DE3247190C2

DE3247190C2 - Inspektionssystem für Produkte

Info

Publication number: DE3247190C2
Application number: DE3247190A
Authority: DE
Inventors: Mark Edwin Wilmington Del. Faulhaber
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1986-03-20
Also published as: DE3247190A1; US4538915A

Abstract

Das Inspektionssystem weist einen rotierenden Mehrfacettenspiegel (18) auf, der die Strahlung einer Strahlungsquelle (12) auf ein zu inspizierendes Produkt (30) und danach auf einen Strahlungskollektor (48) leitet. Das vom Strahlungskollektor (48) erzeugte Signal, das die Eigenschaften des zu untersuchenden Produktes (30) angibt, wird einer Normierungsschaltung (70) zugeführt, in der Störungen, die von dem Reflexionsvermögen der jeweiligen Spiegelfacette (18-1 bis 18-f) abhängen, kompensiert werden. Außerdem wird das Nutzsignal zur Ausschaltung von Variationen des optischen Wirkungsgrades des Strahlungskollektors (48) normiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Inspektionssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekanntes Inspektionssystem dieser Art (DE-OS 31 08 344) weist einen rotierenden Facettenspiegel auf_r auf den ein Laserstrahl geworfen wird. Der Laserstrahl wird über einen sich kontinuierlich bewegendes Band geführt, welches das zu kontrollierende Produkt darstellt Hinter diesem Produkt befindet sich ein Strahlungskollektor, der das durch das Produkt modifizierte Laserstrahlsignal empfängt und an einen Photovervielfacher weiterleitet Die Verarbeitungsschaltung dient dazu, die Laserstrahlleistung und den Verstärker des Photovervielfachers konstant zu halten. Zu diesem Zweck ist in der Nähe des Facettenspiegels ein Sensor angeordnet, auf den der von der Spiegelfacette reflektierte Lichtstrahl trifft, bevor er über die Produktbahn streicht Das Ausgangssignal des Sensors wird nach Verstärkung einer lichtemittierenden Diode zugeführt, welche am Strahlungskollektor angeordnet ist. Wenn die Diode leuchtet, erregt sie den Photovervielfacher, der daraufhin ein Ausgangssignal erzeugt, das beim Abtastvorgang erfaßt wird. Das Ausgar<gssignal wird dazu benutzt, die Stromquelle für den Photovervielfacher zu regeln. Zusätzlich ist ein zweiter Sensor vorgesehen, der den reflektierten Strahl am Ende des Abtastvorgangs empfängt und eine Diode steuert, deren Licht ebenfalls auf den Photovervielfacher fällt. Mit diesem System wird ausschließlich der Verstärkungsfaktor der Photovervielfacherröhre geregelt. Es erfolgt also lediglich eine Korrektur temperaturabhängiger Parameter, der Laserleistung und des Verstärkungsfaktors des Photovervielfachers. Die Regelung eignet sich lediglich zur Korrektur solcher Parameter, die sich relativ langsam ändern, wie z. B. Drifterscheinungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Inspektionssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das imstande ist unterschiedliche Reflexionseigenschaften der Spiegelfacetten zu kompensieren.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Inspektionssystem führt zunächst eine Kalibrierabtastung aus, bei der der verhältnisbildende Umsetzer das Kalibriersignal empfängt, welches das Reflexionsvermögen der während dieses Abtastvorgangs benutzten Spiegelfacette kennzeichnet. Der andere Eingang des verhältnisbildenden Umsetzers empfängt die Meßsignale eines akzeptablen Produktes. Diese Meßsignale setzen sich zusammen aus dem Reflcxionsvermögen, dem optischen Verhalten des akzeptablen Produktes und dem optischen Wirkungsgrad des Systems. Aus dem Kalibriersignal und dem Meßsignal erzeugt der Umsetzer das Referenz-Produktsignal, das

unabhängig vom Reflexionsvermögen der Spiegelfacette ist- Dieses Referenz-Produktsignal, das die Eigenschaften eines akzeptablen Produktes — ohne Berücksichtigung des Reflexionsvermögens der Spiegelfacette — angibt, wird in den Speicher eingespeichert.

Während der nachfolgenden analytischen Abtastung wird das Referenz-Produktsignal für jede Spiegelfacette aus dem Speicher abgerufen und in der Nornriereinrichtung zusammen mit dem das Reflexionsvermögen der betreffenden Spiegelfacette angebenden Kalibriersignal verarbeitet, um das normierte Kalibriersignal zu erzeugen. Die Eingänge des Umsetzers empfangen bei der analytischen Abtastung das Meßsignal des zu untersuchenden Produktes und das normierte Kalibriersignal. Daraufhin erzeugt der Umsetzer das normierte Produktsignal, das unabhängig ist sowohl vom Reflexionsvermögen der Spiegelfacette als auch vom optischen Übertragungsverhalten des Systems. Dieses Produktsignal ist somit in bezug auf das bei der Kalibrierabtastung verarbeitete akzeptable Produkt normiert. Es erfolgt also eine Normierung in zweifacher Hinsieht: Einmal wird das Reflexionsverhalten der Spiegelfacette eliminiert und zum anderen werden auch diejenigen Faktoren, die vom optischen und elektrischen Übertragungsverhalten des Meßsystems abhängig sind, ausgeschaltet

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht eines mit Flying-Spot-Ablastung arbeitenden Inspektionsgerätes für Materialbahnen,

F i g. 2 ein schematisches Blockschaltbild der Normalisierungsschaltung für das produktcharakteristische Signal,

Fig.3A, 3B und 3C detailliertere Schaltbilder der Normalisierungsschaltung für das produktcharakteristische Signal und

F i g. 4 ein Zeitdiagramm für die in den Schaltungen der F i g. 2 und 3 erzeugten und verwerteten Signale.

In Fig. 1 ist eine Draufsicht eines mit Flying-Spot-Abtastung arbeitenden Inspektionsgerätes dargesteHt, das generell mit 10 bezeichnet ist. Dieses Gerät weist eine Normierungsschaltung 70 für das produktcharakteristische Signal auf, welche in den Fig.2 bis 4 näher erläutert ist. Das Inspektionsgerät 10 enthält eine Strahlungsquelle 12, z. B. einen Helium-Neon-Laser. Die Strahlungsquelle 12 ist mit einer Abtast- und Fokussierungsoptik 14 verbunden, in der ein aus mehreren Facetten bestehender rotierender Spiegel 16 in Form eines Spiegelrades angeordnet ist. Der Spiegel 16 besteht aus einer Reihenanordnung von Facetten 18-1 bis 18-F, die mit vorbestimmter Winkelgeschwindigkeit w von einem (nicht dargestellten) Antriebsmotcr in Richtung des Pfeiles 20 angetrieben sind, so daß das Spiegelrad rolicrt. Die Einrichtung entspricht insoweit dem Stand der Technik.

Während der Drehung des Spiegels 16 wird jede der Facetten 18 durch den Strahlungsbereich bewegt, wobei sie einen fokussierten Strahl 22 der Strahlung in der durch den Pfeil 24 bezeichneten Abtastrichtung mit einer nach einer Funktion der Winkelgeschwindigkeit w entsprechenden Geschwindigkeit über einen Abtastwinkel 26 bewegt, der zwischen einer Startposition 28S und einer Endposition 28Zf liegt. Der Abtastweg 26, den der Strahl 22 beschreibt, Rann aus noch zu erläuternden Gründen in mehrere Abtastsegmente 26,4 bis 26£ unterteilt sein. Der Abtastweg 26 verläuft im wesentlichen quer zu der Richtung, in der die Bahn 30 des zu inspizierenden Materials bewegt wird. Die Bewegungsrichtung der Bahn 30 verläuft quer zur Zeichnungsebene von Fi g. 1, wie durch den Pfeil 32 angedeutet ist Die Bahn 30 wird zwischen (nicht dargestellten) Walzen gespannt und läuft zwischen den Masken 34Λ und 345 hindurch. In unmittelbarer Nähe der Maske 34/t ist in Abtastrich- !0 tung vor dem Beginn des Abtastweges 26 (also in Gegenrichtung zur Richtung des Pfeiles 24) eine Fiitereinrichtung 38 für die selbsttätige Kalibrierung angeordnet. Die Filtereinrichtung 38 weist eine öffnung 40 auf, deren Zweck noch erläutert wird. Die Erzeugung und Funktion des Signals für die selbsttätige Kalibrierung (AUTOCAL) ist in der US-PS 38 43 890 beschrieben. In Abtastrichtung vor der Filtereinrichtung 38 ist ein Detektorelement 42, z. B. in Form einer Silicium-Solarzelie angeordnet. Der Detektor 42 spricht i-:S das Auftreffen des Strahles 22 an und erzeugte dann -ein Impulssigna! (BEGIN SCAN, F i g. 4), das den Beginn des Abtastvorganges anzeigt an einer Leitung 44, welche zu der Normierungsschaliung 70 für das produktcharakterisiische Signal führt Diese Schaltung wird nachfolgend in Verbindung mit den F i g. 2 bis 4 erläutert

In Strahlungsrichtung hinter der Bahn, also auf der der Abtast- und Fokussierungsoptik 14 abgewandten Seite, ist ein sich in Abtastrichtung verbreitender Strahlungskollektor 48 in Form eines Lichtleiterstabes angeordnet Der Strahlungskollektor 48 weist einen entlang einer Oberfläche verlaufenden reflektierenden Streifen 50 auf, während eine reflektierende Fläche 52 an einer Stirnseite des Lichtleiterstabes angeordnet ist. Licht, das in den Strahlungskollektor 48 eindringt, wird von der Fläche 52 bzw. von dem Streifen 50 reflektiert und dadurch in Richtung auf ein Detektorelement 54 gelenkt, bei dem es sich z. B. um eine Fotovervielfacherröhre handelt. Der Reflexionsweg 56, den der an einem Punkt Xj (gemessen in Abtastrichtung 24 vom Anfang des Segmen.es 26D aus) in den Strahlungskollektor 48 eintretende Strahl 22-y durchläuft, ist in F i g. 1 dargesteHt Dieser Lichtweg beginnt zur Zeit //(gemessen vom Anfang des Segmentes 26DJ und das in den Strahiungskollektor 48 eintretende Licht wird gesammelt und unter •15 zahlreichen Reflexionen zum Detektor 54 geleitet. Das Spannungssignal v{x(t)), das der Strahlungsdetektor 54 während jeder Abtastung / über die Bahn 30 hinweg ausgibt, wird über eine Leitung 58 einem Vorverstärker 60 zugeführt. Das verstärkte Ausgangssignal Vj(x(t))aes Vorverstärkers 60 wird über ein Kabel 62 der Normierungsschaltung 72 für das produktcharakteristische Signal z"geführt Das Ausgangssignal der Normierungsschaltung 70 bildet das normierte produktcharakteristische Signal Pn(x(t)),; Elches über eine Leitung72 einem Klassifizierungsnetzwerk 74 zugeführt wird, wo Signale erzeugt werden, welche die Qualität oder Zulässigkeit des abgetasteten Produkts angeben.

An einer für die Bedienungsperson zugänglichen Stelle des Inspeklionsgerätes 10 ist ein Kalibrierschalter 75 angeordnet. Wenn der Kalibrierschalter 75 betätigt wird, wird ein Kalibriersignal (CALIBRATE, Fig.4) über Leitung 76 der Normierungsschaltung 70 zugeführt.

Wenn der Strahl 20 Mch entlang des Abtastwegei 26 bewegt, erreicht den Strahlungskollektor Licht nur während der Abtastsegmente 265 und 26Z3. Das von dem Vorverstärker 60 an Leitung 62 ausgegebene Spannungssignal v,(x(t)) setzt sich aus zwei Komponenten

zusammen. Die erste Komponente 78 (AUTOCAL, F i g. 4) wird erzeugt, wenn der Strahl 22 das Abtastsegment 26S überstreicht und durch die öffnung 40 in der Filtereinrichtung 38 in den Strahlungskollektor 48 eindringt. Die Amplitude dieses Signals gibt das Reflexionsvermögen R;y der betreffenden Spiegelfacette 18 an. die während des jeweiligen Abtastvorganges benutzt wird. Die zweite Komponente 80 (F i g. 4) des Signals v/(x(t)) wird von der Materialbahn bestimmt und erzeugt, während der Strahl in dem Abtastsegment 26D die Materialbahn 30 in Querrichtung überstreicht. Wenn in dem Vorverstärker 60 eine Regelschaltung für den Verstärkungsfaktor vorgesehen ist, um die zeitabhängigen Parameter G/t). G₁(I) und /,/tyzu eliminieren oder zu minimisieren, steht die zweite Komponente 80 (die von der Mnterialbahn abhängige Spannung) in funktioncller Beziehung zu dem Reflexionsvermögen des Spiegels Rii. dem optischen Wirkungsgrad E₁Jx) des Strahlungskollektors und der Charakteristik des zu prüfenden Materials selbst.

Wie schon früher dargelegt wurde, verhindern Änderungen des Reflexionsvermögens der Facetten 18 des Mehrfacettenspiegels 16 sowie der optischen Eigenschaften des Strahlungskollektors 48, daß das Spannungssignal für die /-te Abtastung P(x(t)) an Leitung 58 tatsächlich nur die Eigenschaften der zu untersuchenden Materialbahn 28 angibt. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird die produktabhängige Komponente des der Normierungsschaltung 70 zugeführten Signals v(x(t)) hinsichtlich der Variationen, die durch unterschiedliche Reflexionsvermögen der Spiegelfacetten hervorgerufen werden, kompensiert und zu einem Signal normalisiert, das die Akzeptanz des Produktes angibt. Auf diese Weise werden auch die Auswirkungen ungleicher optischer Wirkungsgrade des Strahlungskollektors eliminiert.

Obwohl bei der obigen Beschreibung des nach den* Flving-Spot-Prinzip arbeitenden Inspektionsgerätes 10 hinsichtlich der konstruktiven und funktionellen Merkmale davon ausgegangen wurde, daß die Materialprüfung unter Durchstrahlung der Materialbahn 30 erfolgt. kann die Normierungsschaltung 70 für das produktcharakteristische Signal auch in Verbindung mit einem Inspektionsgerät benutzt werden, das nach dem Reflexionsprinzip oder nach anderen Arten der Produktabtastung arbeitet.

Die F i g. 2 und 3 zeigen ein generalisiertes Blockschaltbild (Fig.2) sowie ein detailliertes Schaltschema (F i g. 3A. 3B und 3C). der Normierungsschaltung 70 für das produktcharakteristische Signal. Das aus mehreren Komponenten bestehende Spannungsgrundsignal für die Ate Abtastung v(x(t)) (bestehend aus dem AUTO-CAL-Impuls 78 und dem produktabhängigen Spannungssignal 80, F i g. 4) wird der Normierungsschaltung 70 über die Leitung 62 zugeführt, die durch einen der charakteristischen Impedanz dieser Leitung angepaßten Widerstand 88 abgeschlossen ist. Das aus mehreren Komponenten bestehende Spannungsgrundsignal wird über einen normalerweise geschlossenen Schalter 90 einem Verstärker 92 und anschließend einem Inverter 94 (Fig. 3A) zugeführt Die Ausgangsleistung 96 des Inver- so ters 94 ist mit dem Eingang V_1n eines verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzers 98 verbunden. Die Verstärker 92 und 94 bewirken eine Signalpufferung bzw. eine Signalinversion, um das Signai hinsichtlich der Ampiitudenhöhe und der Polarität so aufzubereiten, daß es von dem Analog/Digital-Umsetzer 98 verarbeitet werden kann.

Der Zustand des Schalters 90 wird über eine Leitung 104 von einem Signal CALIBRATE GATE gesteuert, das von einer Steuerschaltung 102 erzeugt wird.

Wenn der Schalter 90 unter Steuerung durch das CALIBRATE GATE-Signal (Fig.4) an Leitung 104 geöffnet wird, muß das Spannungsgrundsignal ein Tiefpaßfilter 106 durchlaufen, das aus einem Widerstand 106/? und einem Kondensator 106Cvon 0,001 μΡ besteht und dem Schalter 90 parallelgeschaltet ist.

An die Eingangsleitung 62 ist eine Abtast- und Halteschaltung 108 angeschlossen. Diese Abtast- und Halteschaltung 108 wird von dem Steuersignal AUTOCAL GATE (Fig.4) gesteuert, das von der Steuerschaltung 102 an Leitung 110 gelegt wird. Das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 108 wird von einem Kondensator 108Cmit einer Kapazität von 1/1000 Picofarad (Fig.3A) festgehalten und über eine Leitung 112 einer Regelschaltung 114 zur selbsttätigen Regelung des Verstärkungsfaktors zugeführt, weiche aus den Verstärkern 116 und 118 besteht (F i g. 3A). Die Regelschaltung 114 hält den Mittelwert des Ausgangssignals des Verstärkers 116 auf einem eingestellten Amplitudenwert fest.

Das abgetastete Signai wird (nach der oben geschilderten Regelung des Verstärkungsfaktors) dem Referenzeingang V„i des verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzers 98 durch einen normalerweise offenen Festkörperschalter 124 zugeführt. Das Abtastsignal wird der» Umsetzer 98 zugeführt, wenn der Schalter 124 von dem Signal CALIBRATE GATE-NOT geschlossen ist, das von der Steuerschaltung 102 an Leitung 126 erzeugt wird. Das Signal, das den Schalter 124 durchlaufen hat, wird an einem Potentiometer 128 skaliert und von einem Verstärker 130 (F i g. 3A), der dem Verstärker 94 gleicht, invertiert.

Normalerweise ist jedoch der Schalter 124 geöffnet und das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 1Oo wird über eine Leitung !34 dem Referenzeingang eines multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers 136 zugeführt. Der Analogsignal-Ausgang des Umsetzers 136 ist (über den Inverter 130, Fig.3A) mit dem Referenzeingang des verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzers 98 über eine Leitung 138 verbunden.

Die Umwandlung des dem Eingangsanschluß des Umsetzers 98 zugeführten Analogsignals wird durch ein Signal »Kodieren« (F i g. 4) veranlaßt, das von einer Logikschaltung 133 zur Steuerung des Kodiervorganges erzeugt wird. Die Logikschaltung 133 ist detailliert in Fig.3B dargestellt. Ihr wird das Signal CALIBRATE GATE-NOT, ein Taktsignal CLK und ein Signal PRODUCT GATE an den betreffenden Eingangsleitnngen 135,137 und 139 von der Steuerschaltung 101 zugerührt. Wie nachfolgend noch erläutert wird, wird das Signal »Kodieren« zu geeigneten Zeitpunkten über Leitung 131 an den Umsetzer 98 gelegt, um die Umwandlung des an Leitung 96 anstehenden analogen Eingangswertes in ein aus acht Bits bestehendes digitales Äquivalent zu veranlassen.

Die digitalisierten Daten an den Ausgangsanschlüssen des Umsetzers 98 werden über eine Busleitung 142 für acht Bits den Eingangsanschlüssen eines Speichers 146 mit wahlfreiem Zugriff (RAM) zugeführt Die Speicheradressierung für den Speicher 146 wird von einer Speicheradressen-Steuereinrichtung 148 gesteuert welche in Abhängigkeit von den ihr über die Leitungen 152, 154,156 und 158 von der Steuerschaltung 102 zugeführten Signalen CLOCK, AUTOCAL GATE, AUTOCAL GATE-NOT und CALIBRATE GATE-NOT Adressensignale an die Adressenleitungen 150 legt

Die Speicheradressen-Fortschalteinrichtung 148 ent-

hält eine Anordnung von in Kaskade geschalteten Zählern 160, 162 und 164 (Fig. 3C). Eine Adressenfortschaltlogik 166 (Fig.3C), die aus den Toren 168,4 und I68ßgebildet ist, ist so angeordnet, daß sie entweder die Zähler 160 und 162 über eine Leitung 174 löscht (CLEAR, F i g. 4) oder die Zähler 160 und 162 über eine Leitung V6 (LOAD, Fig.4) in Betrieb setzt, um einen vorangestellten verdrahteten Zählerzustand, der von einem Widerstandsnetzwerk 177 abgegriffen wird, aus noch zu erläuternden Gründen in die Zählcv einzugeben. Das Eingeben des voreingegebenen Zählerstandes in die Zähler 160 und 162 erfolgt unter Steuerung durch das Signal LOAD. Der Zähler 164 wird von dem Signal AUTOCAL GATE-NOT an Leitung 178 gelöscht. Das Einschreiben von Daten in den Speicher 146 wird von einem Signal WRITE (F i g. 4) an Leitung 182 gesteuert, das von einer Schreib-Steuerschaltung 184 auf die Signale CLOCK und CALIBRATE GATE-NOT erzeugt wird, die jeweils über Leitungen 186 und 188 zugeführt werden.

Die Ausgangsleitungen 192 vom Speicher 146 sind mit den Eingängen des multiplizierenden Dägital/Analog-Umsetzers 136 über eine Speicherausgangstor-Steuerschaltung 194 verbunden. Die Steuerschaltung 194 wird von dem ihr über Leitung 196 zugeführten Signal CALIBRATE-NOT aktiviert, um die aus dem Speicher 146 ausgelesenen Signale durchzulassen.

Die Ausgangs-Busleitung 142 vom Analog/Digital-Umsetzcr 98 über eine Ausgangs-Busleitung 202 mit den Eingängen eines Digital/Analog-Umsetzers 200 verbunden. In die Ausgangs-Busleitung 202 sind eine Reihe von Puffern 204 (F i g. 3B) geschaltet. Das Ausgangssignal des Digital/Analog-Umsetzers 200 wird einem Verstärker 208 (Fig.3B) zugeführt, dessen Ausgang mit Leitung 72 verbunden ist.

Die Steuerschaltung 102 (Fig.3A) reagiert auf das Signal BEGIN SCAN, das ihr an Leitung 44 zugeführt wird, und auf das Signal CALIBRATE, das ihr an Leitung 76 zugeführt wird, um die verschiedenen Steuersignale, die in der in Fig.3 dargestellten Normierungsschaltung für das produktcharakteristische Signal benutzt werden. Das Signal CALIBRATE an Leitung 76 wird dem Takteingang eines D-Flip-Flops 210 zugeführt. Der D-Eingang des Flip-Flops 210 wird normalerweise im logischen Hochzustand gehalten. Der Q-Ausgang des Flip-Flops 210 ist mit dem D-Eingang eines /weiten getakteten D-Flip-Flops 212 verbunden. Das /weite Flip-Flop 212 wird von dem Signal BEGIN SCAN getaktet, das der Steuerschaltung 102 auf Leitung 44 zugeführt wird. Der (^-Ausgang und der Q-NOT-Ausgang des Flip-Flops 212 liefern die Steuersignale CALIBRATE GATE und CALIBRATE GATE-NOT. Das Signal CALIBRATE GATE wird über Leitung 214 einem Rücksetztor 216 zugeführt

Die Erzeugung der Signale AUTOCAL GATE und PRODUCT GATE kann wie folgt erfolgen: Das Signal BEGIN SCAN wird ferner über Leitungen 218,220 und 222 Abwärtszählern 224, 226 bzw. 228 zugeführt Jeder dieser Zähler wird von einem Signal getaktet, das über Leitungen 232Λ, 232B und 232C von einer Taktschaltung 230 kommt Das Ausgangssignal der Taktschaltung 230 wird als Taktsignal CLOCK der Normierungsschaltung zugeführt Wenn der Zähler 228 von dem ihm über die Leitung 222 zugeführten Signal BEGIN SCAN aktiviert ist, zählt er von einem voreingestellten Zählwert an abwärts. Das Signal, das erzeugt wird, wenn der Zählerstand den Wert Null erreicht hat, triggert eine monostabile Kippstufe 234, die das Signal AUTOCAL GATE erzeugt. Dieses Signal kann von dem Inverter 236 invertiert werden, um das Signal AUTOCAL GATE-NOT zu erzeugen. Der Abwärtszähler 226 zählt nach Aktivierung durch das Signal BEGIN SCAN an Leitung 220 auf Null abwärts und trigger! eine monostabile Kippstufe 238, um das Signal PRODUCT GATE zu erzeugen. Wenn der Zähler 224 durch das Signal BEGIN SCAN aktiviert worden ist, zählt er auf Null herunter, um ein Signal END SCAN zu erzeugen. Natürlich können auch ίο andere Schaltungen, z. B. ein programmgesteuerter Mikroprozessor, zur Erzeugung der Signale AUTOCAL GATE, PRODUCT GATE und END SCAN benutzt werden.

Das Signal END SCAN wird über Leitung 240 einem NAND-Tor 216 zugeführt. Das Auftreten und die Dauer der von der Steuerschaltung 102 erzeugten Signale sind mit der Geschwindigkeit des Strahles 22, d. h. mit der Winkelgeschwindigkeit w des Spiegels 18, synchronisiert. Das Ausgangssignal des Tores 216 an Leitung 242 setzt die Flip-Flops 210 und 212 zurück. Das Auftreten der Signale AUTOCAL GATE und PRODUCT GATE ist, wie oben angegeben, mit dem Durchlauf des Abtaststrahles 22 durch den Abtastweg 26 synchronisiert. Das Signal AUTOCAL GATE liegt innerhalb des Impulssignals AUTOCAL 78, das von dem Strahl 22 beim Einfall in das Segment 26ß(Fig. 1) während des Eintritts in die öffnung 40 der Filtereinrichtung 38 erzeugt wird. In gleicher Weise hat das Signal PRODUCT GATE eine Dauer, die innerhalb desjenigen von der Materialbahn beeinflußten Signals 80 liegt, das erzeugt wird, wenn der Strahl 22 das Segment 26D des Abtastweges überstreicht(Fig. I).

Die Operation der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Normierungsschaltung 70 für das produktcharakteristisehe Signal wird im folgenden erläutert. Während jeder Abtastung i enthält das von dem Vorverstärker 60 an Leitung 62 abgegebene zusammengesetzte Signal vj(x(t))eine erste Komponente 78 (AUTOCAL), bei der es sich um einen Impuls handelt, der den Durchgang des Strahles 22 durch das Filter 38 beim Durchlaufen des Strahles durch das Segment 265 des Abtastweges 26 angibt. Dieser Impuls gibt gleichzeitig das Reflexionsvermögen als Kalibriersignal R_iFder speziellen Spiegelfacette, die den Strahl erzeugt, an. Die zweite Komponente 80, bei der es sich um das Grundsignal der von der Materialbahn beeinflußten Spannung handelt, wird erzeugt, wenn der Strahl das Segment 26Ddes Abtastweges passiert, und charakterisiert den inspizierten Bereich der Materialbahn während der /-ten Abtastung.

Wenn das System kalibriert oder geeicht werden soll, drückt die Bedienungsperson den Kal'ibrierschalter 75. Hierdurch wird das Signal CALIBRATE an Leitung 76 erzeugt und der Steuerleitung 102 zugeführt. Dies führt dazu, daß das erste Flip-Flop 210 getaktet wird und daß an dem (^-Ausgang dieses Flip-Flops ein logisches Hochsignal entsteht Das logische Hochsignal am Q-Ausgang des Flip-Flops 210 bleibt bestehen, bis das Rip-Flop 210 rückgesetzt wird.
Zu Beginn des auf das Drücken des Kalibrierschalters 75 folgenden nächsten Abtastvorganges wird durch das Entlangstreichen des Laserstrahles am Detektor 42 das Signal BEGIN SCAN erzeugt, welches über Leitung 44 der Steuerschaltung 102 zugeführt wird. Das Auftreten des Signals BEGIN SCAN taktet das zweite Flip-Flop 212 und versetzt dieses in den logischen Hoch-Zustand (abgeleitet von dem (^-Ausgang des ersten Flip-Flops 210), der an dem (^-Ausgang auftritt Das Ausgangssignal des Flip-Flops 212 bildet das Signal CALIBRATE

GATE und sein Komplementärsignal CALIBRATE GATE-NOT erscheint an dem Ausgang Q-NOT des Flip-Flops 212. Das Signal CALIBRATE GATE wird über Leitung 214 dem Tor 216 zugeführt, durchläuft dieses jedoch nicht bis das Signal END SCAN an Leitung 240 auftritt.

Das Auftreter, des Signals BEGIN SCAN leitet ferner die Abwärtszählung der Zähler 224, 226 und 228 ein. Nach einer bestimmten Zeitperiode, die mit der Geschwindigkeit des Abtaststrahles synchronisiert ist, triggert das Ausgangssignal des Abwärtszählers 228 die monostabile Kippstufe 234, die in den Hoch-Zustand kippt und dadurch das Signal AUTOCAL GATE erzeugt. Das Komplementärsignal AUTOCAL GATENOT wird von dem Inverter 236 erzeugt. Das Signal AUTOCAL GATE liegt innerhalb der Signalkomponente 78 AUTOCAL des von dem Vorverstärker 60 gelieferten zusammengesetzten Signals. Das Auftreten des Signals BEGIN SCAN leitet eine Abwärtszählung des zweiten Abwärtszählers 226 ein. Wenn der Zähler 226 auf Null gezählt hat, wird die monostabile Kippstufe 238 getriggert, so daß sie das Signal PRODUCT GATE erzeugt. Das Signal PRODUCT GATE wird für eine vorbestimmte Dauer aufrechterhalten, die innerhalb der der Materialbahn entsprechenden Signalspannungskomponente 80 des zusammengesetzten Signals des Vorverstärkers 60 liegt.

Wenn das Signal CALIBRATE GATE an Leitung 104 ansteht, ist der Schalter 90 geöffnet, so daß alle Eingangssignale, die über Leitung 62 an der Normierungsschaltung 70 anstehen, das Tiefpaßfilter 106 durchlaufen müssen, bevor sie über Leitung % dem verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzer98 zugeführt werden. Das Komplementärsignal CALIBRATE GATE-NOT steht an Leitung 226 an und schließt den Schalter 124, wodurch das Ausgangssignai der Abtast- und Halteschaltung 108 dem Referenzeingang des verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzers 98 über die Regelschaltung 114 für den Verstärkungsfaktor zugeleitet wird. Während der Kalibrierungsperiode (die mit der Dauer des Signals CALIBRATE GATE übereinstimmt) wird das Ausgangssignal an Leitung 138 des multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers infolge der Sperrung der Speichersteuertorschaltung 194 durch das Signal CALIBRATE GATE-NOT an Leitung 196 auf Null gehalten. Das Signal CALIBRATE GATE-NOT wird ferner über Leitung 135 der Kodier-Aktivierungsschaltung 133 über Leitung 158 der Speicheradressen-Steuerschaltung 148 und über Leitung 180 der Speichereinschreib-Aktivierungsschaltung 188 zugeführt.

Bei Auftreten des Signals AUTOCAL GATE wird die Abtast- und Halteschaltung 108 über Leitung 110 aktiviert Als Folge hiervon wird die Amplitude des AUTO-CAL-Impulses abgetastet und gehalten. Die Amplitude des Impuissignals 78 gibt das Reflexionsvermögen als Kalibriersignal R_iF der betreffenden Spiegelfacette 18, die für die jeweilige Abtastung benutzt wird, an. Nach Normierung durch die Schaltung 114 wird das Abtastsignal im Referenzeingang des verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzers 98 zugeführt

Die Signale AUTOCAL GATE und AUTOCAL GATE-NOT werden jeweils über Leitungen 154 und 156 der Speicheradressen-Steuerschaltung 148 zugeführt Infoige der hier vorgesehenen Logikschaltung wird während der Kalibrierungsperiode ein Löschsignal CLEAR an Leitung 174 erzeugt, um die Zähler 160 und 162 zu löschen. Der Zähler 164 wird von dem Signal AUTOCAL GATE-NOT an Leitung 178 gelöscht Bei Auftreten der nächsten positiven Flanke des Taktsignales CLK, die auf das Signal AUTOCAL GATE-NOT folgt, erhöhen die Zähler 160, 162 und 164 die an den Adressenleitungen 150 zum Speicher 146 anstehende Adresse. Die nächstfolgende negative Flanke des Taktsignales CLK erzeugt das Schreibsignal WE, das von der Einschreib-Aktivierungsschaltung 184 über Leitung 182 dem Speicher 146 zugeführt wird.

Das Auftreten des Signals PRODUCT GATE an Leitung 139 zur Kodier-Aktivierungsschaltung 133 bewirkt zusammen mit dem Signal CALIBRATE GATE-NOT an Leitung 135 und dem Taktsignal CLK an Leitung 137 die Erzeugung der Kodiersignale ENCODE an der zu dem verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzer 98 führenden Leitung 131. Das Signal ENCODE wird an der positiven Flanke eines jeden Taktimpulses CLK erzeugt. Auf diese Weise wird an jeder positiven Flanke des Taktsignals CLK während des Signals CALIBRATE GATE die Amplitude des an dem Eingangsanschluß des Umsetzers 98 anstehenden von der Materialbahn abgeleiteten Spannungssignals (das dasjenige Signal repräsentiert, das von der Materialbahn 30 während des betreffenden Zeitpunktes innerhalb des Abtastsegmentes 26D erzeugt wird) in ein Digitalsignal umgewandelt, das die hinsichtlich des Reflexionsvermögens der während dieser Abtastung benutzten Spiegelfacette 18 kompensierten Eingangsspannung entspricht. Mathematisch läßt sich das digitale Ausgangssignal des Analog/Digital-Umsetzers 9 zu jeder Taktzeit während des Signals PRODUCT GATE wie folgt ausdrücken:

p_c(x(t)) =

wobei

Pc(x(0) das von dem Punkt χ an der Materialbahn zur Zeit t erzeugte Referenz-Produktsignal oder produktcharakteristische KaHbrierungssignal nach Kompensation durch das Reflexionsvermögen der bei dieser Abtastung benutzten Spiegelfacette 18,

Po(x(0) das unkompensierte produktcharakteristische Signal, das vom Photovervielfacher 54 als Ergebnis des Auftreffens des Strahles 22 auf die Materialbahn im gleichen Punkt χ der Materialbahn zur Zeit t abgeleitet ist,

R;f das Kalibriersignal, welches das Reflexionsvermögen der betreffenden, den Strahl 22 während der Kalibrierabtastung erzeugenden Spiegelfacette angibt und

Eo(x) der optische Wirkungsgrad des Strahlungskollektors für Licht das an der Stelle x, gemessen in Richtung der Abtastung 24 innerhalb des Segments 26D, eintritt ist

Natürlich kann man in der obigen Gleichung (1) die Ausdrücke mit dem Kalibriersignal der Spiegel kürzen, so daß das Referenz-Produktsignal Pd(x(t)) hiervon unabhängig bleibt

Die Adressierung des Speichers 146 erfolgt gleichzeitig mit dem Kodieren des analogen Eingangssignals zum Umsetzer 98. Die Adressensignale und Datensignale erhalten genügend Zeit zum Setzen. Das digitale Eingangssignal zum Speicher 146 wird an der abfallenden Flanke des Taktsignals CLK in die adressierte Stelle miteingeschrieben.
Am Ende des Signals PRODUCT GATE während der

Kalibrierungsperiode enthält der Speicher eine digitale Darstellung des Referenz-Produktsignals P₁(X(OX das die Ausgangsspannung repräsentiert, die von einer Abtastung über ein akzeptables Produkt erzeugt wird, und zwar unter Kompensation des Reflexionsvermögens /?,> des während der tCalibrierungsabtastung verwendeten Spiegels. Mathematisch gilt:

= P₀(X(O) ■ EJx)

(2)

10

während des Segments 26Dder /-ten Abtastung erzeugt wird, wird dem Umsetzer 98 zugeführt. Das digitalisierte Ausgangssignal des Umsetzers während der /-ten Abtastung kann ausgedrückt werden als

Dieses Referenz-Produktsignal repräsentiert die Charakteristik eines akzeptablen Produktes, auf der die Normierung der Produktsignale für die nachfolgenden analytischen Abtastungen basiert.

Am Ende der Abtastung 26 setzt das Signal END is SCAN vom Zähler 224 die Flip-Flops 210 und 212 zur Vorbereitung für die nachfolgenden Abtastungen zu-

I UK. IV.

Während jeder nachfolgenden analytischen Abtastung, beispielweise bei der /-ten Abtastung (Fig.4), steht das Signal CALIBRATE GATE nicht an, so daß der Schalter 90 normalerweise geschlossen und der Schalter 124 normalerweise offen gehalten wird. Die Speicher-Ausgangstore 194 werden geöffnet und der Speicher-Einschreibanschluß wird gesperrt.

Beim A-iftreten des Signals AUTOCAL GATE während jeder nachfolgenden analytischen Abtastung (z. B. bei der /-ten Abtastung) wird d^;e Abtast- und Halteschaltung 108 aktiviert und die abgetastete Amplitude des Signals 78 AUTOCAL, die das Reflexionsvermögen der betreffenden Spiegelfacette angibt, welche während dieser Abtastung benutzt wird, wird dem Referenzeingang des multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers 136 zugeführt.

Es sei daran erinnert, daß während der Kalibrierungs-Periode das materialbahnabhängige Spannungssignal durch das Tiefpaßfilter 106 hindurchgeht. Als Folge hiervon wird die dem Eingangsanschluß des verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzers 98 zugeführte Wellenform um eine vorbestimmte Zeitdifferenz ΔΤ phasenverschoben (Fig.4). Der von dem Umsetzer 98 während des Intervals ΔΤ zu Beginn des Signals PRODUCT GATE umgesetzte Wert ist daher bedeutungslos. Um die Auswertung dieser Information bei Auftreten des Signals AUTOCAL GATE während nachfolgender analytischer Abtastung zu vermeiden, wird das Signal LOAD (Fig.4) erzeugt und über Leitung 176 den Zählern 160 und 162 (Fig.3C) zugeführt. Dies führt dazu, daß ein voreingestelltes verdrahtetes Adressensignal, welches der Zeit t während der Kalibrierabtastung entspricht, in den Speicher 146 eingegeben wird. Auf diese Weise wird aus dem Speicher 146 nur der interessierende Anteil des gespeicherten Referenz-Produktsignals Pc(X(O), der als Folge des Durchlaufs des Strahls 22 über das Produkt erzeugt wird, abgerufen.

Das Ausgangssignal des multiplizierenden Digital/ Analog-Umsetzers 136 repräsentiert das Referenz-Produktsignai Pd(x(0) gemäß Gleichung (2), skaliert bzw. geeicht durch das das Reflexionsvermögen der £-ten Spiegelfacette, die bei der betreffenden nachfolgenden Abtastung benutzt wird, repräsentierend noimierte Kalibriersignal RmF. Mathematisch kann das Referenzsignal, das dem verhältnisbildenden Analog/Digital-Umsetzer zugeführt wird, dargestellt werden als

Die das Reflexionsvermögen betreffenden Ausdrücke R„,i der betreffenden bei der /-ten Abtastung benutzten Spiegelfacette löschen sich aus, so daß das Ausgangssignal V_UUi des Umsetzers 98 kompensiert ist, d. h. von dem Reflexionsvermögen der während dieser Abtastung benutzten Spiegelfacette unabhängig geworden und durch die von einem akzeptablen Produkt abgeleitete Produktcharakteristik normalisiert ist. Dies ist das

Das Ausgangssignal des Umsetzers 98 wird über die Busleitung 2C2 dem Digital/Analog-Umsetzer 200 zugeführt. Das analoge Ausgangssignal wird nach Verstärkung der Ausgangsleitung 72 zur Weiterverarbeitung zugeleitet.

Als Folge hiervon wird das normalisierte produktcharakteristische Signal P„(x(0), das von der Normierungsschaltung 70 erzeugt und an Leitung 72 ausgegeben wird, hinsichtlich der Veränderungen, die durch unterschiedliche Reflexionsvermögen der Spiegelfacetten hervorgerufen werden, kompensiert bzw. von solchen reflexionsabhängigen Störungen bereinigt und auf ein Signal normiert bzw. an einem Signal gemessen, das ein akzeptables Produkt angibt, so daß die Auswirkungen der ungleichmäßigen optischen Effizienz der Kollektoranordnung eliminiert werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

V_r,/·

R_m

(3)

65

Das materialbahnabhängige Spannungssignal, das

Claims

Patentansprüche:

1. Inspektionssystem für Produkte, mit

einem rotierenden, aus mehreren Spiegelfacetten bestehenden Spiegel, dessen Spiegelfacetten einen Strahl in Abtastbewegungen über das zu inspizierende Produkt leiten,

einem Strahlungskollektor zur Erzeugung eines elektrischen Meßsignals in Abhängigkeit von der durch das Produkt modifizierten Strahlung und zur Erzeugung eines Kalibriersignals in Abhängigkeit von der von einer Spiegelfacette reflektierten, nicht durch das Produkt modifizierten Strahlung
und mit einer Verarbeitungsschaltung zur Veränderung des Meßsignals in Abhängigkeit von der Größe des Kalibriersignals,
dadurct jekennzeichnet,
daß die Verarheitungsschakung einen verhältnisbi!- denden Umsetzer (98) enthält, welchem bei einer Kalibrierabtastung das Kalibriersignal (R,f) und das Meßsignal eines akzeptablen Produktes zugeführt werden und der ein von den Reflexionseigenschaften der Spiegelfacette unabhängiges Referenz-Produktsignal (Pc)[erzeugt,

und daß eine Normiereinrichtung (124,130,136) vorgesehen ist, die bei einer nachfolgenden analytischen Abtastung eines zu beurteilenden Produktes aus dem Kalibriersignal (R_mp) und dem zuvor gewonnenen Referenz-Produktsignal (P_c) ein normiertes Kalibriersignal (RmF) erzeugt, dais dem Umsetzer (98) zur Erzeugung eines voii den Reflexionseigenschaften der Spiegelfacette und vori. Wirkungsgrad des Strahlungskollektors (48) unabhängigen normierten Produktsignal (P_n) zugeführt wird.

2. Inspektionssystem nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verhältnisbildende Umsetzer (98) ein Analog/Digital-Umsetzer ist.

3. Inspektionssystsm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibriersignal (R^) über eine Abtast- und Halteschaltung (108) einer Regelschaltung (114) zugeführt wird, deren Ausgang mit dem einen Eingang des Umsetzers (98) verbunden ist.

4. Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch

eine Abtast- und Halteschaltung (116, 118), die bei jeder Abtastung das Kalibriersignal der betreffenden Spiegelfacette festhält, und
einen währenu enies Teiles der Kalibrierabtastung betätigten Schalter (124), welcher das abgetastete Signal dem verhältnisbildenden Umsetzer (98) zugeführt und während eines Teils der analytischen Abtastung das abgetastete Signal der Normiereinrichtung (124,130,136) zuführt.

5. Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (146) zur Speicherung der Referenz-Produktsignale der Spiegelfacetten vorgesehen ist.

6. Inspektionssystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

ein Filter (106), welches während der Kalibrierabtastung das vom Strahlungskollektor (48) kommende Signal filtert und dem von dem verhältnisbildenden Umsetzer (98) umgesetzten und von dem Speicher (146) gespeicherten Signal eine Phasenverschiebung verleiht, und
eine Speicheradressen-Fortschalteinrichtung (148)

die während der nachfolgenden analytischen Abtastung die Speicheradressenstelle, von der das Referenz-Produktsignal während der nachfolgenden analytischen Abtastung abgerufen wird, zur Kompensation der von dem Filter (106) während der Kalibrierabtastung verursachten Phasenverschiebung fortschaltet.

7. Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Normiereinrichtung(124,130,136) einen multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzer (136) enthält.