DE2611514B2 - Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung - Google Patents

Description

ehe des Films zurückgeworfenen Lichtstrahlen,

Fig.3a eine graphische Darstellung der Art und Weise der Feststellung von Fehlern der Emulsionsschicht des in Fig. Ib und Ic dargestellten Typs,

Fig.3b eine Fig.3a ähnelnde Darstellung zur Erläuterung der Feststellung von Emulsionsschichtfehlern der Art gemäß Fig. Id,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung und

Fig.5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Abtastort des Lichtstrahls und dem zu prüfenden Gegenstand.

Im folgenden ist zunächst die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis erläutert.

Oberflächenunregelmäßigkeiten oder -fehler der Art gemäß den Fig. Ib und Ic, nämlich solche an der Oberfläche, können mit hoher Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit durch einen unter einem vergleichsweise großen Winkel einfallenden Lichtstrahls festgestellt werden, während jedoch Oberflächenfehler gemäß Fig. Id, deren Tiefe nämlich so groä ist, daß die Filmgrundschicht frei liegt, durch einen Lichtstrahl mit großem Einfallswinkel kaum feststellbar sind.

Der Oberflächenfehler gemäß Fig. Id läßt sich dagegen mit hoher Genauigkeit mittels eines Lichtstrahls mit vergleichsweise kleinem Einfallswinkel feststellen.

Die vorgenannten Bedingungen sind nachstehend anhand der F i g. 2a, 2b, 3a und 3b näher erläutert.

Wenn parallele Lichtstrahlen z. B. in Form von Laserstrahlen o. dgl. unter verschiedenartiger Änderung ihrer Einfallswinkel auf eine gleichmäßig auf die Oberfläche einer Filmgrundschicht 1 aufgetragene Emulsionsschicht 2 gerichtet werden, läßt sich die Streuwinkelverteilung gemäß Fig. 2a nicht feststellen. Wenn nämlich der Einfallswinkel fc) des Lichtstrahls A 75° beträgt, läßt sich die Streuwinkelverieilung bei der Reflexion durch das bei B angedeutete Schema darstellen, das eine praktisch regelmäßige Reflexionskomponente besitzt. Der Streuwinkel des Lichtstrahls C, der unter 60° einfällt, ist dabei bei D und derjenige des Lichtstrahls E mit einem Einfallswinkel von 45° durch das Schema F angedeutet, das nur eine geringe regelmäßige Reflexionskomponente besitzt.

Bei Änderung der Einfallswinkel der auf die Oberfläche der Filmgrundschicht 1 auftreffenden Lichtstrahlen ergibt sich die Streuwinkelverteilung der einzelnen Lichtstrahlen gemäß Fig. 2b. Darin sind die einzelnen Streuwinkelverteilungen des Lichtstrahls A mit einem Einfallswinkel von 75° bei G, des Lichtstrahls C, dessen Einfallswinkel 60° beträgt, bei H und des Lichtstrahls E mit einem Einfallswinkel von 45° bei / angegeben. Es ist somit ersichtlich, daß die auf die Oberfläche der Filmgrundschicht 1 auftixffenden Lichtstrahlen sämtlich eine Streuwinkelverteilung mit einer großen Reflexionskomponente und einen vergleichsweise kleineren Winkelunterschied als im Falle der auf die Emulsionsschicht 2 auftreffenden Lichtstrahlen besitzen. Wenn zudem der Einfallswinkel θ der Lichtstrahlen kleiner ist als 30°, läßt sich eine Änderung ihres jeweiligen, von der Oberfläche der Filmgrundschicht 1 zurückgeworfenen regelmäßigen Reflexionslichts feststellen.

Aus den obigen Ausführungen ist mithin ersichtlich, daß es für die Feststellung von Oberflächenfehlern der Art gemäß den Fig. Ib und Ic in der Emulsionsschicht vorteilhaft ist, den Einfallswinkel der Lichtstrahlen zu vergrößern und dadurch den regelmäßigen Reflexionsfaktor der von der Emulsionsschicht zurückgeworfenen Lichtstrahlen gemäß F i g. 3a zu vergrößern.

Aufgrund dieser Versuche hat es sich gezeigt, daß der Einfallswinkel der Lichtstrahlen vorzugsweise auf mehr als 70° und vorteilhaft bei etwa 75° gehalten werden sollte.

Falls die auf die Grundfläche des Films aufgetragene Emulsion eine Unterbrechung gemäß Fig. Id besitzt, kann diese Unterbrechung durch das von der Oberfläehe der Filmgrundschicht 1 reflektierte Licht / festgestellt werden, wenn der Einfallswinkel des Lichtstrahls kleiner gewählt wird als 45°, so daß das von der Emulsionsschicht 2 reflektierte Licht gemäß F i g. 3b, zu einem diffusen Licht Fwird.

in diesem Fall hat es sich aufgrund von Versuchen als vorteilhaft erwiesen, den Einfallswinkel des Lichts auf weniger als 45°, vorzugsweise auf etwa 30° festzulegen.

Die in Fig.4 dargestellte Prüfvorrichtung weist eine

einen Lichtstrahl erzeugende Einrichtung bzw. Lichtquelle 11, beispielsweise einen Laseroszillator, auf, die so angeordnet ist, daß sie einen Lichtstrahl senkrech! zur Drehachse eines mehreckigen Drehspiegels 12 richtet. Der Drehspiegel 12 soll dabei das von der Lichtquelle 11 ausgestrahlte Licht auf ein zu untersuchendes Prüfobjekt 16 richten, wobei die Drehachse des Drehspiegels 12 senkrecht zur Drehachse einer das Prüfobjekt 16 tragenden Walze 17 angeordnet ist. Bei 13 ist ein halbdurchlässiger Spiegel dargestellt, welcher den Lichtstrahl in zwei Teile aufteilt und dessen Längsachse senkrecht zur Drehachse des Drehspiegels 12 und parallel zur Drehachse der Walze 17 angeordnet ist. Ein weiterer Spiegel 14 reflektiert den durch den halbdurchlässigen Spiegel 13 durchgelassenen Lichtstrahl in der Weise, daß der Reflexionsstrahl als Abtaststrahl zur Abtastung der Oberfläche des Prüfobjekts 16 wirkt. Die Längsachse des Spiegels 14 ist dabei parallel zur Drehachse der Walze 17 angeordnet. Genauer gesagt: Die Lichtquelle 11, der Drehspiegel 12 und der Spiegel 14 sind in einer gemeinsamen Ebene

4« angeordnet, während eine den von der Lichtquelle 11 ausgestrahlten Lichtstrahl sowie das durch den Spiegel 12 reflektierte Licht enthaltene Ebene senkrecht zur Fläche des Drehspiegeis 12 liegt. Bei 15 ist noch ein weiterer Spiegel dargestellt, welcher das vom halbdurchlässigen Spiegel 13 reflektierte Licht so reflektiert, daß es als weiteres Abtastlicht zur Abtastung des Prüfobjekts 16 unter einem gegenüber dem Abtastlicht des Spiegels 14 unterschiedlichen Einfallswinkel wirkt. Die Längsachse des Spiegels 15 liegt dabei parallel zur Drehachse der Walze 17 und in einer solchen Position, daß der vom Spiegel 15 kommende Lichtstrahl auf der Oberfläche des Prüfobjekts dem Lichtstrahl vom Spiegel 14 überlagert wird. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Lichtdetektor 18 für den Empfang des vom Spiegel 14 ausgestrahlten und von der Oberfläche des Prüfobjekts 16 reflektierten Lichts sowie einen weiteren Lichtdetektor 19 zum Empfangen des vom anderen Spiegel 15 kommenden und von der Oberfläche des Prüfobjekt 16 reflektierten Lichts auf.

Infolge dieser Konstruktion der Prüfvorrichtung kann die gesamte Oberfläche des durch die umlaufende Walze 17 in Bewegung versetzten Prüfobjekts 16 durch die Lichtstrahlen linear unter solchen Bedingungen abgetastet werden, daß der Abtastlichtstrahl oder -fleck

<" vom Spiegel 14 demjenigen des Spiegels 15 überlagert ist.

Wenn zudem die Umlaufgeschwindigkeit des Drehspiegels 12 wesentlich höher eingestellt wird als die

Laufgeschwindigkeit des Prüfobjekts 16, bildet der Abtastort der einander auf der Oberfläche des Prüfobjekts überlappenden bzw. überlagerten Abtastlichtstrahlen eine gerade, über die Oberfläche des Prüfobjekts 16 verlaufende Linie. Hierbei ist eine Vorrichtung zur Feststellung bzw. Abnahme der Impulse von den Lichtdetekloren 18 und 19 vorgesehen, die an sich bekannt und daher nicht dargestellt ist. Diese Vorrichtung ist dabei auch so ausgelegt, daß jedesmal dann ein Bezugssignaliinpuls erzeugt wird, wenn der Lichtfleck auf der Oberfläche des Prüfobjekts 16 Randlinien 5bundS4 sowie Zwischenlinien Si, S2 und S > an Punkten Po. P2 Pz und P4 erreicht, wobei — aufgezeichnet zusammen mit den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren 18 und 19 — die Position des is Oberflächenfehlers auf dem Film ohne weiteres feststellbar ist. Einer der Vorteile des beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht datin, daß eine Ebene, welche einen Strahlengang des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtstrahls und einen Strahlengang des vom Drehspiegel reflektierten Lichtstrahls einschließt, senkrecht zur Reflexionsfläche des Drehspiegels angeordnet ist, so daß der Abtastort linerar wird und daher die Konstruktion der Prüfvorrichtung einfach und ihre Meßgenauigkeit verbessert wird.

Je größer die Drehzahl (des Drehspiegels) ist, um so genauer erfolgt auch die Bestimmung der Position des Oberflächenfchlers.

Weiterhin kann der Einfallswinkel jedes Abtasilichtstrahls gegenüber der Oberfläche des Prüfobjekts je nach der An der in der Beschichtung auf der Filmoberfläche verhandenen Fehler entsprechend variiert werden, indem auf unterschiedliche Weise die Position jedes Spiegels 14 und 15 innerhalb eines Bereichs geändert wird, in welchem die Strahlengänge beider Lichtstrahlen gleich lang oder ungefähr gleich lang bleiben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung zur Feststellung von Oberflächenunregelmäßigkeiten auf Prüfobjekten mit einer Einrichtung zur Unterstützung und Bewegung des abzutastenden Prüfobjekts, mit einer Lichtquelle, mit einem Drehspiegel, welcher einen von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtstrahl derart auf das Prüfobjekt richtet, daß letzteres quer zu seiner Bewegungsrichtung abgetastet wird, und mit einer Lichtdetektor-Anordnung zum Empfangen des von der Prüfobjektoberfläche spiegelreflektierten Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß ein haibdurchlässiger Spiegel (13) zur Aufteilung des vom Drehspiegel (12) reflektierten Lichtstrahls in zwei Teillichtstrahlen vorgesehen ist, daß im Wege dieser Teillichtstrahlen mehrere Spiegel (14, 15) derart angeordnet sind, daß die Teillichtstrahlen unter zwei unterschiedlichen Einfallswinkeln auf jeweils denselben Punkt auf der Oberfläche des Prüfobjekts (16) reflektiert werden und die Strahlengänge der zwei Teillichtstrahlen vom halbdurchlässigen Spiegel (13) zu jeweils einem Punkt auf der Oberfläche des Prüfobjekt (16) gleich lang sind, daß der Einfallswinkel des einen Teillichtstrahls größer ist als 70° und der Einfallswinkel des anderen Teillichtstrahls kleiner ist als 45°, und daß die Lichtdetektor-Anordnung aus je einem Lichtdetektor (18, 19) für die zwei Teillichtstrahlen besteht.

2. Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung zur Feststellung von Oberflächenunregelmäßigkeiten auf Prüfobjekten mit einer Einrichtung zur Unterstützung und Bewegung des abzutastenden Prüfobjekts, mit einer Lichtquelle, mit einem Drehspiegel, welcher einen von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtstrahl derart auf das Prüfobjekt richtet, daß letzteres quer zu seiner Bewegungsrichtung abgetastet wird, und mit einer Lichtdetektor-Anordnung zum Empfangen des von der Prüfobjektoberfläche spiegelreflektierten Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Lichtquelle und ein weiterer Drehspiegel zur Erzeugung eines weiteren, das Prüfobjekt quer zu seiner Bewegungsrichtung abtastenden Lichtstrahls vorgesehen sind, daß mittels mindestens eines in den Strahlengang eines der beiden Lichtstrahlen eingeschalteten Spiegels die zwei Lichtstrahlen unter zwei unterschiedlichen Einfallswinkeln auf jeweils denselben Punkt auf der Oberfläche des Prüfobjekts gelenkt werden, daß der Spiegel so angeordnet ist, daß sich gleiche Weglängen für die beiden Lichtstrahlen ergeben, daß der Einfallswinkel des einen Lichtstrahls größer ist als 70° und der Einfallswinkel des anderen Lichtstrahls kleiner ist als 45°, und daß die Lichtdetektor-Anordnung aus je einem Lichtdetektor für die beiden Lichtstrahlen besteht.

3. Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugsimpulsgenerator-Einrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignalimpulses bezüglich des Punktes, an welchem die Lichtstrahlen die Prüfobjektoberfläche abtasten, und eine Einrichtung zum Vergleichen des Bezugssignalimpulses mit den Signalimpulsen von den Lichtdetektoren vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft eine Oberflächen-Abtaslprüfvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

In der US-PS 35 74 469 ist eine derartige Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung beschrieben, bei der ein Lichtstrahl über einen Drehspiegel auf die Oberfläche des Prüfobjektes gerichtet wird und der reflektierte Lichtstrahl auf einen Lichtdetektor gerichtet wird.

In der US-PS 37 34 624 ist eine ähnliche Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung beschrieben, bei der jedoch eine ίο Lichtquelle für polarisiertes Licht Verwendung findet.

Der Lichtstrahl trifft »jnter sehr kleinem Winkel auf das Prüfobjekt auf, wobei seine Polarisationsebene senkrecht zur Einfallsebene des Lichtstrahles steht. Damit wird ein Eindringen des Strahlung in das Prüfobjekt verhindert, was insbesondere bei der Prüfung der Oberfläche von lichtempfindlichen Filmmaterialien vorteilhaft ist.

Auch in der US-PS 33 30 961 ist eine mit einem Lichtstrahl arbeitende Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung beschrieben, bei der das Wandern des reflektierten Lichtstrahles bezüglich eines Lichtdetektors zur Anzeige von Oberflächenunregelmäßigkeiten verwendet wird. Als Lichtstrahl wird aber nicht wie bei den beiden oben beschriebenen Oberflächen-Abtastprüfvorrichtungen ein Laserstrahl, sondern ein von einer Glühlampe erzeugtes Lichtbündel verwendet, das mit einer Linse auf die Oberfläche des Prüfobjektes gebündelt wird.

Diese bekannten Oberflächen-Abtastprüfvorrichtungen eignen sich jedoch nicht gleichermaßen gut zur JO Ermittlung verschiedener Arten von Oberflächenunregelmäßigkeiten, die schematisch in den Fig. Ib bis Id gezeigt sind, nämlich Erhebungen, Vertiefungen und Risse in der Oberfläche. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Oberflächen-Abtastprüfvor-J5 richtung zur Feststellung von Oberflächenunregelmäßigkeiten auf ebenen Prüfobjekten zu schaffen, mit der gleichzeitig in einer Beschichtung des Prüfobjekts sowohl Erhebungen und Vertiefungen als auch Unterbrechungen mit verbesserter Meßempfindlichkeit festgestellt werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Oberflächen-Abtastprüfvorrichtung mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 aufgeführten Merkmalen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist es möglich, die Lage einer Oberflächenunregelmäßigkeit zur Anzeige zu bringen. Das fehlerhafte Stück des Prüfobjektes kann dann herausgeschnitten werden.

Im folgenden sind vervorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. la einen Schnitt durch einen Film, bei dem eine Emulsionsschicht gleichmäßig auf eine Grundfläche aufgetragen ist,

Fig. Ib eine Fig. la ähnelnde Darstellung, bei welcher die Emulsionsschicht eine Erhebung aufweist,

Fig. Ic eine Fig. la und Ib ähnelnde Ansicht mit einer Vertiefung bzw. Eindrückung in der Emulsionsschicht,

F i g. Id eine den F i g. la bis Ic ähnelnde Darstellung eines Films, bei dem eine Emulsionsschicht eine Unterbrechung aufweist,

F i g. 2a eine graphische Darstellung der Streuwinkelverteilungs-Funktionskurve der von der Oberfläche ^h5 einer gleichmäßig aufgetragenen Schicht reflektierten Lichtstrahlen,

Fig.2b eine Fig.2a ähnelnde graphische Darstellung der entsprechenden Kurve der von der Grundflä-