DE2001049C - Photoelektronische Anordnung zur Messung der Remission - Google Patents

Description

c) die Auswer.».!schaltung enthält einen Integrator (18) zur Integration des auf den gespeicherten Remissionswert des Standards bezogenen Remissionswertes ier zu prüfenden Oberfläche (7) über die abgetastete Strecke derselben.

2. FhotoeleHronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlersignal über den regelbaren Verstärker (17) einerseits auf den Integrator (18) und andererseits auf eine Vergleicherstufe (20) geschaltet ist, welche letztere das Wandlersignal mit einem Referenzsignal vergleicht, daß das so erhaltene Differenzsignal über einen nach Maßgabe der Abtastung gesteuerten Schalter (21) auf den Speicher (22) geschaltet ist.

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Die Erfindung betrifft eine photoelektronische An-Ordnung zur Messung der Remission diffus reflektierender Oberflächen durch Vergleich mit einem Standard, bei welcher ein Abtastlichtstrahi auf die Oberfläche geworfen und der von der Oberfläche remittierte Anteil des Lichts auf einen photoelektrischen Wandler geleitet und mittels einer von dem Wandlersignal beaufschlagten Auswerterschaltung mit von dem Standard remittiertem Licht verglichen wird.

Photoelektronische Remissionsmeßgeräte dienen zum Messen der Remission diffus reflektierender Oberflächen. Sie werden dort eingesetzt, wo Helligkeitsdifferenzen von Körperfarben so gemessen werden, wie sie vom Auge beurteilt werden. Dieses ist z. B. der Fall bei Back-, Rost- und Trocknungsprozcssen, bei denen die Oberflächen eine bestimmte Hclligkeitsskala durchlaufen oder bei Sortiervorgangen, bei denen z. B. die Oberflächen von Papieren auf ihren Hclligkcitsgrad untersucht und anschließend aussoMiert werden.

Die nishcr bekannten Geräte arbeiten meistens nach dem Zwcisfahlverfahren, wobei ein MeLilichtstrahl auf das zu prüfende Objekt und von dort auf einen photoelektronischen Wandler und ein Vergleichslichtstrahl, der von der gleichen Lichtquelle ausgeht, entweder direkt auf den Wandler oder über eine Soll-Oberfläche auf den Wandler fällt. Im ersten Fall ist zur Einstellung des SoHwertes im Vergleichsstrahlgang eine einstellbare Blende angeordnet. Meß- und Vergleichslichtstrahl sind zur Charakterisierung verschieden moduliert. Durch den photoelektrischen Wandler nachgeschaltete Ausν srteschaltungen wird auf Grund der Helligkeitswerte von Meß- und Vergleichslichtstrahl der Remissionsgrad, d. h. die Helligkeit der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.

_1t ^Diese Zweistrahlgeräte sind sehr aufwendig vor ^allem. ™ optisch-mechanischen Bereich. Auch konnen sich durch die unterschiedlichen optischen Wege ^d" ^zw" ^{Strahlen Fehler in das} Meßergebnis einschleichen.

Auch sind diese Gerate nur fur ganz bestimmte _{Anwendungsfä}„_{e geeignet}. _{Mit diese}* Geräten ist es _{z B nicht} ⁶ _{mö Hc}£ _d£ _Remission ^ßerer Flächen, _{z B} p_ap_ierbahn_£n, zu bestimmen Bei den bekann_{ten Geräten wird nämlkh em Lichtfleck} bestimmter Größe auf die .-u prüfende Oberfläche geworfen und _{das rem}j_ttj_erte Lj_cu_t gemessen. Es wird also nur ein kleiner Teil einer größeren Oberfläche erfaßt. Ist die gesamte Oberfläche von gleicher Beschaffenheit, so j_st ein derartiges Gerät am Platze.

will man aber die Remission einer ganzen Fläche ermitteln, bzw. den Mittelwert der Remission aller abgetasteten kleinen Flächen, so wäre dieses mit den bekannten Remissionsmeßgeräten ein schwieriges und aufwendiges Unterfangen.

Es ist eine Vorrichtung zur Überwachung von bahn- oder blattförmigen Erzeugnissen auf Fehlerstellen (Flecke oder Löcher) bekannt, bei welcher ein Abtastlichtstrahi über eine zu prüfende Oberfläche geleitet wird und das diffus reflektierte Licht auf photoelektrische Empfänger fällt. Bei der Abtastung einer Oberfläche ohne Fehlerstellen ergibt sich ein unregelmäßiges Signal mit einem gewissen Störpegel. Zu erkennende Fehlerstellen erzeugen demgegenüber Signalspitzen, die deutlich aus diesem Störpegel herausragen. Diese herausragenden Signalspitzen werden von einer Abschneidestufe erfaßt. Durch Röhrenalterung oder sonstige Veränderungen kann sich das Niveau des normalen Störpegels verschieben und damit dessen Lage zu dem Schwellwert der Abschneidestufe. Um dieses zu verhindern, ist bei der bekannten Anordnung (deutsche Auslegeschrift 1 127 109) eine Klemmschaltung vorgesehen, weiche das Niveau des Störpegels zu Beginn jeder Abtastung auf einen vorgegebenen Wert festlegt, der an einem Potentiometer einstellbar ist. Bei der bekannten Anordnung wird der Abtaststrahl zu Beginn jeder Abtastung der zu prüfenden Oberfläche über einen Standard geleitet. Das von dem Standard herrührende Wandlersignal wird dort jedoch nicht automatisch l.iit dem von der zu prüfenden Oberfläche herrührenden Signal verglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Messung der Remission einer größeren Fläche zu schaffen, die mit einfachen Mitteln einen Vergleich der Remission der zu vermessenden Fläche mit einem Standard gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Vereinigung der nachstehenden Merkmale:

a) Der Abtastlichtstrahl ist in an sich bekannter Weise durch optische Ablenkmittel ablenkbar, derart, daß er zunächst über einen Standard und dann über die zu prüfende Oberfläche geführt wird;

b) die Auswirterschaltung enthält eine Speicherschaltung zum Speichern des Remissionswertes des Standards und einen Regler zum Nachregeln eines für Standard und Probe gemeinsamen Verstärkers:

c) die Auswerterschaltung enthält einen Integrator zur Integration des auf den gespeicherten Remissionswert des Standards bezogenen RemissionswerLjs der zu prüfenden Oberfläche über ^1S die abgetastete Strecke derselben.

Es wird also das an und für sich für die Erkennung von Unregelmäßigkeiten in Papieroberflächen bekannte Fahrstrahlprinzip (siehe z. B. deutsche ao Offenleguiigsschrift 1422 235) für die Messung der Remission von Oberflächen benützt. Die Remission entspricht dem von der Oberfläche remittierten Anteil des Lichtes und die gemessene Remission ist also abhängig von der Beleuchtungsstärke des einfallen- as den Lichtes, von dem auf dem optischen Weg verlorengegangenen Licht, von dem tatsächlichen Arbeitspunkt des photoelektrischen Wandlers sowie der nachgeschalteten Verstärker und von verschiedenen anderen Größen, die sich mit Änderung der Spannungsversorgung und der Umwelteinflüsse und durch Alterungserscheinungen laufend ändern.

Dadurch, daß bei der Erfindung auf dem gleichen optischen Weg und mit den gleichen Mitteln — nur zeitlich vernetzt — laufend die Remission eines Standards, dessen tatsächliche Remission bekannt ist, gemessen und zum Vergleich herangezogen wird, läßt sich eine genaue Aussage über die Remission der abgetasteten Oberfläche machen. Somit ergeben sich nicht nur die Vorteile der bekannten, aber viel <o aufwendigeren Zweistrahlmeßgeräte (kein Einfluß der Är ^Jerung der Lampenhelligkeit), sondern die Erfindung weist weiteren die Vorteile auf, daß für die Vergleichsmessung der gleiche optische Weg wie für die Messung verwendet wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß mit der Erfindung eine sehr schnelle Meßwerterfassung für eine große Fläche möglich ist.

Im Gegensatz zu dem vorbekannten Fehlersuchgerät erfolgt nach der Erfindung eine Integration des Remissionswertes, die es gestattet, unter gleichnriäßigen Bedingungen die mittlere Remission einer relativ großen Oberfläche zu erfassen. Eine solche Integration wäre bei einem Fehlersuchgerät nicht sinnvoll. Sie bietet aber den Vorteil, daß die Remission größerer Flächen unter gleichmäßigen Bedingungen in allen Punkten der Fläche gemessen wird, ohne daß es erforderlich wäre, etwa die gesamte Fläche gleichzeitig in vollständig gleichförmiger Weise auszuleuchten und entsprechend zu beobachten.

Dem Integrator wird dabei in jedem Augenblick bei der Abtastung der zu prüfenden Oberfläche der auf den Standard bezogene Remissionswert zugeführt.

Soll z. B. der Remis-ionswert einer nicht einheitlichen Oberfläche, wie z. B. einer Banknote, ermittelt werden, so sind die Remissionswerte an diskreten Stellen uninteressant, da diese wenig über die Beschaffenheit, z. B. über die Verschmutzung, der Gesamtoberfläche aussagen. Mit der Erfindung wird die Remission über eine gewisse Strecke, z. B. über eine Breite der Banknote, gemessen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur einzelne diskrete Fehlstellen, sondern die Verschmutzung einer Oberfläche festzustellen. Ein Auslösesignal, z. B. für das Aussortieren einer verschmutzten Banknote, wird nur dann gegeben, wenn die Verschmutz!.ng auf einer gewissen Fläche ein bestimmtes Maß überschreitet.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 und 2 zeigen in Seitenansicht und Draufsicht das optische Schema prinzipiell;

F i g, 3 zeigt ein Beispiel der beim Abtasten entstehenden Impulsdiagramme;

F i g. 4 zeigt Jie elektronische Auswerteschaltyng im Prinzip.

Die Lichtquelle 1 leuchtet ub^rr die Kondensorlinse 2 den Spalt 3 aus. Der Spalt 3 wird in nicht dargestellter Weise über einen rotierenden Polygonspiegel 4 und einen Hohlspiegelstreifen 5 auf einer abzutastt.iden Fläche 7 bzw. einem Standard 8 abgebildet. Das Spaltbild wird durch eine sich quer über die Fläche und den Standard 8 erstreckende Zylinderlinse 6 zu einem scharfen Punkt zusammengezogen. Hinter dem Spalt 3 ist ein geneigter Teilerspiegel 9 angeordnet. Durch die verspiegelten äußeren Zonen dieses Spiegels wird das von der Oberfläche? bzw. dem Standard 8 remittierte Licht, welches von der Oberfläche in einem großen Raumwinkel remittiert und von der Zylinderlinse 6 erfaßt und gesammelt wird und den gleichen optischen Weg wie das Sendelicht, aber rückwärts, nimmt, über die Linse 10 auf dem photoelektronischen Wandlern gesammelt. Es ist zu sehen, daß nur das von der Oberfläche remittierte Licht auf den photoelektronischen Wandler 11 gelangt. Durch glänzende Stellen in der Oberfläche reflektiertes Licht würde in der Einfallsrichtung zurückgeworfen und durch den mittleren, nicht verspiegelten Teil des Spiegels 9 nindurAtreten und nicht auf den Wandler 11 fallen.

Durch den sich drehenden Polygonspiegel 4, der im Brennpunkt des Hohlspiegels 5 angeordnet ist und in gezeigtem Ausführungsbeispiel vier Spiegelflächen aufweist, wird der von der Lichtquelle 1 einfallende Lichtstrahl über die gesamte Höhe des Hohlspiegelstreifens 5 ausgelerkt. Nach Reflexion entsteht also ei;, wandernder, zu sich selbst paralleler Lichtstrahl, der über die gesamte Breite der Oberfläche 7 und den Standard 8 ausgelenkt wird. Die Obeifläche 7, bei der es sich um bandförmiges Material oder z. B. um Banknoten handeln kann, die nacheinander in Pfeilrichtung (F/ρ 1) an der Abtasteinrichtung vorbeigeführt werden, werden also zeilenweise abgetastet. So wird sehr einfach die Abtastung einer Fläche ermöglicht. Dieses Abtasten von Oberflächen ist an sich bekannt und nicht Gegenstand dieser Anmeldung.

Unter a) in Fig. 3 sind noch einmal Standard 8 und Oberfläche 7 dargestellt, die sich jetzt wie in Fig. 2- senkrecht zur Zeichenebene bewegen möge. Der Lichtfleck möge sich von links nach rechts bewegen.

Die photoelektronischen Wandler 12, 13, 14, 15, die auch von dem Lichtstrahl beaufschlagt werden, geben Anfang und Ende der einzelnen Abtastvorgänge an. Dieses ist unter b) gezeigt. Unter c) ist das Ausgangnsigna! des photoclektrischen Wandlers 11 dargestellt, das dem vom Standard 8 bzw. der Ober-

fläche 7 remittierten Licht entspricht. Es ist zu erkennen, daß die Remissionswerte über eine Zeile der Oberfläche verschieden sind.

In Fi g. 4 ist eine elektronische Auswerteschaltung im Prinzip gezeigt. Der Ausgang des photoelektrischen Wandlers 11 liegt am Punkt 16. In einem geregelten Verstärkern werden die Ausgangssignale des Wandlers 11 verstärkt und in einem Integrator 18 aufintegriert. Das Ergebnis erscheint an einem Meßinstrument 19. In .nicht dargestellter Weise ist dafür gesorgt, daß die Integration — entweder über eine Zeile oder über mehrere Zeilen — nur für Signale erfolgt, die von der Oberfläche 7 stammen. Während der Zeit, in der der Standard 8 abgetastet wird, ist der Schalter 21 geschlossen — gesteuert durch ein Flip-Flop 24, das von den Ausgangssignalen der Wandler 12 und 13 hin- und hergeschaltet wird. Auf diese Weise gelangt ein dem Remissionswert des Standards entsprechender elektrischer Wert über den Verstärker 17 zu dem Vergleichsglied 20, wo dieser mit einem am Eingang 25 liegenden Referenzwert verglichen wird. Der Referenzwert ist beliebig einstellbar. Er entspricht dem Sollwert des jeweiligen Standards. Entspricht der mit dem Standard gemessene Wert nicht dem Sollwert — z. B. durch eine Änderung der Lampenhelligkeit — so entsteht am Ausgang des Vergieichsgiieds zu eine Regelgröße, die in einem Speicher 22 gespeichert wird und über den Regler 23 den Verstärker 17 nachregelt. Während der nachfolgenden Zeilenabtastung der Oberfläche 7 hat also der Verstärker einen ganz bestimmten Verstärkungsgrad, der vom jeweiligen Standard abhängt. So erfolgt der Vergleich Standard-zu prüfende Oberfläche.

Es sind also die Ausgangswerte des Verstärkers 17 immer auf den Wert des Standards bezogen. Durch einen Integrator 18 wird die Remission der zu prüfenden Oberfläche über die von dem Abtastlichtbündel abgetastete Strecke gemittelt, und dieser Wert wird mittels eines Instruments 19 angezeigt.

Die Integration kann z. B. über eine Zeile oder auch über mehrere Zeilen erfolgen. So ist es möglich, schnell größere Flächen auf ihre Remission hin zu

ίο untersuchen.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann vorteilhafterweise überall dort Anwendung finden, wo z. B. die Helligkeit einer Oberfläche, die an sich selbst eine gewisse Helligkeitsverteilung aufweist, bestimmt wer-

IS den soll. Ein Beispiel hierfür ist die Banknote. Die Verschmutzungskontrolle der Banknoten wird in den Zentralbanken heute noch visuell durchgeführt, und die Aussortierung erfolgt manuell. Bei dieser Kontrolle kommt es nicht darauf an, eine kleine stark

so verschmutzte Stelle zu erkennen, sondern die Gesamtverschmutzung der Banknote oder eines Teiles der Banknote festzustellen.

Die Erfindung ist sehr geeignet für den beschriebenen oder ähnliche Anwendungsfälle. Die saubere Banknote oder ein Teil derselben weist eine ganz bestimmte Helligkeit, d. h. einen ganz bestimmten Remissiuiiswcfl auf. Diese Ncnnalhelligkcit entspricht der Helligkeit eines Standards. Ist die geprüfte Banknote verschmutzt, so ändert sich der Remissionswert.

Diese Änderung wird mit einer elektronischen Auswerteschaltung erkannt und bei zu großer Verschmutzung, d. h., wenn ein einstellbarer Grenzwert überschritten wurde, ein Signal zum Aussortieren gegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Photoelektronische Anordnung zur Messung der Remission diffus reflektierender Oberflächen durch Vergleich mit einem Standard, bei welcher ein Abtastlichtstrahi auf die Oberfläche geworfen und der von der Oberfläche remittierte Anteil des Lichts auf einen photoelektrischen Wandler geleitet und mittels einer von dem Wandlersignal ίο beaufschlagten Auswerterschaltung mit von dem Standard remittiertem Licht verglichen wird, gekennzeichnet durch die Vereinigung der nachstehenden Merkmale:

a) der Abtastlichtstrahi ist in an sich bekanu- ¹S • ter Weise lurch optische Ablenkmittel (4) ablenkbar, derart, daß er zunächst über einen Standard (8) und dann über die zu prüfende Oberfläche (7) geführt wird;

b) die Auswerterschaltung enthalt eine Speicherschaltung (22) zum Speichern des Remissionswertes des Standards (8) und einen Regler (23) zum Nachregeln eines fur Stan^{dd(8) Probe (7)} ß^{emeinsamen Ver}-