DE3404901A1

DE3404901A1 - DEVICE AND METHOD FOR THE OPTICAL INSPECTION OF AN OBJECT

Info

Publication number: DE3404901A1
Application number: DE19843404901
Authority: DE
Inventors: Emmet Mitchell Cincinnati Ohio Fulkerson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-02-15
Filing date: 1984-02-11
Publication date: 1984-08-16
Also published as: JPS59171812A; IT1175938B; GB8403402D0; IT8419586A0; GB2135150A; FR2541002A1

Description

Vorrichtung und Verfahren zur optischen Prüfung einesApparatus and method for optical testing of a

ObjektsObject

Die Erfindung bezieht sich auf optische Triangulationsvorrichtungen und betrifft insbesondere Vorrichtungen dieser Art, bei denen eine einzelne Linse benutzt wird, um ein Indexlichtbündel auf ein Objekt zu projizieren sowie von dem Objekt reflektiertes Licht aufzufangen.The invention relates to optical triangulation devices and particularly relates to devices of this type in which a single lens is used to provide a Projecting index light bundles onto an object and collecting light reflected from the object.

Bei nahezu sämtlichen Fertigungsvorgängen ist es erwünscht, Messungen an Teilen vorzunehmen, die dem Fertigungsprozeß unterliegen. Die Messung kann sehr zeitraubend sein, insbesondere wenn Menschen die Meßaufgabe ausführen, so daß es im allgemeinen erwünscht ist, automatisierte Maschinen zu benutzen, die die Meßfunktion erfüllen. Maschinen, die eine Meßaufgabe durchführen, benutzen gewöhnlich Fühlerlehren oder Mikrometer, die ein zu messendes Teil körperlich berühren. In einem solchen Fall wird eine kleine, aber endliche Kraft auf das Teil durch die Berührung aus-In almost all manufacturing processes, it is desirable to take measurements on parts that are part of the manufacturing process subject. The measurement can be very time consuming, especially when humans are performing the measurement task, so that it is generally desirable to use automated machines that perform the measuring function. Machines that perform a measurement task usually use feeler gauges or micrometers that physically touch a part to be measured. In such a case, a small, but finite force exerted on the part by touching

geübt, und diese Kraft kann die Position des Teils stören oder das Teil verformen und so eine Eigenschaft des Teils selbst während des Meßvorganges verändern. Weiter unterliegen mechanische Fühlerlehren selbst dem Verschleiß und entwickeln mit der Zeit im Gebrauch ihre eigenen Ungenauigkeiten. Deshalb wird zunehmender Gebrauch von berührungsfreien optischen Meßvorrichtungen und insbesondere von optischen Triangulationsvorrichtungen gemacht. Die letztgenannten Vorrichtungen projizieren üblicherweise ein Lichtbündel (ein Indexbündel) unter Verwendung eines Linsensystems auf ein Objekt und fangen das reflektierte Licht unter Verwendung eines zweiten Linsensystems auf.practiced, and this force can perturb the position of the part or deform the part and become a property of the part change even during the measuring process. Mechanical feeler gauges are also subject to wear and tear and develop their own inaccuracies in use over time. Therefore, the use of non-contact optical measuring devices and in particular made by optical triangulation devices. The latter devices usually project a light beam (an index beam) using a lens system on an object and catch the reflected Light using a second lens system.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Vorrichtung sowie ein neues und verbessertes Verfahren zur optischen Prüfung zu schaffen.The object of the invention is to provide a new and improved device and a new and improved method for to create optical testing.

Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung sollen das Prüfen von Objekten ohne körperliche Berührung derselben gestatten.The device and the method according to the invention are intended to test objects without physical contact allow the same.

Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung arbeiten zwar nach Triangulationsprinzipien, es wird aber trotzdem nur eine einzelne Linse sowohl als Projektion- als auch als Empfangslinse benutzt.The device and the method according to the invention work according to triangulation principles, but it will nonetheless only a single lens is used as both a projection and a receiving lens.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Lichtbündel durch eine Linse auf ein Objekt projiziert, welches in einer Brennebene der Linse angeordnet ist, das durch das Objekt reflektierte Licht wird von derselben Linse empfangen, und eine vorbestimmte Art von Kollimation des durch die Linse empfangenen Lichts wird erfaßt. Das Auftreten des vorbestimmten Typs von Kollimation zeigt an, daß die Reflexion an dem Objekt in einem vorbestimmten Abstand von der Linse erfolgt ist.In one embodiment of the invention, a light beam is projected through a lens onto an object which is in a focal plane of the lens is arranged, the light reflected by the object is received by the same lens, and a predetermined type of collimation of the light received by the lens is detected. The appearance of the predetermined type of collimation indicates that the reflection on the object is in a predetermined Distance from the lens is done.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigenEmbodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings. Show it

Fig. 1 eine Ausführungsform der VorrichtungFig. 1 shows an embodiment of the device

nach der Erfindung,according to the invention,

Fig. 2 Strahlengänge von unterschiedlich reFig. 2 beam paths from different right

flektierten Lichtbündeln in der Vorrichtung nach Fig. 1,flexed light bundles in the device according to FIG. 1,

Fig. 3 Bilder auf Photodetektoren,Fig. 3 images on photodetectors,

Fig. 3A eine Intensitätsverteilung des Quer3A shows an intensity distribution of the transverse

schnittes eines Lichtbündels, das ein Bild 63A in Fig. 3 bildet,section of a light beam forming an image 63A in Fig. 3,

die Fig. 4A-4C verschiedene Strahlengänge von durchFIGS. 4A-4C show different beam paths from through

einen Schneidkantenspiegel reflektiertem Licht,light reflected by a cutting edge mirror,

Fig. 5 ein Abtastmerkmal der Erfindung,Fig. 5 shows a scanning feature of the invention;

Fig. 6 eine Gasturbinentriebwerksschaufel undFig. 6 shows a gas turbine engine blade and

Fig. 6A ein auf eine Gasturbinentriebwerksschaufel fokussiertes Lichtbündel. 6A shows a beam of light focused on a gas turbine engine blade.

In einer Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt ist, projiziert eine Lichtquelle 3, bei der es sich vorzugsweise um einen Helium-Neon-Laser (HeNe-Laser) handelt, ein Indexlichtbündel 6 auf einen Strahlungsteiler oder Spiegel 9, der das Indexlichtbündel 6 auf einen Abtastspiegel 12 reflektiert. Der Abtastspiegel 12 ist vorzugsweise in einem Punkt 15 drehbar gelagert, so daß er sich um diesen Punkt drehen und daher wahlweiseIn one embodiment of the invention shown in Fig. 1, a light source 3 projects in which it is preferably a helium-neon laser (HeNe laser), an index light beam 6 on a beam splitter or mirror 9, which the index light beam 6 on a Scanning mirror 12 is reflected. The scanning mirror 12 is preferably rotatably mounted at a point 15, see above that he revolve around this point and therefore optional

Positionen einnehmen kann, die durch gestrichelte Umrißlinien 12A und 12B dargestellt sind, sowie gewählte Zwischenpositionen zwischen diesen gestrichelt dargestellten Positionen. Dieses Drehmerkmal der Erfidnung wird bei einer Abtastfunktion ausgenutzt und ist weiter unten ausführlicher beschrieben.Can occupy positions indicated by dashed outlines 12A and 12B are shown, as well as selected intermediate positions between these shown in dashed lines Positions. This rotational feature of the invention is used in a scanning function and is further below described in more detail.

Das Indexlichtbündel 6 wird durch den Abtastspiegel 12 auf ein Umfangsgebiet 17 (d.h. ein Gebiet nahe einem Rand) einer Projektionslinse 18 reflektiert, die eine optische Achse 21 hat, welche hier als erste Achse 21 bezeichnet wird. Das Indexlichtbündel 6 tritt in die Projektionslinse 18 parallel zu der ersten Achse 21 ein. Die Projektionslinse 18 fokussiert das Indexlichtbündel 6 längs, aber nicht parallel zu der ersten Achse 21 , so daß sich das Indexlichtbündel 6 von dem Umfangsgebiet 17 zu einem ersten Brennpunkt 24 bewegt und in einem ersten Reflexionspunkt 27 auf einem Objekt 33 fokussiert wird, das nahe bei einer ersten Brennebene 30 angeordnet ist. Das heißt, das Indexlichtbündel 6 bewegt sich, nachdem es durch die Projektionslinse 18 gebrochen worden ist, bezüglich der ersten Achse 21 außerachsig. (Es wird hier eine Unterscheidung gemacht zwischen einem Brennpunkt, der ein theoretischer Punkt im Raum ist, in welchem eine Linse Licht fokussiert, und einem Reflexionspunkt, der ein Gebiet auf einem Objekt ist, von dem Licht reflektiert wird.)The index light bundle 6 is directed by the scanning mirror 12 onto a peripheral area 17 (i.e. an area close to a Edge) of a projection lens 18, which has an optical axis 21, which here as the first axis 21 referred to as. The index light bundle 6 enters the projection lens 18 parallel to the first axis 21. The projection lens 18 focuses the index light beam 6 longitudinally, but not parallel to the first axis 21, see above that the index light beam 6 moves from the peripheral area 17 to a first focal point 24 and in a first Reflection point 27 is focused on an object 33 which is arranged close to a first focal plane 30 is. That is, the index light beam 6 moves after being refracted by the projection lens 18 is off-axis with respect to the first axis 21. (A distinction is made here between a focal point, which is a theoretical point in space in which a lens focuses light, and a reflection point which is an area on an object from which Light is reflected.)

Ein Objekt 33, das in dem ersten Brennpunkt 24 vorhanden ist, wird das Indexlichtbündel 6 in vielen Richtungen, die durch Pfeile 36A-36D angegeben sind, reflektieren (und so den ersten Brennpunkt 24 zu einem Reflexionspunkt machen). Demgemäß erzeugt die Reflexion, die in dem ersten Brennpunkt erfolgt, tatsächlich Licht, das von einer Punktquelle, nämlich dem ersten BrennpunktAn object 33, which is present in the first focal point 24, becomes the index light beam 6 in many directions, indicated by arrows 36A-36D reflect (making the first focus 24 a point of reflection). Accordingly, the reflection generated in at the first focal point, actually light emanating from a point source, namely the first focal point

— β -- β -

ausgeht. Das ist eine diffuse Reflexion. Von diesem reflektierten Licht wird das Licht, das die Projektionslinse 18 innerhalb von deren Apertur, nämlich zwischen den Linien 39 und 42 erreicht, aufgefangen und zurück auf den Abtastspiegel 12 fokussiert. Dieses aufgefangene Licht, wie beispielsweise das, das durch Strahlen 44A und 44B angegeben ist, wird durch den Abtastspiegel 12 längs einer zweiten Achse 45 als Strahlen 51 und 54 auf eine Abbildungslinse 48 reflektiert. Die zweite Achse 45 ist vorzugsweise zu der ersten Achse 21 rechtwinkelig und ist die optische Achse der Abbildungslinse 48. Die Abbildungslinse 48 fokussiert die Strahlen 51 und 54 auf einen Photodetektor 57, der in einer zweiten Brennebene 60 angeordnet ist, welches eine Brennebene der Abbildungslinse 48 ist. Die Strahlen 51 und 54 werden als ein Bild 63A in Fig. 3 in einem zweiten Brennpunkt 63 in Fig. 1 fokussiert. Der Photodetektor 57 kann zwei einzelne Photodetektoren 57A, 57B aufweisen, die nahe beieinander angeordnet und durch einen Zwischenraum 57C voneinander getrennt sind. Die Photodetektoren 57A, 57B sprechen hauptsächlich auf Licht an, das auf die Oberflächen 57AA und 57BB trifft.goes out. That is a diffuse reflection. This reflected light is the light that the projection lens 18 within its aperture, namely between Reached lines 39 and 42, captured and focused back onto scanning mirror 12. This trapped Light such as that indicated by rays 44A and 44B is passed through scanning mirror 12 is reflected along a second axis 45 as rays 51 and 54 onto an imaging lens 48. The second axis 45 is preferably perpendicular to the first axis 21 and is the optical axis of the imaging lens 48. The Imaging lens 48 focuses the beams 51 and 54 onto a photodetector 57, which is in a second focal plane 60, which is a focal plane of the imaging lens 48. The rays 51 and 54 are seen as one image 63A in FIG. 3 is focused at a second focal point 63 in FIG. 1. The photodetector 57 can have two individual photodetectors 57A, 57B, which are arranged close to one another and separated by a gap 57C from one another are separated. The photodetectors 57A, 57B speak primarily on light striking surfaces 57AA and 57BB.

Die Ausgänge 66A, 66B der Photodetektoren 57A, 57B sind vorzugsweise mit den Eingängen 65A, 65B eines zwei Eingänge aufweisenden Differenzverstärkers 68 verbunden, der die Signale der Ausgänge 66A und 66B miteinander vergleicht und die Differenz zwischen diesen Signalen verstärkt. Wenn die Differenz null ist, treffen gleiche Lichtmengen auf jeden Photodetektor 57A, 57B auf. Daraus wird geschlossen, daß das Objekt 33 in dem ersten Brennpunkt 24 der Projektionslinse 18 angeordnet ist, und, da ciie Position der Projektionslinse 1ß im voraus bekannt ist, ist bekannt, daß das Objekt 33 um eine Brennweite entfernt längs der ersten Achse 21 angeordnet ist. Das heißt, die Tatsache, daß das Objekt 33 in dem erstenThe outputs 66A, 66B of the photodetectors 57A, 57B are preferably two inputs with the inputs 65A, 65B of one having differential amplifier 68, which compares the signals of the outputs 66A and 66B with each other and amplifies the difference between these signals. If the difference is zero, equals meet Amounts of light to each photodetector 57A, 57B. It is concluded from this that the object 33 is in the first focal point 24 of the projection lens 18 is arranged, and since the position of the projection lens 1ß is known in advance is, it is known that the object 33 is located along the first axis 21 by a focal length. That is, the fact that the object 33 in the first

AOAO

Brennpunkt 24 angeordnet ist, ist aus dem Nulldifferenzsignal bekannt, das durch die Photodetektoren 57 erzeugt wird. Das Nulldifferenzsignal selbst ist ein Scharfeinstellsignal, das anzeigt, daß das durch die Projektionslinse 18 empfangene Licht durch das Objekt 33 in dem ersten Brennpunkt 24 reflektiert worden ist.Focal point 24 is located is from the zero difference signal known, which is generated by the photodetectors 57. The zero difference signal itself is a focus signal, indicating that the light received by the projection lens 18 passes through the object 33 in the first Focus 24 has been reflected.

Somit wird Licht, das in dem ersten Brennpunkt 24 reflektiert worden ist, durch die Projektionslinse 18 kollimiert, durch den Abtastspiegel 12 reflektiert und durch die Abbildungslinse 48 auf den zweiten Brennpunkt 63 fokussiert. Unter diesen Umständen wird nur Licht, das genau in dem ersten Brennpunkt 24 reflektiert wird, genau in dem zweiten Brennpunkt 63 fokussiert. Licht, das durch ein Objekt reflektiert wird, welches außerhalb des ersten Brennpunktes angeordnet ist, wie beispielsweise das Objekt 68 in Fig. 2, wird anders auf die zweite Brennebene 60 fokussiert.Thus, light that has been reflected in the first focal point 24 is collimated by the projection lens 18, reflected by the scanning mirror 12 and focused on the second focal point 63 by the imaging lens 48. Under these circumstances, only light that is accurately reflected in the first focus 24 will be accurate focused in the second focal point 63. Light that is reflected by an object that is outside of the first focal point, such as the object 68 in Fig. 2, will be different to the second Focal plane 60 focused.

Beispielsweise wird gemäß der ausführlicheren Darstellung in Fig. 2, wenn sich ein Objekt durch Positionen 72, 33 und 68 bewegt, das Indexlichtbündel 6 von Reflexionspunkten 72A, 33A (der mit dem ersten Brennpunkt 24 in Fig. 1 zusammenfällt) bzw. 68A reflektiert. Infolgedessen werden die Lichtbündel 75, 77 und 78 in der vertikalen Richtung (der Richtung des Pfeils 81) verschoben. Der Einfachheit halber sind die Lichtbündel 75, 77 und 78 in dem Gebiet 82 abgebrochen und als Einzelstrahlen 75A, 77A bzw. 78A dargestellt. Nach der Reflexion durch den Abtastspiegel 12 nehmen die Strahlen 75B, 77B und 78B die gezeigten Positionen ein, und diese Strahlen sind dann wieder als Lichtbündel 75C, 77C bzw. 78C gezeigt. Die Reflexion von Licht durch die Objekte 72, 33 und 68 führt somit zur Verschiebung der Lichtbündel 75C, 77C und 78C in der Richtung des Pfeils 83. Demgemäß verschieben sich diese Lichtbündel auf dem Photodetektor 57, wenn sich dasFor example, according to the more detailed illustration in FIG. 2, if an object passes through positions 72, 33 and 68 moves the index light bundle 6 from reflection points 72A, 33A (the one with the first focal point 24 in Fig. 1 coincides) or 68A reflected. As a result, the light beams 75, 77 and 78 become vertical Direction (the direction of arrow 81) shifted. For simplicity, the light beams 75, 77 and 78 are in broken off the area 82 and shown as individual rays 75A, 77A and 78A, respectively. After reflection by the scanning mirror 12, rays 75B, 77B and 78B occupy the positions shown, and these rays are then again shown as light bundles 75C, 77C and 78C, respectively. The reflection of light by the objects 72, 33 and 68 results thus shifting the light bundles 75C, 77C and 78C in the direction of arrow 83. Accordingly, shift these light bundles on the photodetector 57 when the

Objekt 33 bezüglich der Projektionslinse 18 längs der ersten Achse 21 bewegt.Object 33 is moved along first axis 21 with respect to projection lens 18.

Weiter werden die Lichtbündel 75C, 77C und 78C durch die Abbildungslinse 48 in Punkten 94A_f 9 4B bzw. 94C fokussiert. Bekanntlich wird unter diesen Umständen das Licht aus jedem Bündel 75C, 77C und 78C, das auf die Bildebene 60 trifft, Bilder enthalten, die in Abhängigkeit von der Position des Objekts 33 unterschiedliche Scharfeinstellungsgrade haben. Das ist weiter in Fig. 3 veranschaulicht, die ein Bild 94AA zeigt, das von dem Lichtbündel 75C in Fig. 2 auf den Photodetektor 57 projiziert wird (die Lichtstrahlen, die tatsächlich von dem Punkt 94A zu dem Photodetektor 57 gelangen, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt). Ebenso entspricht das Bild 63A in Fig. 3 dem Punkt 94B in Fig. 2, und das Bild 94CC wird durch das Lichtbündel 78C auf den Photodetektor projiziert.Further, the light bundles 75C, 77C and 78C are focused by the imaging lens 48 at points 94A _f 9 4B and 94C, respectively. As is known, under these circumstances, the light from each bundle 75C, 77C and 78C which impinges on the image plane 60 will contain images which have different degrees of focus depending on the position of the object 33. This is further illustrated in Fig. 3, which shows an image 94AA projected onto photodetector 57 by light beam 75C in Fig. 2 (the rays of light actually going from point 94A to photodetector 57 are for the sake of simplicity not shown). Likewise, the image 63A in Fig. 3 corresponds to the point 94B in Fig. 2, and the image 94CC is projected onto the photodetector by the light beam 78C.

Es sei angemerkt, daß die Lichtbündel 75A, 77A und 7 8A in Fig. 2 alle parallel zu der ersten Achse 21 erscheinen und daß ebenso die Lichtbündel 75B, 77B und 7 8B parallel zu der Achse 45 erscheinen. Es ist jedoch bekannt, daß unter den beschriebenen Umständen nur die Lichtbündel 77A und 77B diese Parallelitätseigenschaften besitzen. Der einfacheren Darstellung halber erscheinen die anderen Lichtbündel 75A, 78A, 75B und 7 8B nur so, als besäßen sie sie. Tatsächlich werden die Lichtbündel 75A, 75B auf ihrem Weg zu der Abbildungslinse 48 zu den Achsen 21 und 45 hin konvergieren, und die Lichtbündel 78A, 78B werden von diesen Achsen weg divergieren.It should be noted that the light bundles 75A, 77A and 7 8A in FIG. 2 all appear parallel to the first axis 21 and that the light beams 75B, 77B and 78B also appear parallel to the axis 45. However, it is known that, under the circumstances described, only the light bundles 77A and 77B have these parallelism properties own. For the sake of simplicity of illustration, the other light bundles 75A, 78A, 75B and 7 8B appear just as if they had it. In fact, on their way to the imaging lens 48, the light bundles 75A, 75B will converge towards the axes 21 and 45, and the bundles of light 78A, 78B will diverge away from these axes.

Demgemäß hängt unter einem Gesichtspunkt das Bild 63A, das der Photodetektor 57 sieht, hinsichtlich Position und Scharfeinstellung von der Position des Objekts 33 ab, in der das Indexbündel 6 durch das Objekt 33 re-Accordingly, from one point of view, the image 63A that the photodetector 57 sees hangs in position and focusing from the position of the object 33 in which the index bundle 6 is reflected by the object 33

At -X-At -X-

flektiert wird. Die Signale, die durch die Photodetektoren 57A, 57B erzeugt werden, zeigen an, wann das Bild 63A in Fig. 3, das die Photodetektoren 57A, 57B sehen, scharf eingestellt ist, weil, wenn das Bild 6 3A den Zwischenraum 57C ausschließlich beleuchtet, ein Ausgangssignal von null (das Scharfeinstellsignal) durch den Differenzverstärker 68 erzeugt wird. Weiter wird nämlich die Feststellung, ob die Reflexion in dem ersten Brennpunkt 24 erfolgt, durch das Erfassen der Parallelität des Lichtbündels 77 zu der ersten Achse 21 (welches die optische Achse der Projektionslinse 18 ist) getroffen. Das Fokussieren des Lichtbündels 77 auf den Punkt 94B zwischen den Photodetektoren 57A, 57B zeigt diese Parallelität an, die selbstverständlich ein besonderer Typ von Kollimation des Lichtbündels 77 durch die Projektionslinse 18 ist.is inflected. The signals generated by the photodetectors 57A, 57B indicate when the picture was taken 63A in Fig. 3 that the photodetectors 57A, 57B see is in focus because when the image 6 3A the gap 57C lit exclusively, a zero output signal (the focus signal) through the Differential amplifier 68 is generated. Namely, next is the determination of whether the reflection is in the first focus 24 takes place by detecting the parallelism of the light beam 77 to the first axis 21 (which the optical axis of the projection lens 18 is met). The focusing of the light beam 77 on the point 94B between the photodetectors 57A, 57B shows this parallelism on which of course a special type of collimation of the light beam 77 by the projection lens 18 is.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 4A-4C sind die Photodetektoren 57A, 57B (die nur in Fig. 4A mit gestricheltem Umriß dargestellt sind) durch einen Schneidkantenspiegel 95 (von welchem nur die Spitze gezeigt ist) sowie durch zwei weitere Photodetektoren 57D, 57E ersetzt worden. Die Kante 95A des Schneidkantenspiegels 95 befindet sich in der zweiten Brennebene 60. Der Schneidkantenspiegel 95 reflektiert das Licht, das durch die Abbildungslinse 48 (in den Fig. 4A-4C nicht gezeigt) auf ihn projiziert wird, auf einen oder beide Photodetektoren 57D, 57E, welche auf der einen bzw. anderen Seite des Schneidkantenspiegels 95 angeordnet sind. Die Lichtmenge, die durch jeden Photodetektor 57D, 57E empfangen wird, hängt von der Position des Objekts 33 in Fig. 1 ab. Das heißt, wenn die Lichtbündel 75B, 77B und 7 8B sich in der Richtung des Pfeils 83 in Fig. 2 verschieben, treffen sie auf den Schneidkantenspiegel 95 in den Fig. 4A-4C in unterschiedlichen Positionen auf.As shown in Figures 4A-4C, the photodetectors are 57A, 57B (only shown in broken outline in Fig. 4A) by a cutting edge mirror 95 (of which only the tip is shown) and replaced by two more photodetectors 57D, 57E been. The edge 95A of the cutting edge mirror 95 is located is in the second focal plane 60. The cutting edge mirror 95 reflects the light passing through the Imaging lens 48 (not shown in Figures 4A-4C) is projected onto it, onto one or both of the photodetectors 57D, 57E, which are arranged on one or the other side of the cutting edge mirror 95. The amount of light received by each photodetector 57D, 57E depends on the position of the object 33 in Fig. 1. That is, when the light bundles 75B, 77B and 78B move in the direction of arrow 83 in FIG. 2 move, they hit the cutting edge mirror 95 in FIGS. 4A-4C in different positions on.

In Fig. 4A wird das Lichtbündel 75C auf den Photodetektor 57D reflektiert. In Fig. 4B wird das Lichtbündel 77C in zwei Teile 77F und 77G geteilt und auf beide Photodetektoren 57D und 57E reflektiert. In Fig. 4C wird das Lichtbündel 78C auf den Photodetektor 57E reflektiert. Ein Grund für die Verwendung eines Schneidkantenspiegels 95 statt deo? beiden benachbarten Photodetektoren 57A, 57B in Fig. 1 ist, daß der Schneidkantenspiegel 95 gestattet, den Zwischenraum 57C durch die Kante 95A des Schneidkantenspiegels festzulegen. Auf diese Weise wird ein sehr schmaler Zwischenraum 57C festgelegt, und es werden eine größere Auflösung und eine größere Genauigkeit beim Erfassen von ünschärfezuständen erzielt.In Fig. 4A, the light beam 75C is incident on the photodetector 57D reflected. In Fig. 4B, the light beam 77C is divided into two parts 77F and 77G and into both Photodetectors 57D and 57E reflected. In Figure 4C the light beam 78C is reflected onto the photodetector 57E. One reason for using a cutting edge mirror 95 instead of deodorant? two neighboring photodetectors 57A, 57B in Fig. 1 is that the cutting edge mirror 95 allows the gap 57C to pass through set the edge 95A of the cutting edge mirror. In this way, a very narrow gap 57C is set, and a larger resolution and achieves greater accuracy in detecting unsharp conditions.

Demgemäß wird in Theorie und Praxis bis zu dem Grad, der durch die benutzte Vorrichtung erzielbar ist, wenn das Bild 63A in Fig. 3 durch Reflexion durch das Objekt 33 erzeugt wird, das genau in dem Brennpunkt 24 der Projektionslinse 18 in Fig. 1 angeordnet ist, das Licht, welches das Bild 6 3A mit sich führt, sich genau längs der Achsen 21 und 45 bewegen, durch den Schneidkantenspiegel 95 in Fig. 4B genau hälftig aufgeteilt und jede Hälfte auf einen der Photodetektoren 57D, 57E projiziert. Im Falle des HeNe-Lasers 3 wird das Bild ein Lichtkreis mit einem Durchmesser von 0,02-0,05 mm sein (der die Gauß'sche Verteilung darstellt), der in zwei Halbkreisen auf die Spiegelkante 95A fokussiert wird, welche auf die Photodetektoren 57D bzw. 57E projiziert werden.Accordingly, in theory and practice, to the extent that the apparatus used is capable of achieving this, if the Image 63A in Fig. 3 is generated by reflection by the object 33, which is exactly in the focal point 24 of the projection lens 18 is arranged in Fig. 1, the light that the image 6 3A carries with it, exactly along of the axes 21 and 45 move, divided exactly in half by the cutting edge mirror 95 in FIG. 4B and each Half projected onto one of the photodetectors 57D, 57E. In the case of the HeNe laser 3, the image becomes a Be a circle of light with a diameter of 0.02-0.05 mm (which represents the Gaussian distribution) divided into two Semicircles is focused on the mirror edge 95A, which is projected onto the photodetectors 57D and 57E, respectively will.

Es wird nun das Abtasten der Oberfläche des Objekts 33 boschrieben. Der Spiegel 12 in Fig. 1 kann gedreht werden, so daß er die Positionen 12A und 12B einnimmt, wie oben erwähnt. Das ist ausführlicher in Fig. 5 dargestellt. Wenn sich der Abtastspiegel 12 im UhrzeigersinnThe scanning of the surface of the object 33 is now written. The mirror 12 in Fig. 1 can be rotated so that it occupies positions 12A and 12B as mentioned above. This is shown in greater detail in FIG. When the scanning mirror 12 is clockwise

-VB--VB-

dreht, Wird das Indexlichtbündel 6 als Lichtbündel 1O6A, 1O6B und 1O6C zu der Projektionslinse 18 reflektiert. Die durch die Pro^ektionslinse 18 als Bündel 1O8A, 1O8C fokussierten Bündel laufen durch Reflexionspunkte 11OA-11OC in der Brennebene 30. Licht, das durch das Objekt 33 in diesen Punkten reflektiert wird, wird durch die Projektionslinse 18 kollimiert, und zwar zu kollimiertem Licht in Form eines Bündels 112, das durch den Abtastspiegel 12 längs der zweiten Achse 45 als Bündel reflektiert wird.rotates, the index light bundle 6 as light bundle 1O6A, 1O6B and 1O6C are reflected to the projection lens 18. The through the pro ^ ection lens 18 as a bundle 1O8A, 1O8C focused bundles pass through reflection points 11OA-11OC in the focal plane 30. Light that is reflected by the object 33 at these points is through the Projection lens 18 collimated, to be precise to the collimated Light in the form of a beam 112 passing through the scanning mirror 12 is reflected along the second axis 45 as a bundle.

Hinsichtlich der Parallelität zu der zweiten Achse 45 wird eine geometrische Analyse zeigen, daß, wenn die Achsen 21 und 45 rechtwinkelig sind und sich die Oberfläche des Abtastspiegels 12 in dem Schnittpunkt 15 dieser Achsen dreht und der Laserbündelteil 6 zu der zweiten Achse 45 parallel ist, alle Strahlen wie der Strahl 114, die aus einer Reflexion in der ersten Brennebene 30 hervorgehen, zu der zweiten Achse 45 parallel sein werden. Strahlen, die aus einer Reflexion hervorgehen, welche außerhalb der ersten Brennebene 30 erfolgt, werden zu der zweiten Achse 45 nicht parallel sein. Wenn sich die Reflexionspunkte 110A-110C längs der ersten Brennebene 30 bewegen, werden sich die sich ergebenden Strahlen wie der Strahl 114 zu der zweiten Achse 45 hin- und von derselben wegbewegen, aber zu dieser Achse parallel bleiben. Bekanntlich ändert diese seitliche Verlagerung des Strahls 114 bezüglich der zweiten Achse 45 nicht den Punkt, in welchem die Abbildungslinse 48 in den Fig. 1 und 2 den Strahl 114 fokussiert. Wenn jedoch das Objekt 33 in Fig. 5 aus der ersten Brennebene 30 hinaus verlagert wird (wie beispielsweise die Objekte und 72 in Fig. 2), wird sich das Licht, das durch das verlagerte Objekt in Fig. 5 (in Fig. 5 nicht als verlagert dargestellt) aufgrund der Lichtbündel 1O8A-1O8C (nichtWith regard to the parallelism to the second axis 45, a geometrical analysis will show that if the Axes 21 and 45 are perpendicular and the surface of the scanning mirror 12 is at the point of intersection 15 of these axes rotates and the laser beam part 6 is parallel to the second axis 45, all beams like that Ray 114 resulting from a reflection in the first focal plane 30 emerge, will be parallel to the second axis 45. Rays emanating from a reflection, which occur outside the first focal plane 30 are not parallel to the second axis 45 be. When the reflection points 110A-110C are along the move the first focal plane 30, the resulting rays will, like the ray 114, move towards the second axis 45. and move away from it, but remain parallel to this axis. It is well known that this lateral shift changes of the beam 114 with respect to the second axis 45 does not represent the point at which the imaging lens 48 in FIG 1 and 2, the beam 114 is focused. If, however, the object 33 in FIG. 5 is out of the first focal plane 30 If it is displaced beyond (such as the objects 72 and 72 in Fig. 2), the light that is displaced by it will become Object in Fig. 5 (not shown as displaced in Fig. 5) due to the light bundles 1O8A-1O8C (not

verlagert dargestellt) reflektiert wird, wie die Lichtbündel 75, 77 und 78 in Fig. 2 verhalten, weil es links oder rechts von der ersten Brennebene 30 reflektiert wird. Die links und rechts gelegenen Positionen der Reflexion spunk te 11OA-11OC bezüglich der ersten Brennebene 30 werden auf dieselbe Weise ermittelt wie die links und rechts gelegenen Positionen der Reflexionspunkte 72A, 33A und 68A in Fig. 2 bezüglich des ersten Brennpunkts 24 in Fig. 1. Weiter wird die Ermittlung gemäß Fig. 2 bei Anwendung auf das Objekt, das gemäß Fig. 5 abgetastet wird, nicht nachteilig durch die Tatsache beeinflußt, daß die Reflexionspunkte 11OB und 110C in Fig. außerhalb der ersten Achse 21 gelegen sind. Demgemäß kann das Objekt 33 abgetastet und die Kontur seiner Oberfläche abgebildet werden.shown shifted) is reflected, as the light bundles 75, 77 and 78 in Fig. 2 behave, because it is left or to the right of the first focal plane 30 is reflected. The left and right positions of the reflection points 11OA-11OC with respect to the first focal plane 30 are determined in the same way as the left and right positions of the reflection points 72A, 33A and 68A in FIG. 2 with respect to the first focal point 24 in FIG. 1. The determination according to FIG. 2 is further carried out not adversely affected by the fact when applied to the object which is scanned as shown in FIG. that the reflection points 11OB and 110C in Fig. are located outside the first axis 21. Accordingly, the object 33 can be scanned and the contour of its surface can be mapped.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Konturabbildung nach der Erfindung wird das Objekt 33 zuerst gemäß Fig. 1 auf einem Wagen 153 angeordnet und unter der Steuerung einer numerischen Steuereinheit 156 in das Gebiet der ersten Brennebene 30 bewegt. Gemäß der Erläuterung in Verbindung mit den Fig. 2 und 4A-4C erzeugen die Photodetektoren 57A, 57B Positionssignale, die anzeigen, ob das Objekt 33 näher bei der Projektionslinse 1 8 oder weiter entfernt von dieser als die erste Brennebene 30 ist. Stattdessen kann ein Wagenpositionsgeber 157 benutzt werden, um die Ankunft des Wagens in der Nähe der ersten Brennebene 30 anzuzeigen. Auf diese Positionssignale hin gibt die numerische Steuereinheit 156 ein Signal an einen Motor 159 ab, um die Projektionslinse 18 entweder zu dem Objekt 33 hin- oder von diesem webzubewegen, je nach den Photodetektorsignalen, die durch den Differenzverstärker 68 verarbeitet werden. Die Bewegung der Projektionslinse 18 wird fortgesetzt, bis die Photodetektorsignale anzeigen, daß die Scharfeinstellung des Indexlichtbündels 6 auf demIn a preferred embodiment of the contour mapping according to the invention, the object 33 is first according to Fig. 1 placed on a carriage 153 and under the control of a numerical control unit 156 in the area the first focal plane 30 moves. Generate as discussed in connection with Figures 2 and 4A-4C the photodetectors 57A, 57B position signals indicating whether the object 33 is closer to the projection lens 1 is 8 or further away from this than the first focal plane 30. Instead, a car positioner can be used 157 can be used to indicate the arrival of the car near the first focal plane 30. To this In response to position signals, the numerical control unit 156 outputs a signal to a motor 159 to the projection lens 18 either to or from the object 33, depending on the photodetector signals, which are processed by the differential amplifier 68. The movement of the projection lens 18 becomes continued until the photodetector signals indicate that the focus of the index light beam 6 on the

Objekt 33 erreicht ist.Object 33 is reached.

Die Bewegung der Projektionslinse 18 längs der Achse 21 erfolgt vorzugsweise durch Drehen eines mit Gewinde versehenen Halters 163, um die Projektionslinse 18 in bezug auf das Objekt 33 zu bewegen. Das hat zur Folge, daß die Lichtbündel 75C, 77C und 78C in Fig. 2 den Schneidkantenspiegel 95 in den Fig. 4A-4C überstreichen und den Differenzverstärker 6 8 veranlassen, ein Scharfeinstellsignal abzugeben, wenn die durch die Photodetektoren 57A und 57B empfangenen Bilder von gleicher Intensität sind (d.h., wenn das Licht, das durch die Photodetektoren 57A, 57B empfangen wird, in dem ersten Brennpunkt 24 reflektiert wird). Die numerische Steuereinheit 156 empfängt Signale über die Position der Projektionslinse 18 aus einem Positionsgeber 170 und ist so in der Lage, die Position des Brennpunkts 24 auf dem Objekt 33 zu berechnen, wenn der Komparator ein Scharfeinstellungssignal abgibt: der Brennpunkt 24 ist eine Brennweite entfernt von der Projektionslinse 18 längs der ersten Achse 21 angeordnet. Selbstverständlich könnte das Objekt 33 zusammen mit dem Wagen bewegt werden, statt die Projektionslinse 18 zu bewegen, es'ist aber im allgemeinen einfacher, zum schnellen Ändern des Abstands zwischen dem Objekt 33 und der Projektionslinse 18 die Projektionslinse 1 8 statt des Wagens zu bewegen, weil die Masse der Projektionslinse 18 im allgemeinen viel kleiner ist als die des Wagens 153.The movement of the projection lens 18 along the axis 21 is preferably accomplished by rotating a threaded retainer 163 around the projection lens 18 with respect to it to move towards the object 33. As a result, the light bundles 75C, 77C and 78C in FIG. 2 form the cutting edge mirror Stroke 95 in Figures 4A-4C and cause differential amplifier 6 8 to output a focus signal when the images received by the photodetectors 57A and 57B are of equal intensity (i.e., when the light received by the photodetectors 57A, 57B is reflected in the first focus 24 will). The numerical control unit 156 receives signals about the position of the projection lens 18 a position encoder 170 and is thus able to calculate the position of the focal point 24 on the object 33, when the comparator outputs a focus signal: the focal point 24 is one focal length away arranged by the projection lens 18 along the first axis 21. Of course, the object 33 could be moved together with the carriage instead of moving the projection lens 18, but it is generally easier to to quickly change the distance between the object 33 and the projection lens 18, the projection lens 1 to move 8 instead of the carriage because the mass of the projection lens 18 is generally much smaller than that of carriage 153.

Die Konturabbildung oder -aufzeichnung eines Objekts kann folgendermaßen erfolgen. Das Objekt, bei welchem es sich um eine Gasturbinentriebwerksschaufel 172 nach Fig. 6 handeln kann (oder um ein Gußstückurmodell , nach welchem eine Reihe von Formen für solche Schaufeln angefertigt wird), die im Querschnitt in Fig. 6A gezeigt ist, wird nahe der Brennebene 30 der Projektionslinse 18 angeordnet· Ein Teil einer Wand 175 der Schaufel 172The contour mapping or recording of an object can be done as follows. The object that is a gas turbine engine blade 172 after Fig. 6 can act (or a Gußstückurmodell, according to which a number of molds are made for such blades) shown in cross-section in Figure 6A is placed near the focal plane 30 of the projection lens 18

AirAir

wird weggeschnitten, damit das Indexbündel 6 auf die inneren Leitwände 170 der Schaufel 172 auftreffen kann. Die Schaufel 172 wird durch das Indexbündel 6 in der vertikalen Richtung (Pfeil 174) durch Drehen des Abtastspiegels 12 abgetastet, wie es oben in Verbindung mit Fig. 5 erläutert ist, und, wenn die Oberfläche der Schaufel 172 von der Brennebene 30 abweicht (was sie wegen der Leitwände 170 tun wird), bewegt sich das Laserbündelbild 63 über den Schneidkantenspiegel 95 auf die oben in Verbindung mit den Fig. 3 und 4A-4C erläuterte Weise, wodurch bewirkt wird, daß die Photomeßfühler 57A, 57B Signale erzeugen. Auf diese Signale hin bewegt die numerische Steuereinheit 156 in Fig. 1 die Projektionslinse 18 längs der ersten Achse 21, wie oben beschrieben, bis das Scharfeinstellsignal erzielt wird. Es ist somit zu erkennen, daß die numerische Steuereinheit 156 die Projektionslinse 18 so einstellt, daß der Brennpunkt 27 immer an der Oberfläche der Schaufel 172 gehalten wird. Die Links- oder Rechtsbewegung der Projektionslinse 18 längs der ersten Achse 21 entspricht Konturänderungen der Schaufel 172 nach links und nach rechts, wenn diese abgetastet wird.is cut away so that the index bundle 6 can impinge on the inner guide walls 170 of the blade 172. The blade 172 is driven through the index bundle 6 in the vertical direction (arrow 174) by rotating the scanning mirror 12 scanned as explained above in connection with FIG. 5, and when the surface of the Blade 172 deviates from focal plane 30 (which it will do because of baffles 170), the laser beam image moves 63 via the cutting edge mirror 95 to that explained above in connection with FIGS. 3 and 4A-4C Manner, thereby causing the photo sensors 57A, 57B to generate signals. In response to these signals, the numerical control unit 156 in Fig. 1 the projection lens 18 along the first axis 21, as described above, until the focus signal is obtained. It can thus be seen that the numerical control unit 156 the Projection lens 18 adjusts so that the focal point 27 is always kept on the surface of the blade 172. The left or right movement of the projection lens 18 along the first axis 21 corresponds to changes in contour blade 172 to the left and right as it is scanned.

In einem Sinn wird der Abstand zwischen der Projektionslinse 18 und der Schaufel 172 konstant gehalten, als ob ein mechanischer Kurvenkörper, der an der Projektionslinse 18 befestigt ist, der Oberfläche der Schaufel 172 folgen würde. Daher ist das Aufzeichnen der Links- und Rechtsverlagerungen der Projektionslinse 18 und das Aufzeichnen der Größe dieser Verlagerungen in Abhängigkeit von der Vertikalabtastung der Laserbündel 1O8A-1O8C in Fig. 5 gleichbedeutend mit dem Aufzeichnen der Oberflächenkontur einer vertikalen Schwade ((J. h. des durch das Indexbündel 6 beleuchteten Gebietes) auf der Schaufel 172. Anschließend an diese Vertikalabtastung wird die Schaufel 172 in die Ebene der Fig. 6A bewegt, und esIn one sense, the distance between the projection lens 18 and the paddle 172 is kept constant, as if a mechanical cam attached to the projection lens 18, the surface of the vane 172 would follow. Therefore, the left and right displacements of the projection lens 18 are recorded and recorded the size of these displacements as a function of the vertical scanning of the laser beams 1O8A-1O8C in Fig. 5 is synonymous with the recording of the surface contour a vertical swath ((J. h. of the area illuminated by the index cluster 6) on the shovel 172. Following this vertical scan, the blade 172 is moved into the plane of FIG. 6A, and it

wird eine weitere, benachbarte vertikale Schwade abgetastet. Es Werden somit parallele Schwaden der Oberfläche der Schaufel 172 abgetastet, und die Oberflächenkontur wird abgebildet.another, neighboring vertical swath is scanned. Parallel swaths of the surface of the blade 172 are thus scanned, and the surface contour is shown.

Vorstehend ist eine optische Prüfvorrichtung beschrieben, bei der eine einzelne Linse (die oben beschriebene Projektionslinse 18) zum Projizieren eines Indexlichtbündels auf einen auf einem zu prüfenden Objekt befindlichen Reflexionspunkt sowie zum Auffangen von Licht, das von dem Reflexionspunkt reflektiert wird, benutzt wird. (Selbstverständlich kann die einzelne Linse eine Reihe koaxialer Linsen umfassen und somit eine zusammengesetzte Linse sein.) Der Grad der Scharfeinstellung des reflektierten Lichtes wird abgefühlt, und die Linse wird in bezug auf das Objekt bewegt, um das reflektierte Licht scharfeinzustellen. Wenn die Scharfeinstellung erreicht ist, ist bekannt, daß sich der Brennpunkt um eine Brennweite von der Linse entfernt befindet, und die Position des Brennpunkts im Raum ist so aus der Position der Linse ermittelbar. Das Abtasten des Objekts mit dem projizierten Licht kann erfolgen, und die Vorrichtung hält einen konstanten Abstand zwischen der Linse und der Oberfläche des Objekts, die im Brennpunkt der Linse angeordnet ist, aufrecht, wodurch die Kontur des Objekts bestimmt werden kann.The above describes an optical inspection device in which a single lens (the above-described Projection lens 18) for projecting an index light beam onto an object to be tested Reflection point as well as for collecting light that reflected from the reflection point is used. (Of course, the single lens can be a number coaxial lenses and thus be a compound lens.) The degree of focus of the Reflected light is sensed and the lens is moved with respect to the object to remove the reflected light focus. When focus is achieved, the focus is known to have moved a focal length away from the lens, and the position of the focal point in space is so out of the position of the lens determinable. The projected light can be scanned over the object and the device stops a constant distance between the lens and the surface of the object, which is located at the focal point of the lens is, upright, whereby the contour of the object can be determined.

Es sei angemerkt, daß der Abstand von dem Brennpunkt 24 zu der Projektionslinse 18 in Fig. 1 zu vielen verschiedenen Punkten auf der Projektionslinse 18 gemessen werden kann. Die Abstände, wie beispielsweise die Brennweite dieser Linse, werden jedoch auf eine bekannte Weise bestimmt, indem bestimmte Punkte auf einer Linse zur Entfernungsmessung gewählt werden.It should be noted that the distance from the focal point 24 to the projection lens 18 in FIG. 1 can be many different Points on the projection lens 18 can be measured. The distances, such as the focal length this lens, however, are determined in a known manner by defining certain points on a lens for Distance measurement can be selected.

Einige Prinzipien, die den bei der hier beschriebenen Er-Some principles, which are similar to the development described here,

findung benutzten gleichen, sind in einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, die einen optischen Projektor zum Ggenstand hat. Weiter ist eine Erfindung, die verwendbar ist, um die Richtinstabilitäten von Laserlichtbündeln zu reduzieren, wenn ein Laser benutzt wird, um das Indexlichtbündel 6 nach Fig.1 zu erzeugen, in noch einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, die eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Stabilisieren eines Lichtbündels zum Gegenstand hat. Letztgenannte Anmeldung beschreibt und zeigt in Fig. 1 eine Vorrichtung, die ein Lichtbündel durch zwei koaxiale Linsen fokussiert, welche einen konfokalen Punkt haben. Eine Einrichtung zum Erfassen einer Winkelabweichung eines Lichtbündels von einem vorbestimmten Weg sowie eine Korrektureinrichtung zum Reduzieren der Abweichung durch Drehen einer optisch planen Platte, durch die das Lichtbündel hindurchgeht, sind beschrieben. Die parallele Platte ist zwischen zwei Linsen angeordnet. Bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf diese beiden Patentanmeldungen verwiesen.Finding the same used, are in a further patent application by the applicant, which relates to an optical projector. Next is one Invention which can be used to reduce the directional instabilities of laser light bundles when a laser is used to generate the index light beam 6 according to Figure 1, in yet another patent application of Applicant has described a device and a method for stabilizing a light beam as an object Has. The last-mentioned application describes and shows in Fig. 1 a device that a light beam focused by two coaxial lenses which have a confocal point. A device for detecting a Angular deviation of a light beam from a predetermined path and a correction device for reducing the deviation caused by turning an optically flat plate through which the light beam passes, are described. The parallel plate is placed between two lenses. For more details, will reference is made to these two patent applications.

Der Zwischenraum 57C ist vorzugsweise infinitesimal schmal. In der Praxis ist jedoch der schmälste Zwischenraum, der in einer handelsüblichen Baugruppe erhältlich sein dürfte, wie der UDT Spot 2D der United Detector Technology, Culver City, California, etwa 0,125 mm (0.005 inch). AuBerdem ist das Bild 63A in Fig. 3 nicht ein diskreter Kreis wie dargestellt, sondern in Wirklichkeit eine kreisförmige Verteilung der Lichtintensität über dem Zwischenraum, wie es durch die Gauß'sche Verteilung in Fig. 3A dargestellt ist. Da in einer solchen Verteilung der Intensitätswert in irgendeiner Entfernung von der Mittellinie 6 3C des Bildes theoretisch nie null erreicht, wird etwas Beleuchtung theoretisch selbst dann auf die Photodetektoren 57A, 57B in Fig. 3 auftreffen, wenn das Bild 63A in dem Mittelpunkt zwi-The gap 57C is preferably infinitesimally narrow. In practice, however, the narrowest gap is which should be available in a commercially available assembly, such as the UDT Spot 2D from the United Detector Technology, Culver City, California, about 0.125 mm (0.005 inches). In addition, image 63A is not in Fig. 3 a discrete circle as shown, but in reality a circular distribution of the light intensity over the gap, as represented by the Gaussian distribution in Figure 3A. Since in such a Distribution of the intensity value at any distance from the center line 6 3C of the image theoretically never reaches zero, even then some illumination will theoretically be applied to the photodetectors 57A, 57B in FIG. 3 occur when the image 63A in the center between

m a v * ν ma v * ν

W I» „W I »"

toto

sehen ihnen genau fokussiert ist. Das stellt jedoch kein nennenswertes praktisches Problem dar, sondern verursacht eine gewisse Verschlechterung in dem bei der Photodetektoranordnung theoretisch verfügbaren Auflösungsvermögen. Das fokussierte Bild kann infolgedessen als ein Lichtkreis aufgefaßt werden, der Grenzen 63D in Fig. 3A hat, die in den Punkten angeordnet sind, wo die Gauß'sche Verteilung auf einen gewählten Bruchteil 63F (z.B. 10%) des Spitzenwertes 63E abgenommen hat.see them precisely focused. However, this does not constitute a poses a significant practical problem, but causes some deterioration in that of the photodetector array theoretically available resolving power. As a result, the focused image can be saved as a a circle of light having boundaries 63D in Fig. 3A located at the points where the Gaussian distribution has decreased to a selected fraction 63F (e.g. 10%) of the peak value 63E.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Tatsache, daß die Messung der Entfernung von der Projektionslinse 18 zu dem Objekt durch Bewegen der Projektionslinse 18 allein erfolgen kann. Die Projektionslinse 18 wird längs der ersten Achse 21 bewegt, aber die übrigen Bauteile in Fig. 1 können stationär bleiben.An important feature of the invention is the fact that the measurement of the distance from the projection lens 18 to the object can be done by moving the projection lens 18 alone. The projection lens 18 becomes longitudinal of the first axis 21 moves, but the remaining components in Fig. 1 can remain stationary.

Es sind zwar besondere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, im Rahmen der Erfindung, der durch die folgenden Ansprüche definiert ist, bieten sich jedoch zahlreiche Substitutions- und Modifikationsmöglichkeiten. Es ist beispielsweise möglich, den Abtastspiegel 12 in einer zweiten Richtung zu drehen, beispielsweise um die zweite Achse 45, um eine zweidimensionale Abtastung zu erzielen.There are special embodiments of the invention has been described, but within the scope of the invention, which is defined by the following claims numerous substitution and modification options. For example, it is possible to use the scanning mirror 12 to rotate in a second direction, for example about the second axis 45, about a two-dimensional one To achieve scanning.

Claims

Dr. Horst pupil

PATENTANWALT EUROPEAN PATENTATTORNEYPATENT LAWYER EUROPEAN PATENTATTORNEY

6000 Frankfurt / Main 1 (0611) 235555(0611) 235555 Kaiserstrasse 41 04-16759 mapat d04-16759 mapat d Telefonphone mainpatent frankfurtmain patent frankfurt Telextelex (0611) 251615(0611) 251615 Telegrammtelegram (CCITT Gruppe 2 und 3)(CCITT group 2 and 3) TeleKopiererTelecopier 225/0389 Deutsche Bank AG225/0389 Deutsche Bank AG 282420-602 Frankfurt/M.282420-602 Frankfurt / M. BankkontoBank account PostscheckkontoPostal checking account : 9296-13DV-7635 Ihr Zeichen/Your ref.Your reference / Your ref. : 10. February 198 ^ Unser Zeichen'Our ref.Our mark'Our ref. 3404901 Datum/DateDate

Me./Vo./he.

General Electric Company

1 River Road
Schenectady, NY / USA

Expectations :

Optical test device, characterized by:

a) a first lens (18) having a first optical axis (21) has to focus a light beam

(6) on an object (33) which is arranged in a first focal plane (30), and for receiving and Collimating light reflected from the direction of the first focal plane, and

b) means (57) for detecting the occurrence of a predetermined type of collimation according to a).

2. Device according to claim 1, characterized in that that the predetermined type of collimation is the collimation of the reflected light parallel to the first optical Axis (21) is.

3. Optical test device, characterized by:

a) a light source (3) for supplying a light beam (6);

b) a first lens (18) with a first optical axis (21) for

i) Receiving the light beam (6) parallel to

the first optical axis (21), ii) projecting the light beam (6) onto a Area containing a first focal plane (30) of the first lens (18),

iii) receiving the light reflected by an object (33) in the region containing the first focal plane,
iv) directing the received light onto a

second lens (48) for focusing the light on a second focal plane (60) of the second lens; and

c) a detector device (57) which is arranged in the region of the second focal plane (60) for Receiving the light from the second lens and generating a signal when the reflection of the Index bundle (6) takes place through the object (33) in a predetermined position.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light source (3) is a laser.

5. Optical test device, characterized by:

a) a projection lens (18) with a first focal plane (30) and a first optical axis (21);

b) an imaging lens (48) having a second focal plane (60) and a second optical axis (45), the latter having the first optical axis (21) at right angles cuts;

c) a device (9) for projecting a light beam (6) parallel to the second optical axis (45);

d) an ab-

Λ *

touch mirror (12) for

i) receiving the light beam according to c), ii) rotating in order to differentiate the light beam Set on the projection lens (18) to reflect

A) the light beam through the projection lens onto different places to focus in the first focal plane (30),

B) through the projection lens, light reflected by an object (33) which is arranged near the first focal plane (30) to receive it to the To focus scanning mirror (12), and

C) reflecting the focused light according to ii) B) to the imaging lens (48), to focus it on the second focal plane (60); and

e) a detector (57), which is arranged near the second focal plane (60), for receiving the reflected Light according to d) ii) C) and to generate a signal when the light according to d) ii) C) in the first focal plane (30) is reflected.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized by:

a detector device (57A, 57B, 68) for detecting an angular deviation of the light beam from a predetermined one Reference and for generating a corresponding error signal, and

a © correction device (156) associated with the detector device is connected to substantially eliminate the influence of angular deviation in a light beam that

obtained from the light bundle in response to the error signal has been.

7. Method for the optical inspection of an object that is arranged near a first focal plane, characterized by the following steps:

a) projecting an index light beam onto a first lens;

b) Using the first lens to focus the index light beam on the first focal plane;

c) receiving and collimating the light reflected from the object with the first lens; and

d) generating a focus signal on the collimated Light according to c) when the object reflects the index bundle in the first focal plane.

8. The method according to claim 7, characterized in that step d) includes the steps: i) focusing the collimated light onto a second focal plane using a second lens and ii) generating of the focus signal when the light is focused in the second focal plane.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized by the further step of stabilizing the index light beam

a) focusing the index light beam through a plate using a first lens arrangement onto a point on a focal plane and from there onto a second lens arrangement for projection onto the projection lens,

b) determining a deviation of the point from a predetermined point, and

c) Rotating the plate towards the deviation to reduce the deviation.