DE2833069A1

DE2833069A1 - Lasermessystem

Info

Publication number: DE2833069A1
Application number: DE19782833069
Authority: DE
Inventors: David Paul Himmel
Original assignee: Recognition Equipment Inc
Current assignee: Recognition Equipment Inc
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1978-07-27
Publication date: 1979-02-08
Also published as: GB2001753B; US4158507A; GB2001753A; JPS5452568A

Description

27. Juli 197 8

78-V-3273 R 284 GM

RECONITION EQUIPMENT INCORPORATED, Dallas, Texas 75222, V. St.A.

Lasermeßsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lasermeßsystem für die industrielle Inspektion, bei. der ein Laserstrahl über die Oberfläche eines Artikels streicht. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Lasermeßsystem für die industrielle Inspektion,.bei welchem das Licht eines von der Artikeloberfläche reflektierten Abtaststrahls in einer Abbildlinse gesammelt wird, die das reflektierte Licht auf ein optisches Gitter reflektiert, um die Form der Oberfläche des Artikels zu bestimmen.

In US-PS 3 975 102 ist eine Vorrichtung beschrieben, die zur Messung des Oberflächenprofils einiger spezieller Objekte dient, und zwar unter Verwendung einer kohärenten Lichtquelle und eines zweidimensionalen fotoelektrischen Positionsfühlers. Der kohärente Lichtstrahl wird auf einen sich drehenden Satz von Spiegeln geleitet, die eine Rasterabtastung vorsehen, die zu dem abzutastenden Artikel hingeleitet wird. Der Strahl wird reflektiert und durch einen Polarisationsstrahlenteiler auf den Positionsfühler geleitet. Die Lage des Strahls auf dem

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Positionsfühler wird durch einen Prozessor ausgenutzt, um jegliche Unregelmäßigkeiten in der Form des Objekts zu bestimmen. Die abgetastete Oberfläche muß konkav oder konvex sein oder irgendeine andere bekannte Form besitzen, so daß Linsen vorgesehen werden können, welche gestatten, daß der auf die Oberfläche gerichtete Strahl und der davon reflektierte Strahl zusammenfallen.

Diese bekannte Konstruktion und auch andere Konstruktionen zeigen nicht ein System, bei welchem ein Laserstrahl einen Artikel abtastet und eine Linse diffuses reflektiertes Licht von der Artikeloberfläche sammelt und das gesammelte Licht auf ein optisches Gitter fokussiert, welches abwechselnd transparente und opake (undurchsichtige) Balken oder Striche besitzt.

Zusammenfassung der Erfindung. Gemäß der Erfindung erzeugt eine kohärente Lichtquelle, wie beispielsweise ein Gaslaser, einen schmalen Strahl kohärenten Lichtes, welches durch ein Teleskop, angeordnet längs des Strahls benachbart zur Lichtquelle, gerichtet wird. Der kohärente Lichtstrahl wird durch das Teleskop auf eine Abtastvorrichtung, die beispielsweise ein an einem Servomotor befestigter Spiegel sein kann, gerichtet. Der Abtastspiegel wird durch den Servomotor angetrieben, um durch einen Bogen zu verschwenken. Somit arbeiten die Winkelbeziehung zwischen dem kohärenten Lichtstrahl und dem Abtajtspiegel zusammen zur Bildung eines Abtaststrahls, wobei der Abtaststrahl das vom Abtastspiegel reflektierte Licht des kohärenten Lichtstrahls ist. Der Abtaststrahl wird durch den Abtastspiegel über einen Artikel gelenkt, von dem Information hinsichtlich der Form oder Abmessungen gewünscht wird.

Das durch den Abtaststrahl erzeugte vom Artikel reflektierte diffuse Licht wird durch eine Abbildlinse gesammelt, die so positioniert ist, daß Licht um eine Mittelachse herum gesammelt wird. Die Abbildlinse ist derart positioniert, daß sie vom Artikel reflektiertes Licht über den ganzen Bogen der Abtastiuittel hinweg sammelt. Die Abbildlinse fokussiert das gesammelte Licht

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auf ein optisches Gitter mit abwechselnd transparenten und un durchsichtigen Strichen oder Streifen. Das gesammelte und entvergrößerte Licht, welches durch die transparenten Streifen des optischen Gitters läuft, wird durch einen Lichtfühler, wie beispielsweise einen Fotovervielfacherdetektor, empfangen, der darauf anspricht. Die Beziehung zwischen den Abtastmitteln, dem 'Laserteleskop und dem optischen Gitter ist derart, daß das durch die Abbildlinse gesammelte Licht das optische Gitter senkrecht zu den Streifen darauf durchläuft, wenn der Abtaststrahl über den Artikel streicht. Vorzugsweise ist die Winkelbeziehung zwischen der Achse der Abbildlinse und der Lage des Abtaststrahls am Mittelpunkt der Abtastung, erzeugt durch die Abtastmittel, vorzugsweise annähernd 45°.

Der Ausgang der Lichtabfühlmittel ist mit einem Prozessor verbunden, der die Ausgangsgröße des Detektors empfängt, um daraus Information hinsichtlich der Form des Artikels abzuleiten. Der Prozessor identifiziert oder lokalisiert bestimmte spezielle Punkte oder Zustände (Bedingungen) innerhalb der Ausgangsgröße des Lichtfühlers, beispielsweise die Spitzen des Signals oder den Übergang von niedrig auf hoch beim Wechselstromteil des Signals. Es wird somit die sich ändernde Ausgangsgröße des Detektors, die das fokussierte,gesammelte, sich über die Striche des optischen Gitters bewegende Licht repräsentiert, verwendet, um die Länge der Zeit zu bestimmen, die für das fokussierte gesammelte Licht erforderlich ist, um über einen transparenten Streifen und einen undurchsichtigen Streifen des optischen Gitters zu laufen. Die für das fokussierte gesammelte Licht erforderliche Zeit, um über das Paar von Strichen zu laufen, ist ihrerseits eine Funktion der Form des Artikels. Wenn sich beispielsweise der Abtaststrahl nach oben bewegt (Anstieg in der Höhe), so bewegt sich das gesammelte Licht über das optische Gitter mit einer geringeren Rate oder Geschwindigkeit als sich das fokussierte gesammelte Licht dann über das Gitter bewegt, wenn die Oberfläche des Artikels (Form) flach ist. Der Prozessor bestimmt die Länge der Zeit zwischen den identifizierten Punkten innerhalb der Ausgangsgröße des Detektors, und daher die Länge der Zeit, die das auf das optische Gitter gerichtete gesammelte Licht benötigt, um über ein Paar

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von benachbarten Streifen, d.h. einem transparenten und einem undurchsichtigen Streifen, des optischen Gitters zu laufen.

Der Prozessor empfängt auch Information vom Positionsfühler angeordnet am Servomotor oder Abtastspiegel der Abtastvorrichtung. Die gelieferte Positionsinformation könnte eine Rate der Winkelbewegung sein oder eine augenblickliche Messung des Winkels zwischen dem Abtaststrahl und irgendeiner Bezugsgröße. Somit kann der Prozessor die gemessenen Zeitintervalle mit dem Winkel des Abtaststrahls bezüglich irgendeiner Bezugsgröße in Beziehung setzen. Die Ausgangsgröße des Prozessors hinsichtlich der Zeitintervalle kann in den Speichermitteln gespeichert werden und die durch die Intervalle repräsentierte gespeicherte Kontour oder Form ,kann später mit einem Modellartikel oder Prototyp verglichen werden. Die Zeitintervalle für den Prototyp sind in den gleichen Speichermitteln gespeichert. Die aus den Abtastmitteln erhältliche Positionsinformation kann zusammen mit den Zeitintervallen gespeichert werden, die durch den Prozessor berechnet wurden, um die Kontour oder Form später aufzeichnen zu können.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Artikel mit einer langsamen Geschwindigkeit, verglichen mit der Abtastrate, bewegt, so daß eine dreidimensionale Messung der Kontour der Oberfläche des Artikels erhalten werden kann.

Wie oben erwähnt, ist die Winkelbeziehung zwischen der Mitte des Bogens des Abtaststrahls ein annähernd 45°-Winkel gegenüber dem durch die Abbildlinse gesammelten reflektierten Licht. Anders ausgedrückt, wenn der Artikel auf einer Bezugsoberfläche angeordnet ist, die zur Anordnung von zu messenden Artikeln verwendet wird, so liegt die Mitte des Bogens auf einem 45°-Winkel zum reflektierten Licht, gesammelt durch die Abbildlinse, für diese spezielle Stelle auf dem Bogen der Abtastung. Das durch die Abbildlinse für einen speziellen Punkt der Abtastung gesammelte Licht wird zum Zwecke der Sammlung nur einige wenige Grade um eine Achse von der Bezugsoberfläche der Abbildlinse reflektiert. Diese Achse ist die Mittelachse der Abbildlinse.

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Es sei bemerkt, daß verschiedene Prismen und Spiegel verwendet werden können, um die Lage der Komponenten des erfindungsgemäßen Lasermeßsystems zu verändern.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung 'von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Lasermeßsystems für die industrielle Inspektion;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des von einem Artikel durch eine Abbildlinse auf ein optisches Gitter erfindungsyemäß reflektierten Lichts;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen di in Abtaststrahl, der Bezugsoberfläche, der Oberflächen kontour des zu messenden Artikels und dem durch die Abbildlinse gesammelten reflektierten Lichts;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der abgetasteten Oberflächenkontour und der empfangenen Information und der durch einen Prozessor verarbeiteten Information;

Fig. 5 eine vergrößerte Vorderansicht eines gemäß der Erfindung verwendeten optischen Gitters;

Fig. 6 ein Schematisches Schaltbild der Punkt- und Zeitintervallbestimmungsteile des Prozessors der Fig.

Das in Fig. 1 gezeigte Lasermeßsystem für industrielle Inspektion weist eine kohärente Lichtquelle oder einen Laser 20, wie beispielsweise einen Gaslaser, auf. Der Laser leitet einen Lichtstrahl (durch die gestrichelte -Linie 22 angedeutet) nach außen durch ein Teleskop 24 auf einen Abtastspiegel 27. Der Laser kann

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ein Laser der Helium-Neon-Bauart sein, der eine kontinuierliche Ausgangsgröße besitzt. Die Funktion des Teleskops 24 besteht darin, den Laserstrahl auf einen Artikel 30 zu fokussieren und die Strahlenkonvergenz für maximale Fokussiertiefe bei der gewünschten Punktgröße zu steuern. Der fokussierte Strahl 32 wird durch einen Abtastspiegel 27 reflektiert,um einen Abtaststrahl 35 zu erzeugen. Somit wird der fokussierte Strahl 32 durch das Verschwenken des Spiegels abgelenkt oder gerichtet, um den Abtaststrahl zu erzeugen.

Der Abtastspiegel 27 ist über eine Welle 38 (schematisch gezeigt) mit einem Motor 40 verbunden. Der Motor 40 sollte im allgemeinen ein Motor der Servo-Bauart sein und dient zur Sicherstellung des richtigen Verschwenkens des Abtastspiegels. Der Motor wird durch eine (nicht gezeigte) bekannte Schaltung angetrieben, um eine Schwenkbewegung des Spiegels mit konstanter Rate über einen bestimmten gewünschten Gradbereich hinweg zu erzeugen. Der Motor muß natürlich nicht direkt über eine Welle mit dem Abtastspiegel verbunden sein, sondern könnte durch verschiedene Zahnräder oder andere bekannte Vorrichtungen angetrieben sein. Information hinsichtlich der Position des Abtastspiegels wird an einen Prozessor 42 über Leitung 45 gegeben. Die Leitung 45 könnte beispielsweise mit einem an Welle 38 befestigten Potentiometer verbunden sein oder der Ausgang einer logischen Schaltung sein, die einen Abtaststartimpuls auf einer weiteren (nicht gezeigten) Leitung vorsieht und die Winkelgeschwindigkeit ies Abtastspiegels über Leitung 45 liefert.

In Fig. 1 sind die ausgezogenen Linien 48 und 50 die Begrenzungen des Bogens, über den hinweg der Abtaststrahl 35 läuft. Der Artikel 30 ruht auf einer Bezugsoberfläche 5 3/und Laser 20, Teleskop 24 und Abtastspiegel 27 sind gegenüber dem Artikel 30 versetzt angeordnet. Linie 48 und Linie 50 bilden einen Winkel von annähernd 30°. Des Teleskop 24 leitet den Strahl auf die Fläche oder Zone längs der Schwenkachse des Abtastspiegels 27.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die durch Linie 4 8 und Linie 50 dargestellten Extrempositionen des Abtaststrahls 35 derart vorgesehen, daß die durch Linie 48 repräsentierte Extremposition

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die Bezugsoberfläche am Punkt 56 schneidet, während die durch Linie 50 repräsentierte Extremposition die Bezugsoberfläche 53 am Punkt 58 schneidet. Somit muß der Artikel,von dem eine zweidimensionale Abtastung vorgenommen werden soll, auf der Bezugsoberfläche 53 zwischen den Punkten 56 und 58, wie beispielsweise der Artikel 30 in Fig. 1, angeordnet sein. Wenn es natürlich gewünscht ist, nur einen Teil eines Artikels 30 abzutasten, dann braucht nur ein Teil zwischen den Punkten 56 und 58 angeordnet zu sein.

Ein Teil des diffusen Reflexionslichts vom Artikel 30 wird durch eine Abbildlinse 62 auf ein optisches Gitter 64 fokussiert. Die diffuse Reflexionsgröße (oder das reflektierte Licht) und nicht die gerichtete Reflexionsgröße (oder die ^ipiegelreflexionsgröße) wird gesammelt und durch die Abbildlinse fokussiert. Die Abbildlinse entvergrößert das reflektierte Licht mit einem Verhältnis von ungefähr 5 zu 1.

Eine Vergrößerung des optischen Gitters 54 ist in Fig. 5 gezeigt. Kurz gesagt weist das optische Gitter eine Vielzahl von abwechselnd undurchsichtigen (opaken) Streifen 70 und transparenten Streifen 72 auf. Die Streifen verlaufen in Längsrichtung parallel und mit der gleichen Breite. Die transparenten Streifen können jedoch eine größere oder kleinere Breite als die undurchsichtigen Streifen besitzen. Ein undurchsichtiger Streifen 75 liegt benachbart zu einem durchsichtigen Streifen 76, der seinerseits benachbart zu einem undurchsichtigen Streifen 77 liegt. Auf den Streifen 77 folgt ein durchsichtiger Streifen 79, der seinerseits von einem undurchsichtigen Streifen 80 gefolgt wird. Auf diese Weise sind die undurchsichtigen Streifen 75, 77 und 80 abwechselnd mit den transparenten Streifen 76 und 79 angeordnet. Gemäß Fig. 2 ist ein Fotovervielfacherdetektor 84 hinter dem optischen Gitter angeordnet und empfängt reflektiertes, durch Abbildlinse 62 fokussiertes Licht nach Durchtritt durch die transparenten Streifen des optischen Gitters 64. Die undurchsichtigen Streifen 70 lassen natürlich das durch die Abbildlinse 62 gesammelte Licht nicht durch. Die Abbildlinse 62 entvergrößert

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einen Teil des Lichts des Abtaststrahls 35 reflektiert vom Artikel 30 und fokussiert dieses Licht auf das optische Gitter 64 de art, daß die Größe des gesammelten Lichtes kleiner ist als die Breite der undurchsichtigen und transparenten Streifen. Wenn die undurchsichtigen und transparenten Streifen des optischen Gitters nicht die gleiche Breite besitzen, so sollte der durch die Abbildlinse auf das optische Gitter fokussierte Punkt einen Durchmesser kleiner als die Breite der undurchsichtigen Streifen besitzen. Das reflektierte Licht, welches durch die Abbildlinse nach dem Durchtritt durch das optische Gitter 62 gesammelt wird, veranlaßt die Ausgangsgröße des Detektors 84 sich entsprechend der durch das optische Gitter hindurchgehenden Lichtmenge zu verändern. Die Ausgangsgröße des Detektors 84 wird von Prozessor 42 über Leitung 86, wie in Fig. 1 gezeigt, empfangen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, bewegt sich dann, wenn der Abtaststrahl sich in der Richtung des Pfeiles 9O bewegt und die Abbildlinse 62 das vom Artikel reflektierte Licht sammelt und entvergrößert, ein Lichtpunkt auf dem optischen Gitter in der Richtung des Pfeils 92. Der Detektor 84 empfängt das von der Abbildlinse 62 gesammelte Licht, welches durch die transparenten Streifen des optischen Gitters 64 läuft. Aus im folgenden zu diskutierenden Gründen ist es zweckmäßig, daß der durch die Abbildlinse 62 auf das optische Gitter 64 fokussierte Lichtpunkt sich über das optische Gitter in einer Richtung senkrecht zur Längsorientierung der undurchsichtigen und transparenten Streifen bewegt oder diese traversiert. Wie in Fig. 5 gezeigt, verläuft der Pfeil 92 senkrecht zur Längsachse der undurchsichtigen und durchsichtigen Streifen. Andere geometrische Formen und Anordnungen der undurchsichtigen und transparenten Streifen sind möglich und der Punkt braucht nicht notwendigerweise quer über das optische Gitter senkrecht zur Anordnung der undurchsichtigen und transparenten Streifen laufen; jedoch wird in einem solchen Fall die Kompliziertheit des Problems der Verarbeitung des Signals erhöht, welches durch den Fotovervielfacherdetektor erzeugt wird.

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Weil es zweckmäßig ist, den Punkt aus gesammeltem Licht von der Abbildlinse senkrecht zu den Streifen auf dem optischen Gitter zu bewegen, muß sich der Abtaststrahl quer oder transversal zu dem Artikel in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des optischen Gitters bewegen. Andere Anordnungen sind natürlich möglich. Beispielsweise könnte ein Spiegel hinter der Abbildlinse angeordnet sein und das optische Gitter könnte derart posi tioniert sein, daß es das vom Spiegel reflektierte Licht auffängt. Die wesentliche Beziehung zwischen der Bewegungsrichtung des Abtaststrahls und dem optischen Gitter besteht darin, daß dann, wenn der Abtaststrahl sich quer über den Artikel bewegt, der Punkt aus gesammeltem Licht von der Abbildlinse sich quer über das optische Gitter bewegt, und zwar senkrecht zu den darauf befindlichen Streifen.

Die Messung der Höhe des Objekts 30 wird unter Verwendung des Prinzips der Triangulation, wie in Fig. 3 gezeigt, erreicht. Der Abtaststrahl 35 schneidet, wie gezeigt, die Bezugsoberfläche 53 unter einem Winkel Θ. Der Abtaststrahl bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit V über die Bezugsoberfläche hinweg, so daß das Zeitintervall At für das Durchlaufen eines bestimmten Abstandes & durch den Strahl konstant ist. Wenn S den Abstand repräsentiert, um den sich der Abtaststrahl bewegen muß, damit der Punkt aus gesammeltem Licht auf dem optischen Gitter sich um den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden transparenten Streifen bewegt, so ist At gleich tT/V das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen am Ausgang des Detektors 84. Wenn eine Kontouroberfläche 95 über der Bezugsoberfläche 53 angeordnet ist, wie dies der Fall wäre, wenn ein Objekt wie beispielsweise Artikel 30 innerhalb der Spur des Abtaststrahls angeordnet ist, so würde sich die Zeitsteuerung der Impulse ändern. Vor der Anordnung·der Kontouroberfläche 95 auf der Bezugsoberfläche 53 würde der Abtaststrahl, der an Linie 97 begann, den Abstand S durchschreiten, wenn er an Linie 100 positioniert ist. Nachdem jedoch die Kontouroberfläche 95 angeordnet ist, durchschreitet der Strahl nicht den beobachteten Abstand 6, bis er sich in der

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durch Linie 102 gezeigten Position befindet. Wenn also die Kontouroberfläche 95 dazwischen, wie gezeigt, angeordnet ist, so wird das Zeitintervall At länger, weil der Strahl über die Kontouroberfläche 95 laufen muß, bis er sich in der durch Linie gezeigten Position befindet, um so den Abstand S zu traversieren. Somit führt infolge der Geometrie eine Änderung der Höhe der Kontouroberfläche zu einer Änderung des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen am Ausgang des Detektors. Anders ausgedrückt, repräsentieren die Differenzen bei den Zeitintervallen zwischen Spitzen der Ausgangsgröße des Fotovervielfacherdetektors 84 Änderungen in der Form des Artikels. Dadurch daß man weiß, wie lange es dauert, bis der Punkt aus gesammeltem Licht zwischen transparenten Streifen des optischen Gitters traversiert, und durch Kenntnis der Geschwindigkeit der Abtastung, ist es möglich, den Anstieg und den Abfall der Kontour des Artikels aufzuzeichnen.

Die Höhenänderung Äh zwischen Beobachtungspunkten ist durch die folgenden Linearbeziehung gegeben: Ah = (VAt-S )tan Θ-Die Gesamthöhe irgendeines Punktes auf der Kontour bezüglich der Bezugsoberfläche ist die Summe sämtlicher vorheriger Höhen 4h bis zu dem speziellen Punkt: h_± = .έ (VAt j ~S) tan Θ. Da die Oberflächengeschwindigkeit eines ^ Abtaststrahls durch einen Drehspiegel nicht konstant ist, sei hier bemerkt, daß die berechnete Höhe daher wie folgt kompensiert werden muß

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V =OCH see cC , wobei H die Höhe des Abtastspiegels oberhalb der Bezugsoberfläche und of die augenblickliche Spiegelwinkelbezugsgröße zur Vertikalen ist, wenn die Bezugsoberfläche horizontal verläuft. Die Achse des reflektierten Lichtstrahls, der durch die Abbildlinse 62 gesammelt und fokussiert ist, ist für die Position des durch Linie 97 gezeigten Abtaststrahls durch Linie 105 repräsentiert, und für die Linien 100 und 102 durch die Linie 107.

Die Fig. 4 zeigt eine geformte oder mit Kontouren versehene Oberfläche 112 eines Artikels 115 mit sowohl einem dreieckigen Vorsprung 116 als auch einer ähnlich geformten Vertiefung 118. Wenn der Abtaststrahl die Oberfläche links beginnend (Fig.4) traversiert, so sind die durch die Impulse 121 auf Leitung

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repräsentierten Detektorspitzen mit gleichem Abstand angeordnet. Wenn der Strahl die sich nach außen streckende Seite 127 des Vorsprungs 116 traversiert, so sind die Impulse 121 mit größerem Abstand angeordnet. Wenn der Abtaststrahl die sich nach innen erstreckende Kante 130 des Vorsprungs 116 traversiert,so sind die Impulse 121 dichter beieinander. Wenn der Abtaststrahl sich schließlich über den Teil 132 auf der Oberfläche 112 bewegt, der parallel zum Teil 135 der Oberfläche 112 ist, so sind die Impulse dieser beiden Teile in gleicher Weise mit Abstand angeordnet.

Wenn die Abtastung auf die sich nach innen erstreckende Kante 138 der Vertiefung 118 auftrifft, so werden die Impulse mit dichterem Abstand angeordnet und wenn der Abtaststrahl die sich nach außen erstreckende Kante 140 der Vertiefung 118 traversiert, so sind die Impulse weiter voneinander angeordnet. Wenn der Abtaststrahl den Teil 143 der Oberfläche 142 traversiert, der parallel zum. Teil 135 liegt, so haben die Impulse ähnliche Abstände, verglichen mit den Abständen der Impulse erzeugt durch die Oberfläche Die Kurve 146 zeigt die Änderungen der Zeitintervalle zwischen den Impulsen 121 auf Leitung 123. Wenn beispielsweise die Impulse mit größerem Abstand für die sich nach außen erstreckende Kante des Vorsprungs 116 angeordnet sind, so wird das Zeitintervall At1, gezeigt durch den Teil 148 der Kurve 146, vergrößert. Entsprechendes gilt für At2, gezeigt durch Teil 150 der Kurve 146, welcher die sich nach innen erstreckende Kante 130 des Vorsprungs 116 repräsentiert. Die Zeitintervalle können demgemäß als eine genaue elektronische Repräsentation der Oberflächenform interpretiert oder verarbeitet werden, d.h. der Oberflächenform, wie sie vom Abtaststrahl angetroffen wird, und zwar geschieht dies durch Analyse der Differenzen zwischen Zeitintervallen der Impulse 121, die ausgewählte Punkte des Detektorsignals oder der Ausgangsgröße repräsentieren. Eine erhöhte Genauigkeit wird erhalten, wenn eine große Vielzahl von Zeiterintervallen bestimmt wird bezüglich der Änderung der Kontour der Oberfläche.

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Der Fachmann erkennt, daß dreidimensionale elektronische Bilder von Artikeln dadurch hergestellt werden können, daß man das obige Verfahren sowie die obige Vorrichtung verwendet und das Objekt senkrecht zur Bestreichung durch den Abtaststrahl quer zum Objekt bewegt und wiederholt den Artikel abtastet, während dieser sich senkrecht zur Spur oder Bahn des Abtaststrahls bewegt. Artikel, ■die größer sind als der Abstand zwischen den Punkten 56 und 5 8 (Fig. 1), können dadurch abgetastet werden, daß man einen Teil des Artikels zwischen den Punkten 56 und 58 anordnet und sodann den Artikel senkreciit zur Spur des Abtaststrahls bewegt, worauf dann ein Teil des zuvor nicht abgetasteten Artikels angeordnet wird und der Artikel senkrecht zur Spur des Abtaststrahls bewegt wird. Auf diese Weise kann ein Artikel in Streifen von annähernd der Größe des Abstands zwischen den Punkten 56 und 58 (Fig. 1) unterteilt werden und wiederholt senkrecht zur Spur des Abtaststrahls bewegt werden. Die Bewegung des Artikels und die Bewegung des Abtaststrahls bilden gemeinsam eine Rasterabtastung. Jeder Streifen, in den der Artikel unterteilt ist, kann sodann durch die Spur des Abtaststrahls senkrecht dazu bewegt werden, bis sämtliche Streifen abgetastet sind. Auf diese Weise kann eine vollständige dreidimensionale Kontour oder Form eines Artikels,der größer ist als die Fläche des Abtaststrahls, zusammengebaut werden. Damit das dreidimensionale Bild ordnungsgemäß in einer Speichereinheit zusammengebaut wird, muß die Rate oder Geschwindigkeit, mit der Artikel bezüglich der Spur des Abtaststrahls bewegt wird, bekannt sein.

Wie in Fig. 1 gezeigt, empfängt der Prozessor 42 die Ausgangsgrösse des Detektors 84 und verwendet die darin enthaltene Information zur Bestimmung des Zeitintervalls zwischen gewissen vorbestimmten Punkten auf dieser Ausgangsgröße. Diese Punkte könnten die Spitzen der Ausgangsgröße des Detektors sein oder dort liegen, wo das Zeichen der Wechselstromkomponente zu der Ausgangsgröße das Zeichen ändert entweder von plus nach minus oder von minus nach plus. Die Ausgangsgröße des Prozessors 42 kann in irgendeiner Speichereinheit 155, wie beispielsweise einem RAM oder in einer Platteneinheit gespeichert werden. Die Speichereinheit könnte dazu dienen, die Ausgangsgröße des Prozessors zu empfangen, und zwar eine Abtastung zu jeder Zeit bestimmt durch die Ausgangsgröße des Abtast-

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spiegeis. Wenn der Artikel 30 bezüglich der Spur des Äbtaststxahls bewegt wird, so würde ein dreidimensionales Bild konstruiert und innerhalb der Speichereinheit 155 verfügbar sein. Gleichzeitig mit der Speicherung der Ausgangsgröße des Prozessors 42 oder zu einer späteren Zeit könnte eine CompUtervorrichtung bestimmte ausgewählte Merkmale der Kontour des Artikels,gespeichert in einem Speicher 160, auswählen. Fernerkönnte ein dreidimensionales Bild eines Musterartikels in der Speichereinheit 160 gespeichert sein und mit der Ausgangsgröße des Prozessors verglichen werden, um festzustellen, ob der abgetastete Artikel oder der Artikel, dessen Bild in der Speichereinheit 155 gespeichert ist, die gleichen Formen besitzen wie der Musterartikel. Auf diese Weise kann die Vorrichtung einen Artikel inspizieren und mit einem gespeicherten Musterartikel vergleichen, um festzustellen, ob der abgetastete Artikel und der Musterartikel die gleichen Kontouren innerhalb vorbestimmter Parameter aufweisen. Eine Ausgangs- oder Anzeigeeinheit 162 kann für die visuelle Anzeige der Ausgangsgröße des Prozessors 42 vorgesehen sein.

Eine Hauptkonstruktionsbetrachtung ist die Geometrie zwischen dem projizierten Strahl und der Abbildlinse, dem optischen Gitter und dem Detektorsystem. Der Abtaststrahl muß zu dem Artikel hin projiziert werden, und zwar mit einem Winkel unterschiedlich vom Winkel, mit dem die Abbildlinse das reflektierte Licht sammelt, um die oben diskutierte Triangulation zu erreichen. Im allgemeinen muß der Winkel ein Kompromiß sein, der annähernd 45 betragen sollte. Der Winkel, auf den Bezug genommen wurde, ist der Winkel zwischen dem Mittelwinkel der Abtastung und der Achse des reflektierten Lichtes, gesammelt durch die Abbildlinse. Der Winkel von 45° ist zweckmäßig, weil kleinere Winkel das Abnehmen der Zeitdifferenz zwischen Impulsen bewirken, was wiederum die Verarbeitung schwieriger macht, und weil größere Winkel mit sich bringen, daß nur sehr flache Kontouren gemessen werden können. Wenn somit der Winkel zwischen dem Abtaststrahl und der Achse des reflektierten Lichts,gesammelt durch die Abbildlinse, abnimmt, so wird das Zeitintervall zwischen diesen gewissen vor-' bestimmten oben erwähnten Punkten am Ausgang des Detektors schwie-

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riger,mit Genauigkeit zu messen. Wenn der Winkel zwischen dem Abtaststrahl und der Mittelachse des durch die Abbildlinse gesammelten Lichtes ansteigt, können nur flache Kontouren gemessen werden, weile höhere, dazwischen kommende Merkmale am Artikel die Kontouren weg von dem dazwischenkommenden Merkmal maskieren oder abdecken· Obwohl die Genauigkeit der Höhenmessungen mit dem Anstieg des Winkels größer wird, können nur flache Kontouren gemessen werden. Die Höhengenauigkeit ist eine Tangentialfunktion und wird bei kleinen Winkeln schnell schlechter und ist im Mittelbereich relativ konstant und verbessert sich für größere Winkel. Es wurde daher festgestellt, daß ein guter Kompromiß darin besteht, den Abtastspiegel derart auszurichten, daß der Mittelwinkel seine Abtastung (der Winkel halbwegs zwischen den extremen Enden der Abtastung) annähernd 45° vom Beobachtungswinkel der Abbildlinse beträgt.

Ein Teil des Prozessors 42 istinFig. 6 gezeigt. Die Ausgangsgröße des Detektors 84 wird von einem Verstärker 166 über Leitung 86 empfangen. Der Ausgang des Verstärkers 166 ist mit Widerständen 169 und 171 verbunden. Der Widerstand 169 ist ebenfalls mit dem Eingang des Verstärkers 166 unter Bildung einer Rückkopplungsschleife verbunden. Die andere Seite des Widerstands 171 liegt an Kondensatoren 173 und 175. Die andere Seite des Kondensators 175 liegt an Erde, während die andere Seite des Kondensators 173 mit einem Widerstand 177 und einem Verstärker 179 verbunden ist. Die andere Seite des Widerstands 177 ist ebenfalls mit Erde verbunden. Die Kondensatoren 173 und 175 und der Widerstand 177 und der Verstärker 179 wirken als ein .Bandpassfilter mit dem Ergebnis, daß die Ausgangsgröße des Verstärkers 179 an Leitung 182 die Wechselstromkomponente des Signals auf Leitung 86 mit gedämpften Hochfrequenzkomponenten ist. Eine Leitung 182 verbindet den Ausgang des Verstärkers mit den negativen Eingängen der Komparatoren 185 und 187. Die positiven Eingänge der Komparatoren 185 und 187 sind mit den Abnehmerklemmen der Potentiometer 189 bzw. 191 verbunden.

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Das Potentiometer 189 liegt zwischen Widerständen 194 und 195. Die anderen Enden der Widerstände 194 und 195 sind über Klemmen 198 und 200 mit Spannungsquellen verbunden. Die Anordnung der Schaltung ist derart getroffen, daß es möglich ist, durch Einstellung des Potentiometers 189 einen Wert nahe null Volt zu erhalten. Beispielsweise könnten die Klemmen 198 und 200 mit +15 V bzw. -15V verbunden sein, wobei die Widerstände 194 und 195 gleiche Werte besitzen. Die gleiche Anordnung könnte auch in Verbindung mit Potentiometer 191 und dessen zugehörigen Widerständen 203 und 204 getroffen werden.

Die Ausgangsgröße des Komparators 185 ist mit Widerständen 207 und 208 und mit dem vorgesetzten Eingang des D-Flip-Flops 210 verbunden. Die andere Seite des Widerstands 207 liegt am positiven Eingang des Komparators 185 und die andere Seite des Widerstands 208 ist mit einer positiven 5 V-Gleichspannung an Klemme 213 verbunden. Der Ausgang des Komparators 187 liegt an Widerständen 216 und 219 und am Löscheingang des Flip-Flops 210 über einen Inverter 220. Das Flip-Flop 210 ist derart aufgebaut, daß dann, wenn dessen Löscheingänge niedrig werden, der Ausgang zur Leitung 222 hochgeht. Nachdem sein vorgesetzter Eingang, der mit Komparator 185 verbunden ist, niedrig wird, geht die Ausgangsgröße des Flip-Flops 210 an Leitung 222 niedrig.

Das Potentiometer 189 ist von Hand derart eingestellt, daß die Ausgangsgröße des Komparators 185 dann niedrig ist, wenn die Eingangsgröße an Leitung 182 gerade unterhalb 0 liegt. Das Potentiometer 191 ist manuell derart eingestellt, daß der Komparator 187 hoch liegt, wenn das Signal auf Leitung 182 gerade unterhalb Null liegt. Die Schwellenpunkte der Komparatoren 185 und werden nicht auf Null eingestellt, weil dann, wenn sie auf Null eingestellt wären, ihr Ausgang das Rauschen im System wiedergeben würde und somit unrichtige Anzeigen an das Flip-Flop 210 gegeben würden. Die Leitung 222 vom Flip-Flop 210 ist mit einem UND-Gatter 225 und mit Latches (Verriegelungsvorrichtung) 22 8-230

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. so-

verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 225 ist mit dem Clock- oder Takteingang des Flip-Flop 233 verbunden. Die andere Eingangsgröße zum UND-Gatter 225 kommt von einem Ausgang des Flip-Flops 235. Die Flip-Flops 210 und 233 und 235 sind D-Flip-Flops. Vor dem Betrieb des Prozessors sind die Flip-Flops 233 und 235 mit ihren Ausgangsgrößen an Leitungen 238 bzw. 239 hoch gesetzt. Die Ausgangsgrößen der Flip-Flops 233 und 235 an die Leitungen 242 bzw. 243 sind niedrig gesetzt. Die Leitung 238 ist mit dem D-Eingang des Flip-Flops 233 verbunden. Die Leitung ist nicht nur mit dem UND-Gatter 2 25, sondern auch mit dem UND-Gatter 246 verbunden. Die andere Eingangsgröße zum UND-Gatter 246 kommt vom Flip-Flop 233 über Leitung 242. Der Ausgang des UND-Gatters 246 liegt am D-Eingang des Flip-Flops 235.

Der Ausgang des Flip-Flops 235 ist über Leitung 243 mit den Lösch- oder Cleareingängen von Zählern 250 bis 253 verbunden. Der Takteingang des Flip-Flops 235 ist mit einem entsprechend schnellen Taktimpuls durch Leitung 255 verbunden, was auch für den Enable-Eingang des Zählers 250 über Leitung 257 gilt. Der Taktimpuls auf Leitungen 255 und 257 sollte eine höhere Frequenz besitzen als die Ausgangsgröße des Fotovervielfacherdetektors 84 auf Leitung 86. Der Überlaufausgang des Zählers

250 ist mit dem Enable-Eingang des Zählers 251 verbunden. Die Überlauf- und Enable-Eingänge der Zähler 251-253 sind in ähnli·*· eher Weise verbunden. Die Ausgänge der Zähler 250 bis 253 sind mit den Eingängen der Latches 228 bis 230 verbunden* Sechs Eingänge der Schieberegister 228 sind mit den vier Ausgängen des Zählers 250 und mit den zwei niedrigstwertigsten Bits des Zählers 251 verbunden. Die zwei höchstwertigsten Bits des Zählers

251 sind mit dem Schieberegister 229 verbunden, und die vier Ausgänge des Zählers 252 sind ebenfalls mit dem Schieberegister 229 verbunden. Die Ausgänge des Zählers 253 sind mit den Eingängen des Schieberegisters230 verbunden.

Wenn die Eingangsgröße zum Komparator 187 etwas oberhalb Null

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liegt, so ändert sich die Ausgangsgröße des !Comparators von O auf + 5V, was den Inverter 220 veranlaßt, seine Ausgangsgröße von hoch auf niedrig zu ändern. Die Ausgangsgröße des Flip-Flops 210 an Leitung 222 geht hoch, was das UND-Gatter 225 veranlaßt, hoch zu gehen. Weil der Takteingang des Flip-Flops 232 von niedrig auf hoch geht und das Signal am D-Eingang des Flip-Flops 232 hoch liegt, geht die Ausgangsgröße zur Leitung 242 hoch und die Ausgangsgröße zur Leitung 238 geht tief. Beide Eingänge zum UND-Gatter 246 slud nunmehr hoch und der Ausgang des UND-Gatters 246 geht hoch. Während des nächsten Niedrig-zu-Hoch-Übergangs des Taktimpulses auf Leitung 225 geht die Ausgangsgröße des Flip-Flops 235 zur Leitung 243 hoch. Ebenfalls geht die Ausgangsgröße des Flip-Flops 235 zur Leitung 239 tief. Weil einer der Eingänge zum UND-Gatter 246 tief liegt, geht die Ausgangsgröße des UND-Gatters 246 tief und während des nächsten Niedrig-zu-Hoch-Obergangs schaltet das Taktimpuls-Flip-Flop 235 seine Ausgänge um und der Ausgang zur Leitung 239 wird hoch und der zur Leitung243 wird niedrig. Während die Leitung 243 hoch liegt* werden die Zähler 25o bis 253 auf Null rückgestellt. Die Taktimpulse auf Leitung 257 werden dann von Null gezählt.

Wenn die Ausgangsgröße des Flip-Flops 235 an Leitung 243 hochgeht und dessen Ausgangsgröße an Leitung 239 tiefgeht, so geht das UND-Gatter 246 tief. Während des nächsten Niedrigzu-Hoch-iibergangs des Taktimpulses geht die Ausgangsgröße des Flip-Flop 235 zur Leitung 239 hoch. Die hohe Ausgangsgröße der Leitung 239 und das hohe Signal auf Leitung 222 veranlassen das UND-Gatter 225 hochzugehen und daher geht die Ausgangsgröße des Flip-Flops 233 an Leitung 238 hoch und dessen Ausgangsgröße an Leitung 242 geht tief. Nachdem das Signal auf Leitung 182 seine positive Spitze erreicht hat und wiederum etwas oberhalb Null liegt, geht die Ausgangsgröße des !Comparators; 187 wiederum auf Null, was den Ausgang des Inverters veranlaßt, hochzugehen, wobei aber die Ausgangsgröße des Flip-Flops an Leitung.222 hoch verbleibt. Wenn das Signal auf Lei-

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tung 182 etwas unterhalb Null geht, so geht der Komparator 185 tief und die Ausgangsgröße des Flip-Flops 210 an Leitung 222 geht tief. Nachdem die Ausgangsgröße auf Leitung 222 tiefgeht, geht die Ausgangsgröße des UND-Gatters 225 tief und das logische Netzwerk ist wiederum bereit, den Niedrigimpuls von .Inverter 220 zu empfangen. Nachdem das Signal auf Leitung 182 wiederum ins Positive geht und etwas oberhalb Null liegt, geht der Ausgang des !Comparators 187 wiederum hoch und der Ausgang des Inverters 220 geht wiederum niedrig. Die Ausgangsgröße des Flip-Flops 210 an Leitung 222 geht hoch. Der im Zähler 250 bis 253 vorhandene Zählerstand ist in Latches 228 bis 230 geladen, wenn die Ausgangsgröße des Flip-Flops 210 an Leitung 222 hochgeht. Der Ausgang des UND-Gatters 225 geht hoch und veranlaßt das Flip-Flop 233, seine Ausgangsgröße, wie oben diskutiert, umzuschalten.

Der an den Ausgängen der Schieberegister 228 bis 230 verfügbare Zählerstand repräsentiert das Zeitintervall zwischen Punkten auf dem Signal auf Leitung 182, was wiederum direkt in Beziehung steht mit dem Signal auf Leitung 86 vom Detektor 84. Der Fachmann erkennt, daß es zweckmäßig ist, den Taktimpuls auf Leitung 257 mit einer in signifikanter Weise höheren Frequenz zu haben als die Frequenz des Signals auf Leitung 86 und 182, so daß Änderungen im Zeitintervall genau festgestellt werden können durch Überprüfung der Zählerstände, die durch die Schieberegister 22 8 bis 230 verschoben werden.

Somit sieht der Ausgang zum Rest des Prozessors der Schieberegister 228 bis 230 Information betreffend das Zeitintervall zwischen ausgewählten Punkten am Signal vom Detektor 84 vor. Dies gestattet die genaue Messung der Kontour eines Artikels (wie oben diskutiert). Es sei bemerkt, daß das Zeitintervall in der Weise gemessen wird, daß es nicht in signifikanter Weise von der Größe der Ausgangsgröße des Detektors abhängt.

Im Betrieb wird beim Meßsystem der Fig. 1 ein Laserstrahl auf einen Abtastspiegel gelenkt. Ein Teleskop ist zwischen der kohärenten Lichtquelle und dem Abtastspiegel angeordnet, um den

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Laserstrahl auf einen Artikel zu fokussieren. Der Abtastspiegel 27 - vgl; Fig.1- wandelt den fokussierten Strahl 32 in einen Abtaststrahl 35 um,der über den Artikel spurmäßig läuft oder den Artikel traversiert. Vom Artikel reflektiertes Licht wird durch eine Abbildlinse gesammelt und auf ein optisches Gitter 64 fokussiert. Ein Detektor hinter dem optischen Gitter empfängt das durch die transparenten Streifen oder Striche des optischen Gitters laufende Licht. Die Ausgangsgröße des Detektors ändert sich entsprechend den Änderungen der durch die transparenten Streifen oder Striche des optischen Gitters laufenden Lichtmenge. Ein Prozessor 42 wandelt die Ausgangsgröße des Detektors 84 in eine digitale Ausgangsgröße um, die sich direkt mit den Zeitintervallvariationen zwischen ausgewählten Punkten der Ausgangsgröße des Detektors ändert. Wenn sich der Abtaststrahl eine Kontour hinaufbewegt, so steigen die Zeitintervalle an. Wenn sich der Abtaststrahl eine Kontour hinabbewegt, so nehmen die Zeitintervalle ab. Es ist somit möglich, genau die Kontour eines Artikels durch Untersuchung der Zeitintervalle zu bestimmen. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es zweckmäßig,eine Aufzeichnung der Höhenänderungen beizubehalten, so daß die Höhe eines bestimmten Punktes an einer Abtastung bestimmt werden kann ebenso wie die Neigung der Kontour an irgendeinem Punkt, die die Differenzen im Zeitintervall direkt ergeben. Das hier beschriebene System hat sich als für einen einzigen Punkt innerhalb 0,002 Zoll als gerilü herausgestellt. Kontouroder Formänderung in der Größenordnung von 0,001 Zoll/0,025 Zoll über eine Anzahl von Punkten können genau gemessen werden.

Beim erfindungsgemäßen System tastet ein Laserstrahl einen Artikel mit bekannter Rate oder Geschwindigkeit ab. Das vom Artikel reflektierte Licht wird durch mindestens eine Abbildlinse gesammelt und fokussiert. Für bestimmte Anwendungsfälle können, wenn gewünscht, mehr als eine Abbildlinse und optische Gitter verwendet werden. In einem derartigen Anwendungsfall könnte eine Vielzahl von Abbildlinsen und optischen Gittern zusammen mit den Ausgangsgrößen der Detektoren verwendet werden, die mit jedem optischen Gitter in Beziehung stehen, wobei die Ausgangsgrößen dieser Detektoren innerhalb des Prozessors miteinander vereinigt oder verglichen werden.

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Durch die beschriebene bauliche Anordnung ergibt sich ein Kontourmeßsystem, dessen Genauigkeit relativ unberührt bleibt durch die Reflektivität des Objektes. Das durch die Abbildlinse gesammelte reflektierte Licht wird dadurch auf ein optisches Gitter mit abwechselnd transparenten und undurchsichtigen Streifen oder Strichen fokussiert. Wenn sich das Licht über das optische Gitter von einem transparenten Strich auf einen undurchsichtigen Strich bewegt, usw., so ändert sich die Ausgangsgröße des Detektors, der sich hinter dem optischen Gitter befindet. Das Zeitintervall zwischen ausgewählten Punkten an der Ausgangsgröße des Detektors wird genau durch einen elektronischen Zähler bestimmt. Der elektronische Zähler spricht auf bestimmte Punkte an der Ausgangsgröße des Detektors, wie beispielsweise die positive Spitze, den übergang des Wechselstromteils der Ausgangsgröße vom Negativen ins Positive, usw. an.

Abwandlungen der Erfindung sind möglich.

Zusammenfassend sieht die Erfindung ein Lasermeßsystem für die industrielle Inspektion vor, wobei ein Laser einen schmalen Strahl kohärenten Lichts erzeugt, der durch ein Teleskop auf einen Artikel fokussiert wird. Der fokussierte Lichtstrahl vom Teleskop wird durch eine Abtastvorrichtung über den Artikel mit einer bekannten Rate getastet. Das vom Artikel reflektierte Licht wird durch eine Abbildlinse versetzt gegenüber den Abtastmittoln auf ein optisches Gitter getastet, welches abwechselnd mit durchsichtigen und nicht durchsichtigen Streifen ausgestattet ist. Das gesammelte Licht, welches durch die transparenten Streifen des optischen Gitters gelangt, wird durch einen Fotovervielfacherdetektor abgefühlt. Ein Prozessor empfängt die Ausgangsgröße des Fotovervielfacherdetektors und bestimmt das Zeitintervall zwischen ausgewählten Punkten des Ausgangssignals des Fotovervielfacherdetektors. Wenn sich der Abtaststrahl über den Artikel bewegt, so wird bewirkt, daß der Laserpunkt, der durch den Fotovervielfacher beobachtet wird, die Oberfläche schneller oder langsamer traversiert, und zwar abhängig davon, ob die Abtastung über einen Teil der Artikeloberfläche hinauf bzw. hinab erfolgt. Das reflektierte Licht traversiert

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somit das optische Gitter mit einer langsameren oder schnelleren Rate und daher steigt das durch den Prozessor zwischen den ausgewählten Punkten an der Ausgangsgröße des Detektors gemessene Zeitintervall an, wenn sich der Abtaststrahl die Oberfläche hinaufbewegt, während es abnimmt, wenn sich die Abtastung die Oberfläche hinabbewegt. Der Prozessor sieht eine direkt mit der Kontour des Artikels in Beziehung stehende Ausgangsgröße vor, die gespeichert und verglichen werden kann mit der Kontour eines MusterartikeIs oder Prototyps. Die Abtastmittel sehen auch eine Ausgangsgröße für den Prozessor vor, um die Ausgangsgröße dcd Detektors mit der Bewegung des abtastenden Strahls über den Artikel hinweg zu synchronisieren, so daß die Ausgangsgröße des Detektors für eine bestimmte Stelle auf dem Artikel damit synchronisiert werden kann. Das optische Gitter ist derart angeordnet und die Abtastmittel kollimieren oder sammeln den Abtaststrahl in der Weise, daß das reflektierte Licht nach Durchgang durch die Bildlinse über das optische Gitter geleitet wird, und zwar im wesentlichen senkrecht zu den opaken und transparenten Strichen darauf. Der Artikel kann auch langsam bezüglich der Abtastrate, erzeugt durch die Abtastmittel, bewegt werden, um die Kontour auf der gesamten Oberfläche des Artikels zu messen.

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Le e r s eι

Claims

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Patentansprüche

■' 1 _.j Lasersystem zur Messung der Oberflächenkontouren eines Artikels mit einer einen schmalen Lichtstrahl erzeugenden Lichtquelle, gekennzeichnet durch Abtastmittel (27), um den Strahl zu leiten, um einen sich über den Artikel (30) bewegenden Abtaststrahl zu erzeugen, eine Linse (62) zum Licht des vom Artikel (30) reflektierten Abtaststrahls zu sammeln und das gesammelte Licht auf ein optisches Gitter (64) zu fokussieren, welches abwechselnd durchsichtige und undurchsichtige Streifen besitzt, und einen Lichtfühler (84) zum Empfang gesammelten durch die transparenten Streifen des optischen Gitters gelaufenen Lichts und zur Erzeugung einer Ausgangsgröße, die sich dementsprechend ändert.
2. Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfühler ein Fotovervielfacherdetektor (84) ist.
3. Lasersystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine kohärente Lichtquelle (20) mit einer kontinuierlichen Ausgangsgröße ist.
4. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel den Abtaststrahl über den Artikel leiten, um das von der Abbildlinse (62) gesammelte Licht über das optische Gitter im wesentlichen senkrecht zu dessen Strichen zu leiten.
5. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten und opaken Streifen bzw. Striche eine gewisse Breite besitzen.

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ORIGINAL INSPECTEO

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6. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Striche eine im wesentlichen identische Breite besitzen und daß die opaken Striche eine im wesentlichen identische Breite besitzen.
7. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Artikel auf der Bezugsoberfläche (53) angeordnet ist, und daß sich der Abtaststrahl durch einen Bogen mit einem mittig durch den Bogen verlaufenden Mittelwinkel bewegt, daß der Mittelwinkel unter annähernd 45° bezüglich der Bezugsoberfläche verläuft, und daß die Abbildlinse derart angeordnet ist, daß sie reflektiertes Licht von dem Abtaststrahl über den ganzen Bogen hinweg aufnimmt.
8. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildlinse Licht um eine Mittelachse sammelt, die unter annähernd 45 bezüglich des Mittelwinkels verläuft.
9. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Prozessor (42), der die Ausgangsgröße des Lichtfühlers empfängt und Information betreffend die Kontouren des Artikels erzeugt.
10. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Speichermittel zur Speicherung der die Kontouren des Artikels betreffenden Information, und mit Mitteln zum Vergleich der in den Speichermitteln gespeicherten Artikelkontouren mit den Kontouren eines Musterartikels, der ein Prototyp des Artikels ist.
11. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor einen Zähler aufweist, um die Taktimpulse zu

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zählen/ und mit Mitteln zum Empfang der Ausgangsgröße des Lichtfühlers zur Lokalisierung gewisser vorbestimmter Punkte darinnen und verbunden mit dem Zähler zur Rücksetzung des Zählers auf Null.
12. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor Mittel in Verbindung mit dem Zähler aufweist, um die Anzahl der Zählerstände zwischen vorbestimmten Punkten zu benutzen, um die Kontouren des Artikels zu bestimmen.
13. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel einen schwenkbar gelagerten Spiegel (27) aufweisen, der derart angeordnet ist, daß er den erwähnten Strahl auffängt, und wobei Servomittel (40) den Spiegel mit einer bekannten Rate verschwenken, um den Abtaststrahl über den Artikel zu leiten.
14. Lasersystem naeh einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Prozessor in Verbindung mit den Servomitteln zum Erhalt von Positionsinformation und zum Empfang der Ausgangsgröße des Lichtfühlers zur Erzeugung von Information hinsichtlich der Artikelkontouren.
15. Lasersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Teleskop, angeordnet zwischen der Lichtquelle und dem Spiegel, um den Strahl auf den Artikel zu fokussieren.
16. Verfahren zur Bestimmung der Kontouren eines Artikels unter Verwendung des Systems des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Abtasten des Artikels mit einer bekannten Rate mit einem schmalen Lichtstrahl; Sammlung des von dem Artikel reflektierten Lichts und Fokussierung des reflektier-

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ten Lichts auf ein optisches Gitter mit abwechselnd transparenten und undurchsichtigen Strichen und Detektieren des reflektierten, durch die transparenten Striche laufenden Lichts in einem Lichtfühler.
17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Speicherung der Zeitintervalle bestimmt zwischen ausgewählten Punkten in der Ausgangsgröße des Lichtfühlers; Vergleich der bestimmten Zeitintervalle mit gespeicherten Zeitintervallen, welche die Kontouren eines Prototyps repräsentieren, und Bestimmung, ob die Kontouren des Artikels innerhalb bestimmter Abmessungen der Kontouren des Prototyps liegen.
18. Verfahren nach Anspruch 16 und/oder 17, gekennzeichnet durch den Schritt des langsamen Bewegens des Artikels während dessen Abtastung.

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