DE2405102A1

DE2405102A1 - Dynamisches abtastverfahren

Info

Publication number: DE2405102A1
Application number: DE19742405102
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dipl Ing Dr Jacoby
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1974-02-02
Filing date: 1974-02-02
Publication date: 1975-08-07

Description

Dynamisches Abtastverfahren Die Erfindung betrifft ein Abtastverfahren zur Erfassung der Lage von beliebig gekrümmten Objektkanten, Linienzügen oder dergleichen mittels einer dynamisch arbeitenden fotoelektrischen Autasteinrichtung.
Es sind verschiedene Abtastverfahren bekannt geworden, bei denen eine Einstellung in einer einzigen vorgegebenen Richtung oder auch in zwei zueinander senkrechten unveränderlichen Richtungen möglich ist.
Diese bekannten Verfahren erlauben jedoch nicht das Abtasten von beliebig gekrümmten Kurvenformen.
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht nun die Erfassung der Lage von beliebig gekrümmten Obåektkanten, Linienzügen oder dergleichen in besonders vorteilhafter Weise dadurch, daß die Abtastung durch einen relativ zur Kante bzw.
Linie periodisch umlaufenden Abtastpunkt erfolgt und die Phasenlage des bei der Abtastung entstehenden fotoelektrischen Signales in Bezug zur Phasenlage der Abtastbewegung der Abtasteinrichtung zur Ermittlung der Winkellage der Kante bzw.
Linie gemessen wird und daß durch Auswertung des Signalspektrums, z.B. in einem Spektrumanalysator, die Relativlage des Mittelpunktes der Abtastbewegung zur Lage der Kante bzw.
Linie erfaßt wird.
Die Erfindung sei nun anhand der in den Fig. 1 - 4d dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Fig. 1 ist ein zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mögliches Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
Der besseren Uebersicht wegen sind hier, wie auch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, lediglich die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Geräte elemente schematisch eingezeichnet.
Im einzelnen ist in der Fig. 1 mit 1 eine Lichtquelle bezeichnet, welche mit Hilfe der Optik 2 eine Blende 3 ausleuchtet. Die Blende 3 weist eine exzentrisch angeordnete lochförmige Blendenöffnung 3a auf und ist um die optische Achse A drehbar gelagert. Bei einer Drehung der Blende 3 beschreibt somit die Blendenöffnung 3a eine kreisförmige Bahn um die Achse A. Mit Hilfe der Optik 4 wird die Lochblende 3a beispielsweise auf die Begrenzungskante 5a eines undurchsichtigen Werkstückes 5 abgebildet, und zwar derart, daß bei einer rotierenden Blende 3 ein Lichtpunkt 3a', der ein Bild der Lochblende 3a ist, auf eine kreisförmige Bahn 3b über die Begrenzungskante 5a des Werkstücks 5 geführt wird. Die Optik 6 führt das Licht des umlaufenden Lichtpunktes 3a' einem fotoelektrischen Empfänger 7 zu, solange der Lichtpunkt auf seiner Umlaufbahn 3b nicht durch das undurchsichtige Werkstück 5 abgedeckt wird.
Die Blende 3, welche beispielsweise eine Stirnverzahnung 3c aufweist, wird über ein hierin eingreifendes Antriebszahnrad 8 von einem Antrieb 9, beispielsweise einem Synchronmotor, in Drehung versetzt. Vom Antrieb 9 wird ferner ein der Umlauffrequenz der Blendenöffnung 3a entsprechendes periodisches Signal abgegeben und einem Phasenmesser 10 bekannter Bauart als Bezugsgröße zugeführt. Das vom fotoelektrischen Empfänger aufgenommene Empfangssignal wird ebenfalls dem Phasenmesser 10 zugeführt und seine Phasenlage im Bezug zur Phasenlage der Abtastbewegung der Blendenöffnung 3a bzw. des Lichtpunktes 3a' gemessen. Ferner wird das Empfangssignal auf eine bekannte Einrichtung 11 zur Auswertung des Signalspektrums, z.B. einem Spektrumanalysator, gegeben.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Fig. 2 dargestellt.
Diese Einrichtung unterscheidet sich von der nach Fig. 1, gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, lediglich dadurch, daß hierbei der die Werkstückskante 5a auf einer kreisförmigen Umlaufbahn 13b abtastende Lichtpunkt 13a' mit Hilfe einer feststehenden Blende 13, welche eine lochförmige Blendenöffnung 13a aufweist, und eines in den Strahlengang eingefügten Taumelspiegelsystems 14 erzeugt wird. Auch hierbei wird, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, daß vom fotoelektrischen Empfänger 7 aufgenommene Signal an einen Phasenmesser 10 und eine Auswerteeinrichtung 11 gegeben, dessen Bezugssignal nunmehr aus der Bewegung des Taumelspiegelsystems 14 abgeleitet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist keineswegs an die in den Fig. 1 - 2 dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, sondern es lassen sich auch noch andere bekannte Mittel zur Erzielung einer relativen Rotationsbewegung zwischen Abtastpunkt und Obåektkante verwenden. Ferner kann man selbstverständlich an Stelle von Objektkanten hiermit auch Linienzüge abtasten.
Die Wirkungsweise einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommenen Abtastung sei nun anhand der Fig. 3a-4d erläutert.
In den Fig. 3a - 3c ist die abzutastende Kante 5a in verschiedenen Lagen gegenüber dem Abtastkreis 3b des Abtastpunktes 3a' vergrößert eingezeichnet. Von den Fig. 3a und 3b geht die Kante 5a durch den Mittelpunkt P1 der Abtastbewegung, während diese im angenommenen Falle nach Fig.
3c einen Abstand a vom Mittelpunkt M hat. Im Falle nach Fig. 3b ist die Kante 5a gegenüber der horizontalen Lage nach Fig. 3a um einen Winkel j geneigt. Die in den Fig.
3a-3c eingezeichnete Lage des Lichtpunktes 3a' entspricht beispielsweise dem Nullpunkt (Anfangspunkt der Tastbewegung).
Die Tastbewegung erfolgt beispielsweise auf einer Kreisbahn 3b in der angegebenen Pfeilrichtung. Der Verlauf eines dieser kreisförmigen Tastbewegungen entsprechenden Bezugsignale ist in der Fig. 4e dargestellt. Die hierin eingezeichneten Gradbezeichnungen beziehen sich auf die jeweilige Phase der Abtastbewegung.
In der Fig. 3a dargestellten Lage der Kante 5a tritt der Lichtpunkt 3a' zu Beginn der Abtastbewegung (eingezeichnete Lage) gerade aus der Abdeckung durch das undurchsichtige Objekt 5 heraus und verläuft bis zum abermaligen über schreiten der Kante 5a in entgegengesetzter Richtung (nachdem die Phase der Abtastung um 1800 fortgeschritten ist) außerhalb des Objektes 5. Während dieser Zeit wird die Fotozelle 7 (Fig. 1 und Fig. 2) vom Lichtpunkt 3a' beaufschlagt, während in der Phase 1800 - 3600 der Lichtpunkt durch das Objekt abgedeckt ist und somit der Fotoempfänger 7 kein Licht erhält. Es entstehen dabei Empfängersignale, in der in Fig. 4a dargestellten Art. Hierin sind die Hellphasen (Beaufschlagung des Empfängers) durch eine Schraffur gekennzeichnet. In den Fig. 4b und 4c sind die entsprechenden Empfänger signale bei den Kantenlagen nach Fig. 3b und 3c eingezeichnet. Ein Vergleich der Signalform nach Fig. 4a und Fig. 4b zeigt, daß sich eine Neigung der Kante (vergleiche Fig. 3a und 3b) in eine Phasenverschiebung der Signale gegenüber dem Bezugssignal nach Fig. 4d äußert. Eine Ablage a der Kante vom Mittelpunkt M der Abtastung (vergleiche Fig. 3c) äußert sich, wie aus Fig. 4c ersichtlich in eine Änderung des Verhältnisses der Hell-Dunkel-Phasen. Wenn die Hellphase gleich der Dunkel-Phase ist, d.h., wenn die ganzzahligen Vielfachen Abtastfrequenz des Signales zu Null werden, ist der Abstand a von der Kante bis zum Mittelpunkt M der Abtastung ebenfalls Null. Bei Abtastung einer Linie müssen die ungeraden Vielfachen der Abtastfrequenz zu Null werden.

Claims

Patentanspruch

Abtastverfahren zur Erfassung der Lage von beliebig gekrümmten Objektkanten, Linienzügen oder dergleichen mittels einer dynamisch arbeitenden fotoelektrischen Abtasteinrichtung, dadurch gekennzeicnnet, daß die Abtastbewegung durch einen relativ zur Kante (5a) beziehungsweise Linie periodisch verlaufenden Abtastpunkt (3a') erfolgt und die Phasenlage (l) des bei der Abtastung entstehenden fotoelektrischen Signales in Bezug zur Phasenlage der Abtastbewegung der Abtasteinrichtung zur Ermittlung der Einkellage der kante bzw. Linie gemessen wird und daß durch Auswertung des Signal spektrums des fotoelektrischen Signales, z.B. in einem Spektrumanalysator, die Relativlage (a) des Mittelpunktes (M) der Abtastbewegung zur Lage der Kante (5a) bzw. Linie erfaßt wird.

L e e r s e i t e