DE4235618A1

DE4235618A1 - Holographic-interferometric pattern recognition method - placing reference body next to measurement object, to allow comparison for control of wavelength of one of two coherent light sources

Info

Publication number: DE4235618A1
Application number: DE19924235618
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr Eyring; Thomas Dipl Phys Karasinski; Dieter Dr Zwingel
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-04-28

Abstract

Laser sources (1,7) produce beams (A,B) of coherent light of differing wavelength. Beams A and B are combined using half-silvered mirror (8) and mirrors (2,3,4,5) then focussed by lens (6) to illuminate the object (M) and a reference body (V) in field (S). To maintain the wavelength difference constant irrespective of external influences, an imaging system (11) is used. Beam (B) is used to derive reference beam (R), creating interference stripes on the reference body (V), which are captured by (11). The variation in position of a particular stripe is used to generate a control signal (D) which regulates the wavelength of light source (7), maintaining constant difference to source (1). USE/ADVANTAGE - Holographic-interferometric pattern recognition using Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) where laser wavelength control is by regulating diode current, temp. or etalon adjustment etc. E.g. for quality control. Excludes undesirable influence on wavelength difference.

Description

Die Erfindung betrifft ein holografisch- interferometrisches Verfahren zur Formerkennung eines Meßobjekts in einem Strahlenfeld zweier kohärenter Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge mittels eines Aufzeichnungssystems.The invention relates to a holographic interferometric method for shape recognition Measurement object in a radiation field of two coherent Light sources of different wavelengths using a Recording system.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DD 2 80 169 A1 beschrieben.Such a method is for example in the DD 2 80 169 A1.

Bei einem derartigen Verfahren wird das Interferenzmuster der von dem Meßobjekt reflektierten Strahlung zur Bestimmung seiner Kontur herangezogen. Das jeweilige Interferenzmuster kann entweder holografisch oder mittels eines elektronischen Aufzeichnungssystems (Electronic Speckle Pattern Interferometry = ESPI) aufgezeichnet werden.In such a method, the interference pattern the radiation reflected by the measurement object for Determination of its contour. The respective Interference patterns can either be holographic or by means of an electronic recording system (Electronic Speckle Pattern Interferometry = ESPI) recorded become.

Zur quantitativen Auswertung muß die Wellenlänge und die Wellenlängendifferenz der verwendeten kohärenten Lichtquellen bekannt sein. Diese Größen können sich jedoch aufgrund von äußeren Bedingungen ändern. Dies ist bei Serienuntersuchungen von Objekten ungünstig, da sich dann die Meßwerte entsprechend ändern. Beispielsweise im Rahmen von Qualitätssicherungs-Maßnahmen sollten die Wellenlänge und die Wellenlängendifferenz möglichst konstantgehalten werden.For quantitative evaluation, the wavelength and the Wavelength difference of the coherent used Light sources to be known. These sizes can vary however, change due to external conditions. This is unfavorable for serial examinations of objects because then change the measured values accordingly. For example in As part of quality assurance measures Wavelength and the wavelength difference if possible be kept constant.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem unerwünschte Einflüsse auf die Wellenlängendifferenz ausgeschaltet werden können.The object of the invention is a method of the beginning to propose the type mentioned, with the unwanted Influences on the wavelength difference switched off can be.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in das Strahlenfeld neben dem Meßobjekt ein bestimmter Vergleichskörper eingestellt wird, daß mittels des Aufzeichnungssystems die Lage der Interferenzstreifen des Strahlenfeldes auf dem Vergleichskörper erfaßt wird, daß aus der Änderung der jeweiligen Lage eines bestimmten Interferenzstreifens auf dem Vergleichskörper ein elektrisches Steuersignal ermittelt wird und daß mit dem Steuersignal die Wellenlänge einer der Lichtquellen eingestellt wird.According to the invention, the above object is in a method of type mentioned solved in that in the A certain radiation field next to the measurement object Comparative body is set that by means of Recording system the location of the interference fringes of the Radiation field on the comparison body is detected that from the change in a particular location Interference fringes on the comparison body electrical control signal is determined and that with the Control signal the wavelength of one of the light sources is set.

Dadurch ist es möglich, die Wellenlängendifferenz unabhängig von äußeren Einflüssen konstantzuhalten. Dies verbessert die Meßgenauigkeit. Die Wellenlängendifferenz ist die "Maßstabsverkörperung".This makes it possible to determine the wavelength difference to be kept constant regardless of external influences. This improves measurement accuracy. The wavelength difference is the "scale embodiment".

Werden Halbleiter-Laserdioden als Lichtquellen verwendet, dann läßt sich deren Wellenlänge in vergleichsweise weiten Grenzen durch Änderung der Betriebstemperatur einstellen. Dies kann durch eine externe Heizung oder durch eine Änderung des Betriebsstromes erfolgen. Mittels des Steuersignals wird in diesem Fall die externe Heizung oder der Betriebsstrom eingestellt.If semiconductor laser diodes are used as light sources, then their wavelength can be compared wide limits by changing the operating temperature to adjust. This can be done by an external heater or by changing the operating current. Means In this case, the control signal becomes the external heating or the operating current is set.

Wird als Lichtquelle ein Dauer-Laser mit piezoelektrisch gesteuertem Etalon verwendet, dann wirkt das Steuersignal auf den Etalon.A permanent laser with piezoelectric is used as the light source controlled etalon, then the control signal acts to the etalon.

Im Bedarfsfall ist es mittels des beschriebenen Verfahrens auch möglich, die Wellenlängendifferenz gezielt zu variieren. Mit der Wellenlängendifferenz ändert sich die Liniendichte (Dichte der Interferenzstreifen) auf dem Objekt. Dadurch ist es möglich, die Wellenlängendifferenz und somit die Lage der Interferenzstreifen an die Dimensionen des Meßobjekts anzupassen. Bei "flachen" Objekten wird eine größere Wellenlängendifferenz gewählt als bei stark strukturierten Objekten.If necessary, it is by means of the described Procedure also possible, the wavelength difference to vary specifically. With the wavelength difference the line density changes (density of the Interference fringes) on the object. That’s it possible, the wavelength difference and thus the location of the Interference fringes on the dimensions of the measurement object adapt. With "flat" objects, a larger one Wavelength difference chosen as for strong structured objects.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. Die Figur zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims and the following Description. The figure shows an arrangement for Execution of the procedure.

Ein Laserstrahl (A) eines ersten Lasers (1) ist über Spiegel (2, 3, 4, 5) und durch eine Linse (6) auf ein Meßobjekt (M) gerichtet.A laser beam (A) from a first laser ( 1 ) is directed via mirrors ( 2 , 3 , 4 , 5 ) and through a lens ( 6 ) onto a measurement object (M).

Ein Laserstrahl (B) eines zweiten Lasers (7) ist parallel zum Laserstrahl (A) über einen teildurchlässigen Spiegel (8), die Spiegel (3, 4, 5) und die Linse (6) ebenfalls auf das Meßobjekt (M) gerichtet. Der halbdurchlässige Spiegel (8) dient der koaxialen Zusammenführung der Laserstrahlen (A, B). Die Laserstrahlen (A, B) sind kohärent und weisen unterschiedliche Wellenlängen auf.A laser beam (B) from a second laser ( 7 ) is also directed parallel to the laser beam (A) via a partially transparent mirror ( 8 ), the mirrors ( 3 , 4 , 5 ) and the lens ( 6 ) onto the measurement object (M). The semi-transparent mirror ( 8 ) is used for the coaxial combination of the laser beams (A, B). The laser beams (A, B) are coherent and have different wavelengths.

Ein Teil des Laserstrahls (A bzw. B) ist über den teildurchlässigen Spiegel (8) ausgekoppelt dargestellt und über Spiegel (9, 10) als Referenzstrahl (R) ebenfalls auf das reflektierende Meßobjekt (M) gerichtet. Der Referenzstrahl (R) wird in der Praxis an einer geeigneten Stelle des Laserstrahls (A) abgezweigt. Er kann auch vom Laserstrahl (B) abgezweigt werden.A part of the laser beam (A or B) is shown coupled out via the partially transparent mirror ( 8 ) and also directed onto the reflecting measurement object (M) via a mirror ( 9 , 10 ) as a reference beam (R). In practice, the reference beam (R) is branched off at a suitable point on the laser beam (A). It can also be branched off from the laser beam (B).

Eine Video-Kamera (11) als ESPI-Aufzeichnungssystem ist auf das von den Laserstrahlen (A, B) und dem Referenzstrahl (R) gebildete Strahlenfeld (S) gerichtet. Die Video-Kamera (11) ist an eine Datenverarbeitungsanlage (12) mit Recheneinheit (13), Eingabetastatur (14) und Display (15) angeschlossen. A video camera ( 11 ) as an ESPI recording system is aimed at the beam field (S) formed by the laser beams (A, B) and the reference beam (R). The video camera ( 11 ) is connected to a data processing system ( 12 ) with a computing unit ( 13 ), input keyboard ( 14 ) and display ( 15 ).

An dem Laser (7) liegt eine Steuereinrichtung (16), die mit der Datenverarbeitungsanlage (12) verbunden ist. Mit der Steuereinrichtung (16) ist die Wellenlänge des Laserstrahls (B) einstellbar. Arbeitet der Laser (7) beispielsweise mit einer Halbleiter-Laserdiode, dann erfolgt die Einstellung der Wellenlänge des Laserstrahls (B) durch eine Steuerung der externen Heizung oder des Betriebsstroms.A control device ( 16 ) is connected to the laser ( 7 ) and is connected to the data processing system ( 12 ). The wavelength of the laser beam (B) can be adjusted with the control device ( 16 ). If the laser ( 7 ) works, for example, with a semiconductor laser diode, then the wavelength of the laser beam (B) is adjusted by controlling the external heating or the operating current.

In das Strahlenfeld (S) ist neben dem Meßobjekt (M) ein Vergleichskörper (V) eingesetzt. Dieser weist eine bekannte, einfache Geometrie auf, wobei er beispielsweise ein Keil mit vorbekannten Abmessungen oder eine in definiertem Winkel schräg gestellte Platte ist. Der Vergleichskörper (V) besteht vorzugsweise aus einem Material mit sehr kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten, damit er seine Gestalt im Strahlenfeld (S) nicht ändert. Der Vergleichskörper (V) ist in seiner Größendimension dem zu vermessenden Objekt (M) angepaßt. Der Vergleichskörper (V) kann auch so aufgebaut sein, daß seine Geometrie mittels elektrischer Stellglieder veränderbar ist. Die Geometrie des Vergleichskörpers (V) ist dann an die am betreffenden Meßobjekt (M) bestehenden Meßaufgaben anpaßbar, ohne daß jeweils angepaßte unterschiedliche Vergleichskörper (V) verwendet werden müssen.In the radiation field (S) is next to the measurement object (M) Comparative body (V) used. This one known, simple geometry on, for example a wedge with known dimensions or one in defined angle is slanted plate. Of the Comparative body (V) preferably consists of a Material with very low coefficient of thermal expansion, so that it does not change its shape in the radiation field (S). The size of the reference block (V) is that adjusted object (M) to be measured. The comparison body (V) can also be constructed so that its geometry is changeable by means of electrical actuators. The Geometry of the reference block (V) is then the most measurement object concerned (M) existing measurement tasks adaptable without having to adapt to different ones Comparative body (V) must be used.

Mittels der Video-Kamera (11) und der Datenverarbeitungsanlage (12) wird die Position des Vergleichskörpers (V) erfaßt. Ebenso werden die Anzahl der auf dem Vergleichskörper (V) sichtbaren Interferenzstreifen der beiden Laserstrahlen (A, B) sowie deren Position auf dem Vergleichskörper (V) erfaßt. Die Anzahl, Lage und Form der Interferenzstreifen sind auch von der Position des Vergleichskörpers im Strahlenfeld abhängig. Diese muß also bekannt sein, wenn aus Geometrie und Position des Vergleichskörpers auf die Wellenlängendifferenz zurückgeschlossen werden soll. Die Lage der Interferenzstreifen ist abhängig von der Wellenlängendifferenz der Laserstrahlen (A, B) der Laser (1 bzw. 7).The position of the comparison body (V) is detected by means of the video camera ( 11 ) and the data processing system ( 12 ). The number of interference fringes of the two laser beams (A, B) visible on the comparison body (V) and their position on the comparison body (V) are also recorded. The number, position and shape of the interference fringes also depend on the position of the comparison body in the radiation field. This must therefore be known if the wavelength difference is to be inferred from the geometry and position of the reference body. The position of the interference fringes depends on the wavelength difference of the laser beams (A, B) of the lasers ( 1 and 7 ).

Weicht die Wellenlängendifferenz von einem vorgesehenen Wert ab, dann ändert sich die Lage der Interferenzstreifen und damit auch die Lage eines bestimmten, für die Signalauswertung vorgesehenen Interferenzstreifens auf dem Vergleichskörper (V). Durch einen passenden Algorithmus wird aus der jeweiligen Position des bestimmten Interferenzstreifens auf dem Vergleichskörper (V) von der Datenverarbeitungsanlage (12) ein Steuersignal (D) für die Steuereinrichtung (16) erzeugt. Durch das Steuersignal (D) wird die Wellenlänge des Laserstrahls (B) so nachgeregelt, daß die Differenz der Wellenlängen der Laserstrahlen (A, B) konstantgehalten wird. Der Vergleichskörper (V) und das Meßobjekt (M) befinden sich gleichzeitig im Bildfeld des Aufzeichnungssystems (11). Die Stabilisierung der Wellenlängendifferenz geschieht also on-line.If the wavelength difference deviates from an intended value, then the position of the interference fringes changes and thus also the position of a particular interference fringe on the comparison body (V) provided for signal evaluation. A suitable algorithm generates a control signal (D) for the control device ( 16 ) from the respective position of the specific interference fringe on the comparison body (V) by the data processing system ( 12 ). The wavelength of the laser beam (B) is readjusted by the control signal (D) so that the difference in the wavelengths of the laser beams (A, B) is kept constant. The comparison body (V) and the measurement object (M) are located simultaneously in the image field of the recording system ( 11 ). The stabilization of the wavelength difference is done on-line.

Mit dieser konstantgehaltenen Wellenlängendifferenz ergeben sich bei der Vermessung des Meßobjekts (M) bzw. nacheinander in das Strahlenfeld (S) eingesetzten Meßobjekten (M) vergleichbare Meßwerte, die nicht durch andere Einflüsse unscharf werden.With this constant wavelength difference result from the measurement of the measurement object (M) or inserted one after the other into the radiation field (S) Test objects (M) comparable measured values that are not by other influences become blurred.

Die im Strahlenfeld (S) gezeigten Linien stellen symbolisch die Wellenfronten der beiden überlagerten Laserstrahlen (A, B) dar. Die Form der auf dem Objekt beobachteten Interferenzstreifen ergibt sich in erster Näherung als "Höhen-Schichtlinien", deren Lage von den Positionen der Kamera (11) und des Beleuchtungssystems definiert wird. Die Interferenzstreifen entstehen erst am Ort der Kamera; sie können auf dem Objekt nicht beobachtet werden.The lines shown in the radiation field (S) symbolically represent the wavefronts of the two superimposed laser beams (A, B). The shape of the interference fringes observed on the object results in a first approximation as "height slice lines" whose position depends on the positions of the camera ( 11 ) and the lighting system is defined. The interference fringes only arise at the location of the camera; they cannot be observed on the object.

Die in der Figur dargestellte, strichlierte Linie zwischen der Datenverarbeitungsanlage (12) und der Steuereinrichtung (16) zeigt ein Steuersignal (E), durch das von der Datenverarbeitungsanlage (12) die Wellenlänge des Laserstrahls (B) variiert werden kann. Durch das Steuersignal (E) ist die Wellenlängendifferenz einstellbar, um die Lage der Interferenzstreifen am Vergleichskörper (V) bzw. am Meßobjekt (M) an die jeweiligen Dimensionen anzupassen. Die Konstanthaltung der jeweils variierten Wellenlängendifferenz mittels des Steuersignals (D) ist auch dann noch möglich.The dashed line shown in the figure between the data processing system ( 12 ) and the control device ( 16 ) shows a control signal (E) through which the wavelength of the laser beam (B) can be varied by the data processing system ( 12 ). The wavelength difference can be set by the control signal (E) in order to adapt the position of the interference fringes on the comparison body (V) or on the measurement object (M) to the respective dimensions. It is then still possible to keep the respectively varied wavelength difference constant by means of the control signal (D).

Zur Konstanthaltung der Differenz zwischen den Wellenlängen der Laserstrahlen (A, B) wäre es auch möglich, sowohl den Laser (7) als auch den Laser (1) nachzustellen.To keep the difference between the wavelengths of the laser beams (A, B) constant, it would also be possible to readjust both the laser ( 7 ) and the laser ( 1 ).

Claims

1. Holographic-interferometric method for shape recognition of a measurement object in a radiation field of two coherent light sources of different wavelengths by means of a recording system, characterized in that in the radiation field (S) next to the measurement object (M) a certain reference body (V) is set that by means of the Recording system ( 11 ) the position of the interference fringes of the radiation field (S) on the comparison body (V) is detected that an electrical control signal (D) is determined from the change in the respective position of a particular interference fringe on the comparison body (V) and that with the Control signal (D) the wavelength of one of the light sources ( 7 ) is set.

2. The method according to claim 1, characterized in that the wavelength of one of the light sources ( 7 ) is readjusted so that the wavelength difference remains constant.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the position of the comparison body (V) and / or the number of interference fringes on the comparison body (V) in the radiation field (S) is determined by means of the recording system ( 11 ).

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wavelength of one of the light sources ( 7 ), namely laser diode, is controlled by changing its operating temperature.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that a wedge is used as the reference body (V).

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the shape of the comparison body (V) is adjustable.