[发明专利]长形物体的表面分析

说明书

本发明涉及一种用于分析诸如导线、纤维、电缆、长形挤压成型件或类似物的长形物体的表面状况的装置和方法。其主要应用涉及通常以高速生产的生产线。本发明在于以非常精密的方式检测表面状况(粗糙度)，检测表面缺陷(外观)，检测形状和颜色的缺陷，并且可以对它们(表面，形状)进行表征。

已经公知的有多种用于检测导线或管线的表面缺陷的装置。

文献EP 0 841 560描述了一种器具，将塑料管插入该器具以便检查其表面状况。有六个固定的光源设置在与管子同心的圆周中。光源的持续照明以径向方式照射管子的一段短的轴向长度上的环形部分。分布在管子周围的六个传感器中的每一个接收来自六个持续光源并被管子漫射的光。

通过传感器所接收到的总能量的改变(modulation)可检测出管子表面上的形状缺陷，但它并不能精确检测出缺陷的位置或表面积。因而，在文献EP 0 841 560中描述的这种装置没有提供一种很好的解决方案。它仅限于揭露出重大缺陷的存在，而不能精确检测这个缺陷的位置和尺寸。这无法满足目标应用的性能要求。

在文献US 4 616 139和US 4 645 921中描述的装置，虽然它们结构不同，但仍存在同样的相似性和局限性。

文献EP 0 119 565描述了一种用于定位电缆表面缺陷的不同的光学检测装置。将由振荡镜偏转的光源依次指向不同的固定反射镜，这些固定反射镜则依次朝电缆反射光线。每面固定反射镜使发散光束返回，由此连续扫描如同镜子般的电缆的多个部分。由电缆漫射的光被两个设置在两个集成半球中的传感器所捕获。通过缺陷在整个空间内漫射的能量就可观测到缺陷。连续扫描应该能够定位出在表面上的缺陷。然而，其照明并不是径向的，而且其定位在很大程度上取决于该电缆所处的位置。像其它装置一样，该装置也利用了漫射的能量，这种能量在这种情况下根据光束在电缆表面上的入射角而发生变化，并且该装置不能提供缺陷的详细特征。由于它不是观测直接反射的能量，因而这种装置不能够表征出类似镜面的状态。此外，这种装置的扫描频率不易于达到3kHz。

本发明目的在于弥补上述发明的局限性，并提出一种能够以非常详细的方式连续分析物体表面，优选地为圆柱体表面，甚至是准镜面，检测它的表面状况(粗糙度)，检测和表征出它的缺陷(表面积，尺寸，位置)的装置和方法。

出于这一目的，根据第一方面，本发明涉及一种用于分析例如导线，或类似物的长形物体的表面状况的装置，包括：

-大致以环形布置在一个平面内的多个光源，每个所述光源朝向该环的轴线发出主入射光束，物体设置在所述轴线的附近，以便使所述物体的待进行分析的表面区域设置在所述入射光束的路径上；

-至少三个光电探测器，它们布置在一个大致与光源所在的环相平行的平面中；

光源被布置成使得主入射光束与环的轴线形成既非直角又非零度角的角度(α)，并且所述光电探测器被布置成使得三个所述光电探测器中的每一个能够部分地接收由所述入射光束在所述物体上的直接且完全的反射所形成的各条反射光束。

术语“由直接且完全的反射所形成的反射光束”应理解成由物体(柱形)的无缺陷表面反射的，还与光源所在环的轴线形成角度α，且与入射光束的角度对称的光束。换句话说，将光电探测器设置成使得它们总是接收光源在物体上的部分直接反射。

光源发射的光锥区足够宽，以便以大致恒定的空间能量密度照亮轴线周围的所有区域(该区域称为检测区)。该主入射光束与发射的主轴线相应。

有利地，但根据实际应用并不是必需地，光源的发射区优选地尽可能小，例如小于5mm²，并且典型地小于0.1mm²，用以产生准-发散光束以及从三个光电探测器中的每一个看来为单一的直接反射。在一个给定的示例中，只有一个光源发光。根据发光光源所处的角位置，仅有两个光电探测器是同时激发的，并且同一个光源的两个不同的反射可同时检测到。处于几乎与发光光源相对的角位置上的光电探测器处于非激发状态。

将单个激发的光源在环中顺序地从光源到光源地逐个切换，以便按照环形方式且使光源光束与物体呈斜入射的方式扫描物体，并因此在物体表面上产生倾斜的反射扫描。该方法能够采用逐点观测的方式，详细且顺序观测物体的整个表面，并能对每个点精确定位。