DE102010016997A1

DE102010016997A1 - Inspektionssystem und Verfahren mit Mehrfachbildphasenverschiebungsanalyse

Info

Publication number: DE102010016997A1
Application number: DE102010016997A
Authority: DE
Inventors: Gil Abramovich; Ralph Gerald Cincinnati Isaacs; Joseph Benjamin Cincinnati Ross; Kevin George Harding; Guiju Song; Jianming Zheng
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: GB201008075D0; GB2470470B; US8045181B2; US20100296104A1; DE102010016997B4; JP2010271312A; CA2703360A1; JP5632650B2; GB2470470A

Abstract

Ein Inspektionssystem (10) weist eine Lichtquelle (20), ein Gitter (23), eine Phasenschiebeeinheit, einen Bildaufnehmer (30) und einen Prozessor (11) auf. Die Lichtquelle (20) ist für die Erzeugung von Licht eingerichtet. Das Gitter (23) befindet sich in einem Pfad des erzeugten Lichtes und ist dafür eingerichtet, eine Gitterabbildung nach dem Passieren des Lichtes durch das Gitter (23) zu erzeugen. Die Phasenschiebeeinheit ist dafür eingerichtet, mehrere phasenverschobene Muster der Gitterabbildung auf einer Objektoberfläche (16) zu erzeugen und zu reflektieren, um mehrere projizierte phasenverschobene Muster zu erzeugen. Der Bildaufnehmer (30) ist dafür eingerichtet, Bilddaten der projizierten phasenverschobenen Muster zu gewinnen. Der Prozessor (11) ist dafür eingerichtet, die Objektoberfläche aus den Bilddaten zu rekonstruieren. Ein Inspektionsverfahren wird ebenfalls repräsentiert.

Description

Hintergrund der Offenlegung
Die Erfindung betrifft im Wesentlichen Inspektionssysteme und Verfahren zum Inspizieren eines Objektes. Insbesondere betrifft die Erfindung Inspektionssysteme und Verfahren zum Inspizieren eines Kantenbruches eines Objektes.
Die Inspektion von Merkmalen eines Objektes ist erwünscht, um sicherzustellen; dass derartige Merkmale korrekt ausgebildet oder gestaltet sind, um geeignete mechanische Eigenschaften zu erzielen. Beispielsweise können in Objekten, wie z. B. in Turbinenschaufelblättern, Verdichterrädern, Schaufelfüßen usw., ein scharfer Kantenbruch oder eine Diskontinuität zu einem Bereich des Objektes führen, der sehr schnell verschleißen oder reißen kann, wenn er thermischen und/oder mechanischen Belastungen ausgesetzt wird. Daher ist es erwünscht, derartige Kantenbrüche genau zu messen und zu kennzeichnen.
Unterschiedliche bestehende Systeme wurden bereits zum Inspizieren von Kantenbrüchen eingesetzt. Beispielsweise wird ein Kantenbruch unter Anwendung eines Wachs- oder Weichmetallabdruckes der Kante gemessen. Der Abdruck wird dann unter Verwendung einer mechanischen Messvorrichtung mit einem Stift oder einem Abtastfühler gemessen. Ein derartiger Abdruckprozess ist jedoch ein außerhalb der Linienfertigung stattfindender Prozess, welcher im Allgemeinen aufgrund der Probleme bei der Herstellung eines genauen Replikats des Kantenbruches zeitaufwendig und ungenau ist.
Daher besteht ein Bedarf nach einem neuen und verbesserten Inspektionssystem und Verfahren zum Inspizieren von Kantenbrüchen.
Kurzbeschreibung der Offenlegung
Es wird ein Inspektionssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt. Das Inspektionssystem weist eine Lichtquelle, ein Gitter, eine Phasenschiebeeinheit, einen Bildaufnehmer und einen Prozessor auf. Die Lichtquelle ist für die Erzeugung von Licht eingerichtet. Das Gitter befindet sich in einem Pfad des erzeugten Lichtes und ist dafür eingerichtet, eine Gitterabbildung nach dem Passieren des Lichtes durch das Gitter zu erzeugen. Die Phasenschiebeeinheit ist dafür eingerichtet, mehrere phasenverschobene Muster der Gitterabbildung auf einer Objektoberfläche zu erzeugen und zu reflektieren, um mehrere projizierte phasenverschobene Muster zu erzeugen. Der Bildaufnehmer ist dafür eingerichtet, Bilddaten der projizierten phasenverschobenen Muster zu gewinnen. Ein Prozessor ist dafür eingerichtet, die Objektoberfläche aus den Bilddaten zu rekonstruieren.
Ein Phasenschiebeprojektor wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt. Der Phasenschiebeprojektor weist eine Lichtquelle, ein Gitter und eine Phasenschiebeeinheit auf. Die Lichtquelle ist für die Erzeugung von Licht eingerichtet. Das Gitter befindet sich in einem Pfad des erzeugten Lichtes und ist dafür eingerichtet, eine Gitterabbildung nachdem Passieren des Lichtes durch das Gitter zu erzeugen. Die Phasenschiebeeinheit ist dafür eingerichtet, mehrere phasenverschobene Muster der Gitterabbildung auf einer Objektoberfläche zu erzeugen und zu reflektieren, um mehrere projizierte phasenverschobene Muster zu erzeugen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist auf ein Inspektionsverfahren gerichtet. Das Inspektionsverfahren weist die Schritte einer Projektion von Licht aus einer Lichtquelle durch ein Gitter zum Erzeugen einer Gitterabbildung, einer Führung der Gitterabbildung durch eine Phasenschiebeeinheit, um mehrere phasenverschobene Muster der Gitterabbildung auf einer Fläche mit einer linearen Abmessung von weniger als etwa 10 Millimeter einer Objektoberfläche zu erzeugen und zu reflektieren, um mehrere projizierte phasenverschobene Muster in einem Winkel in Bezug auf die Oberflächennormale zu erzeugen, der Gewinnung mehrerer Bilddaten der projizierten phasenverschobenen Muster von der Objektoberfläche aus einem sich von den Winkeln der Projektion der phasenverschobenen Muster auf die Objektoberfläche unterscheidendem Blickwinkel und der Rekonstruktion der Objektoberfläche aus den Bilddaten mit einer Auflösung von weniger als etwa 10 μm.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden besser aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung verständlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen bereitgestellt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Inspektionssystems zum Inspizieren einer Objektoberfläche, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Phasenschiebeprojektors und eines in 1 dargestellten Bildempfängers, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine schematische Darstellung, die den Drehbetrieb einer drehbaren Platte zum Erzielen der Phasenverschiebung darstellt; und
4 ist eine schematische Darstellung des Phasenschiebeprojektors und des in 1 dargestellten Bildempfängers, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung werden hierin nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung werden allgemein bekannte Funktionen oder Konstruktionen nicht im Detail beschrieben, um eine Verschleierung der Offenlegung durch unnötige Details zu vermeiden.
1 stellt eine schematische Darstellung eines Inspektionssystems 10 für die Inspektion von Merkmalen einer Objektoberfläche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. So wie hierin verwendet, kann der Begriff ”Merkmale” Korrosionsstellen, Lochfraß, Kanten, Oberflächentexturen und andere geometrische Merkmale umfassen. In der dargestellten Ausführungsform weist das Inspektionssystem 10 einen Prozessor 11, einen Phasenschiebeprojektor 12, einen Bildempfänger 13, eine Steuerung 14 und einen Monitor 15 auf. Obwohl die Objektoberfläche 16 als kugelförmig dargestellt ist, ist die Erfindung auf keinerlei spezifische Art einer Objektoberfläche beschränkt, und die Objektoberfläche kann jede Form annehmen. In einigen Ausführungsformen können der Phasenschiebeprojektor 12 und der Bildempfänger 13 auf denselben interessierenden Bereich der Objektoberfläche 16 mit einem relativen Winkel dazwischen zeigen.
Für die dargestellte Anordnung kann der Prozessor 11 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) zum Verarbeiten von durch den Bildempfänger 13 von der Objektoberfläche 16 erfassten Bildern aufweisen. Die Steuerung 14 ist mit dem Prozessor 11 verbunden und kann ein elektrisches und/oder mechanisches System, wie z. B. eine Magnetspule, einen Schrittmotor oder ein ein piezoelektrisches Betätigungselement enthaltendes programmiertes Betätigungselement aufweisen, um den Phasenschiebe projektor 12 zum Erzeugen der gewünschten phasenverschobenen Muster zu steuern. In weiteren Beispielen kann die Steuerung 14 direkt mit dem Prozessor 11 verbunden sein und kann stattdessen den Phasenschiebeprojektor 12 unabhängig steuern. Der Monitor 15 kann eine Anzeigeeinrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeige (LCD), enthalten, um ein endgültig gemessenes Bild der Objektoberfläche 16 zur Beobachtung durch den Nutzer anzuzeigen.
Es sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung auf keinen speziellen Prozessor für die Durchführung der Verarbeitungsaufgaben der Erfindung beschränkt ist. Der Begriff ”Prozessor”, so wie dieser Begriff hierin verwendet wird, soll jede Maschine bezeichnen, die dafür geeignet ist, die Kalkulationen oder Berechnungen durchzuführen, die zum Durchführen der Aufgaben der Erfindung erforderlich sind. Der Begriff ”Prozessor” ist für die Bezeichnung jede Maschine gedacht, die in der Lage ist, ein strukturiertes Eingangssignal aufzunehmen und das Eingangssignal gemäß vorbestimmten Regeln zum Erzeugen eines Ausgangssignals zu verarbeiten, wie es der Fachmann auf diesem Gebiet darunter versteht.
2 stellt eine schematische Darstellung des Phasenschiebeprojektors 12 und des in 1 dargestellten Bildempfängers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Gemäß Darstellung in 2 enthält der Phasenschiebeprojektor 12 eine Lichtquelle 20, eine Sammeloptik 21, einen Diffusor 22, ein Gitter 23, eine erste Übertragungsoptik 24, eine (nicht bezeichnete) erste Phasenschiebeeinheit und Projektionsoptik 28. Die erste Phasenschiebeeinheit enthält eine drehbare transparente Platte 25, einen ersten Spiegel 26 und einen zweiten Spiegel 27. Sowie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff ”Spiegel” alle geeigneten Elemente, die gewünschte phasenverschobene Muster auf die Objektoberfläche 16 reflek tieren können. Zusätzlich enthält der Bildempfänger 13 einen Bildaufnehmer 30, eine zweite Übertragungsoptik 31 und eine Betrachtungsoptik 32.
In dem dargestellten Beispiel weist die Lichtquelle 20 typischerweise eine weiße Lichtquelle auf, kann jedoch irgendeine geeignete Lichtquelle enthalten wie z. B. eine Quecksilber- oder Halogenmetall-Bogenlampe, eine Halogenlampe, ein Laser/Phosphor-System, einen fasergekoppelten Laser oder eine LED-basierende Lichtquelle. Die erste und zweite Übertragungsoptik 24, 31, die Projektionsoptik 28 und die Betrachtungsoptik 32 können herkömmliche Linsen oder jede Linse mit hohem Wirkungsgrad, geringer Verzerrung und gutem Fokus aufweisen. Die transparente Platte 25 kann aus einer Glasplatte bestehen. Der Bildaufnehmer 30 kann einen (CCD) Sensor mit einem ladungsgekoppelten Bauelement oder irgendein anderes Bauelement mit einer zweidimensionalen Anordnung von lichtempfindlichen Pixeln aufweisen, das ein Videosignal in Reaktion auf den bei jedem Pixel gemessenen Lichtpegel ausgibt.
In einem nicht einschränkenden Beispiel können die erste und zweite Übertragungsoptik 24, 31 jeweils eine Übertragungslinse mit variablem Fokus aufweisen. Die ersten und zweiten Spiegel 26, 27 können stationär sein. Die Projektionsoptik 28 kann eine Mikrolinse aufweisen. In einigen Beispielen kann die Projektionsoptik 28 eine Mikrolinse aufweisen, die dafür eingerichtet ist, das bzw. die Gittermuster auf einen kleinen Bereich der Objektoberfläche mit hoher räumlicher Auflösung in ähnlicher Weise wie ein Mikroskopsystem abzubilden. Die Betrachtungsoptik 32 kann eine Objektivlinse aufweisen. In einem Beispiel weist die Betrachtungsoptik 32 eine telezentrische Linse auf. In einigen Beispielen ist die Betrachtungsoptik 32 dafür eingerichtet, einen kleinen Bereich der Objektoberfläche mit hoher räumlicher Auflösung in einer ähnlichen Weise wie ein Mikroskopsystem zu betrachten. In spezielleren Ausführungsformen ist die Betrachtungsoptik 32 dafür eingerichtet, einen Bereich mit linearer Abmessung von wenigen Millimetern Größe der Objektoberfläche, beispielsweise von weniger als etwa 10 Millimeter Größe mit einer hohen räumlichen Auflösung von weniger als etwa 10 μm zu betrachten.
Gemäß Darstellung in 2 erzeugt die Lichtquelle 20 während des Betriebs (nicht bezeichnete) Lichtstrahlen. Die Sammellinse 21 bündelt die Lichtstrahlen, um konvergierende Strahlen zu erzeugen. Die konvergierenden Strahlen passieren den Diffusor 22, um gleichmäßige Strahlen zu erzeugen. Die gleichmäßigen Strahlen passieren das Gitter 23, um Interferenzstrahlen zu erzeugen. Die Linse 24 mit variablem Fokus überträgt die Interferenzstrahlen, sodass sie die drehbare transparente Platte 25 passieren, um den ersten Spiegel 26 zu erreichen. Der erste Spiegel 26 reflektiert dann die Interferenzstrahlen auf den zweiten Spiegel 27, und der zweite Spiegel 27 reflektiert die Interferenzstrahlen weiter, sodass sie die Projektionslinse 28 passieren, sodass ein Gitterabbild oder Interferenzmuster des Gitters 23 auf die Objektoberfläche 16 projiziert wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Phasenschiebeeinheit 12 ferner dafür eingerichtet, die projizierten phasenverschobenen Muster in einem Winkel in Bezug auf eine Oberfläche senkrecht zur Objektoberfläche 16 zu erzeugen, und der Bildaufnehmer 30 ist ferner dafür eingerichtet, Bilddaten der projizierten phasenverschobenen Muster aus einem sich von dem Projektionswinkel der Phasenschiebeeinheit 12 unterscheidenden Blickwinkel zu gewinnen.
Nachdem das Interferenzmuster auf die Objektoberfläche 16 projiziert ist, kann die Geometrie der Objektoberfläche 16 das Interferenzmuster des Gitters 22 verzerren. Die Objektivlinse 32 führt und fokussiert eine Reflexion des projizierten Inter ferenzmusters von der Objektoberfläche 16 zu der Übertragungslinse 31 mit variablem Fokus. Die Übertragungslinse 31 mit variablem Fokus überträgt das projizierte Interferenzmuster in den Bildaufnehmer 30, um Bilddaten in dem projizierten Interferenzmuster zu erhalten. Zum Schluss werden die Bilddaten in dem (in 1 dargestellten) Prozessor 11 verarbeitet, um sie für die Rekonstruktion der Kontur der Objektoberfläche 16 vorzubereiten.
Gemäß Darstellung in 1 kann die Steuerung 14 die drehbare transparente Platte 25 steuern, dass sie sich zu jedem Zeitpunkt um einen bestimmten Winkel dreht. In einem nicht-einschränkenden Beispiel weist die Steuerung 14 ein piezoelektrisches Betätigungselement zum Steuern der drehbaren transparenten Platte 25 für eine Drehung um eine (nicht dargestellte) Achse parallel zu Gitterlinien des Gitters 23 auf. Demzufolge können in einigen Ausführungsformen mit der Bewegung der drehbaren transparenten Platte 25 mehrere unterschiedlich phasenverschobene Interferenzmuster der Gitterabbildung nacheinander innerhalb kurzer Zeitdauer erzeugt werden. Unterdessen empfängt der Bildaufnehmer 30 die projizierten phasenverschobenen Interferenzmuster nacheinander. Der Prozessor 11 verarbeitet die unterschiedlich projizierten phasenverschobenen Interferenzmuster, um die Objektoberfläche 16 zu rekonstruieren.
Für die in 2 dargestellte Anordnung falten die ersten und zweiten Spiegel 26, 27 das bzw. die Interferenzmuster des Gitters 23 und arbeiten mit der ersten Übertragungslinse 24 und der Projektionslinse 28 zusammen, sodass das Inspektionssystem 10 die Kontur von kleinen Merkmalen auf der Objektoberfläche 16 in hoher Auflösung abbilden kann. Zusätzlich verwendet der Bildempfänger 13 die zweite Übertragungslinse 31 und die Objektivlinse 32, um eine hoch auflösende Lichtsammlung der kleinen Merkmale auf der Objektoberfläche 16 zu erzielen.
3 zeigt eine schematische Darstellung, die den Drehbetrieb der drehbaren transparenten Platte 25 zum Erzielen einer Phasenverschiebung darstellt. Wie in 3 dargestellt, wird die drehbare transparente Platte 25 um einen Winkel α in Bezug eine Ebene 33 senkrecht zu einer Achse 34 gekippt, sodass ein parallel zu der Achse 34 einfallender Strahl 35 im Inneren der drehbaren transparenten Platte 25 gebrochen wird und ein durchgelassener Strahl 36 parallel zu und um einen Abstand ”d” in Bezug auf den einfallenden Strahl 35 verschoben erzeugt wird. Es ist dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt, dass, wenn die Verschiebung ”d” gleich 1/N'' (N ist ganzzahlig und N ≥ 3) einer Gitterperiode eines gegebenen Gitters ist, ein Phasenschiebewinkel eines Musters gleich 2π/N in Bezug auf ein benachbartes Muster ist. In einer Ausführungsform ist die Dicke der drehbaren transparenten Platte 25 gleich ”t” und ihr Brechungsindex ist ”n”. Die Verschiebung ”d” des einfallenden Strahls 35 ist durch die nachstehende Gleichung gegeben:
Dadurch kann man durch Steuern des Winkels α leicht den Phasenschiebewinkel eines Interferenzmusters in Bezug auf ein benachbartes Interferenzmuster bestimmen.
Es ist erwünscht, eine zu starke optische Abberation an dem Phasenschiebeprojektor 12 zu vermeiden. Eine gekippte drehbare Platte in einem divergierenden optischen Strahl erzeugt verschiedene Anteile von sphärischen und astigmatischen Abberationen an dem Projektionsbild. Je dicker die Glasplatte und je größer der Kippwinkel α ist, desto größer ist die Magnitude der zusätzlichen Abberationen. Der Produktkonstrukteur kann die optische Auslegung des Bildes und des Phasenschiebeprojektors prüfen, um zu ermitteln, ob die zusätzlichen Abberationen in ihren Auswirkungen auf das projizierte Bild tolerierbar sind.
Zusätzlich kann die Genauigkeit des Inspektionssystems 10 in großem Umfang durch seinen Grundlinienabstand bestimmt werden. In einer Ausführungsform ist der Grundlinienabstand der Abstand zwischen der Projektionslinse 28 und der Betrachtungslinse 32. Je größer der Abstand zwischen der Projektionslinse 28 und der Betrachtungslinse 32 ist, desto höher ist die Messauflösung des Inspektionssystems. Daher wird, zur Vergrößerung der Systemauflösung, wenn sowohl die Projektionslinse 28 als auch die Betrachtungslinse 32 in einem (nicht dargestellten) Ende des Inspektionssystems 10 angeordnet sind, die Projektionslinse 28 auf einer Seite angeordnet, während die Betrachtungslinse 32 auf der anderen Endseite des Inspektionssystems 10 angeordnet wird.
In einigen Ausführungsformen können die Interferenzmuster des Gitters 23 parallele helle und dunkle Linien mit sinusförmigen Intensitätsprofilen enthalten. Muster mit quadratischen, trapezförmigen, dreieckigen oder anderen Profilen können auf die Objektoberfläche 16 projiziert werden. In weiteren Ausführungsformen müssen die Muster keine geraden parallelen Linien aufweisen. Beispielsweise können gebogene Linien, wellige Linien, Zickzacklinien oder andere derartige Muster mit einer geeigneten Phasenschiebeanalyse verwendet werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel sind, wenn die Gitterlinien des Gitters 23 eine Quadratwellenverteilung haben, auch die Muster Quadratwellen (Quadratprofile), welche bestimmte Nichtlinearitätsfehler in die Phasenschiebeberechnung induzieren können.
Die Projektionslinse 28 kann als ein räumliches Bandpassfilter arbeiten, um die Quadratwellen in sinusförmige Wellen umzuwandeln, um diese Nichtlinearitätsfehler zu verringern.
In bestimmten Ausführungsformen wird die Rekonstruktion der Objektoberfläche 16 erreicht, indem irgendeiner von den aus der Phasenschiebeanalyse bekannten herkömmlichen Algorithmen verwendet wird, um zuerst die Information aus den phasenverschobenen Mustern zum Erfassen eines phasenverpackten Bildes zu komponieren, und um dann das phasenverpackte Bild zum Rekonstruieren der Objektoberfläche 16 in dem Prozessor 11 zu entpacken.
In einer Ausführungsform wird ein dreistufiger Phasenschiebealgorithmus angewendet, um die Objektoberfläche 16 zu rekonstruieren. Gemäß Darstellung in den 2–3 werden drei phasenverschobene Muster erzeugt, wobei jedes phasenverschobene Muster bei einem getrennten Phasenschiebewinkel durch Drehen der drehbaren transparenten Platte 25 erzeugt wird. In einem Beispiel sind die Phasenschiebemuster um 120 Grad (2π/3) getrennt, sodass die drei getrennten Phasenschiebewinkel –2π/3, 0 und 2π/3 sein können. Die Intensität I(x, y) an jedem Punkt in den drei unterschiedlichen Mustern kann entsprechend wie folgt dargestellt werden: I1(x, y) = A + Mcos[ϕ(x, y) – 2π/3] I2(x, y) = A + Mcos[ϕ(x, y)] I3(x, y) = A + Mcos[ϕ(x, y) + 2π/3]wobei A die durchschnittliche Intensität ist, M die Intensitätsmodulation ist und ϕ(x, y) die zu bestimmende verpackte Phase ist. Die simultane Auflösung der drei Gleichungen nach ϕ(x, y) ergibt die nachstehende Lösung:
Bei bekannter Intensität I₁, I₂ und I₃ ist die verpackte Phase ϕ(x, y) an jedem Punkt bestimmt und ihr Bereich liegt zwischen –π und π. Dann wird die verpackte Phase ϕ(x, y) an jedem Punkt mittels bekannter Phasenentpackungsprozesse entpackt, um ihre Absolutphase zu erhalten. Dann kann die tatsächliche Höhenkoordinate Z(x, y) des Punktes durch seine absolute Phase und Systemparameter, welche dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind, bestimmt werden. Auf diese Weise kann die Objektoberfläche 16 unter Erzeugung genauer Messungen rekonstruiert werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Phasenschiebeprojektors 12 und des in 1 dargestellten Bildempfängers 13, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Konfiguration der dargestellten Ausführungsform ist ähnlich der in 2 dargestellten und es werden dieselben Bezugszeichen in den 2 und 4 zur Bezeichnung der gleichen Elemente verwendet. Die zwei in den 2 und 4 dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich darin, dass die (nicht bezeichnete) zweite Phasenschiebeeinheit in 4 nicht die (in 2 dargestellte) drehbare transparente Platte 25, sondern stattdessen den ersten Spiegel 26 und einen drehbaren Spiegel 29 verwendet. In bestimmten Ausführungsformen kann der erste Spiegel 26 stationär sein.
Demzufolge überträgt die erste Übertragungslinse 24 gemäß Darstellung in 4 die Interferenzstrahlen aus dem Gitter 23, um den ersten Spiegel 26 zu erreichen. Der erste Spiegel 26 reflektiert die Interferenzstrahlen zu dem drehbaren Spie gel 29, und der drehbare Spiegel 29 reflektiert die Interferenzstrahlen unter Passieren der Projektionslinse 28 weiter, sodass ein Gitterabbild oder Interferenzmusters des Gitters 23 auf die Objektoberfläche 16 projiziert wird. Somit werden mehrere unterschiedliche phasenverschobene Muster der Gitterabbildung des Gitters 22 nacheinander durch Drehen des drehbaren Spiegels 29 innerhalb einer kurzen Zeitdauer erzeugt, was durch einen Fachmann auf diesem Gebiet implementiert werden kann. In ähnlicher Weise kann der Bildempfänger 13 die projizierten unterschiedlichen phasenverschobenen Muster empfangen, sodass der Prozessor 11 die Kontur der Objektoberfläche 16 rekonstruiert.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 13 die Bewegung des drehbaren Spiegels 29 steuern. In einer Ausführungsform weist die Steuerung 13 ein piezoelektrisches Betätigungselement zum Steuern der Bewegung des drehbaren Spiegels 29 auf, welche zusammen als Kipp-Piezospiegel bezeichnet werden können. Auf diese Weise kann das Inspektionssystem die Merkmale der Objektoberfläche 16 mit hoher Auflösung inspizieren.
Obwohl die Offenlegung in typischen Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, soll sie nicht auf die dargestellten Details beschränkt sein, da verschiedene Modifikationen und Ersetzungen durchgeführt werden können, ohne in irgendeiner Weise von dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Offenlegung abzuweichen. Somit können weitere Modifikationen und Äquivalente der hierin offengelegten Offenlegung dem Fachmann auf diesem Gebiet lediglich unter Nutzung von Routineexperimenten möglich erscheinen, und alle derartigen Modifikationen und Äquivalente werden als innerhalb des Erfindungsgedankens und Schutzumfangs der Offenlegung gemäß Definition durch die nachstehenden Ansprüche liegend betrachtet.
Ein Inspektionssystem 10 weist eine Lichtquelle 20, ein Gitter 23, eine Phasenschiebeeinheit, einen Bildaufnehmer 30 und einen Prozessor 11 auf. Die Lichtquelle 20 ist für die Erzeugung von Licht eingerichtet. Das Gitter 23 befindet sich in einem Pfad des erzeugten Lichtes und ist dafür eingerichtet, eine Gitterabbildung nach dem Passieren des Lichtes durch das Gitter 23 zu erzeugen. Die Phasenschiebeeinheit ist dafür eingerichtet, mehrere phasenverschobene Muster der Gitterabbildung auf einer Objektoberfläche 16 zu erzeugen und zu reflektieren, um mehrere projizierte phasenverschobene Muster zu erzeugen. Der Bildaufnehmer 30 ist dafür eingerichtet, Bilddaten der projizierten phasenverschobenen Muster zu gewinnen. Der Prozessor 11 ist dafür eingerichtet, die Objektoberfläche aus den Bilddaten zu rekonstruieren. Ein Inspektionsverfahren wird ebenfalls repräsentiert.

10: Inspektionssystem
11: Prozessor
12: Phasenschiebeprojektor
13: Bildempfänger
14: Steuerung
15: Monitor
16: Objektoberfläche
20: Lichtquelle
21: Sammeloptik
22: Diffusor
23: Gitter
24: erste Übertragungsoptik
25: drehbare transparente Platte
26: erster Spiegel
27: zweiter Spiegel
28: Projektionsoptik
29: drehbarer Spiegel
30: Bildaufnehmer
31: zweite Übertragungsoptik
32: Betrachtungsoptik
33: Ebene
34: Achse
35: einfallender Strahl
36: übertragener Strahl

Claims

Inspektionssystem (10), aufweisend: eine Lichtquelle (20), die für die Erzeugung von Licht eingerichtet ist; ein Gitter (23) in einem Pfad des erzeugten Lichtes und das dafür eingerichtet ist, nach dem Passieren des Lichtes durch das Gitter (23) eine Gitterabbildung zu erzeugen; eine Phasenschiebeeinheit, die dafür eingerichtet ist, auf einer Objektoberfläche mehrere phasenverschobene Muster der Gitterabbildung zu erzeugen und zu reflektieren, um mehrere projizierte phasenverschobene Muster zu erzeugen; einen Bildaufnehmer (30), der dafür eingerichtet ist, Bilddaten der projizierten phasenverschobenen Muster zu gewinnen; und einen Prozessor, der dafür eingerichtet ist, aus den Bilddaten die Objektoberfläche (16) zu rekonstruieren.
Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei die Phasenschiebeeinheit eine erste Phasenschiebeeinheit oder eine zweite Phasenschiebeeinheit enthält, wobei die erste Phasenschiebeeinheit eine drehbare transparente Platte (25) und ein Paar von Spiegeln (26, 27) aufweist, wobei die zweite Phasenschiebeeinheit ein Paar von Spiegeln (26, 29) aufweist, wobei die drehbare transparente Platte (25) der ersten Phasenschiebeeinheit dafür eingerichtet ist, die phasenverschobenen Muster der Gitterabbildung zu erzeugen und an die Spiegel (26, 27) der ersten Phasenschiebeeinheit zu übertragen, und wobei die Spiegel (26, 27) der ersten Phasenschiebeeinheit stationär und dafür eingerichtet sind, die phasenverschobenen Muster auf die Objektoberfläche (16) zu reflektieren, und wobei die Spiegel (26, 29) der zweiten Phasenschiebeeinheit einen stationären Spiegel (26) und einen drehbaren Spiegel (29) aufweisen, und wobei der stationäre Spiegel (26) dafür eingerichtet ist, die Gitterabbildung auf den drehbaren Spiegel (29) zu reflektieren und der drehbare Spiegel (29) dafür eingerichtet ist, die phasenverschobenen Muster der Gitterabbildung zu erzeugen.
Inspektionssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Steuerung (14) aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Phasenschiebeeinheit zum Erzeugen der phasenverschobenen Muster zu steuern, und wobei die Steuerung (14) ein piezoelektrisches Betätigungselement aufweist.
Inspektionssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: mehrere Projektionsoptiken (28), die dafür eingerichtet sind, die phasenverschobenen Muster aus der Phasenschiebeeinheit auf die Objektoberfläche (16) zu projizieren; und mehrere Betrachtungsoptiken (32), die dafür eingerichtet sind, die projizierten phasenverschobenen Muster von der Objektoberfläche (16) auf den Bildaufnehmer (30) zu führen und zu fokussieren.
Inspektionssystem nach Anspruch 4, das ferner eine zwischen dem Gitter (23) und der Phasenschiebeeinheit angeordnete erste Übertragungslinse (24) mit variablem Fokus und eine zwischen der Betrachtungsoptik (32) und dem Bildaufnehmer (30) angeordnete zweite Übertragungslinse (31) mit variablem Fokus aufweist, und wobei die Betrachtungsoptiken (32) eine telezentrische Linse aufweisen und die Projektionsoptiken (28) eine Mikrolinse aufweisen.
Inspektionssystem nach Anspruch 1, das ferner eine zwischen der Lichtquelle (20) und dem Gitter (23) angeordnete Sammellinse (21) und einen zwischen der Sammellinse (21) und dem Gitter (23) angeordneten Diffusor (22) aufweist.
Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei das Inspektionssystem (10) einen Bereich mit einer linearen Abmessung von weniger als etwa 10 Millimeter in der Größe auf der Objektoberfläche mit einer Auflösung von weniger als etwa 10 μm inspiziert, wobei die Phasenschiebeeinheit ferner dafür eingerichtet ist, die projizierten phasenverschobenen Muster in einem Winkel in Bezug auf eine Oberfläche senkrecht zu der Objektoberfläche zu erzeugen, und wobei der Bildaufnehmer (30) ferner dafür eingerichtet ist, die Bilddaten der projizierten phasenverschobenen Muster aus einem sich von dem Projektionswinkel der Phasenschiebeeinheit unterscheidendem Betrachtungswinkel zu gewinnen.
Inspektionsverfahren mit den Schritten: Projizieren von Licht aus einer Lichtquelle (20) durch ein Gitter (23), um eine Gitterabbildung zu erzeugen; Führen der Gitterabbildung durch eine Phasenschiebeeinheit, um mehrere phasenverschobene Muster der Gitterabbildung auf einen Bereich mit linearen Abmessungen von weniger als 10 Millimeter auf einer Objektoberfläche zu erzeugen und zu reflektieren, um mehrere projizierte phasenverschobene Muster in einem Winkel in Bezug auf die Oberflächennormale zu erzeugen; Gewinnen mehrerer Bilddaten der projizierten phasenverschobenen Muster von der Objektoberfläche (16) aus einem Betrachtungswinkel, der sich von dem Projektionswinkel der pha senverschobenen Muster auf die Objektoberfläche unterscheidet; und Rekonstruieren der Objektoberfläche aus den Bilddaten mit einer Auflösung von weniger als etwa 10 μm.
Inspektionsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Phasenschiebeeinheit eine erste Phasenschiebeeinheit oder eine zweite Phasenschiebeeinheit enthält, wobei die erste Phasenschiebeeinheit eine drehbare transparente Platte (25) und ein Paar von Spiegeln (26, 27) aufweist, und wobei die zweite Phasenschiebeeinheit ein Paar von Spiegeln (26, 29) aufweist, wobei die drehbare transparente Platte (25) der ersten Phasenschiebeeinheit dafür eingerichtet ist, die phasenverschobenen Muster der Gitterabbildung zu erzeugen und an die Spiegel (26, 27) der ersten Phasenschiebeeinheit weiterzuleiten, wobei die Spiegel (26, 27) der ersten Phasenschiebeeinheit stationär und dafür eingerichtet sind, die phasenverschobenen Muster auf die Objektoberfläche (16) zu reflektieren, wobei die Spiegel (26, 29) der zweiten Phasenschiebeeinheit einen stationären Spiegel (26) und einen drehbaren Spiegel (29) aufweisen, und wobei der stationäre Spiegel (26) dafür eingerichtet ist, die Gitterabbildung auf den drehbaren Spiegel (29) zu reflektieren und der drehbare Spiegel (29) dafür eingerichtet ist, die phasenverschobenen Muster der Gitterabbildung zu erzeugen.
Inspektionssystem (10) nach Anspruch 8, ferner mit den Schritten der Führung der phasenverschobenen Muster durch eine Projektionslinse (28) zur Projektion auf die Objektoberfläche (16) nach der Erzeugung und Reflexion aus der Phasenschiebeeinheit, der Führung der projizierten phasenverschobenen Muster durch eine Betrachtungslinse (32) vor ihrer Abbildung auf den Bildaufnehmer (30), der Führung des Lichts durch eine Sammellinse (21) und eine erste Übertragungslinse (24) mit variablem Fokus vor dem Passieren des Gitters (23) und der Führung der projizierten phasenverschobenen Muster durch eine zweite Übertragungslinse (31) mit variablem Fokus nach dem Passieren der Betrachtungslinse (32).