DE3411934C2

DE3411934C2 - Fehlerfeststellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3411934C2
Application number: DE19843411934
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. 8021 Icking Schenk; Erwin Dr. Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1986-04-24
Also published as: DE3411934A1

Abstract

Eine Fehlerfeststellungsvorrichtung für ebene Gegenstände erzeugt einen Lichtstrich auf dem Gegenstand, der über eine Zylinderoptik auf einem Photoempfänger abgebildet wird. Bei Verwendung eines lichtbeugende Eigenschaften aufweisenden Gegenstandes (11) ist der Lichtstrich (12) im wesentlichen senkrecht zu der die Lichtbeugung hervorrufenden Struktur (13) angeordnet. Die Zylinderoptik (14) erfaßt außer der nullten wenigstens noch die erste Beugungsordnung des vom Gegenstand ausgehenden Lichtes. Auch das Licht der ersten Beugungsordnung ist auf einem eigenen Photoempfänger abgebildet (Fig. 1).

Description

flussende als auch nicht beeinflussende Fehler erkannt werden können. Die Verwendung von polarisiertem Licht bei Fehlerfeststellungsvorrichtungen ist an sich bekannt (DE-OS 30 06 072).

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die Ansprüche 3 bis 6 gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fehlerfeststellungsvorrichtung und

F i g 2 eine pers jktivische Wiedergabe einer zweiten Ausführungsform.

Nach F i g. 1 beaufschlagt ein von einem Laser 19 ausgehender scharfgebündelter Lichtstrahl 20 ein Spiegelrad 21, dessen reflektierende Umfangsstelle im Brennpunkt eines streifenförmigen Sendehohlspiegels 22 angeordnet ist Das vom Sendehohlspiegel reflektierte Licht ist gegenüber dem Spiegelrad so weit versetzt, daß es an ihm vorbeigelangen und auf die Oberfläche eines ebenen Gegenstandes 11 gelangen kann, wobei von dem im Sinne des Pfeiles /"umlaufenden Spiegelrad eine Abtastlinie bzw. ein Lichtstrich 12 erzeugt wird. Der Lichtstrich 12 verläuft senkrecht zu einer auf der Oberfläche des Gegenstandes 11 vorhandenen linearen Beugungsstruktur 13, welche z. B. aus den Mikrorillen einer Laserschallplatte bestehen kann.

Der von dem Sendehohlspiegel 22 reflektierte Fahrstrahl trifft gemäß F i g. 1 schräg auf die Oberfläche des Gegenstandes 11 auf, so daß er bei im wesentlichen reflektierender Ausbildung der Oberfläche unter dem Reflexionswinkel vom Gegenstand 11 reflektiert wird. Bei diesem Winkel ist im Abstand ein streifenförmiger Empfangshohlspiegel 14 angeordnet, welcher eine Zylinderoptik bildet Die in ausgezogenen Linien dargestellte nullte Reflexionsordnung wird auf einen ersten Photoempfänger 15a konzentriert, welcher als Photomultiplier ausgebildet ist Mit anderen Worten wird über die Hohlspiegel 22,14 die Oberfläche des Spiegelrades 21 auf -"en Photomultiplier 15a abgebildet

Aufgrund der Beugungsstruktur 13 wird Licht jedoch auch nach beiden Seiten in die erste Beugungsordnung gelenkt Dargestellt ist in F i g. 1 nur die eine Beugungsordnung, welche aufgrund geeigneter Ausbildung des Zylinderspiegels 14 noch auf diesen auffällt und von diesem in eisen zweiten Pilotempfänger 156, der ebenfalls als Photomultiplier ausgebildet ist gelenkt wird.

Indem beispielsweise ein Polarisator 17 im Laserstrahl 20 und ein Analysator 18 vor dem Photoempfänger 15a angeordnet werden, kann der Photoempfänger 15a auf depolarisierende Fehler, der Photoempfänger \5b auf sonatige Fehler ansprechen. Die nullte Ordnung ist in F i g. 1 in ausgezogenen Linien, die erste Beugungsordnung in gestrichelten Linien veranschaulicht

In F i g. 2 bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Teile wie in F i g. 1.

Im Unterschied zu F i g. 1 besteht die Zylinderoptik des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 aus zwei separaten Zylinderlinsen 14a, 146, welche die nullte bzw. die erste Beugungsordnung des vom Lichtstrich 12 ausgehenden Lichtes empfangen und auf die Phötöempfänger 15a bzw. \5b konzentrieren.

In F i g. 1 ist auch noch am Ort der ersten Beugungsordnung gestrichelt eine linienförmige Photoempfängeranordnung 15c angedeutet, welche statt des Photoempfängers 15Zj vorgesehen sein kann und aus einer Anzahl nebeneinanderiif pender Einzelphotoempfänger besteht. Auf diese Weise können seitliche Verschiebungen der ersten Beugungsordnung festgestellt werden, welche ein Maß für Veränderungen der Periodität der periodischen Beugungsstruktur 13 sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2 elektrisches Signal abgibt. Bei der vorbekannten Fehler-Patentansprüche: feststellungsvorrichtung werden auch höhere Beugungsordnungen erzeugt, die jedoch überwiegend nicht

1. Fehlerfeststellungsvorrichtung für die Oberflä- zu dem Photodetektor gelangen.

chen ebener Gegenstände mit einer eine lichtbeu- 5 Die bekannte Fehlerfeststellungsvorrichtung gestatgung mit ausgeprägten Beugungsordnungen hervor- tet es nicht, Richtungsabweichungen und Intensitätsrufenden, periodischen Struktur, weiche aus im we- Schwankungen, die nur in einer einzelnen Beugungsordsentlichen parallel zueinander verlaufenden Rillen nung auftreten, von den Richtungsabweichungen und besteht, wobei ein durch einen Laserstrahl über eine Intensitätsschwankungen anderer Beugungscdnungen Optik und ein Spiegelrad auf der Oberfläche erzeug- to zu unterscheiden. Außerdem geht durch die Erzeugung ter, sich über mehrere Rillen erstreckender Abtast- auch einer Vielzahl höherer Beugungsordnungen Licht lichtfleck die Oberfläche senkrecht zu den Rillen pe- für die eigentliche Messung verloren. Die winkelmäßige riodisch abtastet, so daß eine Abtastlinie gebildet Trennung der einzelnen Beugungsordnungen ist bewird, und unter dem Reflexionswinkel des Laser- grenzt

Strahls eine Optik angeordnet ist, die das an der is Weiter ist bereits eine Fehlerfeststellungsvorrichtung Oberfläche reflektierte Licht der nullten und wenig- für mit feinen Rillen versehene Oberflächen bekannt stens noch der ersten Beugungsordnung erfaßt und (US-PS 43 52 564), bei der eine Vielzahl von Beugungsauf eine photoelektrische Empfangsanordnung rieh- Ordnungen erzeugt wird, von denen jedoch nur die erste tet die bei Abweichungen der Reflexionsstrehlein- für die Fehlermessung benutzt wird,
richtunger, vom Normalwert ein Fehlersignal abgibt 20 Schließlich ist auch schon ein System für die Tiefenabdadurcl» gekennzeichnet, daß das Verhält- Schätzung der auf einer Oberfläche vorhandenen feinen nis von Lichtwellenlänge des Laserstrahls und der Rillen bekannt (US-PS 41 80 830). bei der wenigstens Gitterkonstanten der periodischen Struktur (13) der- das Licht von zwei Beugungsordnungen mit diesen zuart gewählt wird, daß höchstens die nullte, erste und geordneten Photoempfängern erfaßt und daraus die RiI-zweite Beugungsordnung erzeugt wird, und daß je- 25 lentiefe errechnet wird. Auch bei diesem bekannten Syder Beugungsordnung ein eigener Photoempfänger stern wird eine Fülle von lediglich geringe Winkelab-(13a; 156, i5c)zugeordnet ist stände aufweisendem Beugungsordnungen erzeugt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Schließlich ist bereits ein Fehlerabtastsystem für die zeichnet, daß im Laserstrahl (2ö) ein Polarisator (17) Spiralrillen von Videopiatten bekannt (US-PS und vor einem (15) der Photoempfänger (15a; 156, 30 40 30 835), bei dem durch auf die Platte auffallendes 15qjein Analysator (18) angeordnet ist Laserlicht mehrere Beugungsordnungen erzeugt wer-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch den, von denen jedoch nur die nullte ausgewertet wird,
gekennzeichnet, daß üie OpLx auf der Empfangssei- Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, te einen einzigen straienförmigen Zylinderspiegel eine Fehlerfeststellungsvorrichtung der eingangs ge-(14) aufweist 35 nannten Gattung zu schaffen, bei der die Intensität des

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch photoelektrisch erfaßten, gebeugten Lichtes und der gekennzeichnet daß die Optik auf der Empfangssei- Winkel zwischen der nullten und der ausgewerteten te soviel streifenförmig« Zylinderlinsen (14a, 14b), Beugungsordnung möglichst groß sind, damit die einzelwie Photoempfänger (15a, i5b) vorhanden sind, auf- nen Empfangskanäle ausreichend entkoppelt und nicht weist. 40 durch ein zu starkes Grundrauschen gestört sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgeseersten Beugungsordnung oder höheren Beugungs- hen.

Ordnungen angeordnete Photoempfänger aus einer Aufgrund dieser Ausbildung wird nicht nur eine opti-

linienförmigen Photoempfängeranordnung (i5c)mh 45 male Menge des gebeugten Lichtes in die Beugungsord-

aneinandergereihten Einzelphotoempfängern be- nungen gelenkt, sondern es wird auch eine maximale

steht, welche sich im wesentlichen parallel zur Ab- winkelmäßige Trennung der Beugungsordnungen "on

tastlinie (12) erstreckt dem direkt reflektierten Strahl erzielt. Die Folge ist, daif

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden das in der ersten and äußerstenfalls noch der zweiten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer- jo Beugungsordnung empfangene Licht eine das Grundschnitt des Fahrstrahls in Richtung senkrecht zu den rauschen deutlich übersteigende, relativ große Intensi-Rillen (13) eine solche Erstreckung hat, daß er sich tat besitzt und winkelmäßig einen so großen Abstand über mehr als fünf und insbesondere über zehn bis von der nullten Ordnung hat, daß eine Störung der mit zwanzig Rillen erstreckt. abgebeugtem Licht arbeitenden Empfangskanäle durch

55 das Licht der nullten Ordnung auf ein Minimum herab-

gesetzt wird.

Der Hauptzweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die mehreren Photoempfänger

Die Erfindung betrifft eine Fehlerfeststellungsvor- auf unterschiedliche Fehler hindeutendes Licht empfan-

richtung für die Oberflächen ebener Gegenstände nach 60 gen. Durch die Verknüpfung der Signale des Photoemp-

dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. fängers in der nullten Beugungsordnung und des Photö-

Bei einer bekannten Fehlerfeststellungsvorrichtung empfängers in insbesondere der ersten Beugungsord-

dieser Art (US-PS 41 97 011) werden die nullte und die nung gelingt nicht nur die Erkennung aller Fehler, son-

beiden ersten Beugungsordnungen über eine Empfangs- dem auch eine Unterscheidung und eine Einteilung der

optik und eine Dunkelfeldblende auf einen einzigen 65 Fehler in verschiedenen Fehlerklassen.

Photodetektor konzentriert, welcher bei Abweichungen Durch die Ausführungsform nach Anspruch 2 wird

der Richtungen der in die einzelnen Beugungsordnun- ermöglicht, daß mit der gleichen Vorrichtung gleichzei-

gen geworfenen Strahlen von einem Normalwert ein tig das Polarisationsverhalten des Laserstrahls beein-