummensignal die Amplitude der Schwellwertspannung dieser einen Polarität
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übersteigt, einem zweiten Komparator, der ebenfalls an den
Ausgang des ersten Verstärkers und an eine zweite Schwellwertspannung entgegengesetzter Polarität geschaltet ist,
um einen Ausgang abzugeben, nur dann wenn das Summensignal die Amplitude des Schwellwertsignals dieser entgegengesetzten
Polarität übersteigt, einem dritten Komparator, der an den Ausgang des zweiten Verstärkers und an eine dritte Schwellwertspannung dieser einen Polarität geschaltet ist, um
einen Ausgang zu erzeugen wenn das Differenzsignal die
Amplitude der dritten Schwellwertspannung dieser einen Polarität übersteigt und der an eine vierte Schwellwertspannung dieser anderen Polarität geschaltet ist, um
einen Ausgang zu erzeugen wenn das Differenzsignal die Amplitude der Schwellwertspannung dieser anderen Polarität
übersteigt.
Die vier Schwellwertspannungen können alle dieselbe Amplitude aufweisen.
Die eine Polarität kann negativ bezüglich Erde sein und eine Reduzierung der Stärke des empfangenen Lichtes anzeigen.
Durch die Torschaltung kann das Summensignal der einen Polarität direkt an eine erste Ausgangsklemme gelegt werden,
ferner können die Differenzsignale beider Polaritäten an eine zweite Ausgangsklemne über ein erstes Tor gelegt werden, wobei das Tor Signale zur zweiten Auegangsklemme durchlast wenn dort ein Differenzsignal der einen
oder der anderen Polarität liegt, und ferner kann durch die Torschaltung das Sunmensignal der anderen Polarität
an die dritte Auagangsklemne über ein zweites Tor gelegt werden, das dieses Summenaignal nur in Abwesenheit eines
Differenzsignales durchlast.
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Die beiden Detektoren können im Abstand voneinander angeordnet sein, um nur Licht in Winkeln auf jeder Seite der
Bahn aufzufangen, das direkt von dem Gegenstand oder der Bahn reflektiert oder durchgelassen worden ist, worauf
am ersten Ausgang ein Signal abgegeben wird, das einen Fehler anzeigt, bei dem es sich entweder um eine Absorbierung
von Licht handelt oder eine örtliche Verschärfung der Lichtverteilung, während der zweite Ausgang ein Signal abgibt,
das einen Fehler anzeigt, der eine Ablenkung des Lichtstrahles hervorruft, und der dritte Ausgang gibt ein
Signal ab, das einen Fehler anzeigt, der eine Zerstreuung des Lichtes oder einen glänzenden oder hellen Fehler auf
einem dunklen Hintergrund hervorruft bzw. bedeutet.
Alternativ können die beiden Detektoren benachbart zueinander angeordnet sein, so daß sie Licht in Winkeln aufnehmen, die den Winkel der direkten Reflexion oder Durchlässigkeit einschließen oder nahe bei diesem liegen, wobei die erste Ausgangsklemme ein Signal abgibt, das einen
Fehler anzeigt, der entweder eine Absorption oder eine Zerstreuung des Lichtes hervorruft, wobei ferner am
zweiten Ausgang ein Signal auftritt, das einen Fehler anzeigt, der eine Ablenkung des Lichtstrahles anzeigt,
während der dritte Ausgang ein Signal liefert, das einen Fehler anzeigt, der entweder eine lokale Schärfung der
Lichtverteilung oder einen Glanzfehler auf einem dunklen
Hintergrund bedeutet.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eignen sich
z.B. dann, wenn eine von alternativen Interpretationen eines Ausgangseignales nicht zulässig ist wegen der
Eigenschaften des Materials des Objektes oder der Bahn, die untersucht wird.
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Es können ferner drei Fotodetektoren nebeneinander angeordnet sein, von denen einer Licht empfängt, das direkt durchgelassen oder reflektiert worden ist, während die beiden
anderen symmetrisch an jeder Seite des ersten angeordnet sind, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung die Summe
dieser drei Fotodetektorsignale erzeugt sowie die Summen- und Differenzsignale der beiden symmetrisch angeordneten
äußeren Detektoren, wobei ein fünfter und sechster Komparator vorgesehen ist, um die Summensignale sämtlicher drei Detektoren
mit dieser einen oder dieser anderen Polarität entsprechend zu trennen und die Torschaltung dritte und vierte Tore umfaßt, um direkt die Signale vom ersten Komparator zu
empfangen, sowie direkt und über einen Inverter die Signale vom fünften Komparator und die die entsprechenden Ausgangssignale durchläßt, die einen Fehler anzeigen, der eine
Absorption und eine lokale Schärfung der Verteilung hervorruft; sowie fünfte und sechste Tore, um über einen
Inverter Signale von dem zweiten Tor und direkt und über einen Inverter entsprechend Signale von dem sechsten
Komparator zu empfangen, wobei diese Tore Signale an entsprechende Ausgangsklemmen geben, die einen Fehler anzeigen, der eine Zerstreuung oder einen Glanz auf einem
dunklen Hintergrund hervorruft.
Die dritten, vierten, fünften und sechsten Tore können NAND-Tore sein und die fünften und sechsten Komperatoren
können so angeordnet sein, daß sie Signale entgegengesetzter Polarität zu denjenigen der ersten und vierten
Tore erzeugen.
Beispielsweise Aueführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 perspektivisch eine überwachungsvorrichtung Mit
einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung zeigt.
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Flg. 2 zeigt, wie die Strahlen von einer Oberfläche
reflektiert werden.
Flg. 3a bis 3d zeigen Verteilungskurven, um die Wirkungen
unterschiedlicher Arten von Fehlern auf das von einer Oberfläche nach Flg. 2 reflektierte Licht
darzustellen.
nach der Erfindung, die zwei Im Abstand angeordnete
Fotodetektoren verwendet, die bezüglich einer Intensltätsvertellungskurve des von der zu überwachenden Fläche reflektierten Lichtes angeordnet
sind.
zwischen den Fotodetektorsignalen und den Arten der Fehler.
Flg. 4c 1st eine Schaltung und sie zeigt die Verarbeitung
der Fotodetektorsignale entsprechend der Tabelle nach Fig. 4b.
Fig. 5a zeigt einen Schnitt durch eine Detektoranordnung ähnlich derjenigen nach Fig. 4a, wobei jedoch die
Fotodetektoren so angeordnet sind, daß sie Licht von benachbarten Teilen des reflektierten Strahles
empfangen.
Fig. 5b ist eine Tabelle, die den Zusammenhang zwischen den Fotodetektorsignalen und unterschiedlichen Arten
von Fehlern der Anordnung nach Fig. 5a zeigt.
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Fig. 6a zeigt einen Schnitt durch eine Detektoranordnung nach der Erfindung mit drei Fotodetektoren sowie
deren Anordnung bezüglich des reflektierten Strahles ausgedrückt als Intensitätsverteilungskurve.
Fig. 6b ist eine Tabelle, die den Zusammenhang zwischen den
Fotodetektorausgängen und den verschiedenen Arten der Fehler zeigt.
nach Fig. 4c, die jedoch eine vollständige Trennung der Fehlertypen in Übereinstimmung mit der Tabelle
nach Fig. 6b ermöglicht.
Eine optische überwachungsvorrichtung nach Fig. 1 umfaßt
einen Laser 11, der einen kontinuierlichen Lichtstrahl 12 erzeugt, der mit Hilfe eines rotierenden mit einer Vielzahl von Facetten versehenen Spiegels 15 auf eine Fläche
gerichtet wird, die sich in Richtung des Pfeiles 14 bewegt. Der Spiegel ist so angeordnet, daß der Strahl die
Oberfläche in Richtung des Pfeiles 16, quer zur Bewegungsrichtung der Oberfläche abtastet. Das von der Oberfläche
während der Abtastung reflektierte Licht wird in einem
Empfänger 17 aufgefangen, der einen Detektor 18 in einem
Gehäuse 19 umfaßt, das bezüglich der Fläche in Richtung der relativen Bewegung geneigt ist, um das reflektiert«
Licht von der Fläche zu empfangen. Der Fotodetektor kann so ausgebildet sein, daß er während der Abtastung einer
gegebenen Fläche einen Signalausgang mit im wesentlichen konstanter Amplitude erzeugt. Eine Änderung der Amplitude,
entweder eine lunahme oder ein· Abnahme, ist ein Anzeichen
eines Fehler· In der Fläch·, der se einer Zunahme oder Abnahme der Stärke des empfangenen Lichtes führt und positiv
gehende, sogenannt· weiße, oder negativ gehend·, sogenannte
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schwarze, Fotodetektorsignale erzeugt.
Gemäß Flg. 2 fällt der Strahl 12 auf eine Fläche 13 In
einem Winkel oi zur Normalen der Fläche und er wird In
Winkeln £( + ü reflektiert als Folge der Oberflächeneigenschaften und Ungleichmäßigkeiten.
Fig. 3a zeigt eine typische Verteilungskurve für reflektiertes Licht, und zwar den Zusammenhang zwischen der Stärke I und
dem Winkel L> . Der Empfänger 18, 19 ist so angeordnet, daß
er Licht empfängt, das hauptsächlich im Winkel K reflektiert
worden ist, die Öffnung ist jedoch breit genug, um Licht in einem Winkel V zu empfangen, der ausreicht, um zu gewährleisten, daß eine maximale Lichtmenge auf den Fotodetektor
fällt.
Der Fotodetektor stellt einen Fehler fest aufgrund eines Wechsels der Stärke des empfangenen Lichtes, als Folge
einer Veränderung der Verteilungskurve, er kann jedoch nicht die Art der Änderung unterscheiden und
<fen Fehler weiterhin identifizieren.
Fig. 3b, 3c und 3d zeigen in ausgezogenen Linien typische IntensitätsVerteilungskurven für Licht, das von einer
Fläche empfangen worden ist, wobei diesen Kurven andere Formen überlagert sind, die die Kurven annehmen, wenn
das Licht auf unterschiedliche Typen von Fehlern auftrifft,
die in fünf Hauptklassen fallen. Fig. 3b zeigt gestrichelt die Verteilungskurve eines absorbierenden Fehlers (A), der
zu einer Reduzierung der Gesamtmenge des reflektierten Lichtes führt. Die strichpunktierte Linie zeigt eine Zunahm· der reflektierten Lichtmenge infolge eines glänzenden
Fehlers auf einem dunklen Hintergrund. Da dies die entgegengesetzte Wirkung als ein absrbierender Fehler hat, wird dieser
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als ein A- Fehler klassifiziert. Fig. 3c zeigt gestrichelt die Wirkung eines Lichtzerstreuungsfehlere (S), der zu
einer Verbreiterung der Kurve führt und die strichpunktierte Linie zeigt die Wirkung eines Liehtkonzentrierungsfehlers S-,
bei welchem eine lokale Verschärfung oder Konzentration des reflektierten Lichtstrahles auftritt. Fig. 3d zeigt
gestrichelt die Wirkung eines Lichtablenkfehlers (D), der eine zeitweilige Verschiebung der Achse der Verteilungskurve hervorruft. Diese Verschiebung erfolgt temporär
in jeder Richtung, worauf sie wieder in ihre normale Position zurückkehrt.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Detektoranordnung, wie in Fig. 4a gezeigt, zwei Gehäuse 18a und 18b,
die je einen Fotodetektor 19a und 19b enthalten, die Detektorsignale entsprechend über Leitungen 20a und 20b
abgeben. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird das Signal des Fotodetektors 19a und der zugehörige Kanal,
den es einnimmt, mit 1 bezeichnet und das Signal des Fotodetektors 19b und der zugehörige Kanal wird mit 2
bezeichnet. Fig. 4a zeigt ferner den Zusammenhang zwischen den beiden Fotodetektoren und dem Winkel j? . Betrachtet
man die Wirkungen der fünf Klassen von Fehlern auf die Detektorsignale, so zeigt die Tabelle nach Fig. 4b in den
beiden linken Spalten die Detektorsignale, die auf den
Kanälen 1 und 2 zu erwarten sind, wobei zu beachten ist, dafl ein B Signal eine Abnahme der Stärke des empfangenen
Lichtes und ein W Signal eine Zunahme bedeuten. Die Wirkung eines D Fehlers kann in jeder Richtung liegen. Die nächsten
beiden Spalten zeigen die Signale, die bei einer Kombination der Signale (1 + 2) und (1 - 2) erhalten werden und die
Schaltung nach Fig. 4c zeigt, wie diese Signalkomftinationen entstehen.
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Die Signale der Kanäle 1 und 2 werden In dem Summierverstärker
41 summiert, um ein Signal (1 +2) zu erzeugen
und sie werden subtrahiert in einem Differenzverstärker 42, um ein Signal (1 - 2) zu erzeugen. Der Ausgang des Verstärkers
41 wird an erste und zweite Komparatoren 43 und 44 gegeben. Der erste Komparator 4 3 wird ferner mit einer
negativen Schwellwertspannung gespeist, so daß er ein Signal erzeugt nur dann, wenn die Summe (1 +2) negativ
gehend ist, d.h. B, und der zweite Komparator 44 wird mit einer negativen Schwellwertspannung gespeist, um ein
Signal nur dann zu erzeugen, wenn die Summe (1 +2) positiv gehend ist, d.h. W. Ähnlich wird das Differenzsignal
(1 - 2) an dritte und vierte Komparatoren 45 und 46 gelegt, die auf B und W Polaritäten der Signale ansprechen.
Die Signale werden von den Komparatoren an eine Torschaltung 47 gegeben. Der Ausgang des Komparators 43 wird direkt an
eine erste Ausgangsklemme 48 gelegt. Der Ausgang der Komparatoren 45 und 46 wird an ein erstes NAND-Tor 49
gelegt, das ein Ausgangssignal an eine zweite Ausgangsklemme 50 gibt. Der Ausgang der Komparatoren 45 und 46
und der des Komparators 44 wird ebenfalls an ein zweites NAND-Tor 51 gelegt, das ein Ausgangssignal an eine dritte
Ausgangsklemme 52 gibt.
Betrachtet man die Arbeitsweise anhand der Tabelle von Fig. 4b, so ist ein Signal, das an der ersten Ausgangsklemme 48 erscheint,
ein Anzeichen für ein B Signal im Summier-Kanal, d.h. es handelt sich um einen A oder S-Fehler. Ein Signal
an der zweiten Ausgangsklemme 50 zeigt ein Signal einer beliebigen Polarität in dem (1 - 2) Kanal an, was, wie
sich aus der Tabelle ergibt, ein Zeichen für einen D Fehler ist.
Der Ausgang des Komparators 44 zeigt ein W auf dem Summier-
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Kanal an und somit einen S, A- oder D Fehler. Das NAND-Tor 51 sperrt den Durchgang eines Signales wenn ein Differenzsignal irgendeiner Polarität auftritt, wodurch ein Ausgangssignal an der dritten Ausgangsklemme aufgrund eines D Fehlers
verhindert wird. Jedes Ausgangssignal, das auftritt, ist somit die Folge eines S oder A- Fehlers. Die drei rechten
Spalten in der Tabelle zeigen den Zusammenhang zwischen den Fehlertypen und dem Auftreten eines Signals (dargestellt
als eine 1) an den Ausgängen.
Eine ähnliche Anordnung, «lie geeignet ist für eine beschränkte
Anzahl von Fehlern, kann verwendet werden, wobei die erste und die dritte Ausgangsklemme Signale erzeugen, die ein
Anzeichen für mehr als einen Fehlertyp sind, jedoch in einer unterschiedlichen Kombination gegenüber der oben
beschriebenen Anordnung. Unter Bezugnahme auf die Fig. 5a und 5b sind die Empfängergehäuse 18a und 18b benachbart zueinander angeordnet und nur getrennt durch eine sehr dünne
Zwischenwand, entsprechend einem Winkel I)=O. Die Empfänger haben schmale öffnungen, um Licht zu empfangen, das unmittelbar von jeder Seite des Winkels der direkten Reflexion
reflektiert worden ist. Aus der Tabelle ergibt sich, daß das Signal der Kanäle 1 und 2 B ist für einen A Fehler, W für
einen A- Fehler, W und B entsprechend oder Ii und W entsprechend für einen 1) Fehler und unverändert für einen S odor S- Fehler.
Betrachtet man die Summensignalu und din Differenzsignale
(1 ♦· 2) und (1 - 2), so sieht man, daß die erste Ausgangsklemme 48 ein Signal abgibt, das einen A oder S Fehler .inzeigt, daß die dritte Ausgangsklemnie 52 ein Signal abgibt,
das einen S- oder A- Fehler anzeigt, und daß die zweite Au.sgangsklemme 19 ein Signal liefert, da.i einen D Fehler
anzeigt.
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Klassifizierung der fünf Typen von Fehlern. Fig. 6a zeigt
eine Anordnung von drei benachbarten Gehäusen und Detektoren, einen mittleren Detektor zum Empfang von Licht, das direkt
reflektiert worden ist, um ein Fotodetektorsignal über
einen Kanal 3 zu erzeugen, sowie symmetrisch auf beiden seiner Seiten angeordnete äußere Detektoren, die Signale
über Kanäle 1 und 2 abgeben, wie bei der Anordnung nach Fig. 4a. Fig. 6b zeigt eine Tabelle der Fotodetektorsignale,
die auf jedem Kanal aufgrund der entsprechenden Fehler erzeugt werden und die Polarität der Signale als
Summen- und Differonzsignale für die Kanäle 1 und 2 sowie
das Summensignal der Kanäle 1, λ und 3. Die Signale der Kanäle 1 und 2 sind wie bei den im Abstand liegenden
Detektoren der Fig. 4 und das Signal auf dem Kanal 3 ist B für A, D und S Fehler, da das aufgefangene Licht abnimmt,
und W für S- und A- Fehler, da das aufgefangene Licht im direkten Heflexionswinkel zunimmt.
Die drei Detektorsignale werden in der in der Tabelle gezeigten Weise zusammengefaßt, d.h. (1 +■ 2), (1 - 2) und
(1 + 2 + 3) unter Verwendung der Schaltung nach Fig. 6c. Die Fotodotektorsignale von den Kanälen 1 und 2 werden
summiert und subtrahiert in Verstärkern 61 und 62 und die Signal«; (1 f 2) und (1-2) werden getrennt in 13 und
W Kanäle durch erste bis vierte Komparatoren 6 3 bis 66.
Das Fotodetektor?? ii)nal 3 wird summiert mit dem AUiJ(J1IHtI
des Vorst.irkors 6 1 im Vorstärker 67, um ein Siqn.il
(1 l· 2 + J) zu «rzomjon, das in IJ und W Kan.ilo durch
fünfte und iochsto Koiupar.itoren 61} und 6') entsprechend
getrennt wird.
Die Ausgang« d«r Komp ir.itoren w«rd«n über «in« lorsch.iltung
/O an AiiKij.iiiijük lenm«n go lugt.
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Die Ausgänge der dritten und vierten Komparatoren 65 und werden an ein erstes NAND-Tor 71 gegeben (entsprechend dem
ersten Tor 48 von Fig. 4b) und von dort an eine zweite Ausgangsklemme 62 gelegt» um ein Ausgangssignal zu erzeugen,
das die Feststellung eines D Fehlers anzeigt. Die Ausgänge der Komparatoren 65 und 66 werden mit dem Ausgang des
zweiten !Comparators 64 an ein zweites NAND-Tor 73 gegeben,
um sicherzustellen, daß kein W Signal über den W Kanal läuft wenn ein (1-2) Signal verfügbar ist.
Die Ausgänge des ersten Komparators 63 werden direkt an einen Eingang eines dritten NAND-Tores 74, das zwei Eingänge hat, und an einen Eingang eines vierten NAND-Tores
75, das ebenfalls zwei Eingänge hat, gelegt, wobei der zweite Eingang vom fünften Komparator direkt zum Tor 74
und über einen Inverter 76 zum Tor 75 kommt. Die Ausgänge der Tore 74 und 75 werden entsprechend an Ausgangsklemmen 77 und 78 gegeben. Die Torschaltung dient dazu,
zwischen zwei möglichen Fällen zu unterscheiden, nämlich ob ein B Signal in dem Kanal (1+2) oder auf dem Kanal
(1+2+3) erscheint. Die Ausgangsklemme 77 liefert so ein Ausgangssignal wenn ein S- Fehler festgestellt worden
ist und die Klemme 78 liefert ein Ausgangssignal wenn ein A Fehler festgestellt worden ist.
Der Ausgang des zweiten Komparators wird über ein zweites
Tor 73 und einen Inverter 79 an einen Eingang eines fünften Zwei-Eingangs-NAND-Tores 80 und an einen Eingang eines
sechsten Zwei-Eingangs-NAND-Tores 81 gegeben. Der Ausgang des Komparators 69 wird direkt an den anderen Eingang des Tores 80 und über einen Inverter 82 an den anderen Eingang des Tores 81 gegeben. Die Tore speisen
Ausgangsklemmen 83 und 84 entsprechend und dienen zum Trennen von W Signalen auf dem Kanal (1 + 2), in Uberein-
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XO
stlnunung damit, ob das (1+2 + 3) Signal weiß 1st oder
nicht. Somit erzeugt die Ausgangsklemme 83 ein Signal
bei Feststellung eines S Fehlers und die Ausgangsklemme
erzeugt ein Signal bei Feststellung eines A- Fehlers. Die
fünf rechten Spalten der Tabelle In Flg. 6b zeigen die Zusammenhänge zwischen den Fehlern und den Signalen, die
an den Ausgangsklemmen der Schaltung erscheinen.
Die Schaltung nach Fig. 6c ist nur schematisch dargestellt, sie ist jedoch in der Praxis nach Standardmethoden und mit
Standardelementen aufgebaut.
Für die verwendete Anzahl von Fotodetektoren werden in den beschriebenen Ausführungsformen nur zwei Schwellwertpegel
angegeben, d.h. B und W. Es können jedoch auch mehrere Schwellwertpegel verwendet werden, so daß gemischte Antwortsignale
ermöglicht werden, d.h. die Anordnung ist nicht auf reine Signale jedes Typs beschränkt.
Die D Fehler, die zu einer Ablenkung des reflektierten Strahles führen, können die Folge unterschiedlicher Auswirkungen
sein, einige können auf die Fläche und einige auf die Wirkungen des Uberwachungssystems zurückgeführt
werden. Instabilitäten der Vorrichtungen und der Naschinen, wie z.B. Oberflächenschlagen oder Maschinenschwingungen,
können Ablenksignale hervorrufen mit langem Response relativ zur Abtastzeit. Vorsprünge in der Fläche erzeugen
Signale mittlerer Dauer während Flächenstrukturen-Signale mit kurzer Dauer erzeugen. Der D Ausgang an der
Klemme 48 (Fig. 4c) oder 71 (Fig. 6c) kann daher an ein geeignetes Filternetzwerk (nicht gezeigt) gelegt werden,
um die D Response-Signale abhängig von ihrer Dauer weiter zu trennen.
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Die vorstehenden Ausführungsformen wurden anhand einer
Reflexion von einer Oberfläche beschrieben, sie können jedoch auch in gleicher Weise auf Licht angewendet werden, das aufgenommen wird, nachdem es durch die Materialbahn hindurchgegangen ist.
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Claims (10)
- PatentansprücheDetektoranordnung für optische überwachungsvorrichtungen zur Feststellung von Fehlern an einem Gegenstand oder einer Bahn, insbesondere zur Unterscheidung von verschiedenen Klassen von Fehlern, die unterschiedliche optische Eigenschaften haben, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Fotodetektoren zur Aufnahme von Licht, das von dem abgetasteten Bereich ausgeht über einen separaten Bereich von Winkeln quer zur Abtastrichtung, und die auf eine Zunahme oder Abnahme der Stärke des empfangenen Lichtes ansprechen, um ein Detektorsignal mit einer Polarität zu erzeugen, die den Richtungssinn dieser Änderung angibt, ferner durch Signalverarbeitungseinrichtungen zum Zusammenfassen der Detektorsignale in Summensignale und Differenzsignale und zum Trennen der Summensignale und der Differenzsignale auf Kanäle in Übereinstimmung mit ihren Polaritäten, sowie durch Torschaltungen zur Steuerung des Durchgangs der Summensignale und der Differenzsignale an separate Ausgangsklemmen, wobei das Erscheinen der Signale an den letzteren ein Anzeichen für die Feststellung eines Fehlers ist, der optische Eigenschaften in wenigstens einer der Klassen aufweist.
- 2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Detektoren vorgesehen sind, daß ferner die SJgialverarbeitungseinrichtung einen ersten Verstärker aufweist, um die beiden Detektor signale zu empfangen und zu summieren, um das Summen signal zu erseugen, sowie einen zweiten Verstärker, um die beiden Detektorsignale zu empfangen und zu subtrahieren,809823/0587um das Differenzsignal zu erzeugen, einen ersten Komparator, der an den Ausgang des ersten Verstärkers und an eine erste Schwellwertspannung einer Polarität geschaltet ist, um einen Ausgang nur dann zu erzeugen, wenn das Summensignal die Amplitude der Schwellwertspannung übersteigt und von dieser einen Polarität ist, einen zweiten Komparator, der ebenfalls an den Ausgang des ersten Verstärkers und an eine zweite Schwellwertspannung entgegengesetzter Polarität geschaltet ist, um einen Ausgang nur dann zu erzeugen, wenn das Summensignal die Amplitude des Schwellwertsignals dieser entgegengesetzten Polarität übersteigt, einen dritten Komparator, der mit dem Ausgang des zweiten Verstärkers und einer dritten Schwellwertspannung dieser einen Polarität verbunden ist, um einen Ausgang nur dann zu erzeugen, wenn das Differenzsignal die Amplitude der dritten Schwellwertspannung in dieser einen Polarität übersteigt, sowie einem vierten Komparator, der an den Ausgang des zweiten Verstärkers und an eine vierte Schwellwertspannung dieser einen Polarität geschaltet ist, um dann einen Ausgang zu erzeugen, wenn das Differenzsignal die Amplitude der Schwellwertspannung dieser einen Polarität übersteigt.
- 3. Detektoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vier Schwellwertspannungen alle dieselbe Amplitude haben.
- 4. Detektüranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Polarität negativ bezüglich Erde ist und eine Reduzierung der Intensität des empfangenen Lichtes anzeigt.809823/0587
- 5. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß durch die Torschaltung das Summensignal der einen Polarität direkt an eine erste Ausgangsklemme gelegt wird, daß die Differenzsignale beider Polaritäten an eine zweite Ausgangsklemme über ein erstes Tor gelegt werden, durch das die Signale an die zweite Ausgangsklemme gegeben werden, wenn dort ein Differenzsignal der einen oder der anderen Polarität liegt, und daß durch die Torschaltung das Summensignal der anderen Polarität an eine dritte Ausgangsklemme über ein zweites Tor gelegt wird, durch das das Summensignal nur in Abwesenheit eines Differenzsignales durchgelassen wird.
- 6. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Detektoren im Abstand angeordnet sind, um nur Licht in Winkeln auf beiden Seiten des Weges des direkt von dem Gegenstand oder der Bahn reflektierten oder durchgelassenen Lichtes aufzufangen, so daß die erste Ausgangsklemme ein Signal liefert, das einen Fehler anzeigt, der Licht absorbiert oder eine örtliche Schärfung der Lichtverteilung hervorruft, während die zweite Ausgangsklemme ein Signal abgibt, das einen Fehler anzeigt, der eine Ablenkung des Lichtstrahles erzeugt und die dritte Ausgangsklemme ein Signal abgibt, das einen Fehler anzeigt, der entweder eine Zerstreuung des Lichtes oder einen Glanz auf einem dunklen Hintergrund erzeugt.
- 7. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektoren benachbart zueinander angeordnet sind, um Licht in Winkeln zu empfangen, das den Winkel der direkten Reflexion oder Durchlässigkeit sowie eng benachbarte Winkel umfaßt, so daß die erste Ausgangsklemme ein Signal abgibt, das einen809823/0587Fehler anzeigt, der entweder eine Absorption oder eine Zerstreuung des Lichtes hervorruft, während die zweite Ausgangsklemme ein Signal erzeugt, das einen Fehler anzeigt, der eine Ablenkung des Lichtstrahles hervorruft und die dritte Ausgangsklemme ein Signal abgibt, das einen Fehler anzeigt, der entweder eine lokale Schärfung der Lichtverteilung oder einen Glanz auf einem dunklen Hintergrund hervorruft.
- 8. Detektoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein dritter Fotodetektor zwischen den beiden anderen angeordnet ist, um Licht zu empfangen, das direkt durchgelassen oder reflektiert worden ist, daß ferner durch die Signalverarbeitungseinrichtung die Summe der drei Fotodetektorsignale erzeugt wird, sowie die Summensignale und die Differenzsignale der beiden symmetrisch angeordneten äußeren Detektoren, daß ferner fünfte und sechste Komparatoren vorgesehen sind, um die Summensignale aller drei Detektoren dieser einen oder dieser anderen Polarität entsprechend zu trennen und daß die Torschaltung dritte und vierte Tore umfaßt, um direkt die Signale vom ersten Komparator und direkt und über einen Inverter die Signale vom fünften Komparator zu empfangen und Signale an die entsprechenden Ausgangsklemmen zu geben, die einen Fehler anzeigen, der eine Absorption und eine örtliche Verschärfung der Verteilung anzeigt, daß ferner fünfte und sechste Tore vorgesehen sind, um über einen Inverter Signale vom zweiten Tor zu empfangen und direkt sowie über einen Inverter Signale vom sechsten Komparator, worauf diese Tore Signale an die entsprechenden Ausgangsklemmen geben, die einen Fehler anzeigen, der eine Zerstreuung oder einen Glanz auf einem dunklen Hintergrund erzeugt.809823/0587
- 9. Detektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die dritten, vierten, fünften und sechsten Tore NAND-Tore sind und daß die fünften und sechsten Komparatoren so angeordnet sind, daß sie Signale entgegengesetzter Polarität zu denjenigen der ersten bis vierten Komparatoren erzeugen.
- 10. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß eine Filterschaltung vorgesehen ist, um Signale von der zweiten Ausgangsklemme aufzunehmen und die Signale an verschiedene Ausgangsklemmen abhängig von der Dauer der Signale zu legen.809823/0587
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