DD262086A1 - Vorrichtung zur positionsbestimmung von objekten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Bauelementen, Bauteilen, Baugruppen bei der Herstellung, Bearbeitung, Montage, Justage sowie Kontrolle. Das Ziel besteht darin, den Aufwand bei der Positionsbestimmung von Objekten zu verringern. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass in einem Abstand vom Objekt eine optische Maske in der Weise angeordnet ist, dass in einer Ebene hinter der Maske die Korrelationsfunktion zwischen Objekt- und Maskenstruktur als Lichtintensitaetsverteilung auftritt und sich in dieser Ebene ein optoelektronischer Wandler befindet, der die Koordinaten des Schwerpunktes der Korrelationsfunktion ermittelt.

Description

-. 1 —

Vorrichtung zur Positionsbestimnmng von Objekten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Bauelementen, Bauteilen, Baugruppen bei der Herstellung, Bearbeitung, Montage, Justage sowie Kontrolle.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind technische Lösungen bekannt, bei welchen die optisch erkennbare Struktur des Objektes mi-t einer als optische Maske ausgeführten Vergleichsstruktur verglichen wird. Dabei durchdringen die vom Objekt ausgehenden Lichtstrahlen die Maske und vereinigen sich hinter dieser Maske in der Weise, daß die Korrelationsfunktion hwische'n Objekt- und Vergleichsstruktur als Lichtintensitätsverteilung entsteht. Eine derartige als Schattenwurfkorrelator bezeichnete Vorrichtung kann sowohl linsenlos (Meyer-Eppler, W.; Darius, G.: Die Autokorrelation von ebenen zweidimensionalen Bildvorlagen, Nachrichtentechnische Fachberichte Band 3 (1956), S. 40 - 4o) als auch mit einer Linse hinter der Maske (König, M.: Berührungslose Erkennung und Positionsbestimmung von Objekten durch inkohärent-optische Korrelation, Dissertation an der TU Stuttgart 19-77) ausgeführt werden. Als optische Maske ist der Einsatz von fotografischen Reproduktionen des Objektes bzw. der Einsatz entsprechender Hologramme (Barlai, P.: Ein inkohärent-optischer Korrelator mit großer Auflösung, Mitteilungen des Instituts für Schwingungsfor-

J. 0 ; - -ι O- Z j J

schung Karlsruhe 1969) möglich. Bei der Wahl einer geeigneten Vergleichsstruktur besitzt die Korrelationsfunktion einen ausgeprägten Extremwert. Die Koordinaten dieses Extremwertes sind von der Position des Objektes abhängig. Die bekannten technischen Lösungen besitzen einen optoelektronischen Wandler, der die Korrelationsfunktion punktweise abtastet, und eine elektronische Schaltung, die aus dem vom Wandler gelieferten Signal die Koordinaten des Extremwertes bestimmt. Diese sequentielle Abtastung ist sehr aufwendig, da sie komplizierte optoelektronische Wandler (z. B. Fernsehkamera, CCD-Matrix) oder zusätzliche optische Ablenkvorrichtungen (z. B. Schwingspiegel, rotierendes Prisma) benötigt. Außerdem erfordert eine derartige Auswertung viel Zeit.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, welche den Aufwand bei der Positionsbestimmung von Objekten verringert.

Darlegung d.es Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Objekten mit. einfachen technischen Mitteln zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Abstand vom Objekt eine optische Maske in der Weise angeordnet ist, daß in einer Ebene hinter der Maske die Korrelationsfunktion zwischen Objektund. Maskenstruktur als Lichtintensitätsverteilung auftritt und sich in dieser Ebene ein optoelektronischer Wandler befindet, der die Koordinaten d.es Schwerpunktes der Korrelationsfunktion ermittelt. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß bei geeigneter Gestaltung der optischen, Maske die Koordinaten des Extremwertes, die bei den bekannten technischen Lösungen ermittelt werden, und die Koordinaten des Schwerpunktes der Korrelationsfunktion übereinstimmen.

Ausführungsbeispiel

Die Grobstruktur der Vorrichtung ist in Figur 1 dargestellt, während das Prinzip des optoelektronischen Wandlers Figur und das Prinzip der elektronischen Schaltung Figur 3 zu entnehmen ist. Nach Figur 1 befindet sich in einem Abstand vom Objekt 1 eine optische Maske 2 und dahinter eine Linse 3. In der Brennebene der Linse 3 befindet sich der optoelektronische Wandler 4, dessen Signale durch die elektronische Schaltung 5 verarbeitet werden. Die vom Objekt 1 ausgehenden Lichtstrahlen durchdringen die Maske 2 und werden von der Linse 3 in bekannter Weise so abgelenkt, daß in der Brennebene die Korrelationsfunktion der Objekt- und Maskenstruktur als Lichtintensitätsverteilung entsteht. Als optoelektronischer Wandler 4 kommt eine positionsempfindliche Fotodiode nach Figur 2 zum Einsatz. Dabei wird die Lichtintensitätsverteilung von der lichtempfindlichen Fläche 6 erfaßt und. in vier Ströme umgesetzt, d.ie über die Elektroden 7, S, 9 und 10 abfließen. Die Verarbeitung der Ströme erfolgt durch die in Figur 3 dargestellte elektronische Schaltung 5. Die Strom-Spannungs-Wandler 11, 12, 13 und liefern vier zu den Strömen proportionale Spannungen, von denen jeweils zwei einem S-ubtrahierglied. 15 bzw. 16 zugeführt werden. Gleichzeitig liefert ein Additionsglied 17 die Summenspannung, d.ie d.er auf d.en optoelektronischen Wandler 4 fallenden Lichtintensität proportional ist. Die Divid.ierglied.er 1B und 19 dividieren d.ie von den Subtrahiergliedern 15 und 16 erzeugten Spannungen durch die Summenspannung, wodurch zwei Spannungen U und. U, entstehen, d.ie den Koordinaten d.es Schwerpunktes der' Lichtintensitätsverteilung proportional sind. Bei praktischen Untersuchungen mit einer derartigen Vorrichtung konnte die Position von Objekten mit einer Genauigkeit von einem Prozent der zugelassenen maximalen Abweichung der Objektposition bestimmt werden.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch

   1. Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Objekten, bei welcher in einem Abstand vom Objekt eine optische Maske und gegebenenfalls weitere optische Bauelemente in der Weise angeordnet sind, daß die vom Objekt ausgehenden Lichtstrahlen die Maske durchdringen und sich in
   einer Ebene dahinter so vereinigen, daß die Korrelationsfunktion zwischen Objekt- und Maskenstruktur als Lichtintensitätsverteilung entsteht, gekennzeichnet
   dadurch, daß sich -in der Ebene hinter der optischen
   Maske ein optoelektronischer Wandler befindet, dessen Ausgangssignal proportional zu den Koordinaten des
   Schwerpunktes der. auf den Wandler treffenden Lichtintensitätsverteilung ist.

   HiercujZ/Seiten Zeichnungen
2. 0. G ; - TO^