FI106745B - Method for measuring of the shape of a surface and the measuring arrangement - Google Patents
Method for measuring of the shape of a surface and the measuring arrangement Download PDFInfo
- Publication number
- FI106745B FI106745B FI972317A FI972317A FI106745B FI 106745 B FI106745 B FI 106745B FI 972317 A FI972317 A FI 972317A FI 972317 A FI972317 A FI 972317A FI 106745 B FI106745 B FI 106745B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- line system
- grid line
- grid
- camera
- examined
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
106745106745
Menetelmä pinnan muodon mittaamiseksi ja mittauslaitteistoMethod for measuring the shape of the surface and measuring apparatus
Keksinnön alaField of the Invention
Keksinnön kohteena on menetelmä pinnan muodon mittaamiseksi, jossa menetelmässä tarkasteltavalle pinnalle muodostetaan optisesti moirä-5 mittauksessa käytettävä hilaviivasto tai vastaava ja pinnan muoto määritetään referenssihilaviivaston ja pinnasta heijastuvan hilaviivaston muodostaman in-terferenssityyppisen juovakuvion avulla.The present invention relates to a method for measuring the shape of a surface, which method comprises forming a grating line or the like for optically moire measurement on the surface under consideration and determining the shape of the surface by an interference-type line pattern formed by a reference lattice line.
Keksinnön kohteena on myös pinnan muodon mittauslaitteisto, joka on sovitettu muodostamaan optisesti tarkasteltavalle pinnalle moire-mittauk-10 sessa käytettävä hilaviivasto tai vastaava ja määrittämään pinnan muodon referenssihilaviivaston ja pinnasta heijastuvan hilaviivaston muodostaman inter-ferenssityyppisen juovakuvion avulla.The invention also relates to a surface shape measuring apparatus adapted to form a grating line or the like used for moire measurement on an optically observable surface and to determine the shape of a surface by means of an interference type line pattern formed by a reference grid line and a surface reflected lattice line.
Keksinnön taustaBackground of the Invention
Pinnan muodon mittaustekniikkaa tarvitaan esimerkiksi mitattaessa 15 teräslevyjen tasomaisuutta. Perinteisesti tällainen pinnan tasomaisuuden mittaus on suoritettu silmämääräisesti tai käsimittauksella. Tunnetun tekniikan mukaisissa automaattisissa mittausjärjestelyissä tasomaisuuden mittaus perustuu esimerkiksi laserin avulla toteutettuun kolmiomittaukseen tai moire-tekniikkaan, jossa tarkasteltavaan pintaan kuten teräslevyyn projisoidaan tai 20 muutoin muodostetaan hilaviivasto. Tätä pinnasta heijastuvaa hilaviivastoa tarkastellaan referenssihilaviivaston läpi. Tällöin pinnalla oleva hilaviivasto ja “ referenssihilaviivasto muodostavat interferenssin kaltaisen ilmiön, jonka tulok- sena syntyy pinnan muotoa tarkasti kuvaava juovakuvio. Tyypillinen tunnetun • · · : V tekniikan mukainen tasomaisuusmittalaite käsittää hilaviivaston muodostusyk- 25 sikön ja kuvankäsittely-ja keskusyksikön.Surface shape measurement technique is required, for example, when measuring the flatness of steel sheets. Traditionally, such surface flatness measurement has been performed visually or by hand. In prior art automated measuring arrangements, flatness measurement is based, for example, on laser triangle measurement or moire technique, where a grid line is projected or otherwise formed on a surface such as a steel plate. This surface-reflected lattice grid is viewed through the reference grid grid. In this case, the lattice line on the surface and the "reference lattice line" form a phenomenon similar to interference, resulting in a band pattern accurately representing the shape of the surface. A typical planar gauge of prior art • · ·: V comprises a lattice line forming unit and an image processing and central unit.
Haittana tällaisella mittausjärjestelyllä on erityisesti suuria pintoja mitattaessa se, että mittauslaitteistosta kiinnitysrakenteineen tulee huomatta-van suuri ja mittausalue jää laitteiston kokoon verrattuna pieneksi. Mitattaessa ' .·... esimerkiksi 3,5 m leveää teräslevyä tarvitaan tehdashallissa tilaa korkeus- • · lii 30 suunnassa jopa 7 m. Syynä suuruuteen on muun muassa se, että yhtenäisen 3,5 m leveän hilaviivaston muodostaminen tunnetun tekniikan mukaisella yh- :,1·! dellä hilaviivaston muodostavalla hilaviivastovälineellä on mahdollista vain, ·:·1: kun hilaviivastovälineen ja kameran etäisyys mitattavaan pintaan on ainakin . yhtä paljon ja mielellään selvästi enemmän kuin hilaviivaston leveys. Jos hila- ! 35 viivasta yritetään projisoida mitattavalle pinnalle lähempää laajakulmaisella • · 2 106745 optiikalla, hilaviivasto vääristyy ja käytettäessä valkoista valoa hilaviivaston projisoiva optiikka aiheuttaa värivirheitä. Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa joudutaan käyttämään korkealaatuisia ja kaiteissa erikoisprosesseissa valmistettuja hilakomponentteja. Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa 5 tarvitaan myös hyvin tarkasti valmistettuja hienomekaanisia osia ja optiikkaa sekä tarkkoja toleransseja. Nämä vaatimukset ovat vaikeasti toteutettavissa. Hilaviivaston kirkkaus jää heikoksi, mikä lisää mittauksen epävarmuutta. Lisäksi valoteho ei ole tasainen koko hilaviivaston alueella. Laitteiston maksimi-mittausalueen muuttaminen erikokoisten pintojen mittauksiin on vaativa.A disadvantage of such a measuring arrangement, especially when measuring large surfaces, is that the measuring apparatus with its fastening structures becomes considerably large and the measuring range remains small compared to the size of the apparatus. When measuring '. · ... for example, a 3.5 m wide steel plate requires up to 7 m of space in the factory hall, up to 7 m. The reason for the size is, among other things, that forming a uniform 3.5 m wide lattice line , 1 ·! With the lattice line forming device, only: ·: · 1: when the distance between the lattice line device and the camera to the surface to be measured is at least. just as much and preferably clearly more than the width of the lattice line. If lattice! 35 lines are attempted to project closer to the surface to be measured with wide-angle • · 2 106745 optics, the lattice line is distorted, and when using white light, the lattice line projection optics cause color errors. Prior art solutions require the use of high quality lattice components manufactured in special processes in railings. Prior art solutions 5 also require precision machined parts and optics as well as precise tolerances. These requirements are difficult to implement. The luminance of the lattice line remains poor, which increases the measurement uncertainty. In addition, the luminous efficacy is not uniform throughout the lattice line. It is demanding to change the maximum measuring range of the equipment to measure different sized surfaces.
10 Keksinnön lyhyt selostusBrief Description of the Invention
Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja menetelmän toteuttava laitteisto siten, että yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön mukaisella ratkaisulla voidaan laitteistosta tehdä huomattavasti nopeampi halvemmilla komponenteilla ja yksinkertaisimmilla rakenneratkaisuilla 15 kuin tunnetun tekniikan mukaiset ratkaisut, ja samalla keksinnöllinen ratkaisu on helpommin tuotantolinjalle asennettava ja kooltaan pienempi.It is thus an object of the invention to provide a method and apparatus implementing the method so that the above problems can be solved. The solution according to the invention can make the equipment much faster with cheaper components and simpler structural solutions 15 than the solutions according to the prior art, and at the same time the inventive solution is easier to install on the production line and smaller in size.
Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että hilaviivasto muodostetaan tarkasteltavalle pinnalle halutun laajuisena ainakin kahdella erillisellä hilaviivastovälineellä, jolloin hila-20 viivastoon kuuluu oleellisesti rinnakkaisia, eri hilaviivastovälineistä peräisin olevia hilaviivastoja ja tarkasteltavalta pinnalta heijastunut hilaviivasto kuva-. taan ainakin yhdellä kameralla oleellisesti yhdestä kuvaussuunnasta.This is achieved by a method of the type disclosed in the introduction, characterized in that the lattice line is formed on the surface under consideration with at least two separate lattice line means, the lattice line comprising essentially parallel lattice lines from different lattice means and reflected from the surface under consideration. with at least one camera in substantially one direction.
Keksinnön mukaiselle mittauslaitteistolle on puolestaan tunnus-omaista, että mittauslaitteisto käsittää ainakin kaksi erillistä hilaviivastoväli- • · \\ 25 nettä hilaviivaston muodostamiseksi tarkasteltavalle pinnalle halutun laajuise- na, jolloin hilaviivasto käsittää rinnakkaisia, eri hilaviivastovälineistä peräisin • · olevia hilaviivastoja ja ainakin yksi kamera on sovitettu kuvaamaan tarkastel-:·;; tavalla pinnalla olevan hilaviivaston oleellisesti yhdestä kuvaussuunnasta.The measuring apparatus according to the invention, in turn, is characterized in that the measuring apparatus comprises at least two separate lattice line means to form a lattice line on the surface of the desired size, the lattice line comprising parallel lattice lines from different lattice means and describe the view: · ;; in a manner substantially from one direction of imaging of the lattice line on the surface.
Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla saavutetaan usei-·*..*: 30 ta etuja. Keksinnöllinen ratkaisu on tunnettuun tekniikan tasoon vähemmän ti- ·**]: laa vievä, valaisu- ja kuvausosan optiikan ja mekaniikan valmistustarkkuuden .·! . suhteen vähemmän tarkkuutta vaativa, nopeampi, luotettavampi ja helpommin ' : tuotantolinjalle asennettava. Lisäksi laaja mittausalue on helpommin toteutet- *. ' tavissa ja laite- ja kehityskustannukset ovat pienemmät. Myös valoteho ja juo- : 35 vakuvioiden kontrasti on tunnettua tekniikkaa paremmat. Näin mahdollistetaan • 4 « « · « · 3 106745 juovakuvioiden tulkinta tunnettua tekniikkaa yksinkertaisimmilla ja nopeammilla algoritmeilla, mistä edelleen seuraa luotettavampi toiminta.The method and apparatus of the invention provide many advantages. The inventive solution is less sophisticated in the state of the art, ** **], with precision manufacturing of optics and mechanics for lighting and imaging. . Relatively less demanding, faster, more reliable and easier to install on a production line. In addition, a wide measuring range is easier to implement *. 'and lower equipment and development costs. Also, the luminous power and the contrast of the constants are better than the prior art. This enables • 4 «« · «· 3 106745 line patterns to be interpreted by the simplest and faster algorithms known in the art, which results in more reliable operation.
Kuvioiden lyhyt selostusBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh-5 teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:The invention will now be described in more detail with reference to the preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which:
Kuvio 1 esittää hilaviivastovälinettä;Figure 1 shows a lattice line means;
Kuvio 2 esittää tarkasteltavan pinnan hilaviivaston muodostamista useammalla kuin yhdellä hilaviivastovälineellä;Fig. 2 illustrates the formation of a lattice grid line of the surface under consideration by more than one lattice grid means;
Kuvio 3 esittää pinnan muodon mittausjärjestelyä käyttäen kameraa 10 ja tietokonetta;Figure 3 shows a surface shape measurement arrangement using a camera 10 and a computer;
Kuvio 4 esittää mittausjärjestelyä, jossa pintaa valaistaan erillisellä valolla;Figure 4 shows a measuring arrangement in which the surface is illuminated by a separate light;
Kuvio 5 esittää mittausjärjestelyssä käytettyä rakoa ja Kuvio 6 esittää mittausjärjestelyssä käytettyä kuituriviä.Fig. 5 shows the slot used in the measuring arrangement and Fig. 6 shows the fiber row used in the measuring arrangement.
15 Keksinnön yksityiskohtainen selostusDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Keksinnön mukainen ratkaisu soveltuu pinnan muodon mittaukseen ja erityisesti levymäisten tuotteiden tasomaisuuden tarkastamiseen käyttäen moirö-tekniikkaa tai vastaavaa.The solution according to the invention is suitable for measuring the shape of the surface and especially for checking the flatness of the plate-like products using the moirö technique or the like.
Tarkastellaan nyt kuviossa 1 olevaa hilaviivastovälinettä 14, joka 20 käsittää valonlähteen 10, rakovälineen 11, linssin 12 ja hilan 13. Valonlähteen 10 ja rakovälineen 11 välissä kannattaa tavallisesti käyttää linssiä (ei esitetty kuviossa), joka kokoaa valonlähteestä optista tehoa rakoon 11. Valonlähteenä 10 voi tavallisesti toimia mikä tahansa yksi- tai monivärinen optisen tehon lähde. Optisena tehona voidaan käyttää ainakin ultraviolettia valoa, näkyvää va-25 loa tai infrapunaista valoa, mutta tyypillisimmin käytetään näkyvää valoa. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa valonlähde 10 on edullisesti halogeenilamppu. Rakovälineessä 11 oleva pieni rako suodattaa valonlähteestä 10 tulevaa optista säteilyä spatiaalisesti eli pienentää säteilyn divergenssiä, jolloin saadaan tasalaatuinen keila linssille 12. Linssi 12 voi olla mikä tahansa optisesti riittä-30 vän hyvälaatuinen, valonsäteitä kokoava linssi. Linssi 12 on edullisesti halpa, muovinen fresnel-linssi. Rakovälineen 11 raon tulee olla edullisesti linssin 12 polttopisteessä, jolloin linssi 12 kollimoi eli yhdensuuntaistaa valonsäteet hilalle 13. Valonsäteet voivat kuitenkin olla myös divergoivia tunnetun moire-tekniikan mukaisesti. Hila 13 on metallinen tai muusta valoa läpäisemättö-35 mästä materiaalista oleva levy tai vastaava, jossa on suuri joukko kapeita suo- 4 106745 rakaiteen muotoisia aukkoja eli rakoja valolle. Nämä kapeat raot muodostavat hilaviivaston tarkasteltavalle pinnalle. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa hila voi olla melko karkea esimerkiksi 3 mm/viivapari.Considering now the lattice line means 14 in Fig. 1, which comprises a light source 10, a slit means 11, a lens 12 and a lattice 13. Between the light source 10 and the slit means 11, a lens (not shown) usually collects an optical power from the light source normally operate any single or multi-colored source of optical power. The optical power can be at least ultraviolet light, visible light or infrared light, but most commonly visible light is used. In the solution according to the invention, the light source 10 is preferably a halogen lamp. The small gap in the gap means 11 spatially filters the optical radiation from the light source 10, i.e., reduces the divergence of the radiation, resulting in a uniform beam for the lens 12. The lens 12 can be any optically good quality light-gathering lens. Preferably, lens 12 is a cheap, plastic Fresnel lens. The gap of the slot means 11 should preferably be at the focal point of the lens 12, whereupon the lens 12 collimates, i.e. aligns, the light rays on the lattice 13. However, the light rays may also be diverging according to the known moire technique. The lattice 13 is a metal or other light-impermeable plate 35 material or the like having a large number of narrow beams in the form of granules or light. These narrow gaps form a lattice line over the surface under consideration. In the solution according to the invention, the lattice can be quite coarse, for example 3 mm / line pair.
Kuviossa 2 on esitetty tarkasteltavan kohteen mittausjärjestely, joka 5 käsittää valonlähteen 10, rakovälineen 11, linssin 12, hilan 13, tarkasteltavan pinnan 20 ja kameran 21. Tarkasteltavalle pinnalle 20, joka keksinnöllisessä ratkaisussa voi olla diffuusi tai heijastava, projisoituu hilaviivastovälineistä 14 hilaviivasto 22. Keksinnön tunnusomainen piirre on modulaarinen hilavalaisu.Fig. 2 illustrates a measuring arrangement of the object under consideration 5 comprising a light source 10, a slit means 11, a lens 12, a lattice 13, a viewable surface 20 and a camera 21. The lattice line means 22 is projected from the lattice line means 14 the characteristic feature is modular lattice illumination.
Tällä tarkoitetaan sitä, että pinnan muodon mittauksessa käytetään kahta tai 10 useampaa hilaviivastovälinettä 14, joilla saadaan halutun laajuiselle alueelle tarvittava hilaviivasto 22, joka käsittää useita eri hilaviivastovälineistä peräisin olevia hilaviivastoja. Eri hilaviivastovälineet 14 voivat valaista pintaa 20 toisiinsa nähden eri kulmasta. Hilaviivaston 22 kokonaisleveys on helposti muunnettavissa kapeaksi tai leveäksi hilaviivastovälineiden 14 määrän mukaan, jol-15 loin laitteisto on helposti asennettavissa eri levyisille tuotantolinjoille. Keksinnöllisessä ratkaisussa hilaviivastovälineiden 14 etäisyys kollimoivasta linssistä 13 tarkasteltavalle pinnalle 20 on oleellisesti pienempi kuin hilaviivastovälinei-den 14 tuottaman hilaviivaston 22 kokonaisleveys tarkasteltavalla pinnalla 20.That is, two or more gate line means 14 are used to measure the shape of the surface, providing a gate line 22 for a desired area, comprising a plurality of lattice lines originating from different gate line means. Different lattice line means 14 may illuminate surface 20 at different angles to each other. The overall width of the lattice line 22 is easily convertible to narrow or wide according to the number of lattice line means 14, whereby the apparatus can be easily installed on production lines of different widths. In the inventive solution, the distance of the lattice line means 14 from the collimating lens 13 to the viewable surface 20 is substantially smaller than the total width of the lattice line 22 produced by the lattice line means 14 on the viewable surface 20.
Yhden hilaviivastovälineen 14 tuottama hilaviivasto 22 on leveydeltään tavalli-20 sesti 400 mm ja käytettäessä ainakin kahta hilaviivastovälinettä 14 hilaviivasto 22 on kokonaisleveydeltään vähintään 800 mm. Tavallinen etäisyys hilasta 13 tarkasteltavaan pintaan on 150 mm riippumatta tarvittavasta hilaviivaston 22 :·*·· leveydestä tarkasteltavalla pinnalla 20. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa kollimoiva linssi 12 ja hila 13 ovat lähekkäin tai kiinni toisissaan, jolloin myös ·”**: 25 hilan 13 ja tarkasteltavan pinnan 20 välinen etäisyys jää pieneksi. Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa tämä etäisyys on tyypillisesti paljon suurem- • · pi ja etäisyys riippuu tarvittavasta hilaviivaston 22 leveydestä. Keksinnön mu- kaisessa ratkaisussa hilaviivastovälineen 14 kokonaispituus hilasta 13 valaisu- välineeseen 10 on tyypillisesti alle 1 m. Näin hilaviivastovälineen 14 kaukai- 30 simman kohdan etäisyys tarkasteltavasta pinnasta 20 on noin 1 m riippumatta .*”* hilaviivaston kokonaisleveydestä. Tämä oleellisesti vähemmän kuin tunnetun • · ···* tekniikan mukaisissa ratkaisuissa.The lattice line 22 produced by one of the lattice line means 14 is typically 400 mm wide and, when at least two lattice line means 14 are used, the lattice line 22 has a total width of at least 800 mm. The usual distance from grid 13 to the surface to be considered is 150 mm regardless of the required width of grid line 22: · * ·· in the surface under consideration 20. In the solution of the invention, the collimating lens 12 and grid 13 are adjacent or the distance between surface 20 remains small. In prior art solutions, this distance is typically much larger and depends on the required width of the lattice grid 22. In the solution of the invention, the total length of the lattice line means 14 from the lattice 13 to the illumination means 10 is typically less than 1 m. Thus, the distance farthest 30 from the lattice line means 14 to the observed surface 20 is about 1 m. This is significantly less than in prior art • · ··· * solutions.
• ^• ^
Keksinnön mukaisessa ratkaisussa kuviossa 2 kamera 21 kuvaa • · ·:··· ensin referenssipinnalla olevan hilaviivaston, jonka jälkeen kamera 21 kuvaa . \ 35 tarkasteltaville pinnoille 20 muodostuneet hilaviivastot 22. Referenssipintana • · » ; käytetään pinnanmuodoiltaan tunnettua kappaletta, tyypillisesti hyvälaatuistaIn the solution according to the invention in Figure 2, the camera 21 depicts • · ·: ··· first the lattice line on the reference surface, followed by the camera 21. \ 35 lattice lines formed on surfaces 20 to be considered 22. As a reference surface • · »; a piece of known surface shape is used, typically of good quality
• I• I
5 106745 tasopintaa. Referenssihilaviivaston kuvaaminen kameralla 21 on tärkeää erityisesti silloin, kun pinta 20 ei ole tasopinta, jolloin hilaviivoista tulee käyriä, tai kun pinnassa 20 on voimakkaasti heijastavia kohtia, jotka haittaavat hilavii-vastojen 22 näkyvyyttä. Tarkasteltavana pintana 20 on esimerkiksi levyvalssa-5 uslinjan levypinta, joka liikkuu nuolen osoittamaan suuntaan. Mittauksella tarkkaillaan tällöin levyjen tasomaisuutta. Levyvalssauslinjalla levyn tasomaisuuden poikkeamia voidaan myös korjata levyn pinnan muodon mittauksen perusteella. Tällöin mittauslaitteisto on edullisesti sijoitettu oikaisu- ja katkaisukonei-den yhteyteen ja tarvittaessa myös tuotantolinjan loppupäähän, jossa esimer-10 kiksi telat korjaavat pinnan 20 muotoa. Kamera 21 voi olla mikä tahansa elektroninen kamera, mutta keksinnön mukaisessa ratkaisussa kamera 21 on edullisesti viivakamera eli rivikamera, ja kameran 21 valotus on edullisesti synkronoitu levyn liikkeeseen, jolloin pintaa 20 voidaan kuvata koko alaltaan. Viiva-kameran käyttö mahdollistaa siis pituudeltaan vaihtelevien kohteiden tai jatku-15 van nauhamaisen tuotteen joustavan tarkastamisen. Myös matriisikameraa voidaan käyttää, mutta matriisikameran valotus ei ole yhtä helposti säädettävissä kuin viivakameran, koska matriisikamerat on yleensä sovitettu videosignaaliin. Lisäksi matriisikameran resoluutio on heikompi kuin viivakameran. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voidaan käyttää yhtä tai useampaa kame-20 raa 21. Käytettäessä useampaa kuin yhtä kameraa 21 voidaan myös kameran 21 etäisyyttä pinnasta 20 lyhentää.5 106745 plane surfaces. The imaging of the reference grid line with the camera 21 is particularly important when the surface 20 is not a planar surface, whereby the grid lines become curved, or when the surface 20 has highly reflective points which obstruct the visibility of the lattice resistors 22. In the surface 20 is, for example levyvalssa-5 uslinjan plate surface, which moves in the direction indicated by the arrow. The flatness of the plates is then monitored by measurement. Disc flatness deviations on the sheet rolling line can also be corrected based on the measurement of the sheet surface shape. Hereby, the measuring apparatus is preferably located in connection with the straightening and cutting machines and, if necessary, also at the end of the production line, where, for example, the rolls correct the shape of the surface 20. The camera 21 may be any electronic camera, but in the solution of the invention, the camera 21 is preferably a line camera, or line camera, and the exposure of the camera 21 is preferably synchronized with the movement of the plate, allowing surface 20 to be imaged. Thus, the use of a line camera allows for flexible inspection of objects of variable length or continuous strip product. A matrix camera can also be used, but the exposure of the matrix camera is not as easily adjustable as that of a line camera because the matrix cameras are usually fitted to the video signal. In addition, the resolution of the matrix camera is lower than that of a linear camera. In the solution of the invention, one or more cameras 20 may be used 21. When more than one camera 21 is used, the distance of the camera 21 from the surface 20 may also be shortened.
Kuviossa 3 on esitetty edelleen lähemmin keksinnön mukaista rat-r ” kaisua. Kukin vähintään kahdesta hilaviivastovälineestä 14 käsittää runkora- kenteen 31, joka suojaa ympäristöstä tulevalta hajavalolta. Hilaviivastoväline ; 25 14 projisoi hilaviivaston viistosti tarkasteltavalle pinnalle 20. Kamera 21 voi olla i\: tällöin pinnan 20 normaalin suunnassa. Kameran 21 kuvauskulma ja hilavii- vastovälineen 14 valaisukulma ovat kuitenkin keksinnön mukaisessa ratkai- • sussa edullisesti säädettävissä halutulla tavalla valotehon, tarkasteltavan pin-nan optisten ominaisuuksien, vaaditun mittausresoluution ja kameran ominai-30 suuksien mukaan. Kamerasta 21 hilaviivaston kuvainformaatio siirretään tieto- • · *;* koneeseen 32, joka referenssihilaviivastokuvan ja tarkasteltavan pinnan hila- *:** viivastokuvan avulla muodostaa pinnan muotoa kuvaavan juovakuvion ja mää- ·*.··! rittää juovakuvion perusteella pinnan muodon. Kameran 21 ollessa digitaali- ·:·: nen tietokone 32 saa suoraan hilaviivastojen 22 kuvat digitaalisena, mutta käy- 35 tettäessä analogista kameraa kuvat muunnetaan analogisesta digitaaliseksi “*! esimerkiksi tietokoneessa 32 olevalla A/D-muuntimella. Referenssihilaviivas- 6 106745 toa ei tarvitse välttämättä kuvata kameralla 21, vaan referenssihilaviivasto voi keksinnön mukaisessa ratkaisussa olla myös tietokoneen 32 muistiin tallennettu binaarinen muistikartta. Tämä on mahdollista erityisesti silloin, kun pinta on tasomainen eikä siinä esiinny voimakkaita, hilaviivastoa 22 häiritseviä hei-5 jastuksia. Kameran 21 valotus on edullisesti synkronoitu levyn liikkeeseen, jolloin kamera tai kamerat 21 kuvaavat pintaa 20 rivi kerrallaan ja rivit talletetaan tietokoneen 32 muistiin. Pinnan muodon mittauksessa voidaan käyttää näin haluttu määrä kameran tai kameroiden 21 kuvaamia rivejä. Tietokone 32 voi käsitellä hiiaviivastokuvia esimerkiksi harmaasävykuvina, mutta tietokone 32 10 käsittelee hilaviivastoja keksinnön mukaisessa ratkaisussa edullisesti binaari-arvoisina eli tummat viivat saavat arvon nolla ja vaaleat viivat saavat arvon yksi tai päinvastoin. Näin hilaviivastot ja juovakuvio tulevat optisesti muodostettua moire-viivastoa ja -juovastoa suurikontrastisemmiksi ja helpoiksi käsitellä.Figure 3 further illustrates the rat-r 'embodiment of the invention. Each of the at least two lattice line means 14 comprises a frame structure 31 that protects against diffused light from the environment. Lattice tool; 14 projects the lattice line obliquely on the surface 20 to be viewed. The camera 21 may then be in the normal direction of the surface 20. However, in the solution of the invention, the shooting angle of the camera 21 and the illumination angle of the lattice entertainment device 14 are preferably adjustable according to the luminous efficacy, optical properties of the surface under consideration, required measurement resolution and camera characteristics. From the camera 21, image information of the lattice line is transferred to a computer 32, which, by means of a reference lattice line image and a lattice *: ** line image, forms a line pattern and determines the shape of the surface. lines the surface shape based on a stripe pattern. When the camera 21 is digital, the computer 32 directly receives the images of the lattice lines 22 digital but when using an analog camera, the images are converted from analog to digital “*! for example, an A / D converter on a computer 32. The reference grid line need not necessarily be imaged by the camera 21, but in the solution of the invention the reference grid line may also be a binary memory map stored in the memory of the computer 32. This is possible in particular when the surface is planar and does not exhibit strong hi-5 disturbances that interfere with the lattice line 22. The exposure of the camera 21 is preferably synchronized with the movement of the plate, whereby the camera or cameras 21 depict surface 20 line by line and the rows are stored in the memory of the computer 32. The desired number of rows depicted by the camera or cameras 21 can be used to measure the shape of the surface. The computer 32 may process the grid line images, for example, as grayscale images, but the computer 32 10 will preferably treat the grid lines in binary value, i.e., the dark lines will have the value zero and the light lines will have the value one or vice versa. In this way, the lattice lines and the stripe pattern become more contrast and easy to manipulate with the optically formed moire line and stripe.
Kuviossa 4 on esitetty keksinnöllinen pinnan muodon mittausjärjes-15 tely, jossa pintaa valaistaan hilaviivastovälineiden 14 lisäksi toisilla valaisuväli-neillä 41. Toiset valaisuvälineet 41 käsittävät yhden tai useamman valaisimen. Tässä ratkaisussa on oleellista, että kamera 21 on ns. värikamera eli että siinä on detektorit ainakin kahdelle toisistaan oleellisesti poikkeavalle optisen säteilyn aallonpituuskaistalle. Yhden värikameran sijasta on mahdollista käyttää 20 myös ainakin kahta erillistä suodattimilla varustettua kameraa, jotka detektoi-vat eri optisen säteilyn kaistoja. Tyypillisesti värikamera erottelee sinisen, punaisen ja vihreän. Tällöin hilaviivastovälineet 14 voivat käyttää esimerkiksi pu- .***·· naista valoa hilaviivaston kuvaamiseen pinnalle 20 ja toiset valaisuvälineet 41 « voivat käyttää esimerkiksi sinistä valoa pinnan 20 valaisuun. Näin kamera 21 25 kuvaa punaisessa valossa pinnalla 20 olevan hilaviivaston ja sinisessä valos-sa pelkän pinnan 20 ja tallettaa nämä kuvat tietokoneen 32 muistiin. Tunnetun • · tekniikan mukaisissa ratkaisuissa tarkasteltavan pinnan 20 pintakuviointi näkyy samanaikaisesti kohteen pinnalle muodostettujen hilaviivastojen kanssa. Tällainen tilanne vaikeuttaa huomattavasti hilaviivaston automaattista ja luotetta-30 vaa tulkintaa sekä lisää laskennan prosessointiaikaa. Usein sovellukset joudu- ;;;* taan rajoittamaan tilanteisiin, joissa tarkasteltavan pinnan 20 tekstuuri esiintyy • ♦ ·;·* täysin eri spatiaalitaajuudella pinnalle projisoituun hilaviivastoon ja muodos- :*·.! tettuun moirä-kuvioon nähden tai pintakuvioinpa ei ole ollenkaan. Tyypillisiä ·:··· pintakuvioita ovat terästeollisuudessa rihla- ja kyynelkuviot sekä kuvioidut 35 muovipinnoitteet. Puulevyteollisuudessa puulla on omat luonteenomaiset pin- • · · | takuvioinnit. Teollisuudessa käytetään myös erilaisia koodi- ja valmistemerkin- « · 106745 7 töjä, jotka häiritsevät hilaviivastoa. Jos pinnassa 20 on merkintöjä tai kuviointia, jotka häiritsevät hilaviivaston näkyvyyttä, ne voidaan poistaa hilaviivaston kuvasta käyttäen tietokoneen 32 kuvankäsittelyohjelmia. Keksinnöllisessä menetelmässä poistetaan edullisesti ympäristön hajavalon vaikutus, tasoitetaan 5 ilmaisimen herkkyyserot ja vähennetään pinnan kuva hilaviivaston kuvasta, jolloin saadaan aikaan puhdas hilaviivaston kuva. Kuvaustapahtuma on nopea, koska sekä hilaviivaston että pelkän pinnan kuva voidaan ottaa samanaikaisesti. Toisten valaisuvälineitten 41 valaisukulma ei ole keksinnön kannalta oleellinen, mutta valaisukulma on kuitenkin keksinnöllisessä ratkaisussa sää-10 dettävissä halutulla tavalla valotehon, tarkasteltavan pinnan 20 optisten ominaisuuksien ja kameran 21 ominaisuuksien mukaan. Lisäksi toisten valaisuvä-lineiden 41 optisen säteilyn avulla tietokone 32 voi tarkasti määrittää tarkasteltavan pinnan 20 leveyden.Fig. 4 shows an inventive surface shape measuring arrangement 15 in which the surface is illuminated in addition to the lattice line means 14 by the second illumination means 41. The second illumination means 41 comprises one or more luminaires. In this solution, it is essential that the camera 21 be so-called. a color camera, i.e., having detectors for at least two substantially different optical wavelength bands. Instead of a single color camera, it is also possible to use at least two separate cameras with filters which detect different bands of optical radiation. Typically, a color camera distinguishes blue, red, and green. In this case, the lattice line means 14 may use, for example, a puff *** ·· female light to depict the lattice line on the surface 20 and the other illumination means 41 ′ may use blue light for example to illuminate the surface 20. Thus, the camera 21 25 depicts the lattice line on the red light 20 and the blue light only the surface 20 and stores these images in the memory of the computer 32. In prior art solutions, · the texture of the surface 20 to be considered is displayed simultaneously with the lattice lines formed on the surface of the object. This situation significantly complicates the automatic and reliable interpretation of the grid line and increases the processing time of the calculation. Often, applications will be limited to situations where the texture of the surface 20 under consideration occurs in a grid line projected onto the surface at a completely different spatial frequency and: * ·! or the texture is not at all. Typical ·: ··· textures in the steel industry include ruffle and tear patterns and textured 35 Plastic coatings. In the wood panel industry, wood has its own characteristic surface • · · | texture formed. The industry also uses a variety of code and product markings, which interfere with the grid line. If there are markings or patterns on the surface 20 that interfere with the visibility of the lattice line, they can be removed from the lattice line image using image processing programs on the computer 32. Preferably, the inventive method eliminates the effect of ambient diffused light, compensates for differences in the sensitivity of the detector, and subtracts the surface image from the lattice line image to provide a clean lattice line image. The imaging process is fast because both the lattice line and the surface only can be captured simultaneously. The illumination angle of the other illumination means 41 is not essential to the invention, but in the inventive solution the illumination angle can be adjusted as desired according to the luminous efficacy, the optical properties of the surface 20 to be examined and the camera 21. In addition, the optical radiation of the second illumination means 41 allows the computer 32 to accurately determine the width of the surface 20 to be considered.
Kuviossa 5 on esitetty tarkemmin kunkin hilaviivastovälineen 14 ra-15 koväline 11. Keksinnöllisessä ratkaisussa rakovälineen 11 rako 51 on efektiivi-sesti pitkänomainen rako ja raon 51 kapea osa on samassa suunnassa kuin hilaviivaston viivat. Pitkänomaisuudella tarkoitetaan sitä, että rako 51 voi olla yhtenäinen suurin piirtein suorakaiteen muotoinen reikä esimerkiksi myös kapea ellipsi tai erillisten reikien reikäjoukko, jotka sijaitsevat oleellisesti suora-20 kaiteen muotoisella alueella. Keksinnöllisessä ratkaisussa hilaviivastovälinei-den 14 optisen säteilyn kaistaa voidaan rajoittaa käyttämällä esimerkiksi pu-^ naista suodatinta raossa 51. Suodatin voi olla tietysti myös missä tahansa va- * lonlähteen ja tarkasteltavan pinnan välissä, kunhan se ei häiritse itse mittaus-tapahtumaa. Tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna, joissa rat- ; ·'* 25 kaisuissa käytetään pientä ympyrän tai neliönmuotista rakoa, keksinnöllinen • · \*·: ratkaisu on huomattavasti valovoimaisempi, mikä parantaa hilaviivaston näky- ·· : '·· vyyttä tarkasteltavalla pinnalla.In Figure 5, the slot 51 of each lattice line means 14 is shown in more detail. In the inventive embodiment, the slot 51 of the slot member 11 is effectively an elongated slot and the narrow portion of the slot 51 is in the same direction as the lattice line lines. By elongation is meant that the slot 51 may be a uniform approximately rectangular hole, for example, also a narrow ellipse or a set of discrete holes located in a substantially rectangular-shaped area. In the inventive solution, the optical radiation band of the lattice line means 14 can be limited, for example, by using a red filter in slot 51. Of course, the filter can also be located anywhere between the light source and the surface under consideration, as long as it does not interfere. Compared to prior art solutions where · '* 25 uses a small circle or square slot, the inventive • · \ * · solution is much lighter, which improves the visibility of the lattice line on the surface under consideration.
Kuviossa 6 on esitetty keksinnön mukainen ratkaisu, jossa raon 51 sijasta käytetään kuituriviä 61. Kuituriviä 61 valaistaan optisen tehon lähteellä .*·*. 30 10 ja kuiturivin 61 toinen pää on linssin 12 polttopisteessä. Tällöin kuiturivin 61 .···. säteillessä optista tehoa linssille 12 tilanne on oleellisesti samanlainen kuin *·* optisen tehon tullessa pitkänomaisesta raosta 51.Fig. 6 shows a solution according to the invention in which a fiber array 61 is used instead of a slot 51. The fiber array 61 is illuminated by a source of optical power. * · *. 30 and the other end of the fiber row 61 is at the focal point of the lens 12. In this case, the fiber row 61. when the optical power is emitted to the lens 12, the situation is substantially similar to that of the optical power coming from the elongated slot 51.
**.*·: Käytettäessä rakoa 51 tai kuituriviä 61 linssinä 12 voidaan käyttää fresnel-linssin sijaan tavallista sylinterilinssiä, koska kollimointia tarvitaan vain : .·. 35 hilaviivaston leveyssuunnassa eikä hilaviivojen suunnassa (kuvioissa 5 ja 6 [[[.': säteily on siis kollimoitu vaakasuunnassa, mutta ei pystysuunnassa). Fresnel- • · 8 106745 linssi käsittää useita kiilamaisia urarenkaita, joiden avulla taittovoima saadaan halutun suuruiseksi. Näin Fresnel-linssi on taittovoimaltaan vastaavaan tavalliseen linssiin nähden ohut ja kevyt. Fresnel-linssi voidaan valmistaa esimerkiksi lasista tai muovista.**. * ·: When using slot 51 or fiber row 61 as a lens 12, a standard cylindrical lens can be used instead of a Fresnel lens because collimation is only required:. 35 in the width direction and not in the direction of the lattice lines (in Figures 5 and 6 [[[. ': The radiation is thus collimated horizontally but not vertically). The Fresnel • · 8 106745 lens incorporates a number of wedge-shaped groove rings to achieve the desired bending force. This way, the Fresnel lens is thin and light compared to a regular lens with a refractive power. The Fresnel lens can be made of, for example, glass or plastic.
5 Tietokoneen muistiin talletetun referenssihilaviivaston sijasta voi daan referenssihilaviivastona käyttää myös konkreettista hilaviivastoa, jonka läpi pinnalta heijastuvaa hilaviivastoa kuvataan kameralla. Tällöin ei kuitenkaan voida käyttää hyväksi toisia valaisuvälineitä 41, eikä siten pinnassa olevia häiritseviä kuvioita voida kuvankäsittelyssä poistaa hilaviivaston kuvasta.5 Instead of a reference lattice line stored in a computer memory, a concrete lattice line can be used as a reference lattice line, through which the surface reflected lattice line is represented by a camera. However, in this case, the second illumination means 41 cannot be utilized, and thus the disturbing patterns on the surface cannot be removed from the image of the lattice line in image processing.
10 Keksinnöllinen ratkaisu toimii erityisesti moire-tekniikalla, jolloin hila muodostaa viivakuvion tarkasteltavalle pinnalle, mutta keksinnön mukainen ratkaisu on periaatteessa mahdollinen myös millä tahansa muulla hilan säännöllisellä kuvioinnilla. Tällöin pinnan muodon määritys perustuu moire-teknii-kasta poikkeaviin tietokoneohjelmiin.The inventive solution works in particular with the moire technique whereby the lattice forms a line pattern on the surface to be considered, but the solution according to the invention is in principle also possible with any other regular patterning of the lattice. The determination of the surface shape is then based on computer programs other than the moire technique.
15 Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.While the invention has been described above with reference to the example of the accompanying drawings, it is clear that the invention is not limited thereto, but that it can be modified in many ways within the scope of the inventive idea set forth in the appended claims.
·♦ « « ♦ · • · « • · • · · • ·· • · • · • « • ·· ··· • · · • · · • · · • · • · ··♦ • · · • · • · · « » I i · * « « • ·· ♦ «« ♦ • «• · • · · · · ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ • · · «» I i · * «« • ·
Claims (32)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI972317A FI106745B (en) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | Method for measuring of the shape of a surface and the measuring arrangement |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI972317 | 1997-05-30 | ||
FI972317A FI106745B (en) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | Method for measuring of the shape of a surface and the measuring arrangement |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI972317A0 FI972317A0 (en) | 1997-05-30 |
FI972317A FI972317A (en) | 1998-12-01 |
FI106745B true FI106745B (en) | 2001-03-30 |
Family
ID=8548950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI972317A FI106745B (en) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | Method for measuring of the shape of a surface and the measuring arrangement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI106745B (en) |
-
1997
- 1997-05-30 FI FI972317A patent/FI106745B/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI972317A0 (en) | 1997-05-30 |
FI972317A (en) | 1998-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4988886A (en) | Moire distance measurement method and apparatus | |
DE60034723T2 (en) | Optical displacement detection | |
JP4511978B2 (en) | Surface flaw inspection device | |
DE4007502A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF OBJECT SURFACES | |
JP4081414B2 (en) | Strip shape inspection method and apparatus | |
CN106461575B (en) | Device and method for measuring distortion defect in manufactured float glass strip | |
IL292787A (en) | Diffraction based overlay metrology tool and method | |
GB2189623A (en) | Remote reading spectrophotometer | |
JPH0627647B2 (en) | Optical quality inspection method for large area plate made of transparent material such as glass | |
DE102017116758B4 (en) | Method and device for scanning surfaces with a stereo camera | |
CN100535587C (en) | Unevenness detection device and unevenness detection method | |
US4578590A (en) | Continuous alignment target pattern and signal processing | |
EP2208987B1 (en) | Method and device for visual surface inspection | |
JPH08261950A (en) | Device for optically detecting surface defect of especially rolled thin plate | |
JP2008139062A (en) | Spectrum measuring apparatus, and spectrometry | |
JP2008070273A (en) | Apparatus and method for detecting surface defect | |
DE19731545C1 (en) | Device and method for optically detecting the deformation of a surface | |
EP2276999B1 (en) | Optical arrangement for illuminating a measured object, and interferometric arrangement for measuring surfaces of a measured object | |
CN115398213A (en) | Method and detection device for optically detecting a surface | |
FI106745B (en) | Method for measuring of the shape of a surface and the measuring arrangement | |
JP2021529941A (en) | A device and method for optically measuring an object to be measured with chromatic confocal and forming an image with confocal. | |
CA2481674A1 (en) | Method for determining the scale of an observation area | |
DE3413605A1 (en) | Optical method for measuring the profile of surfaces with a locally strongly fluctuating reflection factor | |
DE102008048574A1 (en) | Light ray's impact point identifying device, has light source for emitting light ray, and reflecting element formed of two single reflectors, where one of single reflectors is changeable by adjustment process | |
KR102682167B1 (en) | Apparatus and method for testing rod-shaped articles of the tobacco processing industry |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GB | Transfer or assigment of application |
Owner name: VALTION TEKNILLINEN TUTKIMUSKESKUS |