DE3528684A1 - Messanordnung zum ermitteln des oberflaechenprofils eines objekts - Google Patents

Messanordnung zum ermitteln des oberflaechenprofils eines objekts

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DE3528684A1
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    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Description

  • Meßanordnung zum Ermitteln des Oberflächenprofiles eines Objekts Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zum Ermitteln des Oberflächenprofils eines Objekts durch Messung der Entfernung zwischen einem Punkt auf dem Objekt und einem Bezugspunkt und durch ständige Wiederholung dieser Messungen Die Meßanordnung enthält eine Lichtquelle, die einen dünnen Lichtstrahl aussendet, ein erstes optisches System, das den Lichtstrahl zu dem Objekt führt, um einen Lichtpunkt auf demselben zu bilden und ein zweites optisches System zum Führen des von dem Lichtpunkt reflektierten Licht zu einem lichtempfindlichen Detektor.
  • Bei der Verwendung einer Meßanordnung der obengenannten Art ist es zweckmäßig, den Lichtpunkt auf der optischen Achse des ersten optischen Systems zu fokussieren und den Brennpunkt entlang dieser Achse zu verschieben, so daß er mit dem auf dem Objekt erzeugten Lichtpunkt zusammenfällt. Eine verschiebbare Linse kann verwendet werden, um den Brennpunkt hin- und her zu verschieben und die Position der Linse, die bewirkt, daß sich der Brennpunkt auf der Oberfläche des Objekts befindet, kann mittels eines Signals vom Lichtdetektor ermittelt werden.
  • In einer bekannten Meßanordnung sind das erste und das zweite optische System in einem Gehäuse angeordnet, die entlang der optischen Achse des ersten optischen Systems hin- und herverschiebbar ist. Das zweite optische System ist derart angeordnet, daß der Winkel zwischen dem Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgeht, und dem Lichtstrahl, der von der Objektoberfläche reflektiert wird, etwa 450 beträgt. Die beiden optischen Systeme haben einen gemeinsamen Brennpunkt und das Gehäuse wird derart verschoben, daß der Brennpunkt sich auf der Oberfläche des Objekts befindet. Das Meßsystem ist sehr genau, jedoch verbleibt ein kleiner Restfehler, der ausgeglichen werden muß und dieser Ausgleich wird durch einen vibrierenden optischen Abtaster durchgeführt, der den reflektierten Lichtstrahl zu einem doppelzelligen Detektor führt, so daß der Lichtpunkt auf den Detektor die Grenze überschreitet, die die beiden getrennten lichtempfindlichen Teile des Detektors voneinander trennt. Wenn der Lichtpunkt auf dem Objekt mit dem gemeinsamen Brennpunkt der beiden optischen Systeme zusammenfällt, erzeugt der Detektor ein symmetrisches Ausgangssignal.
  • Wenn jedoch der Ausgleich nicht genau ist, ist das Signal von dem Detektor unsymmetrisch und durch die Messung des Betrags der Unsymmetrie kann die kleine Abweichung des Gehäuses, das die Asymmetrie bewirkt, bestimmt werden. Die Gesamtentfernunq zwischen einem Bezugspunkt und dem Punkt auf der Oberfläche des Objekts kann als die Summe des Ausgleichssignals, das erforderlich ist, um das Gehäuse in eine Stellung zu bringen, die ein Nulldurchgangssignal an den Detektor bewirkt und dem asymmetrischen Signal berechnet werden. Eine detailliertere Information über dieses System kann J.P. Waters, United Technology Research Center Optical Engineering 1979 entnommen werden.
  • Wie oben angegeben, ist das beschriebene Meßsystem sehr genau, jedoch weist es nicht die erforderliche Geschwindigkeit auf, um es in Systemen zu verwenden, bei dem viele Entfernungsdaten in einer kurzen Zeit gesammelt und zu einem Computer übertragen werden müssen, um Zeichnungen zu erzeugen, die das gemessene Objekt kennzeichnen.
  • Ein weiterer Nachteil des bekannten Meßsystems besteht darin, daß es der große Winkel, 450, zwischen dem Lichtstrahl von der Lichtquelle und dem reflektierten Lichtstrahl es unmöglich macht, beispielsweise Vertiefungen oder andere Unregelmäßigkeiten in der Beschaffenheit der zu ermittelnden Oberfläche zu erkennen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen und eine Meßanordnuna anzugeben, die mit größerer Geschwindigkeit als die bekannte Anordnung arbeitet und durch die es möglich ist, die Entfernung zwischen einem Bezugspunkt und einer Anzahl von Punkten auf der Oberfläche eines zu vermessenden Objekts, das Vertiefungen und ähnliche Unregelmäßigkeiten enthält, mit großer Genauigkeit zu messen Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Meßanordnuna der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Meßanordnung gemäß der Erfindung, Fig 2 eine schematische Darstellung, die das Meßprinzip gemäß der Erfindung zeigt, Fig. 3 eine schematische Darstellung, die die Führung des Lichts zeigt, das vom zu vermessenden Objekt zu einem Detektor reflektiert wird, Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 2 gezeigten Fläche, die den Brennpunkt und das zu vermessende Objekt einschließt und Fig. 5 eine Darstellung, die die Formen von verschiedenen in der Meßanordnung auftretenden Spannungen zeiqt.
  • In Fig. 1 ist ein schematisches Blockbild dargestellt, das das erfindungsgemäße Meßprinzip zeigt. Eine als Laser ausgebildete Lichtquelle 10 erzeugt einen dünnen Lichtstrahl, der durch ein erstes optisches System in Form einer verschiebbaren Linse 11 zu der Oberfläche 12 eines zu vermessenden Objekts 13 geführt wird. Die Linse 11 wird auch dazu verwendet, das von der Oberfläche 12 über einen halbdurchlässigen Spiegel 14 zu einem doppelzelligen Lichtdetektor 15 zu führen, dessen zwei Ausgangssignale in einem Vergleicher 16 verglichen werden, um ein Ausgangs signal zu erzeugen, das einer elektronischen Einheit 17 zugeführt wird, die im einzelnen unten beschrieben wird.
  • Gemäß dem Meßprinzip nach der Erfindung wird die Entfernungsmessung als eine Kombination einer schnellen und einer längsamen Messung ausgeführt. Die langsame Messung beinhaltet die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der verschiebbaren Linse 11, wogegen die schnelle Messung durch die Verwendung von kleinen schnellen Ablenkungen durchgeführt wird, die bewirken, daß der Lichtpunkt auf der Oberfläche 12 sich entlang dieser bewegt. Die Ablenkungen werden durch eine in einem Block 18 enthaltene akustooptische Ablenkeinheit erzeugt. Dieser Block 18 enthält auch einen akustooptischen Modulator, durch den der Laserstrahl abgelenkt wird, um zwei Strahlen a und b zu erzeugen, die auch in Fig. 2 dargestellt sind, und die wechselweise auftreten und jeweils derart geführt werden, daß sie jeweils eine Hälfte der öffnung der verschiebbaren Linse 11 ausfüllen. Unter Verwendung der beiden wechselweise auftretenden Strahlen in Verbindung mit den kleinen schnellen Ablenkungen jedes Strahls wird für eine Unempfindlichkeit regen Störungen durch die Umgebung, wie beispielsweise eine schlechte Ausrichtung der in den verwendeten optischen Systemen vorgesehenen Linsen Sorge getragen.
  • Das Grundprinzip der Messung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, in der die verschiedenen Teile die selben Bezugszeichen aufweisen wie in Fig. 1. Hier ist das optische System, das den Lichtstrahl zu der Oberfläche 12 des Objekts 13 führt, schematisch dargestellt und enthält die verschiebbare Linse 11 und eine zusätzliche feststehende Linse 19, die den Strahl in einem Punkt f fokussiert, der immer auf der optischen Achse 20 des optischen Systems innerhalb des Meßbereichs angeordnet ist.
  • Der Lichtstrahl, der vom Laser 10 austritt, wird durch den akustooptischen Modulator in eine von zwei Richtungen gerichtet. Hier ist der Modulator als eine eigene Einheit 25 dargestellt. Die Hälfte der Zeit ist der Strahl in die Richtung a gerichtet, die in der Figur gezeigt ist, und die andere Hälfte der Zeit ist er in die Richtung b gerichtet. Zunächst soll der Strahl betrachtet werden, der in der Richtung a verläuft. Nach dem Modulator 25 geht der Strahl durch eine akustooptische Ablenkstufe 21 und dann durch die Linse 11 hindurch, die durch eine lineare Schiebeeinrichtung verschiebbar ist, welche als Einheit 22 dargestellt ist. Wie oben erwähnt, wird durch den Strahl a nur eine Hälfte der Linse beleuchtet. Dann geht der Strahl durch einige weitere fokussierende Optiken hindurch, die durch die Linse 19 dargestellt ist und auch bei diesen Linsen ist nur die Hälfte der Öffnung beleuchtet. Schließlich wird der Strahl auf eine Punkt f fokussiert, der sich in der Nähe der Oberfläche 12 des Objekts 13 befindet. Da der Strahl a nur ein halber Strahls ist, trifft er nicht senkrecht auf der Oberfläche 12 des Objekts 13 auf, sondern in einem geneiqten Winkel, der etwa halb so groß ist wie die numerische dff nung der Linse.
  • Der Brennpunkt f sei in einer Entfernung zt von dem Meßkopf, der durch die Linse 19 dargestellt wird und in einer Entfernung zd von der Oberfläche 12 des Objekts 13 entfernt. Dann beträgt die ganze Entfernung, die man messen will, zt + zd = z.
  • Das System mißt getrennt Größen, die z und zd zugeordnet sind.
  • Ein Computer, der mit der elektronischen Einheit 17 in Fig. 1 verbunden ist, ermittelt die Werte z und z d aus den gemessenen Größen und addiert diese dann, um z zu erhalten.
  • Wenn die Position der verschiebbaren Linse 11 bekannt ist, dann kann die Entfernung zt mittels der theoretischen Optik berechnet werden. Die lineare Verschiebeeinrichtung 22 kann derart geeicht werden, daß sie direkt die Position der Linse 11 angibt. Bei einer im Handel erhältlichen bekannten Verschiebeeinrichtung ist ein kapazitiver Sensor vorgesehen, der den Drehwinkel und damit die lineare Bewegung des Verschiebemechanismus mißt. Die Position wird als eine Ausgangsspannung des Sensors angegeben. Auf diese Weise kann die Formel aufgestellt werden, die die Entfernung z als eine Funktion der kapazitiven Sensorspannung angibt.
  • Die einfachste Alternative bestunde darin, ein riickgekoppeltes System derart auszubilden, daß die Linse 11 solange verschoben wird, bis der Brennpunkt f sich auf der Oberfläche 12 des Objekts 13 befindet und dann lediglich die Entfernung z auszulesen. Unglücklichewweise erfüllt jedoch ein derartiges rückgekoppeltes System nicht die Anforderungen an die Meßgeschwindigkeit in der erörterten Meßanordnung. Gemäß dieser Anforderung sollte die Linse 11 innerhalb eines Bereichs von 200 mm mit einer derartigen Geschwindigkeit bewegt werden, daß der Brennpunkt innerhalb von 20 Millisekunden nach einer plötzlichen Änderung der zu messenden Entfernung eingestellt wird.
  • Dies entspricht einer Meßfrequenz von 100 Hz und die Meßfrequenz, die durch das rückgekoppelte System erreicht werden kann, beträgt nur etwa 20 Hz, teilweise infolge der Regelschwankungen, die immer auftreten, bevor ein rückgekoppeltes System in seiner abweichungsfreien Position zur Ruhe kommt.
  • Das Meßsystem gemäß der Erfindung ist etwas umfangreicher als das oben erörterte rückgekoppelte System. Die Linse muß nicht genau angeordnet werden, um die genaue Entfernung von der Oberfläche 12 des Objekts 13 anzugeben, sondern kann eine Position einnehmen, die nur angenähert richtig ist. Im Fall der Messung sowohl der Entfernung zt und der Entfernung zd1 die als Korrekturentfernung angesehen werden kann, werden beide genau bestimmt. Das System ist derart entworfen, daß die Messung angenommen wird, wenn die Entfernung zt innerhalb von + 4 mm der richtigen Objektentfernung liegt. Dies bedeutet, daß zd höchstens 4 mm beträgt.
  • Die Messung von z d wird nun beschrieben. Die lineare Verschiebeeinrichtung 22 ist derart ausgebildet, daß wo immer die verschiebbare Linse 11 angeordnet ist, der Laserstrahl immer auf der optischen Achse 20 des Systems fokussiert ist. Damit ist, wenn sich das Objekt 13 hinter dem Brennpunkt f befindet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, der Lichtpunkt auf der Objektoberfläche nicht mehr auf der Achse, sondern auf einer Seite geringfügig versetzt. Dieser Versatz wird verwendet, um zd zu bestimmen.
  • Fig. 3 zeigt in mehr Einzelheiten den doppelzelligen Detektor 15 aus Fig. 1. Die Optiken, die verwendet werden, um das von der Oberfläche 12 des ObJekts 13 reflektierte Licht zu sammeln sind größtenteils dieselben wie sie zur Beleuchtung des Objekts 13 verwendet werden Die besagten Optiken enthalten jedoch eine zusätzliche Linse 23, die das Licht auf dem doppelzelligen Detektor 15 fokussiert. Dieser Detektor 15 enthält zwei Dioden D1 und D2, die durch eine schmale Linie getrennt sind. Wenn nun der Lichtpunkt Si auf der Objektoberfläche von der optischen Achse versetzt ist, dann ist auch sein Bild S2 auf der Doppelzelle versetzt. Ein Vergleich der Spannungen, die durch die beiden Hälften der Doppelzelle (Dioden D1 und D2) erzeugt werden, ergibt eine genaue Erkennung der Verschiebung der Intensitätsverteilung zwischen den beiden Hälften. Folglich kann die Position des Punkts genau auf der optischen Achse mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
  • Wenn nun der Versatz des Punkts von der optischen Achse bekannt ist, dann kann die Entfernung zd aus dieser Information ermittelt werden. Die Technik, die verwendet wird, um zd zu bestimmen, beinhaltet, daß der Lichtpunkt auf dem Objekt 13 bei jeder Messung über die optische Achse verschoben wird. Die Verschiebebewegung, die durch die akustooptische Ablenkstufe 21 (Fig.2) bewirkt wird, erzeugt eine Ablenkung des Punkts um etwa 2 mm. Dies entspricht einer Bewegung des Schnittpunkts des Strahls mit der optischen Achse (Brennpunkt f in der Richtung der optische Achse in einer Entfernung von etwa 45 mm). Wenn die Objektoberfläche genügend nahe zu dem Brennpunkt ist, wird der Lichtpunkt auf der Oberfläche 12 während seiner Bewegung an einer Stelle auf der optischen Achse liegen.
  • Der Ablenkwinkel, der dazu benötigt wird, daß der Punkt die optische Achse erreicht, wird gespeichert und dazu verwendet, den Wert zd zu erhalten.
  • In der Praxis kann die oben erwähnte Messung von z d dadurch ausgeführt werden, daß der Ablenkwinkel einen gewissen Bereich dadurch überstreicht, daß die Ansteuerspannung der Ablenkstufe 21 einen entsprechenden Bereich überstreicht. Der doppelzellige Detektor 15 wird nur dazu verwendet, anzuzeigen, wann die Intensitäten auf den beiden Hälften der Doppelzelle gleich sind und zwar dadurch, daß ein Auslösesignal erzeugt wird, welches dazu verwendet wird, den genauen Wert der Ansteuert spannung der Ablenkstufe in diesem Augenblick auszulesen. Die Spannung wird in Verbindung mit dem Wert von zd gebracht und der letztere kann aus diesem Spannungswert berechnet werden.
  • Der Grund für die Verwendung der beiden Strahlen a und b wird nun näher beschrieben. Wie bereits erwähnt, werden die Fehler infolge einer schlechten Ausrichtung der optischen Systeme enthaltenden Linsen beseitigt, wenn zwei Strahlen verwendet werden, um zd zu bestim.en. In Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung der Situation am Brennpunkt f und an der Oberfläche 12 des Objekts 13 dargestellt. Der dargestellte Strahl a bedeutet die Mittellinie des Strahls a in dem Augenblick, wenn die Doppelzelle ihren Auslöseimpuls abgibt. In ähnlicher Weise bedeutet der Strahl e die Mittellinie des Strahls d in dem Augenblick seiner Belegung, wenn die Doppelzelle ein Auslösesignal abgibt. Die gestrichelten Linie a', bV bedeuten die Positionen der Strahlen a und b in dem Fall, daß sie nicht abgelenkt werden. Auf diese Weise erzeugt die akustooptische Ablenkung die Differenz zwischen a.und a' und für den Strahl b die Differenz zwischen b und b'. Dann ist die Entfernung z d unmittelbar durch den Eingangsspannungswert der akustooptischen Ablenkstufe gegeben. Weiterhin kann aus Fig. 4 entnommen werden, daß eine vorgegebene Ablenkung, die erforderlich ist, um dem Strahl a einen definierten Wert zd zu geben, einem gleichen aber entgegengesetzten Wert für den Strahl b entspricht. Auf diese Weise kann der Wert von z auch durch d Ermitteln der Differenz der a- und b-Ablenkungen und durch Division durch zwei erhalten werden. Wenn nun kleine Fehler in den Meßwerten der Ablenkungen der Strahlen a und b enthalten sind, bleiben diese Fehler, wenn sie gleich sind, unberücksichtigt, falls die Differenz verwendet wird, um z zu berechnen. Auch werden alle Fehler in den Nullablenkungsrichtungen (Strahlen a', b') beseitigt, wenn die Differenz der entsprechenden Spannungswerte verwendet wird, vorausgesetzt, daß die Fehler für die Strahlen a und b dieselben sind.
  • In Fig. 5 sind die elektrischen Signale gezeigt, die für die oben beschriebene Messung von z d relevant sind. Die oberste Kurve ist die Spannung Um, die die Frequenz des akustooptischen Modulators bestimmt. Somit erzeugt ein Spannungswert den Strahl a und der andere Spannungswert den Strahl b. Die nächste Kurve zeigt die Eingangsspannung Ud des Ansteuerkreises für die akustooptische Ablenkstufe. Die Spannung ist eine lineare Sägezahnfunktion, die einen vorgegebenen Spannungsbereich überstreicht, der einem bestimmten Winkelbereich entspricht.
  • Die dritte Kurve zeigt die Spannungsdifferenz U=UD1 - UD2 zwischen den beiden Hälften der Doppelzelle. Wenn der Lichtpunkt des reflektierten Lichts die Linie überstreicht, die die beiden Detektorhälften voneinander trennt, geht die Spannungsdifferenz schnell gegen Null. Damit erzeugt der Nulldurchqang ein genaues Auslösesignal. Die unterste Kurve zeigt das Ausgangssignal Ut des Positionsdetektors der linearen Verschiebeeinrichtung, die ein Galvanometer enthält. In dem Augenblick, wenn der Nulldurchgang auftritt, wird der Spannungswert Uda der akustooptischen Ablenkstufe und auch der Spannungswert Uta der linearen Verschiebeposition ausgelesen.lVahrend der zwei ten Hälfte des Meßzyklus werden die entsprechenden Spannungswerte Udb und Utb für den Strahl b ausgelesen. Diese vier db tb Spannungen werden in einem Analog-Digital-Umsetzer in digitale Zahlen umgesetzt. Damit werden für jede z-Messung vier digitale Zahlen dem Computer zugeführt, der für die Berechnungen der Entfernungswerte z verwendet wird.
  • Eine zusätzliche Bemerkung muß über die Messuna selbst gemacht werden. Es ist erforderlich, daß die Linse derart bewegt wird, daß der Brennpunkt f höchstens 4 mm von der Oberfläche 12 des Objekts 13 entfernt ist. Nur dann werden zwei genaue Nulldurchgangssignale erreicht, jeweils einer für einen Strahl, so daß eine zuverlässige Messung erreicht wird. Nun ist es genau der Wert zd, der die Entfernung des Brennpunkts von der Oberfläche 12 des Objekts 13 angibt. Damit wird für den aktuellen Wert von zd eine Information gebraucht, die so neu wie möglich ist. Zusätzlich wird auch für den Fall, daß zd größer als 4 mm ist, eine Information für den Wert zd benötigt, die so zuverlässig wie möglich ist. Dies macht die Anzeige des Werts von zd in allen Fällen erforderlich und insbesondere ist das Vorzeichen von zd von Interesse, um die lineare Verschiebeeinrichtung in die richtige Richtung zu verschieben, um die Position der verschiebbaren Linse einzustellen.
  • Das Erfordernis, das den Wert des Vorzeichens von z betrifft, wird in der folgenden Weise erfüllt. Die lichtempfindliche Fläche des doppelzelligen Detektors wird so groß gewählt, daß seit dann, wenn die akustooptische Ablenkung das Bild des Lichtpunkts nicht an die Grenzlinie zwischen den beiden Hälften der Doppelzelle bringen kann, genug Licht vorhanden sein wird, daß bei einer Hälfte des Detektors erkannt wird, um eine zuverlässige Angabe über das Vorzeichen von zd machen zu können. In ähnlicher Weise wird das Licht des anderen Strahls auf die andere Hälfte der Doppelzelle fassen. Dann ist während des Meßzyklus für den Strahl a eine Unausgewogenheit in einer bestimmten Richtung in der Spannungsdifferenz VD1-VD2 der Doppelzelle vorhanden und für den Strahl b ist eine Unausgewogenheit in der entgegengesetzten Richtung vorhanden.
  • Somit ermöglichen die Vorzeichen dieser beiden Unausgewogenheiten und die Information, daß die beiden Lichtpunkte nicht über die Grenzlinie zwischen den beiden Hälften der Doppelzelle hinausgehen, der Elektronik, abzuleiten, daß ein großes Zd und ein definiertes Vorzeichen vorhanden sind. Dann wird die Elektronik damit beginnen, die lineare Verschiebeeinrichtung mit einer größtmöglichen Geschwindigkeit in diejenige Richtung zu verschieben, in der der Entfernungsfehler korrigiert wird.
  • Wenn die Linse genügend bewegt wurde, daß die Nulldurchgänge auftreten, zeigt das System zd genauer an. Der Wert z wird zeigt d dann verwendet, um die lineare Verschiebeeinrichtung anzusteuern und ein guter Servovorgang steht dann für den Versuch, Zd auf Null einzustellen, zur Verfügung.
  • Für die Steuerung der Meßanordnung ist eine Elektronik vorgesehen, wie sie durch die Einheit 17 in Fig. 1 dargestellt ist.
  • Die Elektronikeinheit ist für die Steuerung des akustooptischen Modulators, der akustooptischen Ablenkstufe und die lineare Verschiebeeinrichtung vorgesehen. Darüberhinaus ist diese Einheit mit dem doppelzelligen Detektor verbunden, um die Auslösesignale mit den Nulldurchgängen zu empfangen und mit dem Computer, der in Fig. 1 als Einheit 24 dargestellt ist.
  • Wie bereits oben erwähnt, erhält der Computer eine Information in Form von Spannungswerten und der Ansteuereinheit der akustooptischen Ablenkstufe für die Berechnung der Entfernung zd und eine Information in Form von Spannungswerten und der Ansteuereinheit fi;r die lineare 57erschiebeeinrichtung, die die Entfernung zt darstellt. Dann berechnet der Computer die Entfernung z als Summe von z d und Zt Die Elektronik kann verschiedenartig ausgebildet sein und ein geeigneter Computer kann aus einer Vielzahl von auf dem Markt verfügbaren Computern ausgewählt werden. Eine genaue Beschreibung der Elektronik und der Computereinheit wird nicht für erforderlich angesehen.

Claims (15)

  1. Meßanordnung zum Ermitteln des Oberflächenprofils eines Objekts Patentansprüche 1. Meßanordnung zum Ermitteln des Oberflächenprofils eines Objekts durch Messung der Entfernung zwischen einem Punkt auf dem Objekt und einem Bezugspunkt und durch aufeinanderfolgendes Wiederholen dieser Messungen, wobei vorgesehen sind eine Lichtquelle, die einen dünnen Lichtstrahl aussendet, ein erstes optisches System, das den Lichtstrahl zu dem Objekt führt, um einen Lichtpunkt auf diesem zu erzeugen, und ein zweites optisches System zum Führen des von dem Lichtpunkt reflektierten Licht zu einem lichtempfindlichen Detektor, g e k e n n -z e i c h n e t durch eine in dem ersten optischen System enthaltene Einrichtung (11) zum Fokussieren des Lichtstrahls auf der optischen Achse (20) des Systems, durch eine Einrichtung (22) zum Verschieben des Brennpunkts entlang der optischen Achse (20), durch eine Ablenkeinrichtung (21) zum Ablenken des Lichtstrahls derart, daß der Lichtpunkt sich auf dem Objekt (13) in Richtung zur optischen Achse (20) bewegt, durch eine Einrichtung (24) zum Bestimmen der Entfernung (zt) zwischen dem Bezugspunkt und dem Brennpunkg (f) auf der optischen Achse (20) des ersten optischen Systems (11,19) und durch eine Einrichtung (24) zum Bestimmen der Entfernung (z) zwischen dem Objekt (13) und dem Brennpunkt (f) aus dem Abstand der Ablenkung des Lichtstrahls und dem Schnittpunkt des Lichtstrahls mit der optischen Achse (20) auf der Oberfläche (12) des Objekts (13) und dem Schnittpunkt auf der Oberfläche (12) eines Lichtstrahls, der durch den Brennpunkt (f) hindurchtritt.
  2. 2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i zu c h n e t , daß eine Lichtschaltanordnung (25) vorgesehen ist, die zwei wechselweise auftretende Lichtstrahlen (a, b) erzeugt, wobei ein Lichtstrahl (a) derart ausgerichtet ist, daß er eine Hälfte der öffnung der in dem ersten optischen System (11,19) vorhandenen Linsen ausfüllt und der andere Lichtstrahl (b) derart ausgerichtet ist, daß er die gegenüberliegende Hälfte der Öffnung ausfüllt.
  3. 3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gek e n n z e i c h ne t , daß die Einrichtung (22) zum Verschieben des Brennpunkts des Lichtstrahls eine verschiebbare Linse ist.
  4. 4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung (22) zum Verschieben der verschiebbaren Linse zum und vom Objekt (13) vorgesehen ist, wobei diese Einrichtung (22) mit einem Meßsystem zusammenarbeitet, das eine Spannung abgibt, deren Amplitude der Position der verschiebbaren Linse (11) entspricht.
  5. 5. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der lichtempfindliche Detektor (15) als eine Doppelzelle ausgebildet ist, die zwei getrennte benachbarte Licht empfangende Teile (D1, D2) enthält, die derart angeordnet sind, daß sie ein Nulldurchgangssignal infolge eines Lichtpunkts (S2) des reflektierten Lichts abgeben, der gleichzeitig die beiden Licht empfangenden Teile (D1, D2) des Detektors beleuchtet, der dem abgelenkten Lichtstrahl entspricht, der durch die optische Achse (20) auf der Oberfläche (12) des Objekts (13) hindurchgeht.
  6. 6. Meßanordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Einrichtung (24) zum Bestimmen der Entfernung (Zd) zwischen dem Brennpunkt (f) und dem Objekt (13) mit dem lichtempfindlichen Detektor (15) verbunden ist, dessen Nulldurchgangssignal dazu dient, die Einrichtung (24) derart zu aktivieren, daß sie ein Signal abgibt, das der Entfernung entspricht.
  7. 7. Meßanordnung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ablenkeinrichtung (21) durch eine zunehmende Spannung (Ud) angesteuert wird, deren Momentanwert (Uda, Udb) beim Auftreten des Nulldurchgangssignals abgetastet wird, wobei dieser Momentanwert die Entfernung (z) zwischen dem Brennpunkt (f) und dem Objekt (13) darstellt
  8. 8. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t r daß eine Steuereinheit (17) vorgesehen ist, die für jeden Lichtstrahl (a,b) die Spannung (Uta, Utb) abtastet, die der Position der verschiebbaren Linse (11) entspricht und die Ablenkspannung (Uda, Udb) abtastet, wobei beide Abtastungen beim Auftreten des Nulldurchgangssignals durchgeführt werden, und daß eine Recheneinrichtung (24) vorgesehen ist, um die Entfernung (z) zwischen dem Bezugspunkt und dem aktuellen Punkt auf der Oberfläche (12) des Objekts (13) aus der Summe eines ersten Werts (zt) die den beiden Spannungswerten (Uta,Ut) zugeordnet ist, die für den jeweiligen Strahl (a,b) die Linsenposition darstellen und aus einem zweiten Wert (zb) zu berechnen, der der Differenz zwischen den beiden entsprechenden Werten der Ablenkspannung (Uda, Udb) zugeordnet ist.
  9. 9. Meßanordnung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Einrichtung (24) zum Abschätzen der Position vorgesehen ist, die mit dem lichtempfindlichen Detektor (15) und der Einrichtung (22) zum Verschieben der verschiebbaren Linse (11) verbunden ist, wobei diese Einrichtung (24) zum Abschätzen der Position die Einrichtung (22) zum Verschieben der Linse ansteuert, um die Linse (11) mit großer Geschwindigkeit zu verschieben, bis das Signal von dem Detektor (15) anzeigt, daß der Brennpunkt (f) der verschiebbaren Linse innerhalb eines vorgegebenen Entfernungsbereichs liegt, der in der Nähe des Objekts (13) ist und wobei der Signaldetektor weiterhin die Steuereinheit (17) ansteuert, um das Abtasten der Spannungen (Uta, Utb; Uda, Udb) zu starten, die die Entfernung (zt) zwischen dem Brennpunkt (f) und dem Bezugspunkt bzw. die Entfernung (Zd) zwischen dem Brennpunkt (f) und dem Objekt (13) darstellen.
  10. 10. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtschaltanordnung (25) ein akustooptischer Modulator ist.
  11. 11. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ablenkeinrichtung (21) eine akustooptische Ablenkstufe ist.
  12. 12. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtquelle (10) als Laser ausgebfldet ist.
  13. 13. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprücher dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtschaltfrequenz etwa 1 kHz beträgt.
  14. 14. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die verschiebbare Linse (11) des ersten optischen Systems auch Teil des zweiten optischen Systems ist, wobei das letztere auch eine Einrichtung (14) zum Aufspalten des Lichtstrahls enthält, die es ermöglicht, das Licht von der Lichtquelle (10) hindurchgeht, jedoch von dem Objekt (13) reflektiertes Licht zu dem lichtempfindlichen Detektor (15) ablenkt.
  15. 15. Meßanordnung nach Anspruch 14, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß die Strahlaufteilanordnung als ein halbdurchlässiger Spiegel ausgebildet ist
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