DE69816320T2

DE69816320T2 - Profilmessung mit hoher Geschwindigkeit durch CCD, das Profillinien per Bildperiode aufgreift

Info

Publication number: DE69816320T2
Application number: DE69816320T
Authority: DE
Inventors: Bojko Beaconsfield Vodanovic
Original assignee: Individual
Current assignee: Rudolph Technologies Inc
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: KR100566731B1; AU8969298A; US6335757B1; KR20010023563A; JP2001515285A; EP1023574A1; WO1999012001A1; EP1023574B1; ATE244870T1; JP4259749B2; US6885400B1; DE69816320D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf 2D Bildsensoren und insbesondere auf ein Bildaufnahmeverfahren und eine Bildaufnahmeeinrichtung nach Art der zeilenweisen Übertragung, die für das Auslesen eines CCD Feldbildsensors bei schnellen Bildübertragungsraten verwendet werden, wie sie für Hochgeschwindigkeitsobjektprofilierungen und Oberflächengeometriemessungen eingesetzt werden. Sie bezieht sich ferner auf ein System zur Profilabbildung mit hoher Geschwindigkeit und auf ein Verfahren zum Inspizieren eines Gegenstandes.
Eine typische Solidstate- oder Halbleiter-Bildsensoreinrichtung umfasst ladungsintegrierende Fotostellen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Jede Fotostelle reagiert auf einfallende Strahlung, indem sie ein elektrisches Signal entsprechend eines Pixels einer Bildinformation bereit stellt. Beim zeilenweisen Übertragungstyp wird die Ladung sofort in eine parallele Struktur von vertikalen Schieberegistern heraus übertragen. Zuerst wird das Ladungsbild an Integrationsstellen während des Bildertassungszeitraums akkumuliert, dann wird das Ladungsbild in Speicherspalten übertragen, die auch als vertikale Schieberegister bekannt sind. Die übertragenen Ladungen werden dann zeilenweise in ein horizontales Ausleseregister übertragen, von dem Zeile für Zeile ein 2D Videoausgangssignal genommen wird. Dies ist im Stand der Technik bekannt und erlaubt üblicherweise die Aufnahme von Bildern mit einer Bildübertragungsrate von etwa 30 Bildern je Sekunde.
Auch der Gebrauch von solchen CCD Kameras bei der Profilerfassung von Gegenständen für die Oberflächengeometrieinspektion und die Messung von relativ kleinen Objekten ist im Stand der Technik bekannt. Dies erfolgt durch Beleuchten der Oberfläche eines Objekt durch eine einfallende Hochenergielichtebene, die üblicherweise von einem Laser kommt, und Erfassen des reflektierten Licht auf dem CCD Bildsensorfeld. Dann kann das erfasste Profil des Gegenstands zur Form- oder Oberflächengeometrieinspektion des Gegenstands isoliert werden. Eine Begrenzung der bekannten Technik beruht auf der Tatsache, dass, wenn viele Oberflächenabschnitte innerhalb eines kurzen Zeitraums inspiziert werden müssen (z. B. an einem Fließoder Montageband), die Standardbildübertragungsrate der CCDs nicht mehr ausreichend ist, da die bekannte Methode allenfalls die Betrachtung eines Profils je Rahmenperiode je CCD Kamera erlaubt. Verschiedene Verbesserungen der bekannten Technik sind in den US-Patenten 4,162,126 von Nakagawa et al., 5,083,867 von David Burk und 5,177,556 von Marc Rioux offenbart.
Es gibt auch andere frühere US-Patente, die die Bildrate betreffende Verbesserungen erlauben, welche von einem CCD Sensor gelesen wird. Dies erfolgt durch Formatieren des Feldsensors in Blöcke von Fotostellen, so dass weniger Sektoren gelesen werden müssen (z. B. US-Patent 4,322,752 von James Bixby) oder durch Hinzufügen benachbarter Pixelladungen, um gleichzeitig die Bilderfassungsrate und den Dynamikbereich des Bildes zu verbessern (z. B. US-Patent 5,420,629 von Takashi Watanabe). Keine dieser früheren Patente erlaubt den Einsatz einer standardmäßigen zeilenweisen Übertragungs-CCD mit einer Verbesserung von einem Faktor größer als 4 über der Standard-Leserate und, wenn es eine Verbesserung gibt, erfolgt diese zu Lasten der Detailtreue oder der Qualität des erfassten Bildes.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Ansprüche 7 und 1) wird ein Verfahren und ein System zum Auslesen von Informationen aus einem Halbleiterbildsensor in einem Bruchteil der Zeit zur Verfügung gestellt, die unter Einsatz eines bekannten CCD Sensors zur zeilenweisen Übertragung für die Inspektion der Oberflächengeometrie oder die Profilierung eines Gegenstands erforderlich wäre. Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung eines Faktors von 50 möglich gegenüber der Standard-Leserate eines CCD Feldsensors für solche besonderen Anwendungen.
Das Ladungsübertragungssignal TR, das die Übertragung der akkumulierten elektrischen Ladungen von den Fotostellen der CCD in das vertikale Schieberegister steuert, wird je Rahmenperiode mehr als einmal getriggert (z. B. n mal je Rahmenperiode, wobei n größer als 1 ist, während im Verfahren nach dem Stand der Technik n immer kleiner oder gleich 1 war) und dies führt zu einem üblicherweise ungewollten überlappten Bild, das aus mehr als eine Profillinie aufgebaut ist. Unter Verwendung eines Filters, der auf die Frequenz der Lichtquelle abgestimmt ist, oder anderer optischer Mittel wie eines Maskieren, wird nur die Profillinie des Gegenstands, der beleuchtet wird, im Feldsensor der vorliegenden Erfindung erfasst. Die einzige Beschränkung des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass aufeinander folgende Profillinien, die während derselben Rahmenperiode erfasst werden, sich nicht überlappen. Unter ganz bestimmten Bedingungen können jedoch selbst überlappte Profile durch Computerberechnung isoliert werden.
Damit wird ein System zur Hochgeschwindigkeitsabbildung zur Verfügung gestellt, das eine CCD Sensoreinrichtung mit zeilenweiser Ladungsübertragung mit n horizontalen Pixelzeilen, einem TR Bildübertragungssignaleingang und einem zeilenweisen oder vertikalen Übertragungssignaleingang benutzt. Der CCD Sensor ist zur Aufnahme von Profillinienbildern mit einem im Wesentlichen dunklen Hintergrund bestimmt und er umfasst eine Regelschaltung zur Bilderfassung, die zuerst ein vertikales Übertragungssignalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Signals für den vertikalen Übertragungssignaleingang mit einer Frequenz f_L von n Zeiten je Rahmenperiode und zweitens ein TR-Signalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Ausgangssignals TR mit einer Frequenz f_TR für den TR-Bildübertragungssignaleingang aufweist, wobei die Frequenz f_TR größer ist als 1/n*f_L um mehr als ein Profilabbild je Rahmenperiode aufzugreifen.
Ein Verfahren zum Betreiben eines CCD Sensors des zeilenweisen Übertragungstyps ist vorgesehen, bei dem der CCD Sensor n horizontale Pixelzeilen einen TR-Bildübertragungseingang und einen zeilenweisen oder vertikalen Übertragungssignaleingang hat. Die erwähnte Methode weist im Wesentlichen Schritte eines (1) Generieren eines Ausgangssignals einer Frequenz f_L von n Zeiten je Rahmenperiode für den vertikalen Bildübertragungseingang, um Ladungen des CCD Vertikalschieberegisters zeilenweise in ein horizontales Schieberegister zu übertragen und (2) die Generierung eines Ausgangssignals TR mit einer Frequenz f_TR für den TR-Bildübertragungssignaleingang, wobei die Frequenz f_TR größer ist als 1/n*f_L, um mehr als ein Profilabbild je Rahmenperiode aufzugreifen.
Ein Verfahren zur Inspektion eines Gegenstands unter Einsatz eines Profilierens mit hoher Geschwindigkeit ist vorgesehen mit: Projizieren von Licht in einer Ebene auf den Gegenstand, um eine Profillinie an dem Gegenstand zu erzeugen; Anordnen eines Kamerasystems mit einer Sensoreinrichtung (CCD) mit zeilenweiser Ladungsübertragung, um ein Profillinienbild der Gegenstands zu erhalten, wobei das Profillinienbild innerhalb eines im Wesentlichen dunklen Hintergrund erscheint und sich im Wesentlichen entlang einer horizontalen Richtung des CCD Sensors erstreckt, wobei der CCD Sensor horizontale Zeilen hat, die vertikal zur Ausgabe seiner Bilddaten übertragen werden; und Steuern oder Regeln der Bildübertragungsrate des CCD Sensors, um mehr als ein Profilabbild je Rahmenperiode aufzugreifen. Vorzugsweise werden viele Profillinienabbildungen je Rahmenperiode aufgegriffen. Die Anzahl der je Rahmenperiode erfassten Bilder hängt von der vertikalen Dimension des eingesetzten CCD Sensors, der erforderlichen Belichtungszeit oder Bilderfassungszeit und der Zahl an Veränderungen oder Wechsel in der Profillinienform ab.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist besser zu verstehen und ihre Gegenstände und Vorteile werden für den Fachmann offensichtlich unter Bezug auf die folgenden Figuren, in denen:
1 Eine typische Anordnung einer Vorrichtung zur Oberflächenprofilmessung nach dem Stand der Technik zeigt, bei der eine Lichtebene auf einen zu profilierenden Gegenstand projiziert und durch eine Linsenebene auf eine CCD Ebene aufgenommen wird;
2 zeigt ein CCD Feld des zeilenweisen Übertragungstyps, wie er im Stand der Technik bekannt ist;
3 zeigt ein CCD Feld eines Typs zur zeilenweisen Übertragung mit verbesserter Technik gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das TR Regelsignal mehr als einmal je Rahmenperiode getriggert wurde, so dass mehrfache Profillinien auf den CCD Sensor erfasst wurden;
4 erläutert ein Beispiel eines Bildes, bei dem aufeinander folgende Profile eines sphärischen Objekts (eines Balls) sich ursprünglich überlappen, die jedoch unter Einsatz computerisierter Bildbearbeitung getrennt werden;
5 zeigt ein Blockdiagramm, das die vollständige elektronische Schaltung mit den Haupteinrichtungen repräsentiert, die eingesetzt werden, um die CCD Kamera zu regeln und die Videobearbeitung durchzuführen;
6 zeigt den Kameracontroller und die CCD Kamera der vorliegenden Erfindung, wobei die Frequenz f_TR vom Benutzer mittels eines Userinterface gesteuert wird; und
7 zeigt den Kameracontroller und die CCD Kamera der vorliegenden Erfindung, wobei ein automatischer Frequenzregler für die Frequenz f_TR umfasst ist.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Nachdem das allgemeine Betriebsprinzip eines CCD Feldsensors nach der Art der zeilenweisen Übertragung oben beschrieben wurde, ist es für die Zwecke des Verständnisses der vorliegenden Erfindung hilfreich, den allgemeinen Mechanismus einer Kameraeinrichtung mit Ladungsübertragung nochmals zu betrachten und insbesondere das in einer solchen Einrichtung verwendete Verfahren, um die angehäuften Ladungen von den Fotostellen in die vertikalen Schieberegister zu übertragen.
Wie zuvor erläutert weist ein CCD Bildsensor mit zeilenweiser Übertragung, wie der in 2 gezeigte, lichtempfindlichen Elemente oder Fotostellen auf, die mit 10 bezeichnet sind und in Zeilen und Spalten unter Bildung einer Matrixform angeordnet sind. Jede Fotostelle 10 führt eine Umformung von einfallendem Licht in elektrische Ladungen aus, die dann in den genannten Fotostellen angehäuft werden. Der Ausgang jeder dieser Zellen ist mit seiner entsprechenden Zelle eines oder mehrerer Schieberegister 12 verbunden, die gegenüber einem Lichteinfall durch ein Schild verborgen sind und die zum vorübergehenden Speichern der elektrischen Ladungen bestimmt sind, die das erfasste Bild repräsentieren, bevor eine endgültige Videozeile oder -linie gebildet wird. Die horizontale Übertragung der auf den Fotostellen angehäuften elektrischen Ladungen in das vertikale Schieberegister 12 wird durch ein elektrisches Signal, genannt TR, der Frequenz f_TR gesteuert, das am Ende jeder Videosequenz getriggert wird, um die Erfassung des nächsten Rahmens zu starten, indem die elektrischen Ladungen von den belichteten Fotostellen 10 in die vertikalen Schieberegister 12 übertragen werden.
Als Folge dieser horizontalen Übertragung entsprechen die in das vertikale Register 12 verschobenen Ladungen dem zuvor aufgenommenen Bild. Beim Taktsignal V der Frequenz f_L werden die Ladungen der vertikalen Schieberegister zeilenweise in die Zellen 14 des horizontalen Schieberegisters heruntergeladen, wie dies durch die vertikalen Pfeile in 2 unten dargestellt ist. Die Ladungen, die in jenem horizontalen Register 14 enthalten sind, bilden nun die endgültige Videozeile, die an eine elektronische Videobearbeitungsschaltung entlang dem horizontalen Ausgabepfeil in 2 ausgegeben wird gemäß einem Taktsignal H der Frequenz f_P, und alle Videozeilen bilden, sobald sie sequenziell herausgeschoben wurden, den vollständigen Videorahmen oder das vollständige Videobild.
Wie zuvor erläutert kann ein derartiger Bildsensor für die Geometriebetrachtung und Gegenstandsprofilierung verwendet werden und in diesen besonderen Fällen setzt sich das endgültige von der CCD Kamera aufgenommene Bild als eine Profillinie des betrachteten Gegenstands zusammen.
Eine typische Anordnung der Vorrichtung zur Oberflächenprofilmessung ist in 1 gezeigt. Eine Hochintensitätslichtebene, bezeichnet mit 2, die von einem Laser kommt, wird auf den zu inspizierenden Gegenstand projiziert und die reflektierte helle Lichtlinie 4, die vom Schnitt der Lichtebene 2 mit der Oberfläche des Gegenstandes stammt, wird mittels einer Linse 6 auf das CCD Sensorfeld 8 gebündelt. Andere optische Mittel wie Maskieren oder ein Filter, der auf die Lichtfrequenz abgestimmt ist, können verwendet werden, um die helle Linie von benachbarten Reflektionen oder von Licht zu isolieren, das aus anderen Quellen stammt, die mit der Hauptlichtlinie interferieren könnten.
In dieser bestimmten Anwendung ist das Ergebnis des Einsatzes der Technik eines Triggerns des TR Signals nach dem Stand der Technik nur einmal je Rahmen das, dass jedes aufgenommene Bild auf dem CCD Feldsensor nur eine einzige Profillinie enthält. Der Nachteil dieser Technik nach dem Stand der Technik ist, dass dann, wenn sie für Hochgeschwindigkeitsobjektprofilierungen verwendet wird wie z. B. am Fließ- oder Montageband die Aufnahme eines einzigen Profils je Rahmen nicht mehr ausreichend ist, da die Bilderfassungsrate nach dem Stand der Technik nur 30 Bilder oder Rahmen je Sekunde beträgt. In diesem Fall ist die Rahmenperiode, die das Zeitintervall ist, das zur Bildung eines vollständigen Abbilds erforderlich ist und die bei der vorbekannten Technik der Zeit entspricht, die zwischen zwei aufeinander folgenden Nicht-Nullwerten des TR Regelsignals legt, etwa 1/30 einer Sekunde, so dass nicht mehr als 30 Objektteile während derselben Sekunde inspiziert werden können.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Technik der Übertragung der elektrischen Ladung von den Fotostellen 10 in das vertikale Schieberegister eines CCD Bildsensors. Anstatt das Übertragungssteuersignal TR nur einmal je Bildperiode wie in den vorbekannten Verfahren zu triggern ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Technik, die ein Triggern des TR Signals in einer viel größeren Anzahl während der Bilderfassungsperiode erlaubt. Jedes Mal, wenn das TR Regelsignal getriggert wird, werden die angehäuften elektrischen Ladungen von den lichtempfindlichen Zellen 10 in ihre entsprechenden vertikalen Schieberegisterzellen 12 verschoben und irgendwelchen zuvor verschobenen Ladungen hinzugefügt, die dabei gemäß 3 wenige vertikale Pixelzeilen mehr an das horizontale Schieberegister 14 heranrücken. Dabei wird ein anderes erfassten Profillinienbild 16 über das zuvor erfasste Profillinienbild 18 übertragen, bevor jenes frühere Bild 18 das vertikale Schieberegister 12 verlassen hat, wie dies im Stand der Technik erfolgt ist. Es ist von Bedeutung, dass die CCD Kamera so konfiguriert ist, dass nicht die zuvor verschobenen elektrischen Ladungen von vertikalen Registerzellen 12 während der Übertragung der neuen Ladungen von den Fotostel len 10 in die vertikalen Registerzellen 12 ausgelöscht werden. Daher würde das Ergebnis der Übertragung normalerweise ein unerwünschtes, sich überlappendes Bild ergeben. Da aber erstens das vertikale Schieberegister 12 ebenfalls Zeile für Zeile in das horizontale Schieberegister 14 mit einer Frequenz f_L downgeloadet wird, wobei 1/n*f_L geringer ist als die Frequenz f_TR des Steuersignals TR, wie es durch die vertikalen Pfeile in 3 gezeigt ist, und da zweitens das erfasste Bild eine sehr dünne und helle Profillinie ist, die im Wesentlichen horizontal ist, wird sich diese Profillinie nicht mit der zuvor aufgenommenen Profillinien überlappen, da die früheren elektrischen Ladungen, die der früheren Linie entsprechen, sich bereits wenige Pixelzeilen näher (oder tiefer gemäß 3) an das horizontale Schieberegister 14 bis zu dem Zeitpunkt heranbewegt haben, zu dem die neuen Ladungen von den Fotostellen 10 in die vertikalen Schieberegisterzellen 12 verschoben werden.
Wenn z. B. ein CCD Feldsensor mit 1024 Pixel breit mal 768 Pixel hoch verwendet wird, erlaubt, selbst wenn das TR Signal 50 mal je Rahmenperiode getriggert wird, was zu 50 hellen Profillinien auf jedem Bild von einer Höhe von 768 Pixeln führt, das noch etwa 15 vertikale Pixel Trennung zwischen zwei aufeinander folgenden Profillinien gemäß 4, vorausgesetzt, dass die Breite einer Profillinie im Wesentlichen kleiner als 15 Pixel ist. Bei einer Bildrate von 30 Hz ist die TR Signalfrequenz etwa 1500 Hz, was für die meisten Anwendungen eine sehr schnelle Bilderfassungsrate ist. Vorzugsweise sind die Linien im Wesentlichen horizontal, was bedeutet, dass irgendwelche Abweichungen von einer horizontalen Grundlinie in den Profilabbildungen nicht zu einer Bildüberlappung oder zu einem annehmbaren Betrag an Bildüberlappung in den aufgenommenen Profillinienbildern führen, die gemäß der Erfindung erhalten werden.
Die Hauptanwendung dieser Technik ist die Erfassung sehr heller Profillinien auf einem im Wesentlichen dunklen Hintergrund. In einem solchen Fall, der für die Geometriebetrachtung und Objektprofilierung verwendet wird, ändert sich der Ladungsgehalt einer Fotosite einer Zelle, der einem Teil einer hellen Profillinie entspricht, nur ein wenig oder ändert sich überhaupt nicht, während der Hinzufügung über der zuvor verschobenen Ladung aus der fotoempfindlichen Zelle 10 in die vertikale Schieberegisterzelle 12, da diese zuvor aufgenommene Ladung einem oberen dunklen Bereich des Bildes entspricht, was in elektrischen Begriffen einem sehr niedrigen oder gar einem elektrischen Ladungsgehalt von Null entspricht (siehe 4). Diese besondere Bedingung eines Betriebes auf einem dunklen Hintergrund erlaubt eine leichtere Trennung von aufeinander folgenden hellen Profillinien, die jetzt mit einer erheblich größeren Geschwindigkeit also im Stand der Technik gelesen werden können.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Verbesserung gegenüber der vorbekannten Bilderfassung bis zu einem Faktor von 50 abhängig von der Dicke bzw. Höhe des erfassten Bildes. Die Begrenzungen der erfindungsgemäßen Technik sind die Bildgenauigkeit und die Definition, die für ein bestimmtes Bild gewünscht ist, oder die Vermeidung eines Überlappens aufeinander folgender Profile. In letzterem Fall besteht die Möglichkeit, dass es für bestimmte Oberflächen mit allgemein bekannten Eigenschaften selbst möglich wäre, aufeinander folgende überlappte Profile unter Einsatz eines bekannten Oberflächenmodels und einer Computerkalkulation zu trennen. 4 zeigt eine Situation, bei der die Profile durch einen Scan eines Balls mit bekanntem Durchmesser erhalten werden, der auf einer flachen Oberfläche liegt, und wobei die runden Ballprofile von der flachen Oberfläche des Untergrunds unter Einsatz eines Algorithmus getrennt wurden, der die Kurvaturen von benachbarten Profilpunkten aus berechnet. Wenn man dann den nominalen Balldurchmesser kennt, ist es leicht entsprechende Untergrund- und Ballprofile miteinander in Verbindung zu bringen.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen dieser Technik werden mehrfach angezapfte CCDs mit Hochgeschwindigkeit, progressivem Scan und zeilenweiser Übertragung verwendet wie die TV Format CCD mit 694 mal 496 Zeilen wie die KODAK KAI-0310M Kamera oder Bildsensoren mit HDTV Format von 1948 Pixel mal 1092 Zeilen wie die KODAK KAI-2090M Kamera. Andere Interline Transfer CCDs von anderen Herstellern sind ebenfalls geeignet.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können mehrfache Sensoren oder CCD Kombinationen verwendet werden, um entweder die Geschwindigkeit zu erhöhen oder eine bestimmte Geometrie eines betrachteten Objekts zu erfassen. Z. B. können zwei CCD Kameras, von denen eine auf jeder Seite der La serebene angeordnet ist, die Scangeschwindigkeit erhöhen und zur gleichen Zeit Mittel zum Vermeiden irgendwelcher Okklusionsprobleme bereit stellen, wie sie z. B. auftreten, wenn zwei Seiten einer steilen Pyramide aufgenommen werden. Seite an Seite angeordnete Kamerakombinationen können die Scanbreite erhöhen und auch die vertikale Auflösung erhalten.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Triggermethode zur Erfassung von Bildern mit anderen hohen Längen-/ und Seitenverhältnissen (Breite/Höhe) verwendet werden, die nicht Profillinien sind, jedoch eine nicht vernachlässigbare Dicke haben, auf einem CCD Sensor eines über dem anderen unter normalen Beleuchtungsbedingungen durch Positionierung eines optischen Mittels wie eines geeigneten Schlitz vor dem CCD Sensor, so dass nur n Zeilen des CCD Felds dem Licht ausgesetzt sind. In diesem Fall kann eine neue Beleuchtung nach jeder Verschiebung von n Zeilen durch Triggern des TR Signals erfolgen, was zu einem viel größeren Bildratenausgang führt. Diese Ausführungsform ist für die Aufnahme von Hochgeschwindigkeitsereignissen nützlich.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf die elektronische Schaltung, die mit der vorliegenden Technik benutzt wird, um die TR Steuersignalfrequenz zu steuern oder zu regeln, um die Aufnahme von so viel Profilzeilen wie während derselben Bildperiode gewünscht aufzunehmen. 6 zeigt ein Blockdiagramm dieser bevorzugten Ausführungsform. Der User Interfaceblock weist eine Einrichtung auf, die verwendet werden kann, um die TR Signalfrequenz auszuwählen, um die Anzahl der Profillinien x, die auf demselben Frame aufgenommen werden, zu steuern. Dieser numerische Wert, bezeichnet mit x, kann sich von 1, was der Standardleserate des Standes der Technik entspricht, bis zu 50 oder mehr erstrecken, abhängig von der vertikalen Auflösung des CCD Felds und der Dicke bzw. Höhe des zu erfassenden Bildes. Damit wird die Benutzerauswahl in ein Frequenzgenerator 22 übermittelt, der das empfangene Usersteuersignal in ein Signal mit einer bestimmten Frequenz f_TR konvertiert, die größer als die Bildrate ist und die es ermöglicht, die ausgewählte Anzahl von Profillinien x in demselben Frame oder Bild aufzunehmen. Der besagte Kameracontroller gibt das vertikale Taktsignal und das horizontale Taktsignal mit den jeweiligen Frequenzen f_L und f_P aus. Da die TR Frequenz größer ist als die Bildrate, wird das TR Signal öfter als einmal je Rahmenperiode getriggert, was dazu führt, dass mehr als eine Profillinie auf demselben Frame aufgenommen wird.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf automatische Mittel zur Steuerung der TR Signalfrequenz. Anstelle eines Bedieners, der jene Frequenz zu steuern hat, um eine optimale Erfassungsrate zu erhalten, führt diese Ausführungsform einen Bildanalysierer 30 ein, wie er in 7 gezeigt ist, der den Videobildausgang von der CCD Kamera erfasst und das besagte Bild verarbeitet, um einen Wert zu erhalten, der einen Minimalabstand zwischen aufeinander folgenden Profillinien entspricht. Dieser Wert wird dann verwendet, um den TR Frequenzregler 32 zu regeln, um es dem TR Frequenzregler 32 zu ermöglichen, die höchste TR Frequenz auszugeben, die ohne Überlappung der Profillinie möglich ist. Der Videoausgang in den Systemen gemäß 6 und 7 hat einen dualen CCD Kameraausgang, d. h. zwei Leitungen der CCD werden gemeinsam ausgegeben (Video 1 und Video 2), und somit wird die Übertragungsrate verdoppelt. Derartige CCD Kameras mit mehrfachen Ausgängen sind im Stand der Technik bekannt.

Claims

System zur Profilabbildung mit hoher Geschwindigkeit unter Einsatz einer Sensoreinrichtung (CCD) mit zeilenweiser Ladungsübertragung mit n horizontalen Pixelzeilen, vertikalen Schieberegistern (12) zum Speichern von n Ladungen, einem TR Bildübertragungssignaleingang, der dafür sorgt, dass die Ladungen von Fotostellen von n horizontalen Pixelzeilen in die vertikalen Schieberegister (12) übertragen werden, mit wenigstens einem horizontalen Ausleseregister (14), das Ladungen von den vertikalen Schieberegistern (12) an deren Ende empfängt, sowie mit einem zeilenweisen oder vertikalen Übertragungssignaleingang der dafür sorgt, dass Ladungen vertikal nach unten in den vertikalen Schieberegistern (12) übertragen werden, wobei der CCD-Sensor so angeordnet ist, dass er Profillinienabbildungen mit einem im Wesentlichen dunklen Hintergrund empfängt, und wobei das System eine Regelschaltung zur Bilderfassung aufweist mit: – Einem vertikalen Übertragungssignalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Signals für den vertikalen Übertragungssignaleingang mit einer Frequenz f_L von n Zeiten je Rahmenperiode und – einem TR Signalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Ausgangssignals TR mit einer Frequenz f_TR für den TR Bildübertragungssignaleingang, wobei die Frequenz f_TR größer ist als 1/n*f_L, um mehr als ein Profilabbild je Rahmenperiode aufzugreifen.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Userinterface-Einrichtung aufweist, die mit dem TR Signalgenerator zur Auswahl der f_TR Frequenz verbunden ist.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner selbsttätige TR Frequenzanpassungsmittel zur Anpassung der TR Signalfrequenz in Abhängigkeit eines Eingangssignals aufweist, das einen Minimalabstand zwischen zwei der Profillinienabbildungen repräsentiert.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f_TR wenigstens zweimal größer ist als 1/n*f_L.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f_TR zwischen 10 bis 50 Mal größer ist als 1/n *f_L.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner optische Mittel zum Maskieren eines Teils des CCD-Sensors aufweist, auf dem kein Teil der Profillinie aufgegriffen wird, um einen zufälligen Lichteinfall auf dem maskierten Teil des CCD-Sensors zu vermeiden, der nicht für die Bilderfassung verwendet wird, um die Genauigkeit der Profillinienabbildungen zu verbessern, wodurch elektrische Ladungen die auf Fotostellen (10) des CCD-Sensors angehäuft sind, welche Fotostellen die erfassten hellen Profillinien (4) darstellen, zu null elektrischen Ladungen addiert werden, die den maskierten Abschnitt des CCD-Sensors zu der Zeit der horizontalen Verschiebung von lichtempfindlichen Zellen in die vertikalen Schieberegister (12) darstellen, wobei eine Form des maskierten Abschnitts des CCD-Sensors von der maximalen Formveränderung der zu erfassenden Profillinie abhängt.
Inspektionsverfahren für einen Gegenstand unter Einsatz einer Hochgeschwindigkeitsprofilierung unter: Projizieren von Licht in einer Ebene auf den Gegenstand, um eine Profillinie an dem Gegenstand zu erzeugen, und Anordnen eines Kamerasystems mit einer Sensoreinrichtung (CCD) mit Ladungsübertragung, um ein Profillinienbild des Gegenstandes zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem so angeordnet ist, dass die Profillinienabbildung innerhalb eines im Wesentlichen dunklen Hintergrundes erscheint und sich im wesentlichen in einer horizontalen Richtung von Pixelzeilen des CCD-Sensors erstreckt, und dass die CCD-Sensor Bildübertragungsrate gesteuert oder geregelt ist, um mehr als eine Profillinienabbildung je Rahmenperiode aufzugreifen.
Verfahren nach Anspruch 7, weiter gekennzeichnet durch Maskieren eines Teils des CCD-Sensors, auf dem kein Teil der Profillinienabbildung (16) aufgegriffen wird, um einen zufälligen Lichteinfall auf den maskierten Teil des CCD-Sensors zu eliminieren, der nicht zur Bilderfassung der Profillinienabbildung verwendet wird, um das Signal-Rausch-Verhältnis der Profillinienabbildungen zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Profilabbildungen je Rahmenperiode aufgegriffen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 10 bis 50 Profilabbildungen je Rahmenperiode aufgegriffen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiter gekennzeichnet durch: Analysieren der Profillinienabbildungen um eine Bildqualität zu bestimmen, und Anpassen einer Anzahl von Profillinienabbildungen, die je Rahmenperiode aufgegriffen werden, um die Bildqualität mit einer gewünschten Anzahl von Profillinienabbildungen, die je Rahmenperiode aufgegriffen werden, zu balancieren.
System zur Profilabbildung mit hoher Geschwindigkeit unter Einsatz einer Sensoreinrichtung (CCD) mit zeilenweiser Ladungsübertragung mit n horizontalen Pixelzeilen, vertikalen Schieberegistern (12) zum Speichern von n Ladungen, einem TR Bildübertragungssignaleingang, der dafür sorgt, dass die Ladungen von Fotostellen von n horizontalen Pixelzeilen in die vertikalen Schieberegister (12) übertragen werden, mit wenigstens einem horizontalen Ausleseregister (14), das Ladungen von den vertikalen Schieberegistern (12) an deren Ende empfängt, sowie mit einem zeilenweisen oder vertikalen Übertragungssignaleingang der dafür sorgt, dass Ladungen vertikal nach unten in den vertikalen Schieberegistern (12) übertragen werden, wobei der CCD-Sensor so angeordnet ist, dass er Profillinienabbildungen mit einem im Wesentlichen dunklen Hintergrund empfängt, und wobei das System eine Regelschaltung zur Bilderfassung aufweist mit: – Einem vertikalen Übertragungssignalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Signals für den vertikalen Übertragungssignaleingang mit einer Frequenz f_L von n Zeiten je Rahmenperiode und – einem TR Signalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Ausgangssignals TR mit einer Frequenz f_TR für den TR Bildübertragungssignaleingang, wobei die Frequenz f_TR größer ist als 1/n*f_L, um mehr als ein Profilabbild je Rahmenperiode aufzugreifen.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Userinterface-Einrichtung aufweist, die mit dem TR Signalgenerator zur Auswahl der f_TR Frequenz verbunden ist.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner selbsttätige TR Frequenzanpassungsmittel zur Anpassung der TR Signalfrequenz in Abhängigkeit eines Eingangssignals aufweist, das einen Minimalabstand zwischen zwei der Profillinienabbildungen repräsentiert.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f_TR wenigstens zweimal größer ist als 1/n*f_L.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f_TR zwischen 10 bis 50 Mal größer ist als 1/n *f_L.
Profilabbildungssystem mit hoher Geschwindigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner optische Mittel zum Maskieren eines Teils des CCD-Sensors aufweist, auf dem kein Teil der Profillinie aufgegriffen wird, um einen zufälligen Lichteinfall auf dem maskierten Teil des CCD-Sensors zu vermeiden, der nicht für die Bilderfassung verwendet wird, um die Genauigkeit der Profillinienabbildungen zu verbessern, wodurch elektrische Ladungen die auf Fotostellen (10) des CCD-Sensors angehäuft sind, welche Fotostellen die erfass ten hellen Profillinien (4) darstellen, zu null elektrischen Ladungen addiert werden, die den maskierten Abschnitt des CCD-Sensors zu der Zeit der horizontalen Verschiebung von lichtempfindlichen Zellen in die vertikalen Schieberegister (12) darstellen, wobei eine Form des maskierten Abschnitts des CCD-Sensors von der maximalen Formveränderung der zu erfassenden Profillinie abhängt.
Inspektionsverfahren für einen Gegenstand unter Einsatz einer Hochgeschwindigkeitsprofilierung unter: Projizieren von Licht in einer Ebene auf den Gegenstand, um eine Profillinie an dem Gegenstand zu erzeugen, und Anordnen eines Kamerasystems mit einer Sensoreinrichtung (CCD) mit Ladungsübertragung, um ein Profillinienbild des Gegenstandes zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem so angeordnet ist, dass die Profillinienabbildung innerhalb eines im Wesentlichen dunklen Hintergrundes erscheint und sich im wesentlichen in einer horizontalen Richtung von Pixelzeilen des CCD-Sensors erstreckt, und dass die CCD-Sensor Bildübertragungsrate gesteuert oder geregelt ist, um mehr als eine Profillinienabbildung je Rahmenperiode aufzugreifen.
Verfahren nach Anspruch 7, weiter gekennzeichnet durch Maskieren eines Teils des CCD-Sensors, auf dem kein Teil der Profillinienabbildung (16) aufgegriffen wird, um einen zufälligen Lichteinfall auf den maskierten Teil des CCD-Sensors zu eliminieren, der nicht zur Bilderfassung der Profillinienabbildung verwendet wird, um das Signal-Rausch-Verhältnis der Profillinienabbildungen zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Profilabbildungen je Rahmenperiode aufgegriffen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 10 bis 50 Profilabbildungen je Rahmenperiode aufgegriffen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiter gekennzeichnet durch: Analysieren der Profillinienabbildungen um eine Bildqualität zu bestimmen, und Anpassen einer Anzahl von Profillinienabbildungen, die je Rahmenperiode aufgegriffen werden, um die Bildqualität mit einer gewünschten Anzahl von Profillinienabbildungen, die je Rahmenperiode aufgegriffen werden, zu balancieren.