DE4230108A1

DE4230108A1 - MoirE-Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen einer Oberfläche

Info

Publication number: DE4230108A1
Application number: DE19924230108
Authority: DE
Inventors: Peter Helmut Dipl Phys Baumann
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: DE4230108C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Moire-Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche, bei dem ein periodisches Hellgitter auf die Oberfläche projiziert, das auf die Oberfläche aufprojizierte Hellgitter auf ein Dunkelgitter abgebildet wird, das eine gleich große Gitterkonstante wie das darauf abgebildete Hellgitter aufweist, und bei dem eine Verteilung von durch das Dunkelgitter hindurchtretenden Lichtintensitäten des darauf abgebildeten Hellgitters ausgewertet wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Moire-Verfahrens.

Bei einem klassischen Moire-Verfahren wird ein Strichgitter von hinten mit einer Lichtquelle beleuchtet, wobei das Strichgitter das einfallende Licht bis auf ein Hellgitter ausblendet. Dieses Hellgitter wird mit einem ersten Objektiv auf die zu vermessende Oberfläche aufprojiziert. Mit einem zweiten Objektiv wird das auf die Oberfläche aufprojizierte Hellgitter auf ein Dunkelgitter abgebildet. Das Dunkelgitter entspricht dabei, wenn auch die beiden Objektive übereinstimmen, dem optischen Gitter, d. h. es weist dieselbe oder zumindest fast dieselbe Gitterkonstante wie das darauf abgebildete Hellgitter auf. Von dem Dunkelgitter nicht ausgeblendete Lichtintensitäten des darauf abgebildeten Hellgitters werden von einer Kamera registriert. Hierbei zeigt sich ein Linienmuster, das im Idealfall identischer Gitterkonstanten direkt Höhenlinien auf der zu vermessenden Oberfläche entspricht. Zur quantitativen Auswertung dieser Höhenlinien müssen die beiden Objektive parallel zueinander und im wesentlichen senkrecht auf die zu vermessende Oberfläche ausgerichtet sein. Die Vorteile des Moire- Verfahrens sind, daß keine besondere Präparation der zu vermessenden Oberfläche notwendig ist, daß die Vermessung der Oberfläche kontaktlos erfolgt und auch aus größerer Entfernung möglich ist, daß ein flächiges Bild der Kontur der Oberfläche erhalten wird und daß die Genauigkeit der Vermessung im Vergleich zu der dabei eingehaltenen Entfernung zu der Oberfläche verhältnismäßig groß ist. Nachteilig ist jedoch, daß aus den registrierten Lichtintensitäten die Richtung der Konturen der Oberfläche nicht entnehmbar ist. D. h., daß beispielsweise eine Wölbung ist nicht von einer entsprechenden Vertiefung unterschieden werden kann.

Aus dem Artikel "Automatic on-line measurements of 3-D shape by shadow casting Moire topography" (Reid et al., Wear, 109, Seiten 297 bis 304 (1986)) ist ein Moire-Verfahren bekannt, bei dem nach jeweiliger Phasenverschiebung eines der Gitter mindestens drei Linienmuster zu der zu vermessenden Oberfläche aufgenommen werden. Aus der Phasenverschiebung der Gitter und den einzelnen Linienmustern lassen sich dann auch die Richtungen von Konturen der Oberfläche ermitteln. Dies ist jedoch vergleichsweise aufwendig.

Aus dem Artikel "Phase shift method based on object translation for full field automatic 3-D surface reconstructios from Moire topograms" (Dirckx et al., Applied Optics, 27, 6, Seiten 1164 bis 1169 (1988)) ist eine Moire- Verfahren zum Vermessen von Oberflächen bekannt, bei dem die Oberfläche zwischen der Aufnahme einzelner Linienmuster einer Translation unterworfen wird. Auch hier sind insgesamt mindestens drei Linienmuster aufzunehmen, wenn hieraus die Richtungen von Konturen auf der Oberfläche bestimmt werden sollen. Die Auswertung der einzelnen Linienmuster gestaltet sich ebenfalls schwierig. Weiterhin ist grundsätzlich zu berücksichtigen, daß aperiodische Vorgänge, während derer die Oberfläche zu vermessen ist, ein mehrfaches Aufnehmen von Linienmustern bei gleicher Stellung der Oberfläche nicht ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Moire-Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung aufzuzeigen, bei dem zur Bestimmung der Richtung von Konturen auf der Oberfläche die Auswertung eines einzigen Linienmusters ausreicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Hellgitter asymmetrisch ausgebildet ist. Durch die Asymmetrie des Hellgitters wird erkennbar, in welcher Richtung eine Kontur der Oberfläche verläuft. D. h. die Asymmetrie des Hellgitters läßt hervortreten, ob eine Neigung der Oberfläche von den Gittern weg oder auf diese zu gerichtet ist. Die Hellgitter zur Durchführung von Moire-Verfahren aus dem Stand der Technik gehorchen sämtlich der Bedingung I(n·c - x) = I(n·c + x). Die Lichtintensität I weist also nicht nur eine periodische Verteilung mit einer Gitterkonstanten c auf, sondern ist auch innerhalb jeder Periode symmetrisch zu deren Mittelpunkt n·c angeordnet. Demgegenüber gilt bei der Erfindung zumindest für eine endliche Anzahl von Punkten I(n·c - x) ungleich I(n·c + x). Auf diese Weise wird die Richtung der Phasenverschiebung des Hellgitters gegenüber dem Dunkelgitter in dem Linienmuster erkennbar. In der Richtung der Phasenverschiebung unterscheiden sich aber gerade auch die Gitter zu und von den Gittern weg gerichteten Neigungen der zu vermessenden Oberfläche.

Die oben genannte Forderung I(c·n - x) ungleich I(c·n + x) entspricht in ihrer einfachsten Interpretation der Tatsache, daß das Hellgitter Streifen mit jeweils zwei unterschiedlichen Flanken aufweist. Einfacher sind die Richtungen der Konturen der Oberfläche aber zu unterscheiden, wenn das Hellgitter Streifen mit jeweils zwei parallelen Bereichen unterschiedlicher Farbe aufweist. In diesem Fall gilt I(n·c - x) ungleich I(n·c + x) zumindest für eine der beiden Farben, wenn der Nullpunkt von x für beide Farben gleich gewählt wird. Die Richtungen der Konturen der Oberfläche sind dann dadurch zu unterscheiden, daß einmal zuerst eine Linie der ersten und erst anschließend eine Linie der zweiten Farbe beobachtet wird, während beim anderen Mal die Reihenfolge der Farben der Linien genau umgekehrt ist.

Unterschiedliche Farben der zwei parallelen Streifen entsprechend Bereichen zwar gleicher Farbe aber unterschiedlicher Polarisationen. Hier ist allerdings die Richtung der Konturen ohne technische Hilfsmittel nicht ohne weiteres ersichtlich und es bedarf zur Auswertung des Linienmusters einer Vorrichtung, die unterschiedliche Polarisationen der durch das Dunkelgitter hindurchtretenden Lichtintensitäten zu erkennen in der Lage ist.

Vorteilhaft weisen die beiden parallelen Bereiche der Streifen des Hellgitters jeweils gleiche Breite auf. In diesem Fall ist nur die Abfolge der Farben bzw. der Polarisationen von der Neigungsrichtung der Oberfläche abhängig, aber nicht zusätzlich der Abstand der einzelnen beobachteten Linien.

Das Dunkelgitter kann streifenförmige, darauf abgebildete Lichtintensitäten des Hellgitters vollständig ausblendende Schwarzbereiche aufweisen, deren Breite genauso groß ist wie die Streifen des Hellgitters. Grundsätzlich können sowohl die Intensitäten des Hellgitters als auch die Durchlässigkeiten des Dunkelgitters stetige, beispielsweise sinusförmige Verläufe aufweisen. Quantitativ leichter auszuwerten sind die Linienmuster aber bei Verwendung von 1-0-Gittern, d. h. von Gittern, die lokal entweder keine oder maximale Intensität bzw. keine oder maximale Durchlässigkeit aufweisen. Hierbei ist es zur vollständigen Ausnutzung der in der Phasenverschiebung des Dunkelgitters und des darauf abgebildeten Hellgitters enthaltenen Information sinnvoll, den Abstand der die darauf abgebildeten Lichtintensitäten des Hellgitters ausblendenden Schwarzbereiche des Dunkelgitters genauso groß zu wählen, wie die Breite der Streifen des Hellgitters.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform wird dadurch erreicht, daß das Dunkelgitter streifenförmige, darauf abgebildete Lichtintensitäten des Hellgitters vollständig ausblendende Schwarzbereiche aufweist, deren Abstand genauso groß ist wie die Breite jedes parallelen Bereichs der Streifen des Hellgitters. Hier werden die Intensitätsverteilungen der einzelnen Farben bzw. Polarisationen bereits durch das Dunkelgitter stärker getrennt. Dies erleichtert in Einzelfällen die Auswertung der Linienmuster.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Moire-Verfahrens, mit einem einfallendes Licht bis auf ein Hellgitter ausblendenden, optischen Gitter, einer das optische Gitter von hinten beleuchtenden Lichtquelle, einem das Hellgitter auf eine Oberfläche projizierenden ersten Objektiv, einem das auf die Oberfläche aufprojizierte Hellgitter auf ein Dunkelgitter abbildenden und parallel zu dem ersten Objektiv ausgerichteten zweiten Objektiv und mit einer von dem Dunkelgitter nicht ausgeblendete Lichtintensitäten des darauf abgebildeten Hellgitters registrierenden Kamera ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter in jeweils zwei Bereiche mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufgeteilte Durchtritte aufweist und daß die Kamera die optischen Eigenschaften der beiden Bereiche unterscheidet. Statt der einen, die optischen Eigenschaften der beiden Bereiche unterscheidenden Kamera kann auch im Strahlengang hinter dem Dunkelgitter ein Strahlteiler angeordnet sein, der die durch das Dunkelgitter hindurchtretenden Lichtintensitäten in zwei Teilstrahlen aufspaltet, wobei in den beiden Teilstrahlen jeweils separate, die Lichtintensitäten mit den optischen Eigenschaften eines der beiden Bereiche registrierende Kameras angeordnet sind. Im einfachsten Fall weisen die Durchtritte des optischen Gitters zwei Bereiche unterschiedlicher Farbe auf und in die Kamera zur Registrierung der Lichtintensität ist ein Farbfilm eingelegt. Bei einer computergestützten Auswertung der Lichtintensitäten mag es jedoch häufig von Vorteil sein, die Lichtintensitäten mit den optischen Eigenschaften jeweils eines der beiden Bereiche von vornherein getrennt aufzuzeichnen. Dies kann mit zwei verschiedenen Kameras unter Verwendung eines Strahlteilers erfolgen. Besonders einfach hinsichtlich des, Justieraufwands dürfte jedoch der Einsatz einer Farbkamera sein.

Das optische Gitter ist in vorteilhafter Weise durch Abfotografieren einer farbigen Vorlage herstellbar. Hierdurch ist es möglich, die Durchtritte des optischen Gitters in zwei Bereiche unterschiedlicher Farbe aufzuteilen und dennoch geringe Gitterkonstanten zu erreichen. Die Gitterkonstanten bestimmen direkt die Auflösung beim Vermessen der Oberfläche. In diesem Zusammenhang ist es erwähnenswert, daß bei dem neuen Verfahren und der neuen Vorrichtung durch die Aufteilung der Streifen des Hellgitters bzw. der Durchtritte des optischen Gitters in zwei parallel zueinander angeordnete Bereiche die effektive Gitterkonstante um bis zu einem Faktor 2 verbessert wird. D. h., das farbige Hellgitter entspricht bei günstiger Gestaltung einem normalen Gitter mit halb so großem Streifenabstand.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Moire- Verfahrens,

Fig. 2 ein Hell- und ein Dunkelgitter zur Verwendung bei einer ersten Ausführungsform des Moire-Verfahrens,

Fig. 3 ein Hell- und ein Dunkelgitter zur Durchführung bei einer zweiten Ausführungsform des Moire-Verfahrens,

Fig. 4 Intensitätsverläufe zu verschiedenen Ausführungsformen des Moire-Verfahrens und

Fig. 5 ein bei einer Durchführung des Moire-Verfahrens gewonnenes Linienmuster im zweidimensionalen Schnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 dient zur Durchführung eines Moire-Verfahrens zum Vermessen einer Oberfläche 2. Dabei interessiert die Kontur der Oberfläche 2. Als Beispiel für eine Neigung der Oberfläche 2 innerhalb ihrer Kontur dient hier die Verkippung der Oberfläche 2 in die Stellungen 2′ und 2′′. Die Vorrichtung 1 weist eine Lichtquelle 3 auf, die unter Zwischenschaltung einer Linse 4 ein optisches Gitter 5 von hinten beleuchtet. Das optische Gitter 5 blendet das von der Lichtquelle einfallende Licht bis auf ein Hellgitter aus. Das Hellgitter wird von einem ersten Objektiv senkrecht auf die Oberfläche 2 projiziert. Hierbei bedeutet senkrecht, daß die optische Achse 7 des ersten Objektivs 6 senkrecht auf die Oberfläche 2 ausgerichtet ist. Das auf die Oberfläche 2 aufprojizierte Hellgitter wird von einem zweiten Objektiv 8 auf ein Dunkelgitter 9 abgebildet. Hierbei entspricht das zweite Objektiv 8 dem ersten Objektiv 6 und die optische Achse 10 des zweiten Objektivs 8 ist parallel zu der optischen Achse 7 des ersten Objektivs 6 ausgerichtet. Hinter dem Dunkelgitter 6 ist eine Feldlinse 11 angeordnet, mit deren Hilfe eine Kamera 12 von dem Dunkelgitter nicht ausgeblendete Lichtintensitäten des darauf abgebildeten Hellgitters registriert.

Die Vorrichtung 1 ist in dieser allgemeinen Form sowohl zur Durchführung bekannter Moire-Verfahren als auch zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignet. Bei Durchführung des neuen Verfahrens ist das optische Gitter 5 und damit das hieraus resultierende Hellgitter in besonderer Weise ausgebildet und die Kamera 12 muß in der Lage sein, verschiedene optische Eigenschaften zu unterscheiden. In einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung ist zusätzlich hinter dem Dunkelgitter 9 ein Strahlteiler 13 vorgesehen, dem eine zweite Feldlinse 14 und eine zweite Kamera 15 zugeordnet sind. Diese zusätzlichen Bauteile sind hier gestrichelt wiedergegeben. Die Kamera 15 unterscheidet sich von der Kamera 12 in den optischen Eigenschaften der aufgezeichneten Lichtintensitäten.

Der Meßeffekt bei einem Moire-Verfahren beruht auf der relativen Phasenverschiebung des auf das Dunkelgitter 9 abgebildeten Hellgitters, wobei das Dunkelgitter 9 und das Hellgitter etwa gleich große Gitterkonstanten aufweisen. Wird beispielsweise die Oberfläche 2 in die Stellung 2′ verkippt, so resultiert hieraus bezüglich des Objektivs 8 eine vermeintliche Verschiebung des Hellgitters in Richtung der Pfeile 26 überall dort, wo sich die Oberfläche 2 auf das Objektiv 8 zu bewegt, und in Richtung der Pfeile 27 überall dort, wo sich die Oberfläche 2 von dem Objektiv 8 wegbewegt. Daraus ergeben sich lokale Veränderungen der Gitterkonstanten des auf das Dunkelgitter abgebildeten Hellgitters, die in Form eines Linienmusters von der Kamera 12 beobachtet werden. Dabei ist normalerweise aus einem einzigen Linienmuster nicht zu unterscheiden, ob sich an einem bestimmten Punkt die Oberfläche 2 auf das Objektiv 8 zu bewegt oder sich von diesem entfernt. D. h., die Richtungen der Pfeile 26 und 27 sind bei stationärer Betrachtung der Oberfläche 2 nicht ermittelbar. Hier setzt die Erfindung an.

In Fig. 2 ist oben eine erste zur Durchführung der Erfindung geeignete Ausführungsform des optischen Gitters 5 gemäß Fig. 1 dargestellt. Darunter ist die entsprechende Ausführungsform des Dunkelgitters 9 wiedergegeben. Das optische Gitter 5 weist das einfallende Licht der Lichtquelle 3 vollständig ausblendende Schwarzbereiche 16 und dazwischen angeordnete Durchtritte 17 auf. Die Durchtritte sind dabei jeweils in zwei Bereiche 18, 19 mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufgeteilt. Beispielsweise lassen die Bereiche 18 nur grünes und die Bereiche 19 nur rotes Licht hindurchtreten. Das Dunkelgitter 9 ist in einfallende Lichtintensitäten vollständig ausblendende Schwarzbereiche 20 und einfallende Lichtintensitäten vollständig hindurchtreten lassende Durchtritte 21 aufgeteilt. Hierbei entspricht die Breite 22 der Durchtritte 21 der Breite 23 der Schwarzbereiche des optischen Gitters 5. Gleichzeitig gilt hier, daß die Breite 24 der Schwarzbereiche 20 des Dunkelgitters 9 genauso groß ist wie die Summe der Breiten 25 und 30 der beiden Bereiche 18 und 19 der Durchtritte 17 des optischen Gitters 5.

Das aus dem optischen Gitter 5 gemäß Fig. 2 resultierende Hellgitter besteht ausschl. aus untereinander beabstandeten Streifen mit jeweils zwei parallelen Bereichen unterschiedlicher optischer Eigenschaften. Hierbei entsprechend die Streifen den Durchtritten 17 des optischen Gitters 5, die Abstände der Durchtritte den Schwarzbereichen 16 und die optischen Eigenschaften der beiden parallelen Bereichen denjenigen der Bereiche 18 und 19. Zur Veranschaulichung einer Verschiebung des auf das Dunkelgitter 9 abgebildeten Hellgitters können daher Relativverschiebungen des optischen Gitters 5 zu dem Dunkelgitter 9 betrachtet werden. Bereits aus Fig. 2 geht hervor, daß hierbei Relativverschiebungen in den unterschiedlichen Richtungen der Pfeile 26 und 27 zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. So werden bei einer Verschiebung in Richtung des Pfeils 26 zuerst die Bereiche 19 von den Schwarzbereichen 20 des Dunkelgitters 9 abgedeckt, während in Richtung des Pfeils 27 zunächst die Bereiche 18 ausgeblendet werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des optischen Gitters 5 und des Dunkelgitters 9 gemäß Fig. 1 zur Durchführung des neuen Moire-Verfahrens. Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß Fig. 2 bestehen dabei hinsichtlich der Breite 23 der Schwarzbereiche 16 des optischen Gitters 5 und der Breite 22 der Durchtritte 21 des Dunkelgitters 9. Zwar stimmen auch hier diese beiden Größen überein, doch gleichen sie nicht der gesamten Breite der Durchtritte 17 des optischen Gitters 5 sondern jeweils nur einer der Breiten 25, 30 der einzelnen Bereiche 18, 19 der Durchtritte 17. Auf diese Weise wird eine stärkere Trennung der den Bereichen 18 und 19 bei dem Hellgitter entsprechenden parallelen Bereiche beim teilweisen Durchtritt durch das Dunkelgitter 9 bewirkt. Dies geht im einzelnen aus Fig. 4 hervor. Weiterhin ist die die Auflösung des Moire-Verfahrens bestimmende Gitterkonstante (22 + 24 bzw. 23 + 25 + 30) um 25% kleiner als in Fig. 2, ohne daß eine der Breiten (22, 23, 24, 25, 30) kleiner wäre als die kleinste Breite (25, 30) gemäß Fig. 2, die für den Herstellungsaufwand der Gitter entscheidend ist.

Fig. 4 zeigt drei verschiedene Auftragungen von Lichtintensitäten, die beim Verschieben des Hellgitters gegenüber dem Dunkelgitter 9 durch einen einzelnen Durchtritt 21 des Dunkelgitters 9 gemäß Fig. 1 hindurchtreten. Hierbei sind die Lichtintensitäten in einem relativen Naßstab wiedergegeben, während die Angabe zu den Verschiebungen den Phasenwinkel in Einheiten von π erfolgt. D. h. eine Verschiebung von 0 bis 2 entspricht der Relativverschiebung des Hellgitters gegenüber dem Dunkelgitter 9 um eine Periode, deren Länge sich aus den Breiten 23, 25 und 30 bzw. 24 und 22 zusammensetzt.

Fig. 4a gibt die Verhältnisse bei Verwendung eines herkömmlichen optischen Gitters 5 und eines daraus resultierenden herkömmlichen Hellgitters ohne Unterteilung der Streifen in parallele Bereiche unterschiedlicher optischer Eigenschaften wieder. Hierbei ist eine Verschiebung in positiver Richtung, die dem Pfeil 26 gemäß Fig. 1 entspricht, nicht von einer Verschiebung in der negativen Richtung des Pfeils 27 zu unterscheiden. Der Verlauf der dargestellten Lichtintensität 31 weist dieselbe Symmetrie zum Nullpunkt auf wie das optische Gitter 5 bzw. das daraus resultierende Hellgitter.

In Fig. 4b, die der Verwendung eines optischen Gitters und eines Dunkelgitters 9 gemäß Fig. 2 entspricht, ist diese Symmetrie nicht gegeben. Die gesamte Lichtintensität weist zwei unterscheidbare Anteile 28 und 29 auf. Der Anteil 28 geht jeweils auf einen Bereich 18 der Durchtritte des optischen Gitters 5 zurück, während der Anteil 29 auf einem Bereich 19 beruht. Beide Anteile 28 und 29 sind asymmetrisch zum Nullpunkt verteilt. D. h. es gilt I₂₈(-x) ungleich I₂₈(x) und I₂₉(-x) ungleich I₂₉(x). Auch bei beliebiger Wahl des Nullpunkts ergibt sich höchstens für einen Anteil eine symmetrische Verteilung. Dies ist Grundlage dafür, daß sich Verschiebungen des Hellgitters in Richtung des Pfeils 26 von solchen in Richtung des Pfeils 27 unterscheiden lassen. Bei Verschiebungen des Hellgitters in Richtung des Pfeils 26 nimmt zunächst die Lichtintensität des Bereichs 19 ab, während die des Bereichs 18 auf dem Maximalwert bleibt. Bei Verschiebung in Richtung des Pfeils 27 ist genau das Umgekehrte der Fall. Darüber hinaus ist aus Fig. 4b ersichtlich, daß die Flanken der Anteile 28 und 29 doppelt so steil sind wie diejenigen der in Fig. 4a aufgetragenen Lichtintensität 31. Hieraus ergibt sich eine verbesserte Auflösung des Moire-Verfahrens, die einem Gitter mit halbierter Periodenlänge, was gleichbedeutend ist mit einem Gitter doppelter Gitterkonstante, entspricht.

Die in Fig. 4c dargestellten Verläufe der Anteile 28 und 29 an den durch einen einzelnen Durchtritt 21 des Dunkelgitters 9 hindurchtretenden Lichtintensitäten geht auf die Verwendung des optischen Gitters 5 und des Dunkelgitters 9 gemäß Fig. 3 zurück. Hierbei entspricht der Nullpunkt genau der in Fig. 3 wiedergegebenen Relativstellung. Bei der Skalierung des Phasenwinkels π ist die relativ zu Fig. 2 kleinere Gitterkonstante (22 + 24 bzw. 23 + 25 + 30) berücksichtigt. Wie bereits erwähnt führt die Ausführungsform gemäß Fig. 3 zu einer stärkeren Trennung der Lichtintensitäten der beiden parallelen Bereiche der Streifen des auf das optische Gitter 5 zurückgehenden Hellgitters. Dies ist daran ersichtlich, daß die Kurvenflächen unter den Anteilen 28 und 29 eine geringere Überdeckung aufweisen als in Fig. 4b. Allerdings werden bei beiden Anteilen 28 und 29 so nur in einem geringen Teilbereich leicht registrierbare große Lichtintensitäten von dem Dunkelgitter 9 durchgelassen. Die jeweiligen Flankensteigungen sind wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4a gegenüber dem Stand der Technik auf das Doppelte angestiegen. Dies bedeutet wiederum eine Verbesserung der Auflösung des Moire-Verfahrens um 100%. Ebenso ist natürlich auch hier aus dem asymmetrischen Aufbau des optischen Gitters 5 bzw. des daraus resultierenden Hellgitters und der asymmetrischen Verteilung der Anteile 28 und 29 die jeweilige Verschiebungsrichtung ermittelbar. So sind wie in Fig. 4b Verschiebungen in Richtung des Pfeils 26 dadurch charakterisiert, daß sich an einen dunklen Bereich zunächst eine Linie des Anteils 29 und dann eine des Anteils 28 anschließt, während Verschiebungen in Richtung des Pfeils 27 durch eine Reihenfolge dunkler Bereiche, Anteil 28 und Anteil 29 erkenntlich sind.

Fig. 5 zeigt die Verteilung der Lichtintensität 32 auf der Rückseite des Dunkelgitters 9 bei Anordnung der Oberfläche 2 in Stellung 2′ oder 2′′. Die lokalen Maxima und Minima der Lichtintensität 32 entsprechen dabei jeweils Durchtritten 21 und Schwarzbereichen 20 des Dunkelgitters 9. Die Minima und Maxima einer geglätteten Intensität 33, die hier die Maxima der Lichtintensität 32 miteinander verbindet, entsprechen Höhenlinien auf der Oberfläche 2, die in Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Aus Fig. 5 ist nun aber noch nicht ersichtlich, ob die Höhenlinien einer ansteigenden Kontur, einer abfallenden Kontur oder einer Wölbung bzw. einer Vertiefung entsprechen. Dies ergibt sich erst, wenn die Lichtintensität 32 für beide Bereiche 18 und 19 der Durchtritte des optischen Gitters 5 bzw. der entsprechenden Bereiche des Hellgitters separat aufgetragen und die jeweiligen Abfolgen der Anteile 28 und 29 bei den lokalen Maxima ermittelt werden. Gleiche Abfolgen bedeuten dann gleichsinnig ansteigende oder abfallende Höhenlinien, wobei jedoch in dem Bereich zwischen den optischen Achsen 7 und 10 der Objektive 6 und 8 gemäß Fig. 1 ein Vorzeichenwechsel auftritt.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Oberfläche
3 Lichtquelle
4 Linse
5 optisches Gitter
6 Objektiv
7 optische Achse
8 Objektiv
9 Dunkelgitter
10 Optische Achse
11 Feldlinse
12 Kamera
13 Strahlteiler
14 Feldlinse
15 Kamera
16 Schwarzbereich
17 Durchtritt
18 Bereich
19 Bereich
20 Schwarzbereich
21 Durchtritte
22 Breite
23 Breite
24 Breite
25 Breite
26 Pfeil
27 Pfeil
28 Anteil
29 Anteil
30 Breite
31 Lichtintensität
32 Lichtintensität
33 geglättete Intensität

Claims

1. Moire-Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche, bei dem ein periodisches Hellgitter auf die Oberfläche projiziert wird, das auf die Oberfläche aufprojizierte Hellgitter auf ein Dunkelgitter abgebildet wird, das eine gleichgroße Gitterkonstante wie das darauf abgebildete Hellgitter aufweist, und bei dem eine Verteilung von durch das Dunkelgitter hindurchtretenden Lichtintensitäten des darauf abgebildeten Hellgitters ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hellgitter asymmetrisch ausgebildet ist.

2. Moire-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hellgitter Streifen mit jeweils zwei unterschiedlichen Flanken aufweist.

3. Moire-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hellgitter Streifen mit jeweils zwei parallelen Bereichen unterschiedlicher Farbe aufweist.

4. Moire-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hellgitter Streifen mit jeweils zwei parallelen Bereichen unterschiedlicher Polarisation aufweist.

5. Moire-Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallelen Bereiche gleiche Breite (25, 30) aufweisen.

6. Moire-Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dunkelgitter (9) streifenförmige, darauf abgebildete Lichtintensitäten des Hellgitters vollständig ausblendende Schwarzbereiche (20) aufweist, deren Breite (24) genauso groß ist wie die Breite (25+30) der Streifen des Hellgitters.

7. Moire-Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dunkelgitter (9) streifenförmige, darauf abgebildete Lichtintensitäten des Hellgitters vollständig ausblendende Schwarzbereiche (20) aufweist, deren Abstand (22) genauso groß ist wie die Breite (25+30) der Streifen des Hellgitters.

8. Moire-Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dunkelgitter (9) streifenförmige, darauf abgebildete Lichtintensitäten des Hellgitters vollständig ausblendende Schwarzbereiche (20) aufweist, deren Abstand (22) genauso groß ist wie die Breite (25, 30) jedes parallelen Bereichs der Streifen des Hellgitters.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Moire-Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, mit einem einfallendes Licht bis auf ein Hellgitter ausblendenden, optischen Gitters, einer das optische Gitter von hinten beleuchtenden Lichtquelle, einem das Hellgitter auf eine Oberfläche projizierenden ersten Objektiv, einem das auf die Oberfläche aufprojizierte Hellgitter auf ein Dunkelgitter abbildenden und parallel zu dem ersten Objektiv ausgerichteten zweiten Objektiv und mit einer von dem Dunkelgitter nicht ausgeblendete Lichtintensitäten des darauf abgebildeten Hellgitters registrierenden Kamera, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter (5) in jeweils zwei Bereiche (18, 19) mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufgeteilte Durchtritte (17) aufweist und daß die Kamera (12) die optischen Eigenschaften der beiden Bereiche (18, 19) unterscheidet oder im Strahlengang hinter dem Dunkelgitter ein Strahlteiler (13) und eine zweite Kamera (15) angeordnet sind, wobei die beiden Kameras (12, 15) jeweils Lichtintensitäten mit den optischen Eigenschaften eines der beiden Bereiche (18, 19) registrieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter (5) eine fotographische Wiedergabe einer farbigen Vorlage ist.