FI124603B - Menetelmä ja laite etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta - Google Patents
Menetelmä ja laite etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta Download PDFInfo
- Publication number
- FI124603B FI124603B FI20115887A FI20115887A FI124603B FI 124603 B FI124603 B FI 124603B FI 20115887 A FI20115887 A FI 20115887A FI 20115887 A FI20115887 A FI 20115887A FI 124603 B FI124603 B FI 124603B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- reflecting surface
- distance
- detector
- light sources
- light
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
- G01N21/8901—Optical details; Scanning details
Description
MENETELMÄ JA LAITE ETÄISYYDEN MITTAAMISEKSI HEIJASTAVASTA PINNASTA
KEKSINNÖN TEKNIIKAN ALA
5 Keksinnön kohteena on laite ja menetelmä etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta. Keksinnön kohteena on erityisesti pinnan tasaisuuden ilmaiseminen.
KEKSINNÖN TAUSTA
Lasinvalmistusprosessissa lasilevyt kuljetetaan esim. uunin läpi tyypillisesti 10 vaakasuuntaisella rullakuljettimella. Uunissa lasilevy kuumennetaan seuraavia käsittelyvaiheita, kuten temperointia varten, jolloin levy kuumennetaan hehkutuslämpötilansa (tyypillisesti noin 500-800*0) yläpuolelle ja jäähdytetään sitten nopeasti (tyypillisesti noin 60-70*C:een) lasin pinnan karkaisemiseksi. Tämä luo sisäisiä jännityksiä lasiin, joten jos lasi tämän jälkeen rikkoutuu, se särkyy 15 yksinkertaisen katkeamisen sijasta moniksi pieniksi paloiksi tehden sen paljon turvallisemmaksi. Lisäksi temperoitu lasi on paljon lujempaa kuin tavallinen lasi. Kuumennus, rullakuljetus tai muu käsittely voivat kuitenkin aiheuttaa lasipinnan tasaisuuteen vääntymistä tai vaihteluita, jotka pitää määrittää prosessin aikana.
Näiden lasipinnan tasaisuudessa esiintyvien vaihteluiden ilmaisemiseksi 20 tunnetaan tekniikan tasosta joitakin ratkaisuja, kuten US 4390277, jossa liikutettavaan heijastavaan pintaan suunnataan kollimoitu, monokromaattinen valo.
^ Heijastunut valo muuttuu normaalista tulokulmasta määrällä, jonka määrittää o testattavan pinnan kaltevuus. Toinen dokumentti on US 5251010, jossa ivL generoidaan kaksi valonsädettä lasilevyyn ennalta määrätyllä etäisyydellä ja o ^ 25 heijastuneeseen valoon käytetään tallennettuja toisia etäisyyksiä pinnan ° vääntymisen määrittämiseksi lasilevyn kyseisessä kohdassa. Pintaan valaistaan £ myös erilaisia kuvioita ja kuvantunnistusmenetelmien perusteella määritetään sitten heijastuneissa kuvioissa olevat vääristymät.
00
LO
ΪΙ Tunnettuihin tekniikan tason ratkaisuihin liittyy kuitenkin joitakin haittapuolia, o ^ 30 nimittäin pinnanmuotojen tai muiden valaisukuvioiden määrittämiseksi ja analysoimiseksi tarvitaan erityisohjelmisto ja erityisesti kalliita komponentteja, kuten CCD-kameroita, jotka tekevät järjestelystä kokonaisuudessaan varsin 2 monimutkaisen ja kalliin. Myös asennus vaatii suhteellisen suuren tilan, koska kuvien luomiseksi ja ilmaisemiseksi tarvitaan erillinen yksikkö. Lisäksi jotta kyetään määrittämään etäisyydet pintaan, tarvitaan olennaisesti kohtisuora visuaalinen yhteys mitattavana olevaan pintaan ja erityisesti tekniikan tason mukaiset 5 menetelmät eivät siedä mitattavan pinnan kallistamista.
KEKSINNÖN YHTEENVETO
Keksinnön tarkoituksena on lievittää ja eliminoida tunnettuun tekniikan tasoon liittyviä ongelmia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on saada aikaan järjestely 10 etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta jopa silloin kun pinta on jotenkin kallistunut tai vääntynyt ja siten, että nämä lasipinnan tasaisuudessa esiintyvät vääntymät tai vaihtelut eivät vaikuta tulokseen tai muuta sitä.
Keksinnön tarkoitus voidaan toteuttaa itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkeillä.
15 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen laite. Lisäksi keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä ja patenttivaatimuksen 11 mukainen tietokoneohjelmatuote.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laite etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta, kuten lasin, sellaisen kuten temperoidun lasin pinnasta, 20 käsittää kaksi valonlähdettä, jotka ovat konfiguroidut emittoimaan valonsäteet siten, että ne (eli optiset akselit) osuvat heijastuskohtaan tai -alueeseen, joka on yhteinen molemmille säteille. Yhteinen heijastusalue merkitsee sitä, että saapuvien säteiden välinen etäisyys voi vaihdella, mutta on tyypillisesti cm vaihteluvälillä muutamasta millimetristä joihinkin senttimetreihin. Erään i £ 25 suoritusmuodon mukaisesti oletetaan, että tulevien säteiden välinen heijastava i g pinta on olennaisesti planaarinen, joten näiden kahden kohdan välillä ei olisi x minkäänlaista aaltomaisuutta tai suurta vääntymää. Tällöin on syytä huomioida,
CC
“ että tätä etäisyyttä voidaan vaihdella vääristymän oletuksen takia, r--
CO
S Laite käsittää myös optoelektronisen detektorin heijastavasta pinnasta 5 30 heijastuneiden valonsäteiden yksilöllisten sijaintien (etäisyydet d1 ja d2)
CM
määrittämiseksi detektorin pinnassa. Detektori on edullisesti viivadetektori ja järjestetty kiinteästi vastapäätä mitattavaksi tulevaa heijastavaa pintaa.
3
Lisäksi laite käsittää datan käsittelyvälineen heijastavasta pinnasta olevan etäisyyden h (yhtälö (4) jäljempänä) määrittämiseksi kahden valonsäteen detektorin pinnassa olevien mitattujen sijaintien (di, d2) perusteella ratkaisemalla numeerisesti trigonometrinen funktio. Erään suoritusmuodon mukaisesti mainittu 5 trigonometrinen funktio käsittää kolme yhtälöä ((1), (2), (3) jäljempänä), joissa on kolme tuntematonta parametria: x on heijastavan pinnan keskimääräinen kallistuskulma heijastuskohdassa/-alueella, ja hi and h2 ovat ensimmäisen ja toisen valonlähteen etäisyydet heijastavasta pinnasta. Mainitut kolme yhtälöä saadaan numeerisesti ratkaistuiksi kun selvitetään kyseisten kahden valonsäteen 10 sijainnit (di, d2) detektorin pinnassa. Mainitut kolme yhtälöä ((1), (2), (3)) ovat: tan(x)=^ (1) fl — dl c°s(y+2x)cos(y+x) 1 sin(2y+2x)cos(x) ' ' , d2 cos(y-2x)cos(y-x) tly = -:-- (o) Δ sm(2y-2x)cos(x) ' ' joissa y on kulma, jolla valonsäteet emittoidaan heijastavaan pintaan 15 valonlähteistä ja m on valonlähteiden välinen etäisyys (yja m ovat tunnettuja).
Kun mainittujen kolmen yllä olevan yhtälön ((1), (2), (3)) järjestelmä on ratkaistu, saadaan haluttu etäisyys h määritetyksi yhtälöstä (4): h = ^ (4)
Eräs esimerkki yllä olevien yhtälöiden järjestelmän numeerisesta ratkaisusta 20 voidaan nähdä jäljempänä. Se perustuu yhteensopivuusmenettelyyn, jossa Λ? ja h2 ovat annettuja arvoja ongelman ratkaisun ympärillä ja yhteensopivuusarvo o lasketaan sille kuinka hyvin yhtälöiden järjestelmä pysyy.
C\J
o Pari seikkaa pitää ottaa tarkasti huomioon ennen tällaisen numeerisen 0 menetelmän käyttämistä: cc 25 1) Sisääntulon (hi, h2) ruudukon koko. Oikean ratkaisun pitää aina sijoittua ruudukon sisälle, muuten tulos on väärä, 00 2) Sisääntulon {hi, h2) ruudukon porras. Tällä on merkitystä tarkkuuden o kannalta. Jos porras on esimerkiksi 10 pm, on laskentatarkkuus noin 5 pm.
(Tämä siksi, että ratkaisu on hr.n ja h2:r\ keskiarvo), ja 30 3) Nopeus. Tämän menetelmän etu on se, että se antaa aina oikean tuloksen (jos ensimmäinen (1) ehto pitää). Se ei pääse suppenemaan mihinkään 4 paikallisiin ääriarvoihin, joka pitää ottaa huomioon käytettäessä esim. nopeampia gradienttipohjaisia algoritmeja. Komputointia on kuitenkin mahdollista nopeuttaa iteroimalla useilla järkevästi valituilla ruudukoilla, joilla on erilainen koko ja portaat. Lisäksi /??:n ja hy.n muuttuvaa 5 vaihteluväliä koskevat ennakkotiedot tietenkin auttavat.
m = 120000; d1 = 46000; d2 = 45000; y = 30 * pi/180; 10 paras_h1 = 0; paras_h2 = 0; paras_x = 0; parasjyhteensopivuus = 100000000000000000000000; 15 h1_s = 37000:10:40000; h2_s = 38000:10:41000; kun h1 = h1_s, kun h2 = h2_s, 20 x = atan((h2 - h1) / m); h1_e = (d1 *cos(y+2*x) *cos(y+x)) /(sin(2*y+2*x)*cos(x)); h2_e = (d2 *cos(y-2*x) *cos(y-x))/(sin(2*y-2*x)*cos(x)); yhteensopivuus = (h1-h1_e)A2 + (h2-h2_e)A2; jos (yhteensopivuus < paras_yhteensopivuus) 25 paras_yhteensopivuus = yhteensopivuus; paras_x = x; paras_h1 = h1; paras_h2 = h2; loppu 30 loppu loppu ^ h = (parasJh1 + paras_h2)/2; o
C\J
i cp lA 35 Erään suoritusmuodon mukaisesti valonlähteet on järjestetty heijastuskohtaa
O
x vastapäätä. Lisäksi erään suoritusmuodon mukaisesti valonlähteiden toiminta voi ^ olla pulssitettu ja/tai emittoiduilla valonsäteillä voi olla erilaiset aallonpituudet, £3 jolloin detektori voi päätellä mitatun säteen valonlähteen. Valonlähteiden kuin
CO
myös detektorin toimintaa ohjataan edullisesti datan käsittelyvälineeilä.
δ ™ 40 Kuitenkin erään suoritus muodon mukaisesti, kun valonlähteiden ja mitattavan pinnan välinen etäisyys tiedetään edes laajoissa rajoissa (tyypillisesti vaihteluväli on vain joitakin senttimetrejä), kunkin valonlähteen heijastuneiden valonsäteiden 5 sijainnit detektorilla ovat tästä syystä myös riittävän tarkasti tiedossa. Tällöin molemmat (tai kaikki) valonlähteet voidaan sytyttää/sammuttaa samanaikaisesti, koska kunkin heijastuneen säteen sijainnit detektorilla ovat olennaisesti tunnettuja edeltä käsin. Tämä nopeuttaa mittausmenettelyä sellaisen prosessin yhteydessä, 5 jossa valonlähteiden toiminta voi olla pulssitettua.
Erään suoritusmuodon mukaisesti voidaan useita mittauksia tehdä heijastavan pinnan liikkumisen aikana (tai mittauslaitteen ja heijastavan pinnan keskinäisen liikkeen aikana), jolloin voidaan yhdistää pinnan eri pisteiden etäisyysmittaukset heijastavan pinnan tasaisuuden tai pinnan ainakin yhden kaaren ääriviivan 10 määrittämiseksi. Erään suoritusmuodon mukaisesti voidaan myös lasilevyn paksuus mitata kun yhden valonlähteen yksi säde heijastuu lasilevyn sekä ensimmäisestä että toisesta pinnasta ja kun määritetään näiden mainitun yhden valonlähteen emittoimien heijastuneiden säteiden etäisyydet detektorilla.
Vielä erään suoritusmuodon mukaisesti voidaan järjestää mittauspöytä lasilevyn 15 (tai muun esineen, jossa on heijastava pinta) vastaanottamiseksi, jolloin laite etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta voidaan sovittaa mittauspöydän yhteyteen. Heijastavalla pinnalla varustettu esine (kuten lasilevy) voi olla mittauspöydällä liikkumattomasti ja sen pintaa ’’skannataan” liikuttamalla mainittua mittauslaitetta. Edelleen erään suoritusmuodon mukaisesti mittauspöytä voi olla 20 saranoitu ja konfiguroitu vastaanottamaan ja kiinnittämään heijastavalla pinnalla varustettu esine, jolloin esine voidaan kääntää pystysuuntaan (pystyasento) saranan ympäri. Mittauslaite voidaan myös sovittaa mittauspöydän yhteyteen ja taas konfiguroida ’’skannaamaan” pystyasentoon käännetty esine (jotkut standardit edellyttävät, että mittaus suoritetaan pystyasennossa). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Tässä asiakirjassa kuvattu heijastava pinta voi olla esim. ainakin osittain ^ heijastava pinta, kuten lasilevyn pinta sellainen kuin temperoidun lasipaneelin 2 i 3 pinta, joka on ainakin osittain myös läpinäkyvä.
LO
° Esillä oleva keksintö tarjoaa etuja tunnettuun tekniikan tasoon verrattuna. Kahden 4
X
5 £ vastakkaisen valonlähteen käyttö, kuten keksinnössä tapahtuu, tekee 6 mahdolliseksi eliminoida heijastavan pinnan (pintojen) kallistuskulman vaikutus 7 S mitattuun etäisyyteen (etäisyyksiin). Samoin optoelektronisen detektorin käyttö 8 5 mahdollistaa heijastavasta pinnasta (pinnoista) heijastuneiden säteiden 9
C\J
10 keskinäisten etäisyyksien tarkan mittauksen, koska heijastuneiden säteiden intensiteetin hajonnasta voidaan tehdä intensiteettimaksimin määrittäminen, joka 11 tekee mahdolliseksi erittäin tarkan etäisyysmäärityksen. Lisäksi määritetyllä 6 etäisyydellä ohitse kuljetettu heijastava pinta (pinnat) voidaan mitata sen liikkeen aikana tarvitsematta pysäyttämistä tätä tarkoitusta varten, joten mittaukset voidaan tehdä tosiaikaisesti. Kahden tai useamman laitteen kytkeminen rinnakkain mahdollistaa pinnan laajan alueen peittävän mittaamisen tosiaikaisesti.
5 Lisäksi laitteesta voidaan aikaansaada erittäin kustannustehokas verrattuna esim. CCD-kameroita käyttäviin contour-laitteisiin. Myös laitteen (laitteiden) asennus on yksinkertainen ja nopea eikä vaadi raskasta asennuspukkia. Mittausalueen leveyden laajentaminen on helppoa lisäämällä yksinkertaisesti uusi rinnakkainen laite.
10
PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS
Seuraavaksi keksintöä selvitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisten piirustusten mukaisiin esimerkinomaisiin suoritusmuotoihin, joissa piirustuksissa:
Kuvio 1A esittää esimerkinomaisen laitteen etäisyyden mittaamiseksi heijas-15 tavasta pinnasta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukai sesti,
Kuvio 1B esittää esimerkinomaisen laitteen etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta ja sen paksuuden mittaamiseksi keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, 20 Kuvio 2 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen, esimerkinomaisen heijastavan pinnan, C\| ^ Kuvio 3 esittää esimerkinomaisen mittausperiaatteen etäisyyden mittaamiseksi ^ heijastavasta pinnasta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon Γ"» 9 mukaisesti,
LO
o x 25 Kuvio 4 esittää esimerkinomaisen todistelun, jonka johtopäätöksenä on
CC
mittausperiaate etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta oo keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, ja
00 ’3 LO
o Kuvio 5 esittää esimerkinomaisen mittausjärjestelyn etäisyyden mittaamiseksi c\j heijastavasta pinnasta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon 30 mukaisesti.
7
YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS
Kuviossa 1A on esitetty esimerkinomainen laite 100 etäisyyden h mittaamiseksi heijastavasta pinnasta 101 keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, 5 jolloin laite käsittää kaksi valonlähdettä 102, 103, jotka ovat konfiguroidut emittoimaan valonsäteet 102a, 103a siten, että ne (eli optiset akselit) osuvat heijastuskohtaan tai -alueeseen 106, joka on yhteinen molemmille säteille. Yhteinen heijastusalue merkitsee sitä, että tulevien säteiden välinen etäisyys voi vaihdella (kuten on esitetty kuvion 2 yhteydessä viitenumeroilla 106a, 106b, 106c), 10 mutta on tyypillisesti vaihteluvälillä muutamasta millimetristä joihinkin senttimetreihin (rajoittumatta vain näihin). Erään suoritusmuodon mukaisesti oletetaan, että saapuvien säteiden välinen heijastava pinta on olennaisesti planaarinen, joten näiden kahden pisteen välillä ei ole minkäänlaista kiertymää tai suurta vääntymää. Erään suoritusmuodon mukaisesti valonlähteet 102, 103, 112, 15 113 on järjestetty heijastuskohdan 106 vastakkaiselle puolelle.
Laite 100 käsittää myös optoelektronisen detektorin 104, 105 heijastavasta pinnasta heijastuneiden valonsäteiden 102a, 103a yksilöllisten sijaintien (katso esim. kuvioista 3 ja 4 etäisyydet c/? ja d2) määrittämiseksi detektorin pinnassa. Detektori on edullisesti viivadetektori ja järjestetty kiinteästi vastapäätä 20 mitattavaksi tulevaa heijastavaa pintaa.
Lisäksi laite 100 käsittää datan käsittelyvälineen 107 valonlähteiden kuin myös detektorin ohjaamiseksi. Datan käsittelyvälinettä 107 käytetään myös heijastavasta pinnasta olevan etäisyyden h määrittämiseksi kyseisten kahden ^ valonsäteen detektorin pinnassa olevien mitattujen sijaintien (d*, d2) perusteella o 25 ratkaisemalla numeerisesti yllä ja kuvion 3 yhteydessä kuvattujen kolmen yhtälön rL ((1), (2), (3)) trigonometrinen funktio. Lisäksi datan käsittelyväline 107 voidaan o konfiguroida hallitsemaan valonlähteiden toimintaa, kuten niiden pulssitusta siten, ° että valonsäteet tulevat emittoiduiksi vuorotellen kustakin valonlähteestä, jolloin £ laitteella on tieto siitä mistä valonlähteestä ilmaistu valonsäde on lähtöisin.
N- oo 30 Erään suoritusmuodon mukaisesti voidaan heijastavan pinnan liikkeen 108 aikana tehdä useita mittauksia, jolloin pinnan eri pisteiden etäisyysmittaukset voidaan o ^ yhdistää esim. datan käsittelyvälineellä heijastavan pinnan tasaisuuden tai pinnan ainakin yhden kaaren ääriviivan määrittämiseksi.
8
Kuviossa 1B on esitetty esimerkinomainen laite 100, jolla mitataan sekä etäisyys h heijastavasta pinnasta että heijastavan pinnan paksuus t keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti. Lasilevyn paksuus voidaan määrittää esim. datan käsittelyvälineellä 107 kun yhden valonlähteen yksi säde heijastuu lasilevyn 5 101 sekä ensimmäisestä 101a että toisesta 101b pinnasta ja kun näiden, mainitun yhden valonlähteen emittoimien heijastuneiden säteiden etäisyydet hi, h2 detektorilla määritetään esim. samalla tavoin kuin on esitetty muualla tässä asiakirjassa. Siten lasilevyn paksuus määrityskohdassa 106 on t = hb - ha.
Kuviossa 2 on esitetty esimerkinomainen heijastava pinta 100, joka voi olla 10 aaltoileva tai jonka tasaisuudessa voi olla erilaisia vääntymiä tai vaihteluita. On syytä huomioida, että kuvio 2 on vain luonnosmainen ja sen tarkoituksena on vain tehdä lasinvalm istusprosesseissa piilevät ongelmat ja keksinnön mittaustarkoitukset ymmärrettäviksi. Niinpä, kuten kuviosta 2 voidaan ymmärtää, yhteisen heijastusalueen 106 ’’koko” voi vaihdella riippuen pinnan määritettävän 15 tasaisuuden vääristymistä. Jos pinnan tasaisuuden oletetaan olevan hyvin aaltoileva, on tulevien säteiden välinen etäisyys tyypillisesti paljon pienempi 106b kuin silloin kun pinnan oletetaan olevan paljon planaarisempi 106a ja erityisesti 106c. Oletuksena on se, että tulevien säteiden välinen heijastava pinta 106a, 106b, 106c on olennaisesti planaarinen, joten näiden kahden pisteen välillä ei olisi 20 minkäänlaista aaltoilua tai suurta vääntymää.
Esimerkkinä heijastuskohta tai -alue (eli säteiden välimatka) vaihtelee tyypillisesti väillä 1-200 millimetriä, tyypillisemmin välillä 5-100 millimetriä ja tyypillisimmin välillä 10-50 millimetriä. On kuitenkin syytä huomioida, että nämä vaihteluvälit ovat vain esimerkkejä ja keksintö voidaan luonnollisesti toteuttaa myös muilla 25 vaihteluväleillä.
C\J
° Kuviossa 3 on esitetty esimerkinomainen mittausperiaate ja -menetelmä i etäisyyden h mittaamiseksi heijastavasta pinnasta 101 keksinnön erään edullisen g suoritusmuodon mukaisesti siitä huolimatta, että heijastava pinta olisi kalteva x (kulma x) heijastuskohdassa/-alueella. Detektoriin saavuttuaan heijastuneiden 30 säteiden etäisyydet valonlähteistä ovat di, d2, y on kulma, jolla valonsäteet ra emittoidaan heijastavaan pintaan valonlähteistä, ja m on valonlähteiden välinen etäisyys (y ja m ovat tunnettuja, ja di, d2 määritetään detektorin toimesta). ^ Geometrian ja määritettyjen parametrien perusteella voidaan numeerisesti ratkaista trigonometrinen funktio, jossa on seuraavat kolme yhtälöä {(1), (2), (3)): 35 9 tan(x) = h±i (1) h = dl cos(y+2x^cos(y+x) /o\ 1 sin(2y+2x)cos(x) h = d2 cos(y-2x)cos(y-x) 2 sin(2y-2x)cos(x) ' '
Kun yllä oleva mainittujen kolmen yhtälön ((1), (2), (3)) järjestelmä on ratkaistu, 5 saadaan haluttu etäisyys h määritetyksi yhtälöstä (4): h _ ftl+ft2 (4)
Kun pinta liikkuu (tai ainakin pinta ja laite liikkuvat toisiinsa nähden), saadaan pinnan tasaisuus määritetyksi suuremmalta alueelta yhdistämällä useiden mittauspisteiden tulokset.
10 Kuviossa 4 on esitetty esimerkinomainen todisteluperiaate ja -menetelmä heijastavasta pinnasta 101 olevan etäisyyden h mittaamiseksi käytetyn mittausperiaatteen todentamiseksi keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti.
Seuraavat yhtälöt (5) ja (6) voidaan konstruoida käyttämällä sinilausetta: 15 -^^— *=> —^— = -^- (5) sin(90°-x-y) sm(90°+x) cos(x+y) cos(x) —il— =-il- ^ —il— = —il— (6) sin(2x+2y) sin(90°-2x-y) sin(2x+2y) cos(2x+y) ' '
Yhtälö (2) hr.tä varten voidaan saada yhtälöistä (5) ja (6) eliminoimalla vt. Seuraavat yhtälöt (7) ja (8) voidaan taas konstruoida käyttämällä sinilausetta:
C\J
5 -^-= —— <=> —Hi— = _i^_ (7) C\J sin(90°-y+x) sin(90°-x) cos(y-x) cos(x) 9 20 — -=-^-= —il— (8) LO sin(2y-2x) sin(90°+2x--y) sin(2y-2x) cos(2x~y) v ’
O
| Yhtälö (3) h2:ta varten voidaan saada yhtälöistä (7) ja (8) eliminoimalla v2.
Kuviossa 5 on esitetty esimerkinomainen mittausjärjestely 500 etäisyyden
LO
>- mittaamiseksi heijastavasta pinnasta 101 keksinnön erään edullisen ° suoritusmuodon mukaisesti, jolloin järjestely käsittää tyypillisesti vaakasuuntaisen 25 rullakuljettimen 501 esineiden, kuten lasilevyjen kuljettamiseksi esim. uunin 505 läpi. Järjestelyssä mittauslaite 100 voidaan sovittaa tyypillisesti kuljettimen päälle 10 järjestetyn pukin 502a yhteyteen, jolloin mitattavalla pinnalla 101 varustettu esine tulee liikutetuksi mittauslaitteen alitse. Erään suoritusmuodon mukaisesti voidaan järjestää mittauspöytä 503 lasilevyn (tai muun heijastavalla pinnalla varustetun esineen) vastaanottamiseksi, jolloin mittauslaite 100 etäisyyden mittaamiseksi 5 heijastavasta pinnasta 101 voidaan sovittaa mittauspöydän yhteyteen 502b. Heijastavalla pinnalla varustettu esine (kuten lasilevy) voi siis olla mittauspöydällä 503 olennaisesti liikkumattomana ja sen pinta ’’skannataan” liikuttamalla mainittua mittauslaitetta 100, 502b pinnan 101 yläpuolella. Edelleen erään suoritusmuodon mukaisesti mittauspöytä 504 voi olla saranoitu 506 ja siOitä huolimatta konfiguroitu 10 vastaanottamaan ja kiinnittämään heijastavalla pinnalla varustettu esine, jolloin pöytä esineineen voidaan kääntää pystysuuntaan (pystyasento) saranan 506 ympäri. Mittauslaite 100, 502c voidaan sovittaa myös mittauspöydän yhteyteen ja konfiguroida taas ’’skannaamaan” pystyasentoon käännetty esine 101 (jotkut standardit edellyttävät mittauksen tekemistä pystyasennossa). On syytä 15 huomioida, että mittauslaite voidaan konfiguroida liikkumaan mitattavaan pintaan nähden mittauskiskoja pitkin.
Keksintöä on edellä selostettu viittaamalla yllä mainittuihin suoritusmuotoihin ja useita keksinnön etuja on demonstroitu. On selvää, että keksintö ei rajoitu pelkästään näihin suoritusmuotoihin, vaan käsittää kaikki mahdolliset 20 suoritusmuodot keksinnöllisen ajatuksen ja seuraavien patenttivaatimusten hengen ja laajuuden puitteissa. Erityisesti on huomioitava, että laite voi käsittää monia valonlähteitä, jotka on yhdistetty pinnan tasaisuuden määrittämiseksi suuremmalta pinta-alalta. Lisäksi laite voi kuitenkin käsittää vain yhden yhteisen viivadetektorin kaikkia valonlähteitä varten tai useita detektoreita. Edelleen on 25 syytä huomioida, että joukko laitteita voidaan yhdistää järjestelyksi liikkuvan ^ pinnan tasaisuuden määrittämiseksi tosiaikaisesti, δ ™ Lisäksi ainakin osa laitteen funktionaalisuudesta, kuten datan käsittelyvälineen 9 funktionaalisuus, voidaan toteuttaa esimerkiksi tietokoneohjelmatuotteella.
m o
X
IX
Q.
N- 00 00 m δ
C\J
Claims (12)
1. Laite (100) lasilevyn pinnan tasaisuuden ilmaisemiseksi, missä pinnan tasaisuuden mittaaminen on sovitettu tapahtuvaksi etäisyyden (h) mittaamisella heijastavasta lasilevyn pinnasta (101), tunnettu siitä, että laite käsittää 5. kaksi valonlähdettä (102, 103), joiden valonsäteet (102a, 103a) ovat konfiguroidut osumaan lasilevyn pinnan heijastuskohtaan/-alueelle (106), joka on heijastavassa pinnassa yhteinen molemmille säteille, - detektorin (104, 105) heijastavasta pinnasta heijastuneiden valonsäteiden yksilöllisten sijaintien (di, cfe) määrittämiseksi detektorin pinnassa, 10. datan käsittelyvälineen (107) heijastavasta pinnasta olevan etäisyyden (h) määrittämiseksi kahden valonsäteen detektorin pinnassa olevien mainittujen sijaintien (di, d2) perusteella ainakin kahdesta eri kohdasta mainitun lasilevyn pinnasta mitattuna ratkaisemalla numeerisesti trigonometrinen funktio ja edelleen mainitun lasilevyn pinnan tasaisuuden 15 ilmaisemiseksi mainittujen määritettyjen etäisyyksien perusteella.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, jossa mainitut valonlähteet (102, 103) on järjestetty heijastuskohdan (106) vastakkaisille puolille ja jossa detektori (104, 105) on optoelektroninen detektori, kuten viivadetektori.
3. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, jossa mainittujen 20 valonlähteiden toiminta on pulssitettu ja/tai jossa valonlähteet on konfiguroitu emittoimaan valonsäteet erilaisella aallonpituudella.
4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, jossa datan käsittelyväline (107) on sovitettu ohjaamaan valonlähteiden (102, 103) toimintaa ja ^ tekemään useita mittauksia heijastavan pinnan ja laitteen keskinäisen liikkeen o 25 (108) aikana ja yhdistämään pinnan eri pisteiden etäisyysmittaukset heijastavan ιό pinnan tasaisuuden määrittämiseksi. O CNJ c\j
5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, jossa saapuvien | valonsäteiden (102a, 103a) heijastuskohta (106) on molemmille säteille yhteinen ^ alue (106) ja jossa laite on sovitettu emittoimaan valonsäteet yhteiselle alueelle ra 30 siten, että säteiden välimatka (106a, 106b, 106c) vaihtelee yhteisellä alueella heijastavalla pinnalla olennaisesti välillä 1-200 millimetriä, olennaisemmin välillä 5- o ^ 100 millimetriä ja olennaisimmin välillä 10-50 millimetriä.
6. Järjestely (500) lasilevyn pinnan tasaisuuden ilmaisemiseksi, missä pinnan tasaisuuden mittaaminen on sovitettu tapahtuvaksi etäisyyden (h) mittaamisella heijastavasta lasipinnasta (101), tunnettu siitä, että järjestely käsittää ainakin yhden jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen laitteen (100) ja mittauspöydän (503, 504) mainitulla heijastavalla pinnalla varustetun lasilevyn (101) vastaanottamiseksi mittausta varten, jolloin pöytä on joko liikkumaton tai saranoitu 5 (506) ja sillä tavoin konfiguroitu käännettäväksi saranan ympäri pystyasentoon mainittuine esineineen.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, jossa järjestely käsittää ainakin kaksi jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaista laitetta (100) kytkettyinä funktionaalisesti yhteen, jolloin järjestely on konfiguroitu määrittämään heijastavan 10 lasipinnan (101) tasaisuus tosiaikaisesti.
8. Menetelmä lasilevyn pinnan tasaisuuden ilmaisemiseksi etäisyyden (h) mittaamisella heijastavasta lasilevyn pinnasta (101), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa: - emittoidaan kaksi valonsädettä (102a, 103a) kahden valonlähteen (102, 103) 15 avulla heijastavassa lasilevyn pinnassa (101) olevaan heijastuskohtaan/- alueeseen (106), jolloin mainitut valonlähteet on järjestetty heijastuskohdan vastakkaisille puolille, - määritetään detektorin (104, 105) avulla heijastavasta pinnasta heijastuneiden valonsäteiden (102b, 103b) yksilölliset sijainnit (di, cfe) 20 detektorin pinnassa, jolloin detektori on optoelektroninen detektori, kuten viivadetektori, - määritetään datan käsittelyvälineen (107) avulla heijastavasta pinnasta oleva etäisyys (h) kahden valonsäteen detektorin pinnassa olevien mainittujen sijaintien (di, cfe) perusteella ainakin kahdesta eri kohdasta mainitun 25 lasilevyn pinnasta mitattuna ratkaisemalla numeerisesti trigonometrinen 5 funktio ja edelleen mainitun lasilevyn pinnan tasaisuus mainittujen ™ määritettyjen etäisyyksien perusteella, cp £j
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, jossa mainittujen i valonlähteiden toiminta pulssitetaan sillä tavoin, että valonsäteet tulevat “ 30 emittoiduiksi vuorotellen mainittujen valonlähteiden toimesta ja/tai jossa co valonlähteet konfiguroidaan valonsäteiden emittoimiseksi erilaisella ^ aallonpituudella, δ C\]
10. Jommankumman patenttivaatimuksen 8-9 mukainen menetelmä, jossa tehdään useita mittauksia heijastavan pinnan liikkeen (108) aikana ja pinnan eri pisteiden etäisyysmittaukset yhdistetään heijastavan pinnan tasaisuuden määrittämiseksi.
11. Tietokoneohjelmatuote lasilevyn pinnan tasaisuuden ilmaisemiseksi, missä pinnan tasaisuuden mittaaminen on sovitettu tapahtuvaksi etäisyyden (h) 5 mittaamisella heijastavasta lasilevyn pinnasta (101), tunnettu siitä, että tietokoneohjelmatuote käsittää koodivälineet, jotka on sovitettu: - käyttämään kahta valonlähdettä (102, 103) kahden valonsäteen (102a, 103a) emittoimiseksi heijastavassa lasilevyn pinnassa olevaan heijastuskohtaan/-alueeseen (106), 10. lukemaan detektorin (104, 105) tulostus, joka ilmaisee heijastavasta pinnasta heijastuneiden valonsäteiden (102b, 103b) yksilölliset sijainnit (di, c/2) detektorin pinnassa, - määrittämään heijastavasta lasilevyn pinnasta oleva etäisyys kahden valonsäteen detektorin pinnassa olevien mainittujen sijaintien (di, c/2) 15 perusteella ainakin kahdesta eri kohdasta mainitun lasilevyn pinnasta mitattuna ratkaisemalla numeerisesti trigonometrinen funktio ja edelleen mainitun lasilevyn pinnan tasaisuus mainittujen määritettyjen etäisyyksien perusteella, kun mainittu tietokoneohjelmatuote ajetaan datan käsittelyvälineessä.
12. Jokin edellä olevista patenttivaatimuksista, jossa mainittu trigonometrinen funktio käsittää kolme yhtälöä ((1), (2), (3)) kolmella tuntemattomalla parametrilla, joista x on heijastavan pinnan (101) keskimääräinen kaltevuuskulma heijastuskohdassa/-alueella (106), /7? ja /72 ovat ensimmäisen ja toisen valonlähteen (102, 103) etäisyydet heijastavasta pinnasta, jolloin mainitut kolme 25 yhtälöä saadaan ratkaistuiksi numeerisesti kun ilmaistaan näiden kahden 5 valonsäteen sijainnit (di, CI2) detektorin pinnassa, jolloin mainitut kolme yhtälöä " ((1), (2), (3)) ovat: cp cm tan(x) =hi hl (1) cm m v ’ X tr h = dl cos6'+2*)cos(>'+*) (2) 1 sin(2y+2x)cos(X) ' ' N- I 30 . =d2cos(y-2*)coS(y-*) >— c sin(2y-2x)cos(X) ' ' δ CM joissa yön kulma, jolla valonsäteet emittoidaan heijastavaan pintaan valonlähteistä, ja m on valonlähteiden välinen etäisyys, jolloin tämän jälkeen määritetään haluttu etäisyys h yhtälöstä (4): h = (4). 't δ c\j m o C\l CM X cc CL co co m δ CM
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20115887A FI124603B (fi) | 2011-09-09 | 2011-09-09 | Menetelmä ja laite etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta |
| PCT/FI2012/050872 WO2013034812A1 (en) | 2011-09-09 | 2012-09-07 | Method and device for measuring a distance from a reflecting surface |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20115887 | 2011-09-09 | ||
| FI20115887A FI124603B (fi) | 2011-09-09 | 2011-09-09 | Menetelmä ja laite etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20115887A0 FI20115887A0 (fi) | 2011-09-09 |
| FI20115887A FI20115887A (fi) | 2013-03-10 |
| FI124603B true FI124603B (fi) | 2014-10-31 |
Family
ID=44718795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20115887A FI124603B (fi) | 2011-09-09 | 2011-09-09 | Menetelmä ja laite etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI124603B (fi) |
| WO (1) | WO2013034812A1 (fi) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ308522B6 (cs) * | 2020-03-05 | 2020-10-21 | FOR G, s.r.o. | Způsob bezkontaktního zjišťování geometrické přesnosti tvaru transparentního tvarovaného plošného výrobku ze skla nebo plastu a zařízení k jeho provádění |
| DE102022205524A1 (de) | 2022-05-31 | 2023-11-30 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Abstandsmessvorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer räumlichen Ausrichtung eines Probenträgers in der Mikroskopie |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01320430A (ja) * | 1988-06-21 | 1989-12-26 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 光学式変位検出装置 |
| JPH0642914A (ja) * | 1992-07-24 | 1994-02-18 | Canon Inc | 変位測定装置 |
| US6473189B1 (en) * | 1999-08-09 | 2002-10-29 | Caterpillar Inc | Apparatus and method for determining a distance to a reflective surface |
| EP1126412B1 (en) * | 2000-02-16 | 2013-01-30 | FUJIFILM Corporation | Image capturing apparatus and distance measuring method |
| US6985231B2 (en) * | 2001-09-20 | 2006-01-10 | Strainoptics, Inc. | Method and apparatus for measuring the optical quality of a reflective surface |
-
2011
- 2011-09-09 FI FI20115887A patent/FI124603B/fi not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-09-07 WO PCT/FI2012/050872 patent/WO2013034812A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013034812A1 (en) | 2013-03-14 |
| FI20115887A (fi) | 2013-03-10 |
| FI20115887A0 (fi) | 2011-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100520305B1 (ko) | 레이저 변위 센서를 이용하여 마스크와 기판 사이의간격을 측정하는 간격 측정 장치 및 그 방법 | |
| RU2690538C2 (ru) | Способы, устройство и линия визуального контроля плоскостности поверхности кольца емкости | |
| WO2014199869A1 (ja) | 赤外線検査装置 | |
| RU2010151555A (ru) | Определение местоположения объекта на сенсорной поверхности | |
| CN109387163B (zh) | 一种大口径便携式光轴平行性校准方法 | |
| EP2687814A1 (en) | Tire shape testing device and tire shape testing method | |
| FI124603B (fi) | Menetelmä ja laite etäisyyden mittaamiseksi heijastavasta pinnasta | |
| CN102169095A (zh) | 检查系统以及检查方法 | |
| CN102749334A (zh) | 基板检查装置、基板检查方法及基板检查装置的调整方法 | |
| CN1759071B (zh) | 用于监控安全玻璃生产和控制加工过程的方法与设备 | |
| NO336441B1 (no) | Anordning, system og fremgangsmåte for optisk detektering av materie | |
| CN107796337B (zh) | 一种高精度反向双光轴以及多光轴平行性调校方法 | |
| US5680217A (en) | Method for measuring the degree of bending in a bent glass sheet | |
| US11192158B2 (en) | Apparatus for detecting relative positioning information between rolls, and method for measurement roll alignment state by using same | |
| CN104697444A (zh) | 检测系统 | |
| CN107817094A (zh) | 一种高精度同向双光轴以及多光轴平行性调校方法 | |
| KR20110010513A (ko) | 레이저를 이용한 압연롤 정렬 측정 장치 | |
| JP2019190951A (ja) | 移動体スキャナ | |
| US20180245977A1 (en) | Automated Delay Line Alignment | |
| CN107843413A (zh) | 一种高精度反向双光轴以及多光轴平行性调校方法 | |
| KR20130035190A (ko) | 화상 취득 장치 및 화상 취득 방법 | |
| KR101555580B1 (ko) | 대면적 평면 검사 장치 | |
| JP6301477B2 (ja) | 光学的な表面粗さ測定 | |
| JP5582280B2 (ja) | 棒鋼の真円度測定装置 | |
| KR20120017527A (ko) | 레이저 가공장치 및 그 제어방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 124603 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |
|
| MM | Patent lapsed |