DE3204295A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von oberflaechenfehlern an mechanischen teilen, insbesondere an teilen mit gekruemmter oberflaeche - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von oberflaechenfehlern an mechanischen teilen, insbesondere an teilen mit gekruemmter oberflaeche

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DE3204295A1
DE3204295A1 DE19823204295 DE3204295A DE3204295A1 DE 3204295 A1 DE3204295 A1 DE 3204295A1 DE 19823204295 DE19823204295 DE 19823204295 DE 3204295 A DE3204295 A DE 3204295A DE 3204295 A1 DE3204295 A1 DE 3204295A1
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Emilio Rivalta Turin Milana
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Description

PMmwe : \Λ DipL Ing. H. VMdn»nnr UpL Phfi. Df.1C. Rffi*e
Dipl. Ing. F. A. Weidcmann, DIpI. Chetn. 8. Huber
Dr.-lng. H. Liska
Möhlslrafo 22, 8000 Mflndien W
CEOT1RO RICEROH?) I1IAT S.p.A.
Strada Torino 50
Orbassano (Turin) / Italien
Verfahren und Vorrichtung zur' Ermittlung von Oberflächenfehlern an mechanischen Teilen,insbesondere an Teilen mit gekrümmter Oberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung von Oberflächenfehlern an mechanischen Teilen, insbesondere an Teilen mit gekrümmter Oberfläche.
Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, das auf der Analyse der von solchen Oberflächenfehlern hervorgerufenen Lichtbrechung basiert, wobei diese Analyse durch Beobachtung der Änderung der Eigenschaften einer kohärenten elektromagnetischen Welle im Bereich der Raumfrequenzen oder im Forier-Bereich durchgeführt wird.
Die Analyse der von Oberflächenfehlern hervorgerufenen Lichtbrechung ist bekannt. Sie wird zur Ermittlung und Identifizierung von Oberflächenfehlern (Sprüngen,Rissen,Kerben,Kratzern und dergleichen) herangezogen. Eine solche Analyse wird üblicherweise durchgeführt, indem die zu prüfende Oberfläche mit einer ebenen und kohärenten Lichtstrahlung beleuchtet wird und anschließend die räumliche Intensitätsverteilung der von der zu prüfenden Oberfläche reflektierten Lichtstrahlung erfaßt wird.
Es ist üblich, daß die Analyse der von Oberflächenfehlern hervorgerufenen Lichtbrechung mittels einer Vorrichtung ausgeführt wird, die ein optisches Sendesystem umfaßt, welches die zu prüfende Oberfläche einer ebenen und kohärenten Licht-
strahlung aussetzt, und ein optisches Empfangssystem, beispielsweise einen Sichtschirm oder eine Matrix von photoelektrischen Sensoren, das sich in einer zur Position des ersten optischen Systems in Bezug auf die Flächennormale der zu prüfenden Oberfläche symmetrischen Position befindet und mittels dessen eine Anzeige oder Angabe über die räumliche Intensitätsverteilung der von der zu prüfenden Oberfläche reflektierten Strahlung abgeleitet werden kann.
Die theoretischen Grundlagen dieser Art der Analyse sind zusammen mit einigen Beispielen möglicher Anwendungen in den Kapiteln 4 und 7 der Literaturstelle "Introduction to Fourier Optics" von Joseph W. Goodman - Verlag McGraw-Hill, 1968, ausführlich diskutiert.
Die Anwendung der Analyse der von Oberflächenfehlern hervorgerufenen Lichtbrechung gemäß den vorangehend beschriebenen Verfahren ist auf die überprüfung von ebenen mechanischen Teilen beschränkt und eignet sich nicht für die Qualitätskontrolle von Teilen mit gekrümmter Oberfläche, insbesondere von Teilen, deren Oberfläche keine einzige Richtung aufweist, in welcher die Krümmung aufgehoben ist (Oberflächen mit doppelter Krümmung).
Bei solchen Teilen läßt sich in Abhängigkeit von dem überprüften Bereich eine kontinuierliche Änderung der Richtung der Flächennormalen beobachten,die eine entsprechende kontinuierliche Änderung der Ausbreitungsrichtung der von der zu prüfenden Oberfläche reflektierten Strahlung zur Folge hat. Um eine Analyse der von Oberflächenfehlern mechanischer Teile dieser Art hervorgerufenen Lichtbrechung nach dem bekannten Verfahren vornehmen zu können, ist es daher notwendig, die von dem Teil reflektierte Strahlung im Raum zu "verfolgen" wobei auch noch gewährleistet sein muß, daß die Analysiervorrichtung in einem streng vorgegebenen Abstand von der zu prüfenden Oberfläche korrekt kontinuierlich positioniert wird.
Solche Betriebsbedingungen sind außerhalb des Laboratoriums praktisch nicht realisierbar. Sie sind völlig ungeeignet zur Qualitätskontrolle von industriellen Prozessen, insbesondere wenn die Kontrolle an allen erzeugten Teilen durchgeführt werden soll.
Falls die Teile außerdem beträchtliche Abmessungen besitzen wie dies z.B. bei Kraftfahrzeugkarosserien oder Teilen davon, die lackiert oder einer schützenden Oberflächenbehandlung unterzogen wurden, der Fall ist, ist es wegen der Notwendigkeit, die gesamte Oberfläche des Teiles abtasten zu müssen,praktisch unmöglich, eine Qualitätskontrolle in Taktzeiten durchzuführen, die mit dem industriellen Produktionstakt vereinbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine rasche und genaue Qualitätskontrolle der Oberflächengüte mechanischer Teile mit gekrümmten Oberflächen und/oder großen Abmessungen zuläßt.
Ausgehend von einem Verfahren zur Ermittlung von Oberflächenfehlern an mechanisehen. Teilen, insbesondere an mechanischen Teilen mit gekrümmter Oberfläche mittels Analyse der von solchen Oberflächenfehlern hervorgerufenen Lichtbrechung wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahrensschritte gelöst.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erfolgt die Analyse der von Oberflächenfehlern eines mechanischen Teiles hervorgerufenen Lichtbrechung durch die Prüfung eines ebenen Bildes der zu prüfenden Oberfläche, wodurch die eingangs beschriebenen Nachteile, die sich ergeben, wenn das zu prüfende Teil eine gekrümmte, insbesondere eine doppelt gekrümmte Oberfläche besitzt, vermieden sind.
Es-ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens zu
-κ
schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gemäß der Er<-· findung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.
Bevor die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert wird, seien zunächst ihre theoretischen Grundlagen betrachtet:
Ein Modulator zur räumlichen Lichtmodulation ("Spatial Light Modulator" - SLM - oder gemäß einem anderen Sprachgebrauch ein "Lichtventil") ist eine Vorrichtung, die für die Verarbeitung optischer Signale in "Echtzeit" von erheblichem Interesse ist. Er besteht im allgemeinen aus einem ebenen Träger, auf welchem eine transparente Schicht eines Materials aufgebracht ist, das seine Durchlaßeigenschaften für elektromagnetische Wellen, insbesondere den Brechungsindex, in Abhängigkeit von der Intensität einer auf seine Oberfläche auftreffenden inkohärenten Lichtstrahlung ändert.
Die örtliche Änderung des Brechungsindex kann auf verschiedenen physikalischen Phänomen beruhen. Bei einer ersten Art von Vorrichtungen, die in der einschlägigen Technik unter der Bezeichnung "PROM-Pockels Read-out Optical Modulator" bekannt sind, befindet sich eine.Schicht aus pho'toleitendem Material zwischen zwei transparenten ebenen Elektroden, an welche von einem externen Generator eine Polarisationsspannung angelegt wird. Hierbei ruft die Veränderung der Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Intensität einer auf die Vorrichtung auftreffenden Lichtstrahlung auf der Grundlage der als linearer elektrooptischer Effekt oder Pockels-Effekt bekannten Erscheinung eine proportionale Änderung des Bre-
chungsindex des Materials hervor, das somit in der Lage ist,
die Phasen, und damit die Polarisationseigenschaften einer
sich durch sein Inneres ausbreitenden Lichtstrahlung zu verändern.
Wenn die auf die Vorrichtung auftreffende Lichtstrahlung eine ungleichförmige räumliche Intensitätsverteilung besitzt, ruft die korrespondierende und proportionale räumliche Verteilung der Brechungsindexwerte ein Bild der Quelle der inkohärenten Lichtstrahlung hervor, das im allgemeinen hohe Auflösung besitzt. Diese Quelle kann auch von einem partiell reflektierenden Gegenstand gebildet sein, der von einer normalen Glühlampe oder Fluoreszenzlichtquelle beleuchtet wird. Das Bild kann zerstörungsfrei "gelesen" werden, indem man eine kohärente linear polarisierte Lichtstrahlung auf die Vorrichtung fallen läßt und die Änderung der Polarisationseigenschaften dieser kohärenten Lichtstrahlung nach ihrem Durchgang durch die Schicht aus lichtempfindlichen Material ermittelt. Das "Lesen" kann darin bestehen, daß die Schicht aus lichtempfindlichem Material entsprechend den in Fernsehaufnahmegeräten verwendeten Kriterien bereichsweise in elementaren Flächenteilchen nach vorbestimmtem Ordnungsmuster (z.B. zeilenweise) abgetastet wird. Der Modulator zur räumlichen Lichtmodulation ist also ein optisch-optischer Wandler, mittels dessen eine inkohärente optische Information in eine kohärente optische Information umsetzbar ist. Das in der Vorrichtung gespeicherte Bild kann gelöscht werden, indem die Polarisationsspannung umgepolt wird, die an den beiden transparenten Elektroden anliegt, zwischen denen sich die lichtempfindliche Schicht befindet. Das Bild kann
aus auch gelöscht werden, indem die Schicht /1ichtempfindlichem Material mit einer räumlich gleichförmigen inkohärenten Lichtstrahlung hoher Intensität (Flutlicht) bestrahlt wird.
Bei anderen Modulatoren zur räumlichen Lichtmodulation, die von den vorangehend beschriebenen PROM's abweichen, erreicht man die Änderung des Brechungsindex durch elektrooptische
Effekte in geeigneten Materialien, beispielsweise Flüssigkristallen, Materialien mit Photo-Dichroismus oder ferroelektrischen Materialien. Es existieren auch Modulatoreinrichtungen zur räumlichen Lichtmodulation,bei denen das Bild als Verformungen der Schicht aus lichtempfindlichem Material gespeichert ist, wodurch die optische Weglänge und damit die Polarisation der linear polarisierten kohärenten Strahlung verändert wird, die zum Lesen des Bildes verwendet wird.
Weitere Angaben über die theoretischen Grundlagen und die Verwendung von Modulatoren zur räumlichen Lichtmodulation finden sich in der Literaturstelle "Spatial Light Modulators" von D. Casasent, Proceedings of the IEEE, Band 65, I.Januar 1977, Seiten 143-157, sowie in der Literaturstelle "Realtime Spatial Light Modulators" von B-Schneeberger, F. Laeri, T. Tschudi und F. Mast,Optics Communications, Band 31, I.Oktober 1979, Seiten 13-15.
Im folgenden sei die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine schematisc.he Darstellung der Struktur eines in der Vorrichtung verwendeten Modulators zur räumlichen Lichtmodulation.
In Fig. 1 ist mit S die Oberfläche eines zu prüfenden Teiles, beispielsweise eines Teiles der Karosserie eines Kraftfahrzeuges, bezeichnet.
Mit 10 ist eine normale Lichtquelle, z.B. eine Wolframlampe, bezeichnet, mittels derer die Oberfläche S des zu prüfenden Teiles mit einer inkohärenten Lichtstrahlung beleuchtet werden kann.
Ein optisches System 12 dient dazu, auf einem Modulator 14
zur räumlichen Lichtmodulation ein Bild der zu prüfenden Oberfläche S zu entwerfen. Das optische System 12 besteht vorzugsweise aus einem Objektiv, mittels dessen sich auf dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation ein verkleinertes Bild der Oberfläche S erzeugen läßt, so daß eine Qualitätskontrolle von Teilen großer Abmessungen möglich und leicht durchführbar ist. Das Objektiv besitzt vorzugsweise eine große Schärfentiefe, d.h. es handelt sich um ein Objektiv mit einer im Vergleich zur Diagonale des Bildformats kleinen Brennweite. Dadurch können nachteilige Wirkungen' auf die Genauigkeit der Prüfung ausgeschaltet werden, die von den unterschiedlichen Abständen zwischen der Vorrichtung und verschiedenen Punkten desselben Teiles oder verschiedener nacheinander zu prüfender Teile herrühren.
Der Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation ist vorzugsweise ein PROM, wie er oben beschrieben wurde. Seine Struktur ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Dieser Modulator 14 beinhaltet im wesentlichen
a) eine Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material, in der eine räumliche Intensitätsverteilung inkohärenter Lichtstrahlung eine korrespondierende und proportionale räumliche Verteilung der Werte des Brechungsindex hervorruft,
b) eine erste für die von der Oberfläche 6 des zu prüfenden Teiles reflektierte inkohärente Strahlung durchlässige ebene Elektrode 18,
c) einen ebenen halbdurchlässigen dielektrischen Spiegel 20, der zwischen der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material und der ersten ebenen Elektrode 18 liegt und dessen reflektierende Oberfläche der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material zugewandt ist,
d) eine zweite ebene Elektrode 22, die der dem ebenen dielektrischen Spiegel 20 abgekehrten Oberfläche der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material zugewandt
ist, sowie
e) eine Speiseeinheit 24, mittels derer zwischen die erste und die zweite Elektrode 18 bzw. 22 wenigstens zwei verschiedene Spannungspegel anlegbar sind.
Der erste Spannungspegel entspricht den Bedingungen, unter welchen die photoleitenden Eigenschaften der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material in der oben beschriebenen Art und Weise wirken, während der zweite Spannungspegel das Löschen des in dieser Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material gespeicherten Bildes hervorruft.
Die Speiseeinheit 24 steuert das Einspeichern bzw. Löschen des/auf der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material und erlaubt aufeinanderfolgend die Prüfung unterschiedlicher räumlicher Verteilungen der Lichtintensität, welche den nacheinander von dem Objektiv entworfenen Oberflächenbildern mechanicher Teile entsprechen.
Mit 26 ist eine Quelle für linear polarisierte kohärente Lichtstrahlung bezeichnet. Es handelt sich um eine Quelle bekannter Bauart, z.B. einen Laser. Die von der Quelle 26 erzeugte Lichtstrahlung wird über ein optisches System zu dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation umgeleitet, wobei dieses optische System eine Verschiebung der Strahlung relativ zu dem Modulator 14 ermöglicht. Das optische System umfaßt
a) einen ersten Spiegel 28 zum Umlenken der von der Quelle erzeugten kohärenten Lichtstrahlung,
b) einen zweiten Spiegel 30 zum Auffangen der von dem ersten Spiegel 28 umgelenkten Strahlung und zum Umlenken dieser Strahlung in eine zur Oberfläche der transparenten lichtempfindlichen Schicht 16 des Modulators 14 zur räumlichen
Llchmodulation im wesentlichen senkrechte Richtung,
c) eine zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel 28 bzw. 30 angeordnete Zylinderlinse 32, deren mit F bezeichneter
Sl + <#
Brennpunkt in dem von der Quelle 26 erzeugten Strahlung getroffenen Punkt des ersten Spiegels 28 liegt,
d) eine erste Antriebsvorrichtung 34, mittels derer der erste Spiegel 28 oszillierend um eine Achse A bewegbar ist, die senkrecht zu der mit L bezeichneten Fokallinie der Zylinderlinse 32 un.senkrecht zur Richtung der von der Quelle 26 ausgehenden und außerdem durch den Brennpunkt F der Zylinderlinse 32 verlaufenden Strahlung gerichtet ist, sowie
e) eine zweite Antriebsvorrichtung 36, mittels derer der zweite Spiegel 30 oszillierend um eine Achse B bewegbar ist, die die Fokallinie L der Zylinderlinse 32 schneidet und in einer auf der Achse A senkrecht stehenden Ebene liegt.
Die linear polarisierte kohärente Lichtstrahlung wird von dem zweiten Spiegel 30 zu dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation in der Weise umgelenkt, daß diese Strahlung nach Durchtritt durch die zweite transparente Elektrode 22 auf die Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material in einer Richtung austritt, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche dieser S.chicht16 verläuft.
Nach dem Durchgang durch die Schicht 16 wird die kohärente Lichtstrahlung von dem halbdurchlässigen Spiegel 28 reflektiert, durchläuft von neuem die Schicht 16 und tritt aus dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation wieder aus. Die aus dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation'austretende Strahlung wird von einem zwischen dem Modulator 14 und dem zweiten Spiegel 30 angeordneten halbdurchlässigen Spiegel 38 reflektiert und zu einem normalen optischen Analysator 40 umgelenkt, der beispielsweise aus einem Polarisator besteht.
Mit' 42 ist schematisch eine Matrix von photoelektrischen Wandlern bezeichnet, die hinter dem Analysator 40 angeordnet ist und die am Ausgang jedes Wandler eine elektrisches Signal erzeugt, das für die Intensität der auf diesen Wandler
42 auftreffenden Lichtstrahlung kennzeichnend ist. Zwischen dem optischen Analysator 40 und der Matrix der photoelektrischen Wandler 42 befindet sich eine Linse 44, die die aus dem Analysator 40 austretende Lichtstrahlung auf die Matrix der photoelektrischen Wandler 42 überträgt.
Mit 46 ist eine elektronische Signal Verarbeitungsschaltung bezeichnet, die mit den Ausgangssignalen der Matrix aus photoelektrischen Wandlern 42 gespeist wird. Die elektrische Schaltung 46 liefert eine Verteilung von numerischen Werten, die der räumlichen Intensitätsverteilung der auf die Matrix aus photoelektrischen Wandlern 42 auftreffenden Lichtstrahlung entspricht.
Die caus dem optischen Analysator 40, der photoelektrischen Wandlermatrix 42, der Linse 44 und der elektronischen Signalverarbeitungsschaltung 46 bestehende Einheit bildet ein System, mittels dessen während der bereichsweise in elementarenFlächenteilchen erfolgenden Abtastung der Schicht 16 ,aus transparentem lichtempfindlichem Material die Änderungen der Lichtintensität erfaßbar sind, die in Richtung einer der Polarisationskomponenten der kohärenten Strahlung nach deren Durchgang durch die Schicht 16 in Erscheinung treten.
Gemäß einer in der Zeichnung nicht dargestellten vereinfachten Ausführungsform der Vorrichtung sind die photoelektrische Wandlermatrix 42 und die elektronische Signalverarbeitungsschaltung 46 durch eine normale Mattscheibe ersetzt, welche eine Beobachtung der räumlichen Intensitätsverteilung der von dem optischen Analysator 40 ausgehenden kohärenten Lichtstrahlung erlaubt.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt ferner eine Logiksteuereinheit 48, die mit der elektronischen Signal Verarbeitungsschaltung 46, den Antriebsvorrichtungen 34 und 36 und der Speiseeinheit 24 für den Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation verbunden ist. Diese Logiksteuer-
Ak
-W-
einheit 48 besteht vorzugsweise aus einem Mikroprozessorsystem, das auch in der Lage ist, die Funktionen der elektronischen Signalverarbeitungsschaltung 46 abzuwickeln.
Im folgenden sei die Funktionsweise der Vorrichtung erläutert:
Nachdem die zu prüfende Oberfläche S korrekt im Bildausschnitt des Objektivs 12 liegt und letzteres fokussiert ist, wirkt die Logiksteuereinheit 48 auf die Speiseeinheit 24 des Modulators 14 zur räumlichen Lichtmodulation in der Weise ein, daß das Bild der Oberfläche S in der Schicht 16 ausitransparentem lichtempfindlichem Material gespeichert wird.Gleichzeitig oder nach einer vorgegebenen Zeitspanne aktiviert die Logiksteuereinheit 48 die Antriebsvorrichtungen 34 und 36,so daß diese den ersten und den zweiten Spiegel 28 bzw. 30 um ihre Schwingachsen oszillieren lassen, womit die flächenweise Abtastung der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material beginnt.
Wenn die kohärente Lichtstrahlung während des Abtastvorgan- · ges Flächenelemente der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem .Material durchdringt, die fehlerfreien Bereichen der zu prüfenden Oberfläche (oder gegebenenfalls der Oberfläche eines fehlerfreien Musterstückes) entsprechen, fällt auf die photoelektrische Wandlermatrix 42 eine Lichtstrahlung, deren räumliche Intensitätsverteilung als Referenzvorgabe herangezogen wird. Bei Oberflächen z.B., die einer Lackbehandlung unterzogen wurden (z.B. bei Teilen von Kraftfahrzeugkarosserien), ist die Referenzverteilung an einen Lichtpunkt angleichbar, der im Zentrum der photoelektrischen Wandlermatrix 42 liegt, welches dem Ursprung der Ebene der Raumfrequenzen (Forierebene) entspricht, die von der Oberfläche der photoelektrischen Wandlermatrix 42 dargestellt wird.
Ein auf der zu prüfenden Oberfläche S vorhandene Fehler ruft eine Änderung der räumlichen Intentsitatsverteilung der auf
Al-
die photoelektrische Wandlermatrix 42 auftreffenden Lichtstrahlung hervor und verleiht dieser Verteilung geometrische Verlängerungen oder Unregelmäßigkeiten oder sonstige Abweichungen von der Referenzvorgabe. Eine solche Änderung wird von der elektronischen Signalverarbeitungsschaltung 46 erfaßt und zu der Logiksteuereinheit 48 signalisiert, die ihrerseits aufgrund ihrer Verbindung mit den Abtastmitteln (Spiegel 28 und 30 und Antriebsvorrichtungen 34 und 36) dasjenige Flächenelement der Schicht 16 aus lichtempfindlichem Material und infolgedessen denjenigen Bereich der zu prüfenden Oberfläche S identifiziert, in welchem ein Fehler festgestellt wurde. Die Logiksteuereinheit 48 sendet daraufhin ein entsprechendes Alarmsignal aus.
Die elektronische Signal Verarbeitungsschaltung 46 ist außerdem in der Lage, auf der Basis bekannter Algorithmen die Art des festgestellten Fehlers (Kratzer, Loch, Riß usw.) auf der Grundlage der besonderen räumlichen Intensitätsverteilung der bei Anwesenheit des Fehlers auf die photoelektrische Wandlermatrix 42 auftreffenden Lichtstrahlung zu identifizieren.
Nach Beendigung des Abtastvorganges bewirkt die Logiksteuereinheit 48 über die Speiseeinheit 24 das Löschen des in dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation gespeicherten Bildes und signalisiert gleichzeitig die Bereitschaft zur Durchführung eines neuen Prüfzyklus.
Der neue Prüfzyklus kann sich entweder auf ein mechanisches Teil beziehen, das sich von dem zuvor geprüften Teil unterscheidet, oder aber auf einen anderen Bereich des im vorangehenden Zyklus geprüften Teiles, wenn - wie z.B. bei der Qualitätskontrolle einer einer Lackbehandlung unterzogenen Kraftfahrzeugkarosserie - die Abmessungen des zu prüfenden Teiles so groß sind, daß es vom Bildfeld des Objektivs 12 nicht vollständig erfaßt wird.
IS
In diesem Fall ist der Vorrichtung zur Fehlerermittlung zweckmäßigerweise eine automatische Verschiebungseinrichtung zugeordnet, mittels derer sie relativ zu dem zu kontrollierenden Teil bewegbar ist, so daß der Fehlererfassungsvorgang völlig automatisch abgewickelt wird.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1.yVerfahren zur Ermittlung von Oberflächenfehlern an mechanischen Teilen, insbesondere an Teilen mit gekrümmter Oberfläche, mittels Analyse der von solchen Oberflächenfehlern hervorgerufenen Lichtbrechung, gekennzeichn.et durch folgende Verfahrensschritte:
    a) Die Oberfläche (S) des Teiles, deren Fehler ermittelt werden sollen, wird mit einer inkohärenten Lichtstrahlung beleuchtet,
    b) es wird ein ebenes Bild dieser Oberfläche in einem transparenten lichtempfindlichen Medium (16) erzeugt, ■ in welchem die räumliche Intensitätsverteilung der von der genannten Oberfläche (S)reflektierten inkohärenten Lichtstrahlung eine korrespondierende und proportionale räumliche Verteilung von Werten des Brechungsindex hervorruft,
    c) das transparente lichtempfindliche Medium (16) wird in einer nach vorbestimmtem Ordnungsmuster (z.B. zeilenweise) erfolgenden Abtastung bereichsweise in elementaren Flächenbereichen mit einer linear polarisierten kohärenten Lichtstrahlung beleuchtet,
    d) während des Abtastvorganges werden die Änderungen wenigstens einer der Polarisationskomponenten der kohärenten Lichtstrahlung erfaßt, nachdem die Strahlung das genannte transparente lichtempfindliche Medium (16) durchlaufen hat,
    e) aus diesen Änderungen wird eine Angabe über eventuelle Oberflächenfehler der zu prüfenden Oberfläche abgeleitet.
    2. Vorrichtung zur Ermittlung von Oberflächenfehlern an mechanischen Teilen, insbesondere an Teilen mit gekrümmter Oberfläche, mittels Analyse der von solchen Oberflächenfehlern hervorgerufenen Lichtbrechung, gekennzeichnet durch
    a) Mittel (10) zur Beleuchtung der Oberfläche (S) des Teiles, deren Fehler ermittelt werden sollen, mit einer inkohärenten Lichtstrahlung,
    b) einen Modulator (14) zur räumlichen Lichtmodulation mit wenigstens einer Schicht (16) aus transparentem lichtempfindlichem Material, in welchem eine räumliche Intensitätsverteilung der inkohärenten Lichtstrahlung eine korrespondierende und proportionale räumliche Verteilung von Werten des Brechungsindex hervorruft,
    c) ein zwischen der Oberfläche (S) des Teiles, deren Fehler ermittelt werden sollen, und dem Modulator (14) zur räumlichen Lichtmodulation angeordnetes optisches System (12) zur Erzeugung eines ebenen Bildes der genannten Oberfläche (S) auf der Schicht (16) aus transparentem lichtempfindlichem Material,
    d) eine Quelle (26) für linear polarisierte kohärente Lichtstrahlung,
    e) Mittel (28, 30; 24, 36) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Mudolator (14) und der genannten kohärenten Lichtstrahlung, derart daß diese Lichtstrahlung die Schicht (16) aus transparentem lichtempfindlichem Material in eine nach vorbestimmtem Ordnungsmuster (z.B. zeilenweise) bereichsweise in elementaren
    . Flächenteilchen abtastet,
    f) sowie Erfassungsmittel (40, 44, 42) zur Erfassung der Änderungen wenigstens einer der Polarisationskomponenten der kohärenten Lichtstrahlung, nach deren Durchtritt durch die genannte Schicht (16) aus transparentem lichtempfindlichem Material während des Abtastvorganges.
    Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine mit den Erfassungsmitteln (42) verbundene elektronische Signalverarbeitungseinrichtung (46) zur Ableitung einer Angabe über eventuelle Oberflächenfehler der zu prüfenden Oberfläche (S) aus den genannten Änderungen wenigstens einer der Polarisationskomponenten der kohärenten
    Lichtstrahlung.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der genannten Schicht (16) aus transparentem lichtempfindlichem Material ausgestattete Modulator (14) zur räumlichen Lichtmodulation in an sich bekannter Weise
    a) eine erste für die von der zu prüfenden Oberfläche (S) reflektierte inkohärente Lichtstrahlung durchlässige ebene Elektrode (18),
    b) einen ebenen halbdurchlässigen dielektrischen Spiegel (20) , der zwischen der Schicht (16) aus transparentem lichtempfindlichem Material und der ersten ebenen Elektrode (18) liegt und dessen reflektierende Oberfläche der Schicht (16) aus transparentem lichtempfindlichem Material zugewandt ist,
    c) eine zweite ebene Elektrode (22), die für die kohärente Lichtstrahlung durchlässig ist und die der dem ebenen dielektrischen Spiegel (20) abgekehrten Oberfläche der Schicht (16) aus transparentem lichtempfindlichem Material zugewandt ist, sowie
    d) eine Speiseeinheit (24) umfaßt, mittels derer zwischen die erste und die zweite Elektrode (18, 22) wenigstens zwei verschiedene Spannungspegel anlegbar sind.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r cn gekennzeichnet, daß das genannte optische System ein Objektiv (12) mit großer Tiefenschärfe umfaßt.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Modulator (14) zur räumlichen Lichtmodulation und der kohärenten Lichtstrahlung folgende Komponenten umfassen:
    a) Einen ersten Spiegel (28) zum Umlenken der von der Quelle (26) für kohärente Lichtstrahlung erzeugten Strahlung,
    - yr -
    b) einen zweiten Spiegel (30) zum Umlenken der von dem ersten Spiegel (28) umgelenkten Strahlung in eine zur Oberfläche der transparenten lichtempfindlichen Schicht (16) des Modulators (14) zur räumlichen Lichtmodulation im wesentlichen senkrechte Richtung,
    c) eine zwischen dem ersten (28) und dem zweiten Spiegel • (30) angeordnete Zylinderlinse (32), deren Brennpunkt
    (F) in dem von der von der Quelle (26) für kohärente Lichtstrahlung ausgehenden Strahlung getroffenen Punkt des ersten Spiegels (28) liegt,
    d) Antriebsmittel (34) für die oszillierende Bewegung des ersten Spiegels (28) um eine Achse (A)5 die senkrecht zur Fokallinie (L) der Zylinderlinse (32) und senkrecht zur Einfallsrichtung der kohärenten Lichtstrahlung gerichtet ist und durch den Brennpunkt (F) der Zylinderlinse (32) verläuft, sowie
    e) Antriebsmittel (36) für die oszillierende Bewegung des zweiten Spiegels (30) um eine Achse (B), die die Fokal-, linie (L) der Zylinderlinse (32) schneidet und in einer Ebene liegt, die auf der Achse (A), um welche der genannte erste Spiegel (28) oszilliert, senkrecht steht.
    Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Erfassungsmittel
    a) einen optischen Analysator (40),
    b) ein erstes optisches System (38), das zur Umlenkung der aus dem Modulator (14) zur räumlichen Lichtmodulation austretenden kohärenten Strahlung zu dem genannten optischen Analysator (40) zwischen dem zweiten Spiegel (30) und dem Modulator (40) zur räumlichen Lichtmodulation angeordnet ist,
    c) eine Matrix photoelektrischer Wandler (42), die am Ausgang jedes Wandlerementes ein elektrisches Signal erzeugt, das für den Intensitätswert der auf den optischen Wandler (40) auftreffenden Lichtstrahlung kennzeichnend ist, sowie
    320Α295
    d) ein zweites optisches System (44) umfaßt, mittels dessen die aus dem optischen Analysator (40) austretende Lichtstrahlung auf die Matrix photoelektrischer Wandler (42) übertragbar ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der optische Analysator (40) ein Polarisator ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische System (38) ein halbdurchlässiger Spiegel ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Signal Verarbeitungseinrichtung (46) eine mit den am Ausgang des Matrix photoelektrischer Wandler (42) auftretenden Signalen gespeiste elektronische Schaltung umfaßt, mittels derer eine Ver- . teilung von numerischen Werten erstellbar ist, die der räumlichen Intensitätsverteilung der auf die Matrix photoelektrischer Wandler (42) fallenden Lichtstrahlung entsprechen .
    11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Logiksteuereinheit (48) umfaßt, die mit der Signalverarbeitungseinrichtung (46), mit den genannten Antriebsmitteln (34, 36) zur oszillierenden Bewegung des ersten und zweiten Spiegels (28, 30) sowie mit der Speiseeinheit (24) des Modulators (14) zur räumlichen Lichtmodulation verbunden ist.
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