DE4006343A1 - Verfahren zur auswertung von streifenmustern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beobachtung und Auswertung von Streifenmustern bei optischen Meßverfahren, mit denen Größen wie Form und Verformung von Objekten erfaßt werden.

Zur meßtechnischen Erfassung dieser Größen werden heute unter­ schiedliche Meßverfahren eingesetzt, die die Meßgrößen in Form von Streifensystemen erfassen.

Beispiele sind: Interferometrie, Holografie, Speckle-Verfahren, Moire-Techniken, Projected-Fringe-Verfahren.

Mittels eines Verfahrens der eingangs genannten Art können die in den Streifenmustern enthaltenen Meßinformationen aufgenom­ men und quantitativ ausgewertet werden.

Ein Verfahren zur quantitativen Auswertung von Streifensystemen ist beispielsweise in der Zeitschrift "Applied Optios", Vol 24, No 14, Seite 2145 ff beschrieben. Es handelt sich dabei um das Phasen-Shift-Verfahren zur Auswertung holografischer Interfero­ gramme. Eine Anwendung dieses Verfahrens für Projected-Fringe- Techniken ist beispielsweise in DE 37 21 749 A1 beschrieben.

Bei den beschriebenen Phasenshift-Verfahren werden nacheinander mehrere (mindestens 3) phasen-geshiftete Streifensysteme erfaßt und ausgewertet. Dabei werden im optischen Aufbau zusätzlich spezielle Vorrichtungen benötigt, um die notwendige Phasenver­ schiebung durchzuführen. Durch die zeitlich nacheinander erfol­ gende Meßdatenerfassung werden die Verfahren empfindlich gegen unerwünschte mechanische und thermische Störungen. Außerdem können dynamische Vorgänge i.a. nicht erfaßt werden.

In P 38 43 396.6-52 sind für Moire-Techniken Verfahren be­ schrieben, mit denen eine gleichzeitige Erfassung von phasenver­ schobenen Moiremustern möglich ist. Diese Verfahren erfordern aber entweder den Einsatz von speziell adaptierten 3-Chip-CCD-Kameras oder einen komplizierten optischen Aufbau, mit dem die vorge­ schlagene Verschachtelung der Moiremuster möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die Auswertung von Streifenmustern auf Systeme ohne Phasen-Shift-Einrichtung und zur Erfassung dynamischer Vorgänge erweitert.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit dem in Anspruch (1) gekenn­ zeichneten Merkmal gelöst. Das Verfahrensprinzip beruht darauf, daß durch Justierung des optischen Meßaufbaus dem vom Objekt er­ zeugten, die Meßinformation enthaltenden Streifenmuster ein Träger­ frequenzmuster überlagert wird, dessen Periodizität auf die Raster­ teilung des Sensors bzw. ein Vielfaches davon eingestellt ist.

Die quantitative Auswertung eines solchen Streifenmusters erfolgt durch einen an die Periodizität der Trägerfrequenz angepaßten Phasen-Shift-Algorithmus. Dabei kann eine exakte, der Theorie entsprechende Auswertung jedoch nur dann erfolgen, wenn das vom Sensor erfaßte Streifenmuster sinusförmig ist und eine gleich­ mäßige Hintergrundintensität sowie konstanter Streifenkontrast vorliegen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für den praktischen Einsatz auch bei starken Abweichungen von den zuvor genannten Bedingungen eine näherungsweise Auswertung mit hinreichender Genauigkeit möglich ist.

Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Tatsache, daß eine quantitative Streifenauswertung nach dem Phasenshift- Verfahren anhand eines einzelnen Bildes möglich ist. Damit können dynamische Vorgänge erfaßt werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Auswertung nachträglich beispielsweise anhand von Photografien durchzuführen, sofern bei der Bildaufnahme ein entsprechendes Trägerfrequenzmuster einge­ stellt wurde.

Die Einstellung eines Trägerfrequenzmusters kann zudem an einem Großteil der am Markt befindlichen, auf den genannten Meßprinzipien basierenden Meßsystemen ohne zusätzliche apparative Änderungen erfolgen. Damit eignet sich das Verfahren auch zur nachträglichen Aufrüstung vorhandener Anlagen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Das Beispiel demonstriert die interferometrische Bauteilvermessung.

In einem Interferometer 1 wird durch kohärente Überlagerung von Objekt- 2 und Referenzwellen 3 ein Interferenzmuster erzeugt und auf eine CCD-Kamera 4 abgebildet, in dem als Meßdaten die optischen Wegdifferenzen zwischen Objekt- und Referenzstrahlungen und damit in bekannter Weise die gewünschten Kenndaten des Bauteiles 5 gespeichert sind.

Durch entsprechende Justierung des Referenzspiegels 6 wird ein senkrecht verlaufendes Trägerfrequenzmuster 7 so eingestellt, daß seine Periodizität 8 am Target der Aufnahmekamera dem 3­ fachen der Rasterweite 9 des CCD-Arrays 10 entspricht. Das von der CCD-Kamera aufgenommene Streifenmuster wird an ein geeig­ netes Bildverarbeitungssystem weitergeleitet. Dort erfolgt die Digitalisierung, Speicherung und Auswertung der Meßdaten.

Die Auswertung der Meßdaten kann in diesem Fall nach dem bekannten 3-Step-Phasenshift-Verfahren erfolgen. Dazu werden jeweils 3 benachbarte Pixel miteinander verrechnet. Die Subtraktion des Trägerfrequenzmusters kann nachträglich mit bekannten Algorithmen erfolgen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Beobachtung und Auswertung von Streifenmustern bei optischen Meßverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Justierung des optischen Meßaufbaus dem die objekt­ bezogene Meßinformation enthaltenden Streifenmuster ein Trägerfrequenzmuster überlagert und so auf einen geeigneten Sensor ausgebildet wird, daß vom Sensor ein über die Sensor­ fläche annähernd periodisches, ebenfalls die Meßinformation enthaltendes Streifenmuster erfaßt wird, welches gemäß einem an die Periodizität der Trägerfrequenz angepaßten Phasenshift- Algorithmus ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor mit vorgegebener Rasterteilung verwendet wird, wobei die Periodizität des Trägerfrequenzmusters so gewählt wird, daß die Rasterteilung des Sensors dem mindestens 3-fachen dieser Periodizität entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor mit vorgegebener Rasterteilung verwendet wird und die Periodizität des Trägerfrequenzmusters dem Sensorraster angepaßt wird, so daß sich durch Überlagerung von Sensor­ raster und primärem Streifenmuster ein entsprechend auswert­ bares Sekundärmuster ergibt, wobei die Rasterteilung des Sensors dem mindestens 3-fachen des Sekundärmusters ent­ spricht.