DE3717274A1 - Optical defect inspecting device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Fehlerinspektionsvor richtung für spiegelnd reflektierende und/oder transparente, im wesentlichen ebene Oberflächen von Gegenständen, insbe sondere Bahnmaterial, mit einer auf den zu inspizierenden Be reich der Oberfläche gerichteten, ein Objektiv aufweisenden Kamera, in deren Bildebene sich eine sich wenigstens in einer Richtung erstreckend photoelektrische Diodenanordnung mit integrierter Ausleseelektronik befindet, die an eine Aus werteelektronik angeschlossen und auf der der zu inspizieren de Bereich abgebildet ist, und mit einer Beleuchtungsvor richtung für den zu inspizierenden Bereich, welche eine Lichtquelle, eine dieser folgende Kondensorlinse sowie ein dahinter angeordnetes, die Beleuchtungspupille bildendes Strahlquerschnitts-Begrenzungselement, auf das die Lichtquel le von der Kondensorlinse abgebildet wird, aufweist.The invention relates to an optical error inspection direction for specularly reflective and / or transparent, essentially flat surfaces of objects, esp special web material, with a Be on the inspected Be Objective-facing Camera, in the image plane of which there is at least one unidirectional photoelectric diode array with integrated readout electronics located on an off value electronics connected and on which to inspect de area is shown, and with a lighting pre direction for the area to be inspected, which is a Light source, one of these following condenser lens as well as a arranged behind it, forming the illumination pupil Beam cross-section limiting element to which the light source le is imaged by the condenser lens.
Bei derartigen optischen Inspektionsvorrichtungen werden die Einzeldioden der Diodenanordnung zyklisch und periodisch von der integrierten Ausleseelektronik daraufhin abgefragt, welche Lichtmenge während dieser Periode auf sie aufgetrof fen ist. Der in Hellfeld, Dunkelfeld oder einer anderen Kon trastierungsart auf die Diodenanordnung abgebildete zu inspi zierende Bereich kann so entsprechend der Abfragung der Ein zeldioden der Diodenanordnung systematisch abgetastet werden. In einer nachgeschalteten Auswerteelektronik werden aus diesen Bildsignalen dann Fehlersignale detektiert.With such optical inspection devices Individual diodes of the diode arrangement cyclically and periodically from the integrated readout electronics what amount of light struck them during this period fen is. The one in brightfield, darkfield or another con type of tracing shown on the diode arrangement to inspi ornamental area can thus be corresponding to the detection of the one system diodes of the diode array systematically scanned will. In a downstream evaluation electronics error signals are then detected from these image signals.
Ein Problem bei derartigen optischen Fehlerinspektionsvor richtungen besteht darin, daß z.B. durch Vibrationen verur sachte Winkelschwankungen der Oberfläche des Gegenstandes re lativ zur Diodenkamera zu Fehleranzeigen führen können, ohne daß örtliche Oberflächenfehler vorliegen.A problem with such optical defect inspection directions is that e.g. caused by vibrations gentle angular fluctuations in the surface of the object relative to the diode camera can lead to error displays without that there are local surface defects.
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine optische Fehlerinspektionsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der Fehler, die örtlich die Reflexionsrich tung des auftreffenden Lichts ändern oder das reflektierte Lichtbündel aufstreuen, ohne Störung durch in bestimmten Grenzen erfolgende Winkelkippungen der ganzen Oberfläche von der Auswerteelektronik erfaßt werden können.The aim of the invention is therefore an optical Fault inspection device of the aforementioned type to create with the flaws that are locally the reflection rich change the direction of the incident light or the reflected light Scatter light beams without interference from in certain Limits of the entire surface of the evaluation electronics can be detected.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das von der Beleuchtungspupille ausgehende Lichtbündel auf den zu inspizierenden Bereich gelenkt ist, dort von der Ober fläche zu einem Spiegelreflektor spiegelnd reflektiert und/oder hindurchgelassen wird, an dem das auftreffende Licht im wesentlichen in sich selbst zurückreflektiert wird und welcher allein oder in Zusammenwirkung mit einem anderen optischen Abbildungselement die Beleuchtungspupille auf eine im wesentlichen in der Objektivpupille angeordnete Kontra stierungsblende abbildet. Aufgrund der zweimaligen Reflexion am Objekt werden Winkeländerungen der Oberfläche des Gegen standes relativ zur Kamera voll kompensiert. Dadurch ist es möglich, in Reflexion auch Fehler mit geringer örtlicher Bün delablenkung oder -aufstreuung zu erfassen. Die Erfindung hat weiter den Vorteil, daß auch gröbere Wellungen der Ober fläche des Gegenstandes die Fehlermessung bzw. -bestimmung nicht störend beeinflussen.To achieve this object, the invention provides that from the illuminating pupil on the area to be inspected is directed there by the waiter surface to a specular reflector and / or is let through where the impinging Light is essentially reflected back into itself and which alone or in cooperation with another optical imaging element, the illumination pupil on a contra arranged essentially in the objective pupil shows the aperture diaphragm. Because of the double reflection on the object there are changes in the surface of the opposing surface fully compensated for the camera. That’s it possible, in reflection also errors with low local level detection or scattering. The invention has the further advantage that coarser corrugations of the upper area of the object the error measurement or determination do not interfere.
Eine erste Ausführungsform kennzeichnet sind dadurch, daß das von der Beleuchtungspupille ausgehende Lichtbündel durch einen vor dem Kameraobjektiv angeordneten Umlenkspiegel in den Empfangsstrahlengang der Kamera eingespiegelt ist.A first embodiment is characterized in that the light beam emanating from the illumination pupil a deflection mirror arranged in front of the camera lens in the reception beam path of the camera is reflected.
Hier überdecken sich also der Beleuchtungs- und der Empfangs strahlengang in vollem Umfang.So here the lighting and reception overlap beam path in full.
Dies kann z.B. dadurch praktisch realisiert werden, daß der Umlenkspiegel ein Strahlenteilerspiegel ist und davor als Strahlenquerschnitts-Begrenzungselement eine vorzugsweise im Öffnungsquerschnitt verstellbar ausgebildete Blende ange ordnet ist; oder es ist vorgesehen, daß der Umlenkspiegel ein die Ausmaße der Beleuchtungspupille aufweisender kleiner Planspiegel ist, der gleichzeitig als Dunkelfeldblende wirkt. Diese Ausführungsform setzt allerdings eine ohnehin bevorzugte Abbildung der Beleuchtungspupille in die Objektpu pille im Maßstab 1 : 1 voraus.This can e.g. be practically realized in that the Deflecting mirror is a beam splitter mirror and before that as Beam cross-section limiting element preferably in Opening cross section adjustable trained aperture is ordered; or it is provided that the deflecting mirror a smaller one having the dimensions of the illumination pupil The plane mirror is also used as a dark field diaphragm works. However, this embodiment sets one anyway preferred imaging of the illumination pupil in the object pu pill in 1: 1 scale ahead.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen läuft das Be leuchtungslichtbündel auf dem Hinweg über die gleiche Ober flächenstelle wie beim Rückweg, wo es diese Stelle für die Inspektion durch die Diodenkamera beleuchtet. Es werden daher nicht nur makroskopische Änderungen der Winkellage der Objektoberfläche kompensiert, sondern auch der Einfluß von Längs- oder Querwellen weitgehend ausgeschaltet.In the embodiments described so far, loading runs illuminating light bundles on the way over the same waiter area as on the way back, where there is this place for the Inspection illuminated by the diode camera. It will therefore not only macroscopic changes in the angular position of the Object surface compensated, but also the influence of Longitudinal or transverse shafts largely switched off.
Sollen jedoch z.B. Querwellen im Material als Fehler ange zeigt werden oder besitzt die Materialbahn keine derartigen Wellen, so kann die Beleuchtungsvorrichtung dadurch verein facht werden, daß der Hauptstrahl des von der Beleuchtungspu pille ausgehenden Lichtbündels ohne Umlenkung unter mög lichst kleinem Winkel zum Hauptstrahl des Empfangsstrahlen ganges verläuft und im geringen Abstand von dem auf die Dio denanordnung der Kamera abgebildeten Bereich auf die Oberflä che auftrifft.However, should e.g. Cross waves in the material indicated as an error shows or has no such web Waves, the lighting device can thereby combine that the main beam from the lighting pu pill outgoing light beam without redirection under possible smallest possible angle to the main beam of the receiving beam ganges runs and at a short distance from the on the Dio the arrangement of the camera imaged area on the surface che strikes.
Der Spiegelreflektor kann auf verschiedene Weise verwirk licht werden.The mirror reflector can be realized in different ways become light.
Nach einer ersten Ausführungsform ist der Spiegelreflektor ein sphärischer Hohlspiegel, dessen Krümmungsmittelpunkt etwa in der Beleuchtungspupille liegt.According to a first embodiment, the mirror reflector a spherical concave mirror whose center of curvature lies approximately in the illumination pupil.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Beleuchtungs- und Empfangsstrahlengang vor dem Objekt durch eine Linse oder einen Hohlspiegelstreifen telezentrisch gemacht, indem die Beleuchtungs- und Empfangspupille in der Brennebene dieses optischen Elements angeordnet ist. In diesem Falle muß der Spiegelreflektor ebenfalls telezentrisch wirken und besteht aus einer ebensolchen Linse oder einem Hohlspiegelstreifen, in dessen Brennebene ein Hohlspiegel angeordnet ist, dessen Krümmungsradius gleich der Brennweite dieser Linse bzw. dieses Hohlspiegelstreifens ist.In a further embodiment, the lighting and Receiving beam path in front of the object through a lens or made a concave mirror strip telecentrically by the Illumination and reception pupil in the focal plane of this optical element is arranged. In this case the Mirror reflector also works and is telecentric from such a lens or a concave mirror strip, a concave mirror is arranged in the focal plane, the Radius of curvature equal to the focal length of this lens or this concave mirror strip is.
Bei Verwendung des Hohlspiegelstreifens ist jeweils ein planer Umlenkspiegelstreifen erforderlich, um den Strahlen gang in der ursprünglichen Richtung fortzusetzen.When using the concave mirror strip there is one planer deflecting mirror strips required to the rays to continue in the original direction.
Die Erfindung läßt sich sowohl bei streifenförmigen als auch bei rechteckigen zu inspizierenden Bereichen anwenden.The invention can be applied to both strip-shaped and apply to rectangular areas to be inspected.
Wird mit einer Kamera gearbeitet, die eine Diodenzeile auf weist, so sieht die Erfindung zweckmäßigerweise vor, daß die Kondensorlinse eine sphärische Streifenlinse ist, welche den zu inspizierenden streifenförmigen Bereich, der parallel zur Diodenzeile verläuft, ausleuchtet und daß auch der Spiegel reflektor und ggfs. das weitere Abbildungselement parallel zum genannten Bereich streifenförmig sind.Is working with a camera that has a diode row has, the invention expediently provides that the Condenser lens is a spherical strip lens, which the strip-shaped area to be inspected, which is parallel to the Diode row runs, illuminates and that also the mirror reflector and possibly the further imaging element in parallel are strip-shaped to the named area.
Wird dagegen eine Kamera, die eine Diodenfläche, d.h. z.B. eine rechteckige Diodenanordnung aufweist, verwendet, so ist erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Kon densorlinse eine Rundlinse ist, welche den zu inspizierenden kreisförmigen Bereich ausleuchtet und daß auch der Spiegel reflektor und ggfs. auch das weitere Abbildungselement kreis förmig oder rechteckig ausgebildet sind.If, on the other hand, a camera is used that has a diode area, i.e. e.g. has a rectangular diode arrangement, is used According to the invention advantageously provided that the Kon Densor lens is a round lens which is the one to be inspected illuminates circular area and that also the mirror reflector and possibly also the further imaging element circle are shaped or rectangular.
Obwohl die Erfindung in Reflexion besondere Vorteile bietet, ist ohne weiteres auch eine Fehlermessung in Transmission möglich. Beide Fehlermeßmöglichkeiten können erfindungsgemäß auf einfache Weise dadurch verwirklicht werden, daß der Spie gelreflektor um den Schnittpunkt seiner optischen Achse mit der Oberfläche aus der Reflexionsstellung in die Transmis sionsstellung und umgekehrt schwenkbar ist.Although the invention offers particular advantages in reflection, is also an error measurement in transmission possible. Both possibilities of measuring errors can be inventively be realized in a simple manner in that the game gel reflector around the intersection of its optical axis with the surface from the reflection position into the transmis sion position and vice versa.
Um z.B. Materialbahnen am laufenden Band untersuchen zu können, sieht die Erfindung vor, daß der bahnförmige Gegen stand parallel zu seiner Oberfläche und bei streifenförmi gem, zu inspizierendem Bereich senkrecht zur Streifenrich tung kontinuierlich vorgeschoben wird. Die Vorschubgeschwin digkeit wird dabei so gewählt, daß entsprechend der zykli schen und periodischen Abfragung der Dioden beispielsweise eine flächendeckende Abtastung der Oberfläche der Material bahn erzielt wird.To e.g. Examine material webs on the conveyor belt too can, the invention provides that the web-shaped counter stood parallel to its surface and with stripes according to the area to be inspected perpendicular to the stripe line tion is continuously advanced. The feed rate digkeit is chosen so that according to the cycli and periodic interrogation of the diodes, for example a comprehensive scan of the surface of the material track is achieved.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtThe invention is described below, for example, with the aid of Drawing described; in this shows
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fehler inspektionsvorrichtung, Fig. 1 is a schematic side view of a first embodiment of an error inspection apparatus according to the invention,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt nach Linie II-II in den Fig. 1, 4, 5, 6 und 7, Fig. 2 shows a schematic section along line II-II in Figs. 1, 4, 5, 6 and 7
Fig. 3 eine schematische Ansicht nach Linie III-III in den Fig. 3, 4 und 5, Fig. 3 is a schematic view according to line III-III in Figs. 3, 4 and 5,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit einem besonderen Strahl querschnitts-Begrenzungselement, Fig. 4 is a schematic side view of another embodiment with a special cross-section beam limiting member,
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit telezentrischem Sende- und Empfangsstrahlengang, Fig. 5 is a schematic side view of another embodiment with telecentric beam path transmission and reception,
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer opti schen Fehlerinspektionsvorrichtung mit verein fachter Beleuchtungsvorrichtung die zusätzlich sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken den Querwellen erkennt, Fig. 6 is a schematic side view of an optical rule defect inspection apparatus with a simplified illumination device additionally extend perpendicularly to the drawing plane recognizes the transverse shafts,
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer Ausfüh rungsform mit zwischen einer Reflexionsstel lung R und einer Transmissionsstellung T ver schwenkbarem Spiegelreflektor, Fig. 7 is a schematic side view of one embodiment of a reflection with between Stel lung R and a transmission position T ver swiveling reflector,
Fig. 8 eine schematische Seitenansicht einer opti schen Fehlerinspektionsvorrichtung mit einer eine Diodenfläche aufweisenden Diodenkamera zur Erfassung eines rechteckigen zu inspizie renden Bereiches, Fig. 8 is a schematic side view of an optical rule fault inspection device having a diode area comprising a diode camera for capturing a rectangular area to inspizie leaders,
Fig. 8a einen Schnitt nach Linie VIIIa-VIIIa in den Fig. 8, 9, Fig. 8a is a sectional view along the line VIIIa-VIIIa in Fig. 8, 9,
Fig. 9 eine ähnliche Anordnung wie Fig. 8 mit einan der vollständig überlagernden Sende- und Emp fangsstrahlengängen, die mit einer Feldlinse vor dem Objekt telezentrisch gemacht sind, Fig. 9 an arrangement similar to Fig. 8 with Einan the fully overlapping transmission and Emp fang beam paths that are telecentric with a field lens in front of the object,
Fig. 10 eine schematische Ansicht einer optischen Feh lerinspektionsvorrichtung mit einer eine Dio denfläche aufweisenden Diodenkamera und einem in Reflexion arbeitenden Pol-Spiegelreflektor. Fig. 10 is a schematic view of an optical Feh ler inspection device with a diode surface having a diode camera and a reflecting pole-mirror reflector.
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechen de Bauelemente. In all figures, the same reference numerals correspond de components.
Nach Fig. 1 weist eine Kamera 22 innerhalb eines lichtdicht verschlossenen Gehäuses eine Diodenzeile 25 auf, die sich in Fig. 1 senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt und aus in Fig. 2 zu erkennenden Einzeldioden 32 besteht und mit ihrer Ausleseelektronik auf einem gemeinsamen elektronischen Bau stein 25 a montiert ist. Diese Ausleseelektronik fragt die Einzeldioden zyklisch und periodisch in schneller Folge ab und erzeugt so ein der Helligkeitsverteilung längs der Dio denzeile 25 entsprechendes analoges Videosignal. Aus diesem Videosignal werden in der angeschlossenen Auswerteelektronik 33 die Oberflächenfehler detektiert und am Ausgang 34 heraus gegeben. Gegenüber der Diodenzeile 25 ist im Gehäuse der Dio denkamera 22 ein Kameraobjektiv 19 angeordnet, in dessen Ob jektivpupille 17 eine Dunkelfeldblende 18 angeordnet ist. Die Kamera ist unter einem Winkel β von ca. 45° auf die ebene Oberfläche 14 eines Gegenstandes 35 gerichtet, dessen zu inspizierender streifenförmiger Bereich 13 durch das Kame raobjektiv 19 auf die Diodenzeile 25 abgebildet wird. Der streifenförmige, zu inspizierende Bereich 13 erstreckt sich ebenso wie die Diodenzeile 25 senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 und ist in Fig. 3 in Draufsicht zu erkennen.Of FIG. 1 includes a camera 22 within a light-tight housing a diode array 25 which extends in Fig. 1 perpendicularly to the plane of the drawing and out in FIG. 2, to be recognized individual diodes 32 and its readout electronics on a common electronic building stone 25 a is mounted. This readout electronics queries the individual diodes cyclically and periodically in rapid succession and thus generates an analog video signal corresponding to the brightness distribution along the diode line 25 . The surface defects are detected from this video signal in the connected evaluation electronics 33 and output at the output 34 . Opposite the diode row 25 , a camera lens 19 is arranged in the housing of the dio camera 22 , in whose ob jective pupil 17 a dark field diaphragm 18 is arranged. The camera is directed at an angle β of approximately 45 ° onto the flat surface 14 of an object 35 , the strip-shaped area 13 to be inspected is imaged by the camera lens 19 on the diode row 25 . The strip-like area 13 to be inspected, like the diode row 25, extends perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 and can be seen in plan view in FIG. 3.
Unmittelbar vor dem Kameraobjektiv 19 ist ein Strahlentei lerspiegel 20 angeordnet, welcher ein leicht divergierendes Beleuchtungslichtbündel 12 in den Empfangsstrahlengang 21 als diesen überlagerndes reflektiertes Beleuchtungslichtbün del 12′ einspiegelt. Das Beleuchtungslichtbündel 12 ent springt von einer Irisblende 23, welche die Beleuchtungspu pille 11 definiert. In die Beleuchtungspupille wird durch eine senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 streifenförmi ge Linse 28 eine Lichtquelle 29 abgebildet.Immediately in front of the camera lens 19 is a Strahlentei lerspiegel 20 , which reflects a slightly divergent illuminating light beam 12 in the receiving beam path 21 as this overlapping reflected illuminating light del 12 '. The illuminating light bundle 12 springs from an iris diaphragm 23 , which defines the illuminating pill 11 . In the illumination pupil, a light source 29 is imaged by a lens 28 that is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1.
Aufgrund dieser Beleuchtungsvorrichtung wird auf der Oberflä che 14 der zu inspizierende Bereich 13 einschließlich eines ihn umgebenden Bereiches 36 (Fig. 3) ausgeleuchtet. Because of this lighting device, the area 13 to be inspected, including an area 36 surrounding it ( FIG. 3), is illuminated on the surface 14 .
Das unter dem Winkel β auftreffende Beleuchtungslichtbündel 12′ wird an der Oberfläche 14 unter dem Reflexionswinkel zu einem Spiegelreflektor 15 reflektiert, der als sich sen krecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 erstreckender streifen förmiger sphärischer Hohlspiegel mit Krümmungsmittelpunkt in der Beleuchtungspupille 11 bzw. der Objektivpupille 18 ausge bildet ist. Der streifenförmige Hohl-Spiegelreflektor 15 ver läuft parallel zum streifenförmigen, zu inspizierenden Be reich 13 und ist relativ zum Einfallslichtbündel so gekippt, daß alle auf den Spiegelreflektor 15 auftreffenden Strahlen in sich selbst zurück zur Oberfläche 14 reflektiert werden. Bei fehlerfreier spiegelnd reflektierender Oberfläche 14 wird so die Beleuchtungspupille 11 auf die in der Objektivpu pille 17 liegende Dunkelfeldblende 18 abgebildet, so daß nor malerweise kein Licht zur Diodenzeile 25 gelangt.The at an angle β 12 'is reflected at the surface 14 under the angle of reflection to a mirror reflector 15 incident illumination light beam of when sen Krecht to the drawing plane of Fig. 1 extending strip-shaped spherical concave mirror with the center of curvature in the illumination pupil 11 and the lens pupil 18 is trained. The strip-shaped hollow specular reflector 15 ver runs parallel to the strip-shaped area to be inspected 13 and is tilted relative to the incident light beam so that all the rays incident on the specular reflector 15 are reflected in themselves back to the surface 14 . If no errors are specularly reflective surface 14 so the illumination pupil 11 is imaged on the pill in the Objektivpu 17 lying dark field stop 18 so that no light reaches nor mally on the diode row 25th
Treten jedoch im zu inspizierenden Bereich 13 Fehler, z.B. Kratzer, auf, so wird ein Teil des auftreffenden Lichtes ab gelenkt und geht an der Dunkelfeldblende 18 vorbei, so daß an der entsprechenden Einzeldiode 32 der Diodenzeile 25 ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird, das in der Auswerteelektronik 33 zu einem Fehlersignal verarbeitet werden kann.However, occur in the region to be inspected 13 error, such as scratches, so a part of the incident light is deflected and goes to the dark field stop 18 over, so that a corresponding electrical signal is generated at the corresponding individual diode 32 of the diode array 25, which in the evaluation electronics 33 can be processed into an error signal.
Aufgrund der beschriebenen Anordnung stören Kippungen der Oberfläche 14 beispielsweise um eine senkrecht auf der Zeich nungsebene der Fig. 1 stehende Achse die Fehlermessung nicht. Dagegen wird neben den aufstreuenden Fehlern auch jede Stelle der Oberfläche als Fehler erfaßt, deren Steigung innerhalb des beleuchtenden und abbildenden Bündels vari iert. Dazu zählen kleine Vertiefungen mit geneigten Rändern, z.B. Dellen sowie kleine Erhöhungen mit geneigten Rändern, z.B. Pocken. Due to the arrangement described, tilting of the surface 14 does not interfere with the error measurement, for example, about an axis perpendicular to the drawing plane of FIG. 1. On the other hand, in addition to the scattering defects, every point on the surface is recorded as a defect, the gradient of which varies within the illuminating and imaging bundle. This includes small depressions with inclined edges, e.g. dents, and small ridges with inclined edges, e.g. smallpox.
Die Blende 23 kann als verstellbare Irisblende ausgebildet sein, wodurch auf einfache Weise eine Empfindlichkeitssteu erung möglich ist.The diaphragm 23 can be designed as an adjustable iris diaphragm, whereby a sensitivity control is possible in a simple manner.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem nach den Fig. 1 bis 3 lediglich dadurch, daß statt der Irisblende 23 in Fig. 1 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unmittelbar vor dem Kameraobjektiv 19 auf der optischen Achse der Kamera 22 ein kleiner Flanspiegel unter einem Winkel zur optischen Achse angeordnet ist, auf den die wieder streifenförmige sphärische Kondensorlinse 28 die Lichtquelle 29 abbildet. Der Planspiegel 23′ übernimmt auf diese Weise die Aufgabe des Strahlquerschnitts-Begrenzungs elementes. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung des streifenför migen zu inspizierenden Bereiches 13 zu gewährleisten, weist der Planspiegel 23′ eine elliptische Form auf, wobei die lange Achse der Ellipsenform senkrecht auf der Zeichnungsebe ne der Fig. 4 steht.The exemplary embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIGS. 1 to 3 only in that instead of the iris diaphragm 23 in FIG. 1 in the exemplary embodiment according to FIG. 4, a small flange mirror is located directly in front of the camera lens 19 on the optical axis of the camera 22 is arranged at an angle to the optical axis, on which the again strip-shaped spherical condenser lens 28 images the light source 29 . The plane mirror 23 'takes over the task of the beam cross-section limiting element. In order to ensure uniform illumination of the area 13 to be inspected, the plane mirror 23 'has an elliptical shape, the long axis of the elliptical shape being perpendicular to the drawing plane ne of FIG. 4.
Weiter wirkt der kleine Planspiegel 23′ als Dunkelfeldblende für das von der Oberfläche 14 zurückreflektierte Licht.Furthermore, the small plane mirror 23 'acts as a dark field diaphragm for the light reflected back from the surface 14 .
Wesentlich ist, daß der Abbildungsmaßstab der Beleuchtungspu pille 11 auf den Planspiegel 23′ etwas weniger als 1 : 1 be trägt, um ein ungestörtes Dunkelfeld zu erreichen.It is essential that the magnification of the illuminating pill 11 on the plane mirror 23 'be a little less than 1: 1 be in order to achieve an undisturbed dark field.
Auch bei dieser Ausführungsform werden Fehler in der Oberflä che 14 des Gegenstandes 35 als helle Stellen sichtbar, was in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Die Empfindlich keit der Anordnung kann einfach durch Verändern des Beleuch tungs-Abbildungsmaßstabes eingestellt werden. Durch eine verkleinerte Abbildung der Beleuchtungspupille 11 auf dem kleinen Planspiegel 23′ wird die Empfindlichkeit herabge setzt, durch eine vergrößerte Abbildung erhöht. Also in this embodiment, defects in the surface 14 of the object 35 are visible as bright spots, which is converted into an electrical signal. The sensitivity of the arrangement can be adjusted simply by changing the illumination imaging scale. By reducing the image of the illumination pupil 11 on the small plane mirror 23 ', the sensitivity is reduced, increased by an enlarged image.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 entspricht weitgehend dem nach Fig. 1, doch ist zwischen der Kamera 22 und der Oberfläche 14 des Gegenstandes 35 eine sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckende streifenförmige Linse 16 ange ordnet, deren Brennpunkt in der Beleuchtungspupille 11 bzw. der Objektivpupille 17 liegt.The embodiment of FIG. 5 largely corresponds to that of FIG. 1, but between the camera 22 and the surface 14 of the object 35 is a strip-shaped lens 16 extending perpendicular to the plane of the drawing, the focal point in the illumination pupil 11 and the objective pupil 17th lies.
Auf diese Weise tritt aus der Linse 16 ein Parallellichtbün del 12′′ aus, welches nach der spiegelnden Reflexion an der Oberfläche 14 als Reflexionsbündel 12′′′ von einer gleicharti gen streifenförmigen Linse 16′ auf einen runden sphärischen Hohlspiegel 15′ fokussiert wird. Dieser Hohlspiegel 15′ hat einen Krümmungsradius, der gleich der Brennweite der Linse 16′ ist, er bildet zusammen mit dieser einen telezentrischen Spiegelreflektor, der das telezentrische Beleuchtungsbündel über die zweite Reflexion an der Oberfläche 14 in sich selbst zurückspiegelt. So entsteht wieder - nach Durchtritt durch den Teilerspiegel 20 - ein Bild der Blende 11 in der Objektivpupille 17.In this way, a parallel Lichtbün del 12 '' emerges from the lens 16 , which is focused on a round spherical concave mirror 15 'after the specular reflection on the surface 14 as a reflection beam 12 ''' from a similarly strip-shaped lens 16 '. This concave mirror 15 'has a radius of curvature which is equal to the focal length of the lens 16 ', it forms together with this a telecentric mirror reflector which reflects the telecentric beam of light via the second reflection on the surface 14 in itself. An image of the diaphragm 11 in the objective pupil 17 thus arises again - after passing through the divider mirror 20 .
Bei dieser Ausführungsform sind also sowohl der Sende- als auch der Abbildungsstrahlengang telezentrisch, da die Objek tivpupille in der Brennebene der streifenförmigen Linse 16 liegt.In this embodiment, both the transmitting and the imaging beam path are telecentric, since the objective pupil lies in the focal plane of the strip-shaped lens 16 .
Die streifenförmige Linse 16 und 16′ können auch durch sphä rische Hohlspiegelstreifen ersetzt werden, welche dann aller dings relativ zum Beleuchtungsbündel 12 wie zum reflektier ten Beleuchtungsbündel 12′ gekippt angeordnet werden. Mit je einem planen Umlenkspiegelstreifen in Lichtrichtung hinter diesen Hohlspiegelstreifen wird die ursprüngliche Strahlrich tung wieder hergestellt, so daß insgesamt der Strahlengang der Fig. 5 gilt, in der lediglich jede streifenförmige Linse 16, 16′ durch je ein Paar Hohlspiegel plus Umlenkspiegel er setzt ist. The strip-shaped lens 16 and 16 'can also be replaced by spherical concave mirror strips, which, however, all tilted relative to the illuminating beam 12 such as the reflecting th illuminating beam 12 '. With a flat deflecting mirror strip in the direction of light behind these concave mirror strips, the original beam direction is restored, so that the beam path of FIG. 5 applies in total, in which only each strip-shaped lens 16 , 16 'is replaced by a pair of concave mirrors plus deflecting mirror.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zeigt einen Beleuchtungs strahlengang, der durch eine neben der Diodenkamera 22 lie gende Beleuchtungsvorrichtung mit der Lichtquelle 29, der Kondensorlinse 28 und der die Beleuchtungspupille 11 definie renden Blende 23 besteht. Die Beleuchtungsvorrichtung er zeugt ein Lichtbündel 12 mit einem Hauptstrahl 26, der einen kleinen Winkel von ca. 5° mit dem Hauptstrahl des Empfangs strahlenganges 21 einschließt und in einem geringfügigen Ab stand a vom zu inspizierenden Bereich 13 auf der Oberfläche 14 des Gegenstandes 35 auftrifft. Der streifenförmige Hohl spiegel 15, welcher sich wieder senkrecht zur Zeichnungsebe ne der Fig. 6 erstreckt, ist um eine senkrecht auf der Zeich nungsebene stehende Achse derart im Uhrzeigersinn gekippt, daß das von ihm reflektierte Sendelicht zum zu inspizieren den Bereich 13 gelangt und von dort bei einwandfreier spie gelnder Oberfläche 14 zur Dunkelfeldblende 18 reflektiert wird.The embodiment of FIG. 6 shows an illumination beam path, which consists of a lighting device lying next to the diode camera 22 with the light source 29 , the condenser lens 28 and the aperture 23 defining the illumination pupil 11 . The lighting device he witnesses a light beam 12 having a main beam 26, which includes a small angle of about 5 ° beam path with the main beam of the receiving 21 and at a slight Ab was a from the region to be inspected 13 on the surface 14 of object 35 is incident. The strip-shaped hollow mirror 15 , which again extends perpendicularly to the drawing plane ne of FIG. 6, is tilted clockwise about an axis perpendicular to the drawing plane such that the reflected light reflected by it reaches the area 13 to be inspected and from there if the surface 14 is perfectly reflective, the dark field aperture 18 is reflected.
Da die beiden Auftreffstellen des Beleuchtungslichtbündels 12 und des vom Spiegelreflektor 15 reflektierten Lichtes in Fig. 6 nebeneinander liegen, ist diese Anordnung nicht unemp findlich gegen sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken de Querwellen der Oberfläche 14, sondern ist im Gegenteil dazu geeignet, derartige Querwellen durch entsprechende Auf hellungen der Diodenzeile 25 zur Anzeige zu bringen.Since the two points of incidence of the illuminating light bundle 12 and the light reflected by the specular reflector 15 lie next to one another in FIG. 6, this arrangement is not insensitive to transverse waves of the surface 14 extending perpendicular to the plane of the drawing, but on the contrary is suitable for such transverse waves by corresponding ones Bring the diode row 25 to display.
Fig. 7 zeigt prinzipiell die gleiche Anordnung wie Fig. 6, wobei jedoch der hohlspiegelförmige Spiegelreflektor 15 um eine senkrecht auf der Zeichnungsebene der Fig. 7 stehende Achse aus der oberen Reflexionsstellung R in eine untere Transmissionsstellung T verschwenkbar ist. Der Radius der Schwenkbewegung ist die optische Achse 31 des Spiegelreflek tors 15. Die Schwenkbewegung ist durch einen Doppelpfeil in Fig. 7 angedeutet. Fig. 7 shows in principle the same arrangement as Fig. 6, but the concave mirror-shaped mirror reflector 15 is pivotable about an axis perpendicular to the drawing plane of Fig. 7 from the upper reflection position R to a lower transmission position T. The radius of the pivoting movement is the optical axis 31 of the mirror reflector 15th The pivoting movement is indicated by a double arrow in FIG. 7.
In der Reflexionsstellung R können spiegelnd reflektierende Oberflächen 14 auf Fehler untersucht werden, während in der Transmissionsstellung T transparente Gegenstände 35 auf Fehler untersucht werden können. Wesentlich bei allen Ausfüh rungsformen ist, daß mit dem sphärischen Hohl-Spiegelreflek tor 15 eine echte optische Abbildung der Beleuchtungspupille 11 in die Objektivpupille 17 erfolgt, wo sich die Dunkelfeld blende 18 oder eine andere Kontrastierungsblende befindet. Es ist somit eine Fehlererfassung im nahen Dunkelfeld nach der Schlierenmethode, im Phasenkontrast oder ähnlicher Kon trastierungen möglich.In the reflection position R , specularly reflecting surfaces 14 can be examined for defects, while in the transmission position T transparent objects 35 can be examined for defects. It is essential in all embodiments that the spherical hollow mirror reflector 15 provides a real optical image of the illumination pupil 11 in the objective pupil 17 , where the dark field aperture 18 or another contrasting aperture is located. It is therefore possible to detect errors in the near dark field using the Schlieren method, phase contrast or similar contrasts.
Nach Fig. 8 und 8a wird die Lichtquelle 29 über eine kreis förmige Linse 28′ in die Mittelöffnung einer Blende 23 abge bildet, wodurch eine Beleuchtungspupille 11 definiert wird, von der aus ein im wesentlichen kreisförmiger Bereich 13′ auf der Oberfläche 14 eines transparenten Gegenstandes 35 gleichmäßig ausgeleuchtet wird.According to Fig. 8 and 8a, the light source is 'forms in the center opening of a diaphragm 23 abge, whereby an illumination pupil is defined 11, from which a substantially circular region 13' 29 via a circular lens 28 on the surface 14 of a transparent object 35 is illuminated evenly.
Unterhalb des kreisförmigen Bereiches 13′ befindet sich ein runder sphärischer Hohlspiegel 15′′, dessen Mittelpunkt 27 sich zwischen der Beleuchtungspupille 11 und der Dunkelfeld blende 18 befindet, die unmittelbar vor dem Objektiv 19 der daneben angeordneten Diodenkamera 22 liegt. Auf diese Weise bildet der sphärische Hohlspiegel 15′′ die Beleuchtungspupil le 11 in die Dunkelfeldblende 18 ab, sofern sich in dem transparenten Material 35 keine Fehlstellen befinden.Below the circular area 13 'there is a round spherical concave mirror 15 '', the center 27 of which is located between the illumination pupil 11 and the dark field aperture 18 , which is located directly in front of the lens 19 of the diode camera 22 arranged next to it. In this way, the spherical concave mirror 15 '' forms the illuminating pupil le 11 in the dark field aperture 18 , provided that there are no defects in the transparent material 35 .
Nach Fig. 8a ist in der Diodenkamera 22 anders als bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen eine rechteckige Dioden anordnung 25′ vorgesehen, die aus einer Vielzahl von Einzel dioden 32 besteht, die über die Ausleseelektronik 25′a an die Auswerteelektronik 33 angeschlossen sind. According to Fig. 8a, in the diode camera 22 , in contrast to the previous exemplary embodiments, a rectangular diode arrangement 25 'is provided, which consists of a multiplicity of individual diodes 32 which are connected to the evaluation electronics 33 via the readout electronics 25 ' a .
Bei der beschriebenen Anordnung nach den Fig. 8, 8a ist die blendenseitige Apertur der Beleuchtungsvorrichtung so groß, daß der sphärische Hohl-Spiegelreflektor 15′′ ganz ausgeleuch tet wird. Der so im Objekt erzeugte beleuchtete Kreis 10 ist in Fig. 8a zu erkennen. Er überdeckt das Rechteck 25′ ganz.In the described arrangement of FIGS. 8, 8a, the blind-side aperture of the illumination device is so great that the spherical concave mirror reflector 15 '' is completely tet ausgeleuch. The illuminated circle 10 thus generated in the object can be seen in FIG. 8a. It completely covers the rectangle 25 '.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 8a zur Inspek tion in zweimaliger Transmission mit Hilfe der Kamera mit flächenhafter Diodenanordnung sind keine Einschränkungen in Bildfeldgröße oder Bildwinkel zu beachten. Es sind jedoch nur Gegenstände mit geringer Aufstreuung von vereinzelten, kleinen Fehlern zu inspizieren. Als typisches Anwendungsbei spiel lassen sich Glasplatten für Masken nennen.In the embodiment according to FIGS . 8 and 8a for inspection in two transmissions with the aid of the camera with an areal diode arrangement, no restrictions in the field size or angle of view have to be observed. However, only objects with little scattering of isolated, small defects should be inspected. Glass plates for masks can be mentioned as a typical application example.
Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 mit seitlich bzw. winkelmäßig etwas versetzten Beleuchtungs- und Empfangs strahlengängen gearbeitet wird, zeigt Fig. 9 eine mit einer flächenhaften Diodenanordnung 25′ arbeitende Ausführungsform zur Fehlersuche in zweifacher Transmission, bei der durch Verwendung eines Strahlenteilerspiegels 20 Beleuchtungs- und Empfangsstrahlengang völlig ineinander liegen.While in the embodiment according to FIG. 8 with laterally or angularly offset lighting and receiving beam paths, FIG. 9 shows an embodiment with a planar diode arrangement 25 'working for troubleshooting in double transmission, in which by using a beam splitter mirror 20 lighting - and receive beam path are completely in one another.
Statt des sphärischen Hohl-Spiegelreflektors 15′′ besitzt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 unmittelbar oberhalb der Oberfläche 14 eine kreisförmige Feldlinse 16′, in deren Bren nebene sich die Objektivpupille bzw. die Dunkelfeldblende 18 bzw. über den Strahlenteilerspiegel 20 die Beleuchtungspupil le 11 befindet. Unterhalb des Objektes ist ein ebener runder Spiegelreflektor 15′′′ angeordnet, der das auftreffende Licht in sich selbst zurückwirft. Durch die Feldlinse 16′ wird der beobachtbare Objektbereich und Bildwinkel auf etwa 150 mm eingeschränkt, ist jedoch im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 8 beleuchtungs- und beobachtungsseitig telezentrisch.Instead of the spherical hollow mirror reflector 15 '' has the embodiment of FIG. 9 immediately above the surface 14 a circular field lens 16 ', in the Bren next to the objective pupil or the dark field aperture 18 or the beam splitter mirror 20, the illuminating pupil le 11 is located . Below the object, a flat round mirror reflector 15 '''is arranged, which reflects the incident light back into itself. Through the field lens 16 ', the observable object area and angle of view is restricted to approximately 150 mm, but is, in contrast to the arrangement according to FIG. 8, telecentric on the illumination and observation side.
Mit diesem telezentrischen System nach Fig. 9 können auch strukturierte Objekte wie Masken inspiziert und ihre Geo metrie vermessen werden.With this telecentric system according to FIG. 9, structured objects such as masks can also be inspected and their geometry measured.
Auch Fig. 10 zeigt eine Anordnung mit einer flächenhaften Diodenanordnung 25′, wobei im Gegensatz zu den Ausführungs beispielen nach Fig. 8 und 9 in Reflexion am Gegenstand 35 gearbeitet wird. Die Anordnung entspricht derjenigen in Fig. 6, dort für eine Kamera mit Diodenzeile.Also Fig. 10 shows an arrangement with a planar diode array 25 ', which in contrast to the examples of execution according to FIG. 8 and operating in reflection on the object 35. 9 The arrangement corresponds to that in FIG. 6, there for a camera with a diode row.
Der Krümmungsmittelpunkt 27 des oberhalb des Gegenstandes 35 angeordneten sphärischen Hohl-Spiegelreflektors 15′′ befindet sich unter Berücksichtigung der Reflexion an der Oberfläche 14 bei 27 zwischen der Beleuchtungspupille 11 und der Objek tivpupille 17. Die Beleuchtungspupille 11 wird von dem Hohl-Spiegelreflektor 15′′ durch zweimalige Reflexion an der spiegelnden Oberfläche 14 in die Objektivpupille 17 abgebil det, wo sich die Dunkelfeldblende 18 befindet. Damit die Be obachtungsachse senkrecht auf der ebenen Oberfläche 14 stehen kann, wird die Diodenkamera 22 mit einseitigem Bild feld benutzt, d.h., daß die Diodenfläche 25′ relativ zur op tischen Achse des Objektivs 19 in der aus Fig. 10 ersichtli chen Weise seitlich verschoben ist.The center of curvature 27 of the spherical hollow mirror reflector 15 'arranged above the object 35 ''is, taking into account the reflection on the surface 14 at 27 between the illumination pupil 11 and the objective pupil 17th The illumination pupil 11 is from the hollow mirror reflector 15 '' by two reflections on the reflecting surface 14 in the objective pupil 17 where the dark field aperture 18 is located. So that the observation axis can be perpendicular to the flat surface 14 , the diode camera 22 is used with a one-sided image field, that is, the diode surface 25 'relative to the optical axis of the lens 19 is shifted laterally in the manner shown in FIG .
Während sich der Spiegelreflektor 15′′ auf der einen Seite der Diodenkamera 22 befindet, ist die Beleuchtungsvorrich tung 29, 28′, 23 auf der entgegengesetzten Seite unmittelbar neben der Diodenkamera 22 angeordnet, und zwar in der Weise, daß der zu inspizierende rechteckige Bereich 13′ von der im Objekt beleuchteten Kreisscheibe voll abgedeckt ist.While the specular reflector 15 '' is on one side of the diode camera 22 , the directional lighting device 29 , 28 ', 23 is arranged on the opposite side immediately next to the diode camera 22 , in such a way that the rectangular region 13 to be inspected 'Is fully covered by the circular disc illuminated in the object.
Andere Möglichkeiten bestehen darin, daß das Objektiv 19 ge kippt und die Diodenfläche nach der Scheimpflug-Bedingung an geordnet wird.Other possibilities are that the lens 19 tilts and the diode surface is arranged according to the Scheimpflug condition.
Als Lichtquelle 29 wird bei den mit einer Diodenfläche 25′ arbeitenden Ausführungsformen oft eine Stroboskop-Blitzlampe verwendet, die im Falle einer kontinuierlichen Bewegung des Gegenstandes 35 parallel zu seiner Oberfläche eine bildfeld weise Beleuchtung gestattet.As a light source 29 is often used in the embodiments with a diode surface 25 'working with a stroboscopic flash lamp, which in the case of a continuous movement of the object 35 parallel to its surface allows image-wise illumination.
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