DE2428123C2

DE2428123C2 - Anordnung zum Nachweisen von Fehlstellen eines mittels eines Laserstrahls abgetasteten Materials

Info

Publication number: DE2428123C2
Application number: DE2428123A
Authority: DE
Inventors: Monty Monroe Stamford Conn. Merlen; Peter Hill Cheshire Conn. Nichols
Original assignee: INTEC CORP NORWALK CONN US
Current assignee: INTEC CORP NORWALK CONN US
Priority date: 1974-03-08
Filing date: 1974-06-11
Publication date: 1984-10-04
Also published as: NL7502757A; JPS50120889A; FR2263507A1; CA1027203A; US3900265A; SE7502591L; FR2263507B1; GB1473920A; SE409145B; JPS5534897B2; DE2428123A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Nachweisen von Fehlstellen eines mittels eines Laserstrahls abgetasteten Materials gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 37 81 531 ist eine derartige Anordnung bekannt, bei der der Laserstrahl gegenüber dem kontinuierlich sich bewegenden Material mit Hilfe eines Spiegels hin- und herbewegt wird, der an einem entsprechend einer Sinusfunktion gesteuerten Galvanometer befestigt ist.

Der Laserstrahl überstreicht hierbei wiederholt die Oberfläche des zu prüfenden Materials, und je nach den Eigenschaften des zu untersuchenden Materials wird Licht von dem Material zurückgeworfen oder durchgelassen. Das durchgelassene öder zurückgeworfene Lieht wird durch einen Photomultiplikatordetektor empfangen. In jedem Augenblick während des Abtastvorgangs variiert das Ausgangssignal des Photomultiplikators bzw. des Photoelekironenvervielfachers in Abhängigkeit von dem Reflexionsvermögen, der Durchlässigkeit oder den Streuungseig' ^schäften des Abtastpunkts oder -flecks, der von dem Laserstrahl getroffen wird.

Die Abweichungen von den normalen Änderungen des Lichts, das von dem zu untersuchenden Material ausgeht, wird als Abtastinformaiion benutzt, uin das Vorhandensein von Materialfehlern anzuzeigen.
Nutzbare Abtastinformationen werden hierbei während der aktiven Abtastabschnitte bei jedem Abtastintervall gewonnen, das einer Abtastung von einer Seite her, z. B. von der äußersten linken Seite her, entspricht. Während der Rücklaufintervalle, d. h. während des Abtastens von rechts nach links, werden die Abtastinformationen unberücksichtigt gelassen. Die Phase des GaI-vanometeraniriebssignals dient dazu, anzuzeigen, wann eine aktive Abtastung durchgeführt wird und wann die nachgewiesenen Fehlersignale verarbeitet werden sollen

Es hat sich jedoch gezeigt, daß kleine Änderungen bezüglich der Charakteristik des Galvanometers oder der Antriebsfrequenz zu Fehlern führen, und daß die Winkelstellung des Ga'.vanometerspiegels der Antriebsspannung nicht genau folgt. Vielmehr eilt die Winkelstellung nach, und das Ausmaß der '-'icheilung oder Verzögerung ist eine Funktion der Eigenschaften des benutzten Galvanometers, der Antriebsfrequenz, der Temperatur, der Reibung usw. Auch ist das Bildfeld des Photomultiplikators gegenüber der Materialfläche, die durch der' Laserstrahl überstrichen wird, nicht beschränkt, so daß die Menge des aus der Umgebung aufgenommenen Lichts relativ groß ist und daher für die Erzeugung des Fehlersignals nur ein ungenügender Kontrast zur Verfügung steht.

Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich beim Quantisieren der Fehlstellen; diese Schwierigkeit ist auf die Änderung der Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der jeweiligen Lage des Laserstrahls während sei-J5 ner Bewegung quer über das zu untersuchende Material hinweg zurückzuführen. Da mit einer sinusförmigen Abtastung gearbeitet wird, bewegt sich der Strahl im mittleren Teil der Abtastlinie schneller und an den Rändern der Abtastzone erheblich langsamer. Daher ist lieim Gebrauch eines Fehlslellensteuersignals mit einer festen zeitlichen Länge die Abtaststrecke, die während dieses Zeitintervall zurückgelegt wird, nahe dem Ende der Abtaststrecke größer als in der Nähe ihres Mittelpunkts. Daher könnten mehrere nahe beieinander Hegende getrennte Fehlstellen, die dem Mittelpunkt der Abtastlinie benachbart sind und in das feste Zeitintervall des Steuersignals fallen, nicht als getrennte Fehlstellen nachgewiesen werden, und sie könnten als eine einzige Fehlstelle gezählt werden. Wird die zeitliche Dauer des Fehlstellensteuersignals abgekürzt, um diese Schwierigkeit für den mittleren Teil der Abtastlinie zu beseitigen, würde die Länge des Steuersignals an den Rändern der Abtastzone verringert, d. h. bei jedem Steuersignal würde auf dem Material eine kürzere Strecke zurückgelegt. Dies führt zu Quantisierungsfehlern bei einezclnen Fehlstellen nahe den Rändern, denn die Ränder von Fehlstellen, die langgestreckt sind und auf dem sich bewegenden Material schräg verlaufen, könnten beim nachfolgenden wiederholten Abtasten bo der gleichen Fehlstelle dazu führen, daß sich die Fehlstellenimpulse über die Grenzen des Fehlstellensignal· Intervalls hinaus verlagern. Es ist daher in bestimmten Anwendungsfällen erwünscht, die einzelnen auf der Oberfläche des Materials vorhandenen Fehler zu zählen b5 und gleichzeitig zu ^»rhindern. daß ein und derselbe Fehler bei einer wiederholten Abtastung zur Anzeige mehrerer Fehler führt, wobei noch zu berücksichtigen ist. daß die von ein und derselben Fehlstelle verursach-

ten Signale bei den aufeinander folgenden Abtastvorgängen e'was gegeneinander versetzt sind. Zusätzlich zu langgestreckten, schräg verlaufenden Fehlstellen kann eine solche Verlagerung durch Unregelmäßigkeiten bei der Abtastung oder andere Anomalien der An -, Ordnung hervorgerufen werden.

Bei der bekannten Anordnung wird ein festes, zur zeitlichen Steuerung dienendes Steuersignal erzeugt, das der nachgewiesenen Fehlstelle voraus- und nacheilt, und wenn dieses Signal bei aufeinanderfolgenden Ab- id tastvorgängen innerhalb der gleichen Steuersignalperiode erscheint, wird die betreffende Fehlstelle nicht erneut gezählt. Jedoch ist die zeitabhängige Steuerung des festen Steuersignals in der Mitte die gleiche wie an den Rändern der Abtastzone, und das Problem der Ände- r> rung der Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls bei seiner Bewegung von der Mitte zu einer Seite bleibt dort unberücksichtigt. Wenn ein Zeitstcucrsignal ent sprechend einem festen Intervall in der Mitte der Abtastzonc so festgelegt wird, daß ein fester Betrag der >o Verlagerung der Fehlstelle angenommen wird, kann das gleiche Steuersignal dann, wenn es zum einen oder anderen Rand gelangt, nur eine kleinere Verlagerung annehmen bzw. berücksichtigen. Wenn umgekehrt das Zeitstcuersignal so eingestellt ist, daß ein bestimmter Betrag der Bewegung einer Fehlstelle auf beiden Seiten angenommen wird, und wenn das gleiche Steuersignal in der Mitte des Abtastbereichs benutzt wird, kann das Signal dann eine solche Breite haben, daß eine benachbarte Fehlstelle, die durch einen erheblichen Abstand jo von einer vorausgehenden Fehlstelle getrennt ist, innerhalb des Steuersignalintervalls auftreten, so daß diese Fehlstelle nicht nachgewiesen wird.

Schließlich hat es sich gezeigt, daß eine als erste Fehlstelle aufgetretene Fehlstelle dann verschwindet, wenn r> der Abtaststrahl eine Zitterbewegung ausführt und daß beim Auftreten anderer Anomalien die gleiche Fehlstelle bei den nachfolgenden Abtastungen zu einem Signal mit einer kleineren Amplitude führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Laserstrahl-Abtastanordnung zum Nachweisen von Materialfehlstellen unter Vermeidung der vorstehend genannten Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß der Einfluß der Umgebungsbeleuchtung so weit wie möglich ausgeschaltet wird, ohne hierzu Abdeckungen 4> oder andere Konstruktionen zu verwenden, daß zur Gewinnung genauer Informationen über die Lage des Abtaststrahls Steuersignale von unterschiedlicher Dauer zur Verfügung stehen, die in der Mitte des Abtastbereichs eine kürzere Dauer und an den Rändern des Abtastbereichs eine längere Dauer haben, um Fehler auszuschalten, die sich aus einer falschen Anzeige der Lage des Abtaststrahls ergeben, daß Fehler bei der Quantisierung der Fehlstellen verkörpernden Signalen vermieden werden, daß die Fehler ausgeschaltet werden, die beim Quantisieren von Fehistellen darauf zurückzuführen sind, daß die Amplitude des Fehlsiellensignais bei der wiederholten Abtastung der gleichen Fehlstelle schwankt und daß nicht ein und dieselbe Fehlstelle wiederholt gezählt wird. bo

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. b5

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet im Vergleich zur bekannten Anordnung viele Vorteile. Infolge der aktiven Abtastung von der Mitte zur einen oder anderen Seite des abzutastenden Materials wird es .uif einfache Weise ermöglicht, l.ageinformationcn unter Benutzung einer einzigen Mittelpunkterfassungscinrichiung /x\ gewinnen, die genau arbeitet und sich leicht justieren hißt. Bei der aktiven Abtastung von der Mitte aus nach beiden Seiten besieht ferner Gewähr dafür daß die gesamte zu untersuchende !lache überstrichen wird. Die aktive Abtastung von der Mitte nach beiden Seiten gestattet ferner eine Abtastung auch dann, wenn das Material schmaler ist als die Breite der Abtastzone. Alle kurzzeitig auftretenden Wcchselspannungssignale, die entstehen, wenn der Abtastpunkt das abzutastende Material verläßt und dann wieder zurückkehrt, haben genügend Zeil abzuklingen, bevor der Mittelpunkt dci Abtasllinic· wieder erreicht und mit einer neuen akti\cn Abtastung begonnen wird. Somit erzeugen auch Fehlstellen, die den Rändern der laufenden Materialbahn nahe benachbart sind, immer noch einwandfreie Signale, bevor sich der Abtastpunkt nach links oder rechts über den Rand des Materials hinaus bewegt, und sogar kleine Fehlstellen werden stets nachgewiesen. Die einfache, genau arbeitende Mittelpunkierfassungscinrichtung ermöglicht es also auf bequeme Weise. Informationen über die 1 .agc des Abtastpunktes zu gewinnen und eine aktive Abtastung von der Mitte aus nach beiden Seiten ohne Benutzung komplizierter Signalverarbeitungsschal fjngen durchzuführen.

Die optischen Systeme für die Abtasteinrichtung und den Empfänger sind so ausgebildet, daß der Galvanometerspiegel auf der den Detektor bildenden Photomultiplikatorröhrc abgebildet wird. Das optische System des Empfängers ist so ausgebildet, daß sich ein hoher Wirkungsgrad bezüglich des Sammelns des Laserlichts ergibt, und daß gleichzeitig das Bildfeld des Empfängers so eingeschränkt wird, daß die Umgebungsbeleuchtung nur eine minimale Wirkung ausübt. Bei der bekannten Anordnung werden zur Ausschaltung der Umgebungsbeieuchtung kornpiizicric iiaubciikoiiSü'ükuünen uenöligt, die in unmittelbarer Nähe der zu prüfenden Fläche angeordnet werden müssen: bei dem optischen Empfängersystem nach der Erfindung ist eine solche Anordnung in unmittelbarer Nähe der zu prüfenden Fläche nicht erforderlich. Das Licht, das von einem Punk; auf der Oberfläche des zu prüfenden Materials ausgeht, wird gleichmäßig über die ganze Aufnahmefläche der Photomultiplikatorröhre verteilt. Hierdurch werden Schwierigkeiten vermieden, die sich ergeben könnten, wenn die Empfindlichkeit der Aufnahmefläche der Photomultiplikatorröhre ungleichmäßig wäre, und wenn verschiedene Flächen des abzutastenden Materials auf verschiedenen Teilen der Aufnahmefläche abg bildet würden. Ferner lassen sich die optischen Systeme auf einfache Weise einstellen.

Die der elektronischen Verarbeitung der Signale dienende Fehlerquantisierungseinrichtung weist einen Speicher für mehrere Abtastungen auf. so daß gleichbleibende Fehlstellen erst gezählt werden, wenn sie während einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Abtastvorgänge verschwinden. Außerdem wird ein Signal von der Quantisierungseinrichtung aus zu dem Fehlerampütudendiskriminator zurückgeleitet, um praktisch die Amplitude des Diskriminatorschwellenwerts bei nachfolgenden Abtastungen zu verkleinern, so daß die Fehlstelle auch dann noch nachgewiesen wird, wenn beim Abtasten der gleichen Fehlstelle längs aufeinanderfolgender Linien ein Signal von kleinerer Amplitude erscheint. Auf diese Weise wird eine »Zeile-Zeile-Hystercse« hervorgerufen, um die Schwierigkeiten

iiiis/uschaltcn. die auf das Zittern des Abtaststrahls /urück/uführcn sind, welches bewirkt, daß die gleiche I-'ehlstcllc bei verschiedenen Abtastungen Signale von unterschiedlicher Amplitude entstehen liiUi. Die Mehr faL hit blas! Speiche r-l'chlcrquanlisierungsein richtung ist außerdem mit einer Hinrichtung /um Hr/eugen von Steuersignalen unterschiedlicher Breite versehen, um ein dies'"'-'« Fehlstelle nicht zweimal zu zählen. Hierzu dient das rehlstellensteucrsignal, das der Fehlstelle um einen vorbestimmten Betrag vor- und nacheilt, so daß in der Umgebung der Fehlstelle ein sogenanntes Schutzband erhalten wird, das gespeichert wird; wenn die Fehlstelle dann bei einem weiteren Abtastvorgang innerhalb des gespeicherten Schutzbandes erscheint, wird sie nicht erneut gezahlt. Soll eine weitere Fehlstelle registriert werden, muß diese neue Fehlstelle naturlich außerhalb des für die vorangehende Fehlstelle festgelegten Schutzbandes liegen. Nahe dem Mittelpunkt der Ab'.üstüp.ie hsben die Steuersignal? eine kürvprp Daiu^%r als an den äußeren Enden der Abtastzeile, da sich der Strahl im Bereich des Mittelpunkts erheblich schneller als im Bereich der Enden der Abtastzeile bewegt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer mit einem Laserabtaststrahl arbeitenden Einrichtung zum Nachweisen von Fehlstellen, wobei das abzutastende Material durchstrahlt wird;

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der bei der Anord jng nach Fig. 1 benutzten Abtasteinrichtung in Verbindung mit einem Muster, nach dem das zu untersuchende Material abgetastet wird;

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausiührungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, die es ermöglicht. Flächen unter Ausnutzung von reflektierten Strahlen zu prüfen;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines optischen Ablenksystems für die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 1;

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung einer bei den Anordnungen nach den F i g. I oder 3 verwendbaren optischen Empfangseinrichtung;

F i g. 6 eine schematische Darstellung der Lage eines Punktes auf einer Materialfläche zwecks Veranschaulic'nung, auf welche Weise die jeweilige Lage und Geschwindigkeit des Laserstrahlflecks auf dem zu prüfenden Material ermittelt wird:

F i g. 7 eine graphische Darstellung eines Festzeit-Fehlstellensteuersignal-Schutzbandcs über der Auslenkung des Abtaststrahls:

F i g. 8 eine graphische Darstellung eines nicht durch eine feste Zeit bestimmten Fehlsteilensignal-Schutzbandes über der Lage des Abtaststrahls:

F i g. 9 eine graphische Darstellung der Lage des Abtaststrahls und der Zeit in Beziehung zu dem Steuersignalintervaü;

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer bei der Anordnung nach F i g. 1 verwendbaren Fehleraustast-Steuereinrichtung zum Erzeugen von variablen Fehleraustaststeuersignalen;

Fig. 11 eine schematische Darstellung der bei der Anordnung nach Fig. 1 verwendbaren Fehlsiellenamplituden-Diskriminatorschaltung;und

Fig. 12 das Blockschaltbild der auch in Fig. 1 angedeuteten Vielfachabtast-Speicher-Fehlstellenquantisierungseinrichtung.

Gemäß F i g. 1 weist eine Abtasteinrichtung 10 einen Laser 12 bekannter Art auf. /. B. einen Helium-. Neonoder Argon lonengaslaser oder einen beliebigen anderen Laser, der geeignet ist. einen Laserstrahl aus monochromatischem Licht mit einer vorbestimmten l.ieht^r. flechgröHe zu erzeugen. Her Siriihl des I.users 12 wird durch einen (ialvanomcteispiegcl 30 so abgelenkt, dall er ständig eine Materialbahn 20 überstreicht, die sich kontinuierlich im rechten Winkel zur Zeichenebenc von Fig. 1 bewegt. Die Ablenkung wird mit Hilfe eines Signals bewirkt, das einem Hauptoszillator 42 entnommen wird, und das /. B. eine Frequenz von 2 MHz hat: dieses Signal wird einer Treiberschaltung 44 zugeführt, die ein sinusförmiges Trcibcrsignal von z. B. 1 kHz einem schnell ansprechenden Galvanometer 28 zuführt, mittels dessen der Galvanumeterspiegel 30 geschwenkt wird. Das Ablenksignal von 1 kHz wird aus dem Oszillatorspiegcl von 2 MHz abgeleitet, so daß der Strahl je Sekunde 1000 Ablenkungen erfährt. Der Galvanomelorspiegel 30 lenkt den Strahl des Lasers 12 so um. daß der Strahl die Oberfläche des Materials 20 im Hin- und Rückgang überstreicht. Die Ablenkung im rechten Winkel zu der soeben beschriebenen Ablenkung zur Erzeugung eines Rasters wird automatisch durch die Bewegung der Materialbahn 20 bewirkt.

F i g. 2 zeigt das gemäß der Erfindung bevorzugt benutzte Abtastmuster. Der aktive Abtastbereich erstreckt sich von der Mitte nach rechts sowie von der Mitte nach links, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. in die Pfeilspitzen eingezeichnet sind,

in wahrend die Rücklaufwege nur mit gestrichelten Linien angedeutet sind.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung für durchgelassenes Licht, bei der das Material 20 durchscheinend ist, und bei der der abgelenkte Laserstrahl durch das Material

J5 auf einen F.mpfänger 50 fällt, der einen Detektor 60 in Form einer Photomultiplikatorröhre aufweist. In jedem Zeitpunkt während des Abtastvorgangs erzeugt die Photomultiplikatorröhre 60 ein Ausgangssignal, das proportional zur Lichidurchlässigkeit oder zum Brechungsvermögen des Punktes ist, auf den der Laserstrahl auftrifft. Fehler, die auf der Oberfläche des zu prüfenden Materials 20 erscheinen, führen zu einer Änderung des Ausgangssignals der Photomultiplikatorröhre, da das Material an der betreffenden Stelle eine andere Lichidurchlässigkeit oder ein anderes Brechungsvermrjgcn besitzt, so daß es möglich ist. das Vorhandensein von Fehlstellen auf der Materialoberfläche nachzuweisen. Die Erfindung läßt sich ebenso gut bei einer Anordnung anwenden, bei der mit reflektiertem Licht gearbei-

■)0 tci: wird, und bei der das Ausgangssignal der Photomultiplikatorröhre 60 proportional zum Reflexions- oder Brechungsvermögen des Punktes sein würde, auf den der laserstrahl auftrifft. Ob von durchgelassenem oder reflektiertem Licht Gebrauch gemacht wird, richtet sich nach der jeweiligen Verfahrensweise und den Eigenschaften des zu prüfenden Materials. Fig. 3 zeigt eine Einrichtung, bei der mit reflektiertem Licht gearbeitet werden kann.

Fig.4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines

ω optischen Systems für die Abtasteinrichtung 10 nach Fig. 1. Der durch den Laser 12 erzeugte Strahl wird durch zwei Spiegel 14 umgelenkt, die so angeordnet sind, daß die Abtasteinrichtung nach Fig. 3 und 4 nur wenig Raum beansprucht. Der Laserstrahl verläuft jen-

b5 scits der Umlenkspiegel 14 durch eine zylindrische Linse 16, die dazu dient, die Breite des Abtastflecks in der A btastrichtung einzustellen, und dann durch eine zweite zylindrische Linse 18. mittels welcher die Abmessung

des Laserstrahlflecks im rechten Winkel zur Ablenkrichtung eingestellt wird. Eine ortsfeste sphärische Linse 22 projiziert das durch die zylindrische Fokussierlinsen 16 und 18 fallende Licht über einen weiteren Spiegel 24 und den Galvanometerspiegel 30 auf das Material 20. Der Abstand zwischen der ortsfesten sphärischen Linse 22 und dem Galvanometerspiegel 30 ist gleich der Brennweite der sphärischen Linse 22, welche die Größe des Lichtfleck.¹; auf dem Galvanometerspiegel aufrechterhält, so daß sich diese Größe ohne Rücksicht auf die jeweilige Einstellung der zylindrischen Linsen 16 und 18 nicht ändert. Der durch den Laser 12 erzeugte Strahl wird durch den Galvanometerspiegel 30 über die Oberfläche des Materials 20 hinweg durch ein geeignetes, teilweise reflektierendes Glasfenster 32 abgelenkt. Dieses Glasfenster kann Licht zu 5 bis 10% reflektieren und zu 90 bis 95% durchlassen. Der reflektierte Teil des Laserstrahls, der von dem Fenster 32 ausgeht, wird durch einen Umlenkspiegel 26 reflektiert und durch eine Kokussierlinse 34 durch eine undurchsichtigte Maske 36 mit einer engen schlitzförmigen öffnung auf einen Phototransistor 38 reflektiert. Der Schlitz der Maske hat z. B. Abmessungen in der Größenordnung von 0,038 mm · 2, 54 mm. Diese Einrichtung bildet die als Laserstrahlpositions-Angabeeinrichtung 40, vgl. Fi g. 1, bezeichnete Mittelpunktaufnahmeeinrichtung zum Feststellen der Mittellage des Abtaststrahls. Das von der Fokussierlinse 34 kommende Licht, das durch den Schlitz der Maske 36 fällt, gelangt zu dem Phototransistor 38, der ein Signal erzeugt, das einer Schwellenwert- und Digitalleitungstreiberschaltung 39 zugeführt wird, an deren Ausgang das Signal für die Mittellagc des Abtaststrahls erscheint.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines optischen Systems für den Empfänger 50 nach F i g. 1 dargestellt, das sowohl bei durchfallendem Licht gemäß Fig. 1 als auch bei reflektiertem Licht gemäß Fig. 3 benutzbar ist. Gemäß F1 g. 5 weist das optische System des Empfängers zwei Rücken an Rücken angeordnete Fresnellinsen 52 und 56 auf, die auf entgegengesetzten Seiten einer zylindrischen Linse 54 angeordnet sind, ferner einen Spiegel 58, eine zylindrische Linse 62, einen weiteren Spiegel 66 und die Photomultiplikatorröhre 60. Die Fresnellinse 52 läßt reflektiertes, durchgclassencs oder verstreutti Licht durch, das ihre Eintrittsseite von dem Laserstrahlfleck auf der zu prüfenden Fläche 20 aus erreicht; dieses Licht fällt durch die zylindrische Linse 54, die das Licht in senkrechter Richtung auf der zylindrischen Linse 62 fokussiert, nachdem es durch die zweite Fresnellinse 56 gefallen ist. die in Verbindung mit der ersten Fresnellinse 52 bewirkt, daß das Licht sowohl waagerecht als auch senkrecht in Richtung auf die zylindrische Linse 62 umgelenkt wird. Die zylindrische Linse 54 wirkt als senkrecht angeordnete Blende, die in der senkrechten Richtung die Lichtmenge, jedoch nicht das Bildfeld auf dem Material bestimmt, von dem aus Licht zu der Photomultiplikatorröhre 60 gelangen kann. Die zylindrische Linse 62 kann mit einer Maske 64 versehen sein, so daß sie als senkrecht angeordnete Blende wirkt, die bei der Photomultiplikatorröhre 60 das Bildfeld auf dem Material beschränkt, von dem aus Licht zu der Photomultiplikatorröhre gelangen kann, wobei jedoch die Lichtmenge unbeeinflußt bleibt, die von dem Laserstrahl innerhalb des Bildfeldes der Photomultiplikatorröhre empfangen wird. Auf diese Weise ist ein enges Bildfeld abgegrenzt, so daß der Zutritt von Licht aus der Umgebung eingeschränkt ist. während das gesamte Laserlicht von der zu prüfenden Fläche 20 aus innerhalb des Bildfeldes zu der Photomultiplikatorröhre 60 gelangen kann. Die Ph^tomultiplikatorröhre kann außerdem mit einem Filter 61 versehen sein, das zwar Laserlicht mit der interessierenden Wellenlänge durchläßt, jedoch

ι Umgebungslicht oder andere Streustrahlungen zurückhält, die andere Wellenlängen haben. Wird mit durchgelassenem Licht gearbeitet, wobei die Abtasteinrichtung und der Empfänger in Reihe geschaltet sind, bewirkt das optische System nach F i g. 5 praktisch, daß der Galvanorneierspiegel auf der Photomultiplikatorröhre 60 abgebildet wird. Ferner wird ein Strahlenbündel von einem leuchtenden Punkt auf der Abtastlinie, das durch das optische System des Empfängers fällt, auf der Oberfläche der Photomultiplikatorröhre 60 so ausgebreitet, daß Empfindlichkeitsunierschiede an verschiedenen Punkten der Oberfläche der Photomultiplikatorröhre wirkungslos gemacht werden. Ferner zeigt F i g. 5 eine Lampe 68 und einen Umlenkspiegel 69. der hochge schwenkt worden und zum Einstellen der Anordnung benutzt werden kann: wird der Spiegel bO berut/t. bildet er die Lampe 68 über das optische System des Empfängers ab, so daß auf der zu prüfenden Fläche 20 eine schmale rechteckige Fläche erscheint, die dem Bildfeld des Empfängers entspricht.

Sobald ein Fehlersignal durch die Photomultiplikatorröhre 60 nachgewiesen wird und eine bestimmte Amplitude überschreitet, kann es als Fchlersignal betrachtet und gezählt werden. In vielen Anwendungsfällen, insbesondere bei der Qualitätskontrolle, hat es sich gezeigt.

ίο daß es erwünscht ist, daß ein und dieselbe Fehlstelle jeweils nur einmal gezählt wird. Wenn eine Fehlstelle auf einer Fläche vorhanden ist. soll diese Fehlstelle somit nur als eine einzige Fehlstelle gezählt werden, obwohl sie wahrend des Abtastvorgangs mehrfach erfaßt wird.

Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, mit Fehlstellenstcucrsignalen von unterschiedlicher Breite zu arbeiten, deren zeitliche Lage sich in Abhängigkeit von der Lage des Abiaststrahls gegenüber der Mitte des Abtastbereichs zwischen seinen Rändern ändert. Gemäß Fig.6, wo die Lage des Abtaststrahl schematisch dargestellt ist. können folgende Gleichungen aufgestellt werden:

P= D tang (θ sin (nft))

d/

Hierin ist

die Lage des Laserstrahlflecks auf dem Material,

der Abstand des Abtastgalvanometerspiegels über dem Material in Zoll, die Hälfte des Spitze-Spitze-Abtastwinkels in Radian,

die Abtastfrequenz (sinusförmige Abtastungen je Sekunde),
die Zeit in Sekunden und

cos

d£

dt

die Geschwindigkeit des sich auf dem Material bewegenden Laserstrahlflecks in Zoll/ Sekunde.

Sind D, θ und /"bekannt, ist es möglich, die Lage Pund die Geschwindigkeit dP/di zu ermittein, um die Lage des Abtastpunkts und die Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit zu bestimmen. Aus don vorste-

ZH- ZO IZO

hendtin grundsatzlichen Gleichungen läßt sich auch das Fehlstellensteuersignal-Schutzband in Abhängigkeit von der Lape des Abtastpunkts entwickeln, wie es in F i g. 7 graphisch dargestellt ist: in diesem Fall ist ein Schutzband vorhanden, das eine feste Dauer von 2 μ5 unabhängig von der jeweiligen Lage des Abtastpunkts aufweist. F i g. 7 läßt deutlich das Problem erkennen, das sich ergibt, wenn der Abtaststrahl bei einem festen Zeitintervall im mittleren Teil der Abtastlinie eine Strecke zurücklegt, die dreimal so lang ist wie in einem Abstand von etwa 12,5 mm von den Enden einer Abtastlinie oder ■zeile mit einer Länge von 26 Zoll bzw. 660 mm. F i g. 8 zeigt in einer graphischen Darstellung ein auf einer variablen zeitlichen Dauer basierendes Fchlstcllensteuer-Rückstellklemmc des Flipflops 74 zugeführt. Auf diese Weise wird der Flipflop 74 zurückgestellt, so daß er bereit ist. das nächste Mittelpunktsignal zu empfangen. Wenn die Daten in Form einer logischen 1 jeweils nach Ablauf von 25 jis in dem Schieberegister 72 weitergeschoben werden, was durch die Taktimpulse ν on -10 kHz dei durch 50 teilenden Zähleinrichtung 76 bewirkt wird, werden weitere Ausgangssignale des Schieberegisters den Umstell- und Rückstelleingängen der Flipflops 78, 80, 82 und 84 unter Einhaltung der in F i g. IO angegebenen zeitlichen Verzögerungen zugeführt. Beispielsweise ist der Ausgang 5 des Schieberegisters 72 mit der Umstellklemmc des Flipflops 80 verbunden, und der Ausgang 15 des Schieberegisters ist an die Rückstcliklemme

Signal-Schutzbund über der Lage des Abtastpunkts, bei 15 des Flipflops 80 angeschlossen. Somit erscheint am Q-

dem annähernd die gewünschten Ergebnisse erzielt werden. Das Schulzband variiert /eillich von der Mitte zu den Rändern der Abtastzone, doch überdeckt es jeweils annähernd gleich lange Strecken. Unter den aus F i g. 8 ersichtl'ch.en Bedingungen wird die aus F i g. 7 ersichtliche Änderung im Verhältnis von 3 : ' auf weniger als ± 20% verringern Aus F i g. 8 läßt sich die in Fig. 9 wiedergegebene graphische Darstellung ableiten, in der die Abtastzeit in Mikrosekunden über der Lage des Abtastpunkts aufgetragen ist. In F i p. 9 ist eine vollständige Abtastperiode für eine Materialbahn mit einer Breite von 26 Zoll bzw. 660 mm dargestellt. Natürlich lassen sich auch Materialbahnen von anderer Breite abtasten, und das beschriebene Verfahren läßt sich in Fällen anwenden, in denen die Zeitintervalle und Strek- jo ken zu den Werten proportional sind, die in F i g. 9 dargestellt sind, um ein Beispiel zu geben. Die Zeitintervalle nach F i g. 9 für eine Abtastzonenbreite von 26 Zoll werden auch der weiteren Beschreibung zugrunde gelegt, um einen der Grundgedanken der Erfindung zu veranschaulichen. Die Strecke, die der Abtastpunkt zurücklegt, ist in F i g. 9 in mehrere Steuersignalintervalle A, B, Cund D unterteilt, und die Zeitintervalle sind in MikroSekunden angegeben. Mit diesen Intervallen wird bei Ausgang des Flipflops 80 eine logische I, wenn an dem Ausgang 5 eine logische 1 erscheint, und zwar 25 μ% nach dem Durchlaufen des Mittelpunkts, und dieses Signal geht in eine logische Null über, wenn die logischen !-Signale vom Ausgang 15 des Schieberegisters 72 aus der Rückstcliklemme des Flipflops 80 zugeführt werden, und zwar nach Ablauf von 375 iis nach dem Durchlaufen des Mittelpunktes. Infolgedessen erscheint am Q-Ausgang des Flipflops 80 als Ausgangssignal eine logische 1 während des mit X bezeichneten Abtastintervalls, das gemäß F i g. 9 gleich der Summe der Abiastintervalle B, C und D ist. Der Flipfiop 78 läßt an seinem (^-Ausgang Ausgangssignale in Form einer logischen 1 erscheinen, die sich über aktive Abtastintervalle von der Mitte nach rechts oder von der Mitte nach links erstrecken, und während der Rücklaufintervalle von jeder Seite zur Mitte erscheinen Ausgangssignale in Form einer logischen Null. Der Flipflop 82 erzeugt ein Ausgangssignal V. das gleich der Summe der Abtasiintervalle Cund D ist, während der Flipflop 84 ein Ausgangssignal Zerzeugt, das gleich dem Abtastintervall D nach Fig. 9 ist. Sobald 400 μα nach dem Durchlaufen des Mittelöunkts verstrichen sind, erscheint am Datenausgang 16 des Schieberegisters 72 eine logische 1. Hierdurch wird die durch

der Schaltung 70 nach Fig. 1 zum Erzeugen variabler 40 teilende Zähleinrichtung 7b zurückgestellt und im zuSteuersignale gearbeitet. rückgcstellten Zustand gehalten, bis das nächste Mittel-

F ig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Fehleraustast-Steuereinrichtung 70 zum Erzeugen variabler Fehleraustaststeuersignale zur Benutzung in Verbindung

punktssignal erscheint. Durch dieses Signal wird bewirkt, daß am Datenausgang 16 des Schieberegisters 72 eine logische Null erscheint, wodurch das Rücku^lleinmit einer Anordnung nach der Erfindung. Zu dieser 45 gangssignal bei der durch 50 teilenden Zähleinrichtung Schaltung gehören ein Flipfiop 74 vom D-Typ, ein 76 beseitigt wird, um den Beginn der nächsten aktiven Schieberegister 72 für 16 Bit mit seriellem Eingang und Abtastung von der Mitte zu einer Seite zu ermöglichen, parallelem Ausgang, eine durch 50 teilende Zähleinrich- Die Ausgangssignale X. V'undZder Flipflops 80,82 und lung 76 sowie Umstell- und Rückstell-Flipflops 78, 80, 84 werden gemäß Fig. 12 dazu verwendet,die Fehlstei-82 und 84. Gemäß Fig. 10 entsprechen die parallelen 50 lensteuersignale zeitabhängig in einem Gatter 112 zu

Ausgänge 5, 7, 8, 10, 12, 13 und 15 des Schieberegisters 72 vorbestimmten Zeitintervallen nach Fig.9. Der Hauptoszillator 42 nach Fig. 1 führt ein Signal von 2 MHz der durch 50 teilenden Zähleinrichtung 76 zu, um ein Taktsigna! von 40 kHz für das Schieberegister 72 zu erzeugen. Der Flipfiop 74 vom D-Typ ist auf seiner Eingangsseite so geschaltet, daß ein logischer 1-Pegel vorhanden ist, und aß an seinem Q-Ausgang der logische !-Pegel synchron mit dem Taktsignal erscheint, Jas geerzeugen, das eine Verzögerung um einen Abtastvorgang bewirkt und mit Fehlstellensteuersignalen von variabler Breite arbeitet. Das am (^-Ausgang des Flipflops 78 erscheinende Ausgangssignal dient auch dazu, die zeitabhängige Steuerung der aktiven Abtastung mit Hilfe einer Fehlerquantisier-Einrichtung 110 zu bewirken, vgl. Fig. 1.

Gemäß F i g. I werden die durch den Detektor 60 und den Empfänger 50 erzeugten Signale einer Fehlstellen-

mäß Fig. 1 durch die Baugruppe 40 zum Melden des 60 signal-Normalisierungsschaltung 85 zugeführt, die dazu Milk id

Mittelpunkts erzeugt wird. Dieses Mittelpunktsignal dient auch zum Zurückstellen des Schieberegisters Beim Auftreten des Mittelpumusignals der Baugruppe 40 gibt der Flipfiop 74 Daten in Form einer logischen dem Dateneingang des Schieberegisters 72 ein, das dann das Eingangssignal in Form einer logischen 1 nach Ablauf von 25 ^s an seinem ersten Ausgang erscheinen läßt. Dieses Ausgangssignal wird gemäß Fig. 10 der dient, die Fehlstellensignale so zu normalisieren, daß alle Signale, die auf Fehlstellen der gleichen Art zurückzuführen sind, die gleiche Amplitude haben, und zwar ohne Rücksicht darauf, ob sie in der Mitte der Abtastlinie oder in der Nähe der Ränder der abgetasteten Zone auftreten. Eine solche Schaltung ist in der eingangs genannten US-PS beschrieben.
Von der Fchlstellensignal-Normalisierungsschaltung

85 aus werden die normalisierten Fehlstellensignale einer Fehieramplituden-Diskriminatorschaltung 90 zugeführt, deren Aufgabe darin besteht, nur Fehlsteliensignale durchzulassen, die einen vorbestimmten Schwellenpegel überschreiten. Dieser Pegel ist so eingestellt, daß es möglich -.it. echte Fehlstellensignnale vom Rauschen der Anordnung und anderen Anomalien zu unterscheiden. F i g. 11 zeigt eine Ausführungsform einer Fehleramplituden-Diskriminatorschaltung 90, und in dem Gatter 120 bzw. dem Gatter 119 bzw. dem Gatter 118 zugeführt Am Ausgang des ODER-Gatters 122 erscheinen Fehlerimpulssignale mit einer Vorderflanke, die gegenüber der Vorderflanke des Fehlersignals während der Intervalle A. B. Cund D nach Fig.9 um 2,5 bzw. 2,0 bzw. 1,0 bzw. 0 μ5 verzögert ist Die Hinterflanke des am Ausgang des ODER-Gatters 122 erscheinenden Fehlerimpulses wird gegenüber der Hinterflanke des zugeführten Fehlersignals um 4 ;;s verzögert Die

Fig. 11 sind bei den verschiedenen Schaltungselemen- io von dem ODER-Gatter 122 abgegebenen Fehlerimpulten die zugehörigen elektrischen Werte angegeben, wie se mit unterschiedlich verzögerter Vorderflanke und sie für eine Anwendung der Schaltung im Rahmen der
Erfindung in Frage kommen. Analoge Fehlstellen- bzw.
Fehlersignale, die der Fehlstellensignal-Normalisierungsschaltung 85 entnommen werden, werden gemäß 15
F i g. Π über eine Polaritätswählschalter 94 zum Wählen positiv oder negativ gerichteter Fehlersignale einem
Verstärker 92 zugeführt, an dessen Ausgang ein Komparator 96 angeschlossen ist. Der Schwellenwert des
Komparators % wird durch ein Schwellenwert-Einstell- 20

^rvOtentIOinCter 100 bestimmt, däS n-iit Hpm ICnmnaratnr 96 über einen Transistor 104 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Komparators 96 wird einem invertertransistor 98 zugeführt, an dessen Ausgang ein digitales

Fehleramplitudensignal erscheint, das dann gemäß 25 einem weiteren Schieberegister 126 zugeführt, bei dem Fig. 12 der Fehlerquantisier-Einrichtung 110 zugeführt es sich um ein 1992-Bit-Serien-Schieberegister handelt, wird. Die Fehleramplituden-Diskriminatorschaltung 90 das dazu dient, ein um eine Abtastung verzögertes Fehweist ferner einen Rückkopplungspfad 105 auf, der von lersteuersignal zu erzeugen, bei dem die Vorder- und der Quantisier-Einrichtung 110 zu Transistoren 102 und Hinterflanke gegenüber dem Fehlersignal eine symme- 106 führt, deren Wirkungsweise im folgenden näher er- jo trische Lage einnehmen, das jedoch um einen Abtast-

gleichmaßig verzögerter Hinterflanke werden dem Parallel-Serien-Steuereingang des nächsten Schieberegisters 124 zugeführt, das als 8-Bit-Parallel-Serien-Schieberegister aufgebaut ist und dessen Paralleldateneingänge an die X-. Y- und Z-Ausgänge der Steuerschaltung 70 angeschlossen sind. Am Ausgang des Schieberegisters 124 erscheinen Fehlerimpulssignale, deren Vorderflanken gegenüber der Vorderflanke eines Fehlersignals während der Abtastintervalle A. B. Cund D um 2,5 bzw. 2,0 bzw. 1.0 bzw. 0 jxs verzögert sind. Während der Intervalle A. B, Cund D wird die Hinterflanke des Fehlerimpulses um 5,5 bzw. 6,0 bzw. 7,0 bzw. 8,0 \ls verzögert. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 124 wird

läutert wird.

Die Fehlerquantisier-Einrichfung 110. die in Fig.l nur als Diagrammblock angedeutet ist, ist mit weiteren Einzelheiten in Fig. 12 dargestellt. Zu der Quantisier-Einrichtung 110 gehört ein eine Verzögerung um eine Abtastung bewirkendes Fehlersignalgatter 112 zum Erzeugen von Signalen unterschiedlicher Breite, dessen Aufgabe darin besteht, in vorbestimmten Intervallen Vorgang verzögert ist. Das Fehlersteuersignal ist während der Abtastintervalle A. B. Cund D um 3,0 bzw. 4,0 bzw. 6,0 bzw. 8,0 μβ länger als das eigentliche Fehlersignal. Diese Ausgangssignale entsprechen genau der in J5 Fig.9 gegebenen graphischen Darstellung der Abtastzeit in Abhängigkeit von der Lage des Abtastpunkts. Die so gewonnenen Steuersignale erzeugen ein Schutzband, das jedem Fehlcrimpuls vor- und nacheilt. Dieses Schulzband wird längs der Abtastlinie in Abhängigkeit

aufeinanderfolgende Fehlcrsteuersignalc zu erzeugen.
deren Breite in der aus Fig. 9 ersichtlichen Weise beim 40 von der Lage des Abtastpunkts variiert Das Ausgangs-Übergang von einem Abtastintervall zum nächsten vari- signal des Schieberegisters 126 wird einem NOR-Gatter iert. Wie weiter oben beschrieben, erzeugen diese Feh- 130 und einem 2000-Bit-Serien-Serien-Schieberegister lersteuersignale ein Schutzband, das einer Fehlstelle 132 zugeführt. Das Schieberegister 132 läßt an seinem vor- und nacheilt, wobei die zeitliche Breite des Schutz- Ausgang ein um zwei Abtastungen verzögertes Signal bandes geändert wird, während sich der Abtaststrahl 45 erscheinen, das dem NOR-Gatter 130 und dem Eingang

von der Mitte der Abiastzone zum einen oder anderen Rand bewegt. Gemäß Fig. 12 gehören /u der Gatterschaltung 112 vier in Reihe geschaltete Schieberegister 114,116,124 und 126. jedem dieser Schieberegister werden Taktimpulse mit einer Frequenz von 2 MHz von dem Hauptoszillator 42 nach F i g. 1 aus zugeführt. Digitale Fehlersignale, die dem Fehleramplituden-Diskriminator 90 entnommen werden, gelangen zum Parallel-Se· rien-Steuereingang des Schieberegisters 114, das als S-Bit-Parallel-Serien-Schieberegistcr aufgebaut ist, so daß an seinem Ausgang ein Fchlerimpuls erscheint, dessen Dauer um drei Taktimpulse länger ist als der eigentliche Fehlerimpuls. Hierdurch wird praktisch eine zeitliche Dehnung des Fchlersignals um einen festen Betrag eines weiteren 2000-Bit-Sericn-Scrien-Schieberegisters 134 zugeführt wird. Am Ausgang des Schieberegisters 134 erscheint ein um drei Abtastungen verzögertes Signal, das dem NOR-Gatter 130 und dem Eingang eines weiteren 2000-Bit-Scrien-Scricn-Schiebcregistcrs 136 zugeführt wird. Am Ausgang des Schieberegisters 136 erscheint ein um vier Abtastungen verzögertes Signal, das ebenfalls dem NOR-Gatter 130 zugeführt wird. Es ist möglich, eine Verzögerung um eine noch größere Anzahl von Abtastungen zu bewirken, wenn man den Schieberegistern 132, 134 und 136 weitere Schieberegister nachschaltet.

Zu der Quantisier-Einrichtung 110 nach Fig. 12 gehört ferner ein Fehlcrsignalgatter 128. dem Fehlcrsigna-

von 1,5 μ5 bewirkt. Das Ausgangssignal des Schicberc- t>o Ie von dem Diskriminator 90 aus und aktive Abtastsigisters 114 wird einem UND-Gatter 118 und dem nach- gnale von der Steuerschaltung 70 aus zugeführt werden

Wenn eine Fehlstelle während einer aktiven Abtastperiode erstmalig auftritt, sind an keinem Eingang de; NOR-Gatters 130 Fehlcrsteuersignalc vorhanden, se b^r> daß der ('chlcrimpuls (!as UND-Gatter 128 durchläufi und gemäß 1^: i g. I einer Zähleinrichtung 140 /ugeführi

sten Schieberegister 116 zugeführt. Das Schieberegister 116 ist als S-Bit-Sericn-Parallcl-Schieberegister aufgebaut, dessen Ausgangssignale an Klemmen 2, 4 und 5 erscheinen und einem UND-Galter 119 bzw. einem UND-Gatter 120 bzw. einem ODER-Gatter 122 zugeführt werden. Die -V-. V und /-Ausgangssignale der Steuerschaltung 70 nach Γ i g. 1 werden gemäß I' i g- 12 werden kann. Während der nächsten vier Abtastvorgan ge bewirken die logischen O-Ausgangssigmilc lies NOK

15 16

Gatters 130, daß das UND-Gatter 128 gesperrt wird,
wenn der gleiche Fehler während der nächsten vier Abtastungen an der gleichen Stelle auftritt. Natürlich werden Signale für weitere Fehlstellen, die auf dem Material 20 während der aktiven Abtastintervalle an anderen 5
Punkten erscheinen, bei jeder ersten Abtastung der betreffenden neuen Fehlstelle an einem anderen Punkt
durchgelassen. Jedoch wird auch ein solches Signal nach
seinem Verschwinden auf die Dauer von vier Abtastungen zurückgehalten, bevor das G atter 128 geöffnet wird, ι ο
um das Zählen eines neuen Fehlers an der gleichen Stelle zu ermöglichen. Das Ausgangssignal des NOR-Gatters 130 wird ferner einem Inverter 138 und danach über
die Rückkopplungsleitung 105 gemäß Fig. 11 dem Diskriminator 90 zugeführt. Gemäß Fig. 11 führt die Rück- 15
kopplungsleitung 105 das im Verlauf von vier Abtastun- f

gen gespeicherte Fehlersteuersignal aus der Quantisier- |

Einrichtung 110 einem Transistor 102 zu, der dann einen I

Transistor 104 abschaltet und einen weiteren Transistor S

106 einschaltet Dies dient dazu, die Schwellenspannung 20 |

des !Comparators 96 auf einen Pegel herabzusetzen, der Sl

etwas über dem Grundgeräuschpegel der Anordnung J5

liegt. Mit anderen Worten, an dem Komparator 96 wird fe

ein niedrigerer Schwellenpegel während der Steuersi- Il

gnalintervalle mit einer Verzögerung um eine Abta- 25 5§

stung nach dem Nachweis der Fehlstellen eingestellt. §

und dieser niedrigere Schwellenpegel wird aufrechter- |

halten, bis vier aufeinanderfolgende Abtastungen fä

durchgeführt worden sind, nachdem keine Fehlstellen |

rnshr vorhanden sind. Auf diese Weise erhält man eine jo |

»Abtastlinien-Abtastlinienw-Hysterese an Abtastpunk- |

ten. an denen Fehlstellen nachgewiesen und Fehlersteu- |

ersignale erzeugt werden. Nachdem ein Fehler gezählt |

worden ist, könnten während der nachfolgenden erneuten Abtastungen der gleichen Fehlstelle ein Zittern des j5 I Abtaststrahls und andere Unregelmäßigkeiten der An- | Ordnung dazu führen, daß die Fehlstelle Signale erzeugt, ί deren Amplitude kleiner ist als beim ursprünglichen | Auftreten der Fehlstelle. Daher besteht die Möglichkeit. I daß das Fehlersignal den Schwellenpegel des Kompara- 40 1 tors % nicht überschreitet, wenn dieser Pegel nicht her- I abgesetzt worden ist. Diese Senkung des Diskriminator- P Schwellenwerts gewährleistet, daß die Fehlerquantisicr- | Einrichtung 110 kein Fehlersignal verliert, das bei nach- 1 folgenden Abtastungen der gleichen Fehlstelle erzeugt 4i
wird, obwohl das Fehlersignal nur einen niedrigeren Pegel erreicht. Ferner gewährleisten diese Maßnahmen,
daß sich vier Abtastungen abspielen müssen, ohne daß
das Fehlersignal erneut mit einer Mindestamplitude erscheint, bevor ein neues Fehlersignal mit einer größeren V) :] Amplitude gezählt werden kann, das längs der Ablastli- 1 nie durch eine die gleiche Lage einnehmende Fehlstelle i erzeug' wird. | Die Zähleinrichtung 140 nach Fig. I. der die quanti- fS sierten Fehlersignale zugeführt werden, kann auf eine 55 \ vorbestimmte Zahl so eingestellt werden, daß sie beim

Erreichen dieser Zahl ein Warnsignal erzeugt, oder sie *

kann an einen Drucker angeschlossen sein, mittels des- \

sen die Anzahl der quantisicrten Fehler registriert wird. ;■

In manchen Fällen ist es bei der Qualitätskontrolle er- bo
wünscht, daß ein Warnsignal erzeugt wird, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Fehlstellen gezählt worden ist, welche die für die Qualitätskontrolle festgesetzte Norm überschreitet.

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Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zum Nachweisen von Fehlstellen auf der Oberfläche eines mittels eines Laserstrahls abgetasteten Materials, mit einer einen Laser aufweisenden Abtasteinrichtung zum Aussenden des ständig aufeinanderfolgend abgelenkten Laserstrahls, einem Empfänger, der einen die von der Oberfläche des Materials reflektierte Strahlung empfangenden Detektor aufweist und ein in Abhängigkeit von der Intensität der reflektierten Strahlung abhängiges Fehlstellensignal erzeugt, mit einem dem Detektor nachgeschalteten Fehleramplituden-Diskriminator, der Fehlersignale abgibt, sobald die vom Detektor abgegebenen Fehlstellensignale ein vorbest.immtes Niveau überschreiten, sowie mit einer Abtastintervall-Verzögerungseinrichtung, um jeweils die Abgabe eines erzeugten Fehlersignals um ein Abtastintervall zu verzögern, gekennzeichnet durch ek-ic Laserstrahl-Positionssignale erzeugende LascrstrahlpositionsAngabeeinrichtung (40), die mit der Abtasteinrichtung (10) verbunden ist, durch eine mit den Abtaststrahl-Positionssignalen gespeiste Fehleraustast-Steuereinrichtung (70) zur Erzeugung von Fehleraustast-Stcuersignalen, deren Breite in Abhängigkeit der Abtastposition des Laserstrahles variiert, durch eine solche Ausbildung der sowohl mit den Fehlersignalen des Fehleramplituden-Diskriminators als auch mit den Fehleraustast-Steuersi- jo gnalen gespeisten Abtastintervall-Verzögerung bewirkenden r'rii'ichtung (112), daß sowohl das um eine Abtastung verzögerte zeitvariierende Fehlerbreiten-Austastsignal, dessen Breite sich mit der Abtastposition des Laserstrani'.s ändert, als auch ein « Schutzfrequenzband erzeugt wvrd. das einem Fehlersignal mit einer sich mit der von der Mille des abzutastenden Materials /u dessen Kanten sich bewegenden Laserstrahls ändernden Bandbreite vor- und nacheilt, und durch eine an den Fehlcramplituden-Diskriminator (90) und an die Abtastintervall-Verzögerungseinrichtung angeschlossene Fehlerquantisier-Einrichtung (110) für den Durchlaß eines eine Fehlstelle auf der Oberfläche des zu untersuchenden Materials (20) anzeigenden Ausgangssignals nur bei seinem erstmaligen Auftreten während eines aktiven Abtastintervalls und für das Unterbinden der nachfolgenden Fchlersignale, die während den anschließenden aufeinanderfolgenden Abtastungen auftreten, welche während der durch die jeweils eine Verzögerung um eine Abtastung bewirkende Fehleraustast-Einrichtung bestimmten Zeitintervalle durchgeführt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fchlerquantisier-Einrichtung (110) v, eine Mehrfachabtastungs- Speicher- Verzögerungseinrichtung aufweist, um alle Ausgangssignale zurückzuhalten, die aus den Fchlstellensignalen entstehen, welche durch während eines bestimmten Fchlerausiaststcuersignals auftretende Fehlstellen er- wi zeugt werden, bis das Fchlstellensignal, das /.ur Erzeugung des betreffenden Fchleraustaststeuersignals Anlaß gegeben hat. auf die Daurr einer vorbestimmten Anzahl nachfolgender Abtastungen verschwindet. h">

3. Anordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß über einen Kückkopplungspfnd (105) die Fehlcraustasisignalc der l'ehlerquantisiert'mrichtung (110) dem Fehleramplituden-Diskriminator (90) zugeführt werden, um beim Auftreten von jeweils um eine Abtastung verzögerten Fehleraustaststeuersignalen von variabler zeitlicher Breite diese dem Diskriminator zurückzuleiten zwecks Herabsetzung des vorbestimmten Pegels des Diskriminaiors.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Laserstrahlposkions-Angabeeinrichtung(40)eiii Mittelpunktsignal immer dann erzeugt wird, wenn der Laserstrahl den Mittelpunkt der Abtastlinie durchläuft, die sich über die Oberfläche des zu untersuchenden Materials(20) erstreckt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlpositions-Angabeeinrichtung (40) ein im Weg des Laserstrahls angeordnetes, teilweise reflektierendes Fenster (32), eine Fokussierlinse (34), eine lichtundurchlässige Maske (36) mit einer öffnung, die auf die Mittellage des Lasersirahls wanrend einer Abtastung ausgerichtet ist, sowie einen Detektor (38) aufweist, und daß die Fokussicrünse (34) den Mittelpunkt d;r Abiasiünie des Laserstrahis, der durch das Fenster auf die öffnung der Maske reflektiert wird, auf dem Detektor (38) abbildet, zwecks Erzeugung eines die Mittellage des Laserstrahls anzeigenden Ausgangssignais.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehleraustast-Steuereinrichtung (70) eine ein aktives Abtasten steuernde Einrichtung (72, 78, 80, 82, 84) umfaßt, die Lagebestimmungssignale für eine aktive Abtastung nur dann erzeug', wenn sich der Laserstrahl bei jedem Abiastintervall vom Mittelpunkt der Abtastlinie aus zur einen oder anderen Seite über die Oberfläche des zu untersuchenden Materials (20) bewegt.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (10) einen durch ein schnell arbeitendes Galvanometer (28) angetriebenen Galvanometerspiegc' (30) aufweist, um den Laserstrahl über die Oberfläche _uc 5 zu untersuchenden Materials (20) abzulenken, daß zwei zylindrische Fokussicrlinsen (16, 18) vorhanden sind, deren optische Achsen im rechten Winkel zueinander verlaufen, und die da/u dienen, die Größe des Abtastflecks auf der Oberfläche des Materials, der durch den Laserstrahl erzeugt wird, bezüglich seiner Breite und Länge parallel zur Abtastrichtung des Laserstrahls b/w. im rechten Winkel dazu einzustellen, und daß /wischen dem Galvanometerspiegel (30) einerseits und den beiden zylindrischen Linsen (16, 18) andererseits eine sphärische Lins·, '22) derart angeordnet ist, daß ihr Abstand von dem Galvanometcrspiegel gleich ihrer Brennweite ist. so daß Licht, das durch die zylindrischen Fokiissierlinsen fällt, über den Galvanometerspiegel auf der Oberfläche des zu untersuchenden Materials (20) fokussiert bzw. abgebildet wird.

8. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichne:, daß der Detektor (38) eine Photomultiplikatorröhrc ist. und daß die Empfangseinrichtung (50) optische Mittel (52, 54, 56) aufweist, um das auf der Oberfläche des /u untersuchenden Materials (20) von dem durch den l.aserablas'strahl erzeugten Neck ausgehende Licht /u sammeln und es auf die Aufnahmcflache einer I'hotomulliplikatorrohrc (60) /11 fuhren.

4. Anordnung nach Anspruch K. dadurch gekennzeichnet, dall die optische KmniantiscmnchlunH (50)

eine aus zwei Rücken an Rücken angeordneten Fresneüinsen (52,56) und einer dazwischen angeordneten zylindrischen Linse (54) bestehende Linsenkombination aufweist, daß diese Linsenkombination unterschiedliche Brennweiten in Beziehung zu Achsen aufweist, die im rechten Winkel zu einer Abtastlinie bzw. parallel zu einer Abtastlinie verlaufen, längs welcher sich der Laserstrahl auf der Oberfläche des zu untersuchenden Materials (20) bewegt, daß eine zweite zylindrische Linse (62) vorhanden ist, der eine Maske (64) mit einer öffnung zugeordnet ist, um das Bildfeld der optischen Empfangseinrichtung (50) im rechten Winkel zu der Abtastlinie zu bestimmen, daß die Linsenkombination in Beziehung zu der Abtasteinrichtung (10), der Phoiomultiplikatorröhre (60) und der Abtastlinie in einer Ebene derart angeordnet ist, daß die Abtasteinrichtung auf der Photomultiplikatorröhre (60) abgebildet wird, und daß die zweite zylindrische Linse (62) gegenüber Jer Linsenkombination (52, 54, 56) und der Photomultiplikatorröhre (60) derart angeordnet ist, daß sie die Linsenkombination auf der Photomultiplikatorröhre in einer im rechten Winkel zu der Abtastlinie verlaufenden Richtung abbildet, wobei die Linsenkombination die Abtastlinie auf der öffnung der lichtundurchlässigen Maske der zweiten zylindrischen Linse abbildet.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen der Abtasteinrichtung (10) und der Abtastlinie sowie zwischen der Abtastlinie und dem Empfänger (50) unverändert bleiben, und daß der Emfänger und die Abtasteinrichtung in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel der optischen Empfangseinrichtung (50) eine Lampe (68) und einen schwenkbar angeordneten Spiegel (69) aufweisen, und daß der Spiegel (69) in eine solche Stellung schwenkbar ist. daß er die Lampe (68) durch die optischen Mittel der Empfangseinrichtung hindurch abbildet, um auf der Oberfläche des abzutastenden Materials die Fläche anzuzeigen, von der den Detektor (38) zu Ausgangssignalen veranlassendes Licht ausgeht.