FI89746B - Arrangement for determination of surface shape of an object - Google Patents
Arrangement for determination of surface shape of an object Download PDFInfo
- Publication number
- FI89746B FI89746B FI920360A FI920360A FI89746B FI 89746 B FI89746 B FI 89746B FI 920360 A FI920360 A FI 920360A FI 920360 A FI920360 A FI 920360A FI 89746 B FI89746 B FI 89746B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- detector
- cone
- light
- shape
- optics
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
8974689746
LAITE KOHTEEN PINNAN MUODON MÄÄRITTÄMISEKSI -ANORDNING FÖR BESTÄMNING AV VTFORMEN AV FÖREMÄLETDEVICE FOR DETERMINING THE SHAPE OF THE OBJECT SURFACE -ANDORDING FOR THE BEST AVAILABILITY
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa määritelty laite.The invention relates to a device as defined in the preamble of claim 1.
Entuudestaan tunnetaan julkaisusta US 4 764 016 laite pinnan muodon mittaamiseksi. Laitteeseen kuuluu valonlähde, joka on järjestetty lähettämään valokeila kohteen pintaan. Edelleen laitteeseen kuuluu 10 optiset välineet, joilla valokeila fokusoidaan kohteen pinnalle. Laitteeseen kuuluu edelleen paikkaherkkä ilmaisin, jolla pinnasta siroavan valokeilan kuvan paikka voidaan ilmaista. Toiset optiset välineet on järjestetty siroavan keilan suuntaamiseksi ilmaisimeen. 15 Valonlähde, optiset välineet ja ilmaisin on kiinnitetty runkoon, jota siirtolaite on järjestetty siirtämään eri mittauspisteisiin pinnan suhteen siten, että siroavan keilan kuva aina on esim. ilmaisimen kuva-alan keskellä, jolloin rungon siirtymät ovat suoraan verrannol-20 lisiä pinnan muotoon. Vielä laitteeseen kuuluu tieto-jenkäsittelylaite rungon siirtymien rekisteröimiseksi pinnan muodon määrittämistä varten. Mittaaminen tapahtuu perättäisesti kussakin kohteen pinnan kohdassa ja siirtolaitteella siirretään runkoa ja siihen kiinnitet-25 tyjä komponentteja pinnan suhteen. Julkaisun mukaisessa laitteessa on vain yksi valoherkkä ilmaisin. Mittalait-• teen karkea kohdistus suoritetaan mittalaitteen okulaa- rin avulla.A device for measuring the shape of a surface is already known from US 4,764,016. The device includes a light source arranged to emit a beam of light onto the surface of the object. The device further includes optical means 10 for focusing the light beam on the surface of the object. The device further comprises a position-sensitive detector with which the position of the image of the light beam scattering from the surface can be detected. The second optical means is arranged to direct the scattering beam at the detector. The light source, the optical means and the detector are attached to a frame which the transfer device is arranged to transmit to different measuring points with respect to the surface so that the image of the scattering beam is always e.g. in the middle of the detector, the body displacements being directly proportional to the surface shape. The device further includes a data processing device for recording the displacements of the frame to determine the shape of the surface. The measurement takes place successively at each point on the surface of the object and the body and the components attached to it are moved by the transfer device relative to the surface. The device according to the publication has only one light-sensitive detector. Coarse alignment of the • measuring device is performed using the eyepiece of the measuring device.
Ongelmana entuudestaan tunnetussa laitteessa 30 on, että haluttaessa hyvin tarkkaa pinnan muodon mit-..." tausta laite on vietävä hyvin lähelle mitattavaa pin taa, koska em. toisissa optisissa välineissä on käytettävä suurta suurennussuhdetta. Tunnetuissa tarkkaan mittaukseen soveltuvissa laitteissa mittausetäisyys - 35 pinnasta on tavallisesti vain muutamien millimetrien suuruusluokkaa. Pieni mittausetäisyys ja suuri suuren-nussuhde muodostuu ongelmaksi myös sen vuoksi, että 2 S 9 7 4 6 kuvan etsiminen paikkaherkän ilmaisimen kuva-alaan on hankalaa ja vaatii sen vuoksi suuren kuva-alan ilmaisimeen tai sitten okulaarin, jonka avulla kohdetta tähystetään ihmissilmällä ja jonka avulla karkeapaikoitus 5 suoritetaan. Näin ollen karkeapaikoitusta ei voida suorittaa automaattisesti. Edelleen pieni mittausetäi-syys aiheuttaa laitteen ja mitattavan pinnan keskinäisen törmäämisen vaaran.The problem with the previously known device 30 is that if a very precise surface shape measurement is desired, the background device must be brought very close to the surface to be measured, since a high magnification ratio must be used in the above-mentioned other optical devices. A small measuring distance and a large magnification ratio also become a problem because it is difficult to find an image in the field of view of a 2 S 9 7 4 6 position-sensitive detector and therefore requires a large-area detector or an eyepiece to the object is viewed with the human eye and by means of which the coarse positioning is performed 5. Therefore, the coarse positioning cannot be performed automatically.Furthermore, the small measuring distance poses a risk of collision between the device and the surface to be measured.
Lisäksi ongelmana tunnetuilla hyvin tarkoilla 10 mittalaitteilla on, että niiden profiilisyvyyden mittausalue on hyvin kapea.In addition, the problem with the very accurate measuring devices known is that their measuring depth measurement range is very narrow.
Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks.
Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda 15 esiin laite, jolla voidaan mitata pinnan muoto hyvin tarkasti suhteellisen suuren etäisyyden päästä pinnasta .In particular, it is an object of the invention to provide a device with which the shape of a surface can be measured very accurately at a relatively large distance from the surface.
Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin laite, jolla pinnan muodon mittaus voidaan suorittaa 20 hyvin tarkasti ja automaattisesti.It is a further object of the invention to provide a device with which the measurement of the shape of a surface can be performed very accurately and automatically.
Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.The device according to the invention is characterized by what is stated in claim 1.
Keksinnön mukaiseen laitteeseen kuuluu valonlähde, joka on järjestetty lähettämään valokeila koh-25 teen pintaan; ensimmäiset optiset välineet valokeilan fokusoimiseksi kohteen pinnalle olennaisesti pistemäiseksi; paikkaherkkä ilmaisin pinnasta siroavan valokeilan kuvan paikan ilmaisemiseksi; toiset optiset välineet siroavan keilan suuntaamiseksi ilmaisimeen; 30 runko, johon valonlähde, optiset välineet ja ilmaisin on kiinnitetty; ja siirtolaite, joka on järjestetty siirtämään valonlähteen lähettämän valokeilan fokus aina kussakin mittauspisteessä pinnan tasolle ja asettamaan siroavan keilan kuva ilmaisimen kuva-alan ennal-35 tamäärätylle alueelle, edullisesti kuva-alan keskelle, jolloin fokuksen siirtymät ovat suoraan verrannollisia pinnan muotoon; ja tietojenkäsittelylaite fokuksen 3 89746 siirtymien rekisteröimiseksi pinnan muodon määrittämistä varten. Keksinnön mukaisesti paikkaherkkään ilmaisimeen kuuluu ensimmäinen paikkaherkkä ilmaisin ja toinen paikkaherkkä ilmaisin, joka on kaksiulotteinen; 5 että laitteeseen kuuluu säteenjakaja kohteen pinnasta siroavan keilan jakamiseksi ensimmäiseksi keilaksi ensimmäiselle ilmaisimelle ja toiseksi keilaksi toiselle ilmaisimelle; suurennusoptiikka toisen keilan kuvan suurentamiseksi ja toisen ilmaisimen kuva-alan muodos-10 tamiseksi suurennusoptiikan suurennuksen määräämäksi osaksi ensimmäisen ilmaisimen kuva-alasta; että ensimmäinen ilmaisin on järjestetty karkeapaikantimeksi toisen keilan kuvan kohdistamiseksi toisen ilmaisimen kuva-alaan yhteistoiminnassa siirtolaitteen kanssa; ja 15 että tietojenkäsittelylaite on järjestetty määrittämään toisen ilmaisimen kuva-alasta toisen keilan kuvan paikka, ja sen perusteella laskennallisesti edelleen tarkentamaan mittauksen tulosta siirtolaitteesta saatua arvoa tarkemmaksi.The device according to the invention comprises a light source arranged to emit a beam of light on the surface of the target; first optical means for focusing the light beam on the surface of the object to be substantially point-like; a position-sensitive detector for detecting the position of the image of a light beam scattering from the surface; second optical means for directing the scattering beam to the detector; 30 a frame to which the light source, optical means and detector are attached; and a transfer device arranged to shift the focus of the light beam emitted by the light source at each measurement point to the surface level and to place the scattering beam image in a predetermined area of the detector image area, preferably in the center of the image area, the focus shifts being directly proportional to the surface shape; and a data processing apparatus for recording focus 3 89746 offsets to determine the shape of the surface. According to the invention, the position-sensitive detector comprises a first position-sensitive detector and a second position-sensitive detector which is two-dimensional; 5 that the device includes a beam splitter for dividing a beam scattering from the surface of the object into a first beam for the first detector and a second beam for the second detector; magnifying optics for enlarging the image of the second beam and forming the image area of the second detector as a portion of the image area of the first detector determined by the magnification of the magnification optics; that the first detector is arranged as a coarse locator for aligning the image of the second beam with the image area of the second detector in cooperation with the transmission device; and 15 that the data processing device is arranged to determine the position of the second beam image from the image area of the second detector, and on the basis thereof to computationally further refine the measurement result more accurate than the value obtained from the transmission device.
20 Laitteen eräässä sovellutuksessa siirtolaite on järjestetty siirtämään laitteen runkoa kohtisuoraan pintaa vastaan siten, että rungon siirtymät ovat suoraan verrannollisia pinnan muotoon ja ne rekisteröidään pinnan muodon määrittämistä varten.In one embodiment of the device, the transfer device is arranged to move the body of the device perpendicular to the surface such that the displacements of the body are directly proportional to the shape of the surface and are recorded to determine the shape of the surface.
25 Laitteen eräässä sovellutuksessa ensimmäisiin optisiin välineisiin kuuluu säteenjakaja ja optiikka, jonka säteenjakajan avulla valokeilan optinen akseli on järjestetty kohtaamaan tutkittava pinta pinnan normaa-.*··. liin nähden pienessä kulmassa siten, että valokeilan 30 fokus esiintyy havainnointisuunnan optisen akselin kautta kulkevassa tasossa, ja joka optiikka on yhdistetty siirtolaitteeseen siten, että optiikka on siirrettävissä pystysuunnassa pintaa vastaan valokeilan fokusen siirtämiseksi siten, että optiikan siirtymät 35 ovat suoraan verrannollisia pinnan muotoon ja ne rekis-teröidään pinnan muodon määrittämistä varten.25 In one application of the device, the first optical means comprise a beam splitter and optics by means of which the optical axis of the light beam is arranged to meet the surface of the surface to be examined -. * ··. at a small angle to the line so that the focus of the light beam 30 is in a plane passing through the optical axis of the detection direction, and which optics are connected to the transfer device so that the optics are vertically displaceable -sharpen to determine the shape of the surface.
Laitteen eräässä sovellutuksessa siirtolait- 4 S 9 7 4 6 teeseen kuuluu yksi tai useampi siirrin.In one embodiment of the device, the transfer device comprises one or more transferors.
Laitteen eräässä sovellutuksessa ensimmäinen ilmaisin on rivikamera.In one application of the device, the first indicator is a line camera.
Laitteen eräässä sovellutuksessa ensimmäinen 5 ilmaisin on rnatriisikamera.In one embodiment of the device, the first 5 detectors are a matrix camera.
Laitteen eräässä sovellutuksessa valonlähde on laser, kuten puolijohdelaser. Valonlähde voi luonnollisesti olla mikä tahansa muukin soveltuva säteilylähde.In one embodiment of the device, the light source is a laser, such as a semiconductor laser. The light source can, of course, be any other suitable radiation source.
10 Laitteen eräässä sovellutuksessa säteenjakaja on puoliläpäisevä peili, säteenjakoprisma tai sen tapainen, josta osa säteilystä heijastuu ja osa pääsee läpi.10 In one embodiment of the device, the beam splitter is a semipermeable mirror, beam splitter prism or the like from which part of the radiation is reflected and part passes through.
Keksinnön etuna on, että voidaan käyttää suur-15 ta, esim. senttimetrien suuruusluokkaa olevaa mittaus-etäisyyttä, mitattavaan kohteeseen ja samalla kuitenkin päästään hyvin suureen mittaustarkkuuteen.The advantage of the invention is that it is possible to use a measurement distance of a magnitude of 15, e.g. in the order of centimeters, for the object to be measured and at the same time a very high measurement accuracy is achieved.
Edelleen keksinnön etuna on, että pinnan muodon mittaus voidaan suorittaa täysin automaattisesti.A further advantage of the invention is that the measurement of the shape of the surface can be performed completely automatically.
20 Lisäksi keksinnön etuna on, että toisten op tisten välineiden suurennus voidaan muodostaa suhteellisen suureksi.A further advantage of the invention is that the magnification of the second optical means can be made relatively large.
Lisäksi keksinnön etuna on, että laitteen mittausalue on hyvin laaja, ts. laitteella voidaan mitata 25 sekä karkeahkoja että hyvin pieniä pinnan muodon muutoksia, mikä soveltuu erityisesti konepajaolosuhteissa tehtäviin erilaisten työkalujen pintojen muotojen mittauksiin.A further advantage of the invention is that the measuring range of the device is very wide, i.e. the device can measure both rough and very small changes in the shape of the surface, which is particularly suitable for measuring the surface shapes of various tools in workshop conditions.
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskoh-30 taisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää kaaviomaisesti sivulta keksinnön mukaisen laitteen erästä sovellutusta; kuva 2 esittää kuvan 1 sovellutuksen ensimmäisen ilmaisimen kuva-alaa; ja 35 kuva 3 esittää kuvan 1 sovellutuksen toisen ilmaisimen kuva-alaa.In the following, the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 schematically shows a side view of an embodiment of a device according to the invention; Fig. 2 shows an image area of a first detector of the embodiment of Fig. 1; and Fig. 3 shows an image area of the second detector of the embodiment of Fig. 1.
kuva 4 esittää kaaviomaisesti sivulta erästä i 5 59746 toista keksinnön mukaista sovellutusta.Figure 4 is a schematic side view of another embodiment of the invention.
kuva 5 esittää kuvan 4 sovellutuksen ensimmäisen ilmaisimen kuva-alaa; ja kuva 6 esittää kuvan 4 sovellutuksen toisen 5 ilmaisimen kuva-alaa.Fig. 5 shows an image area of a first detector of the embodiment of Fig. 4; and Figure 6 shows the image area of the second detector 5 of the embodiment of Figure 4.
Kuvassa 1 on laite kohteen pinnan muodon mittaamiseksi. Laitteeseen kuuluu valonlähde 1, joka on esim. puolijohdelaser, joka on järjestetty lähettämään valokeila kohteen pintaan. Kohteena voi luonnollisesti 10 olla mikä tahansa pinta, jota halutaan tarkastella.Figure 1 shows a device for measuring the shape of the surface of an object. The device comprises a light source 1, which is e.g. a semiconductor laser arranged to send a light beam to the surface of the object. The target can, of course, be any surface to be viewed.
Laitteeseen kuuluu myös ensimmäiset optiset välineet 2, joiden tehtävänä on fokusoida valokeilan kohteen pinnalle olennaisesti pistemäiseksi täpläksi. Laitteeseen kuuluu edelleen paikkaherkkä ilmaisin 3. Ilmaisin 3 on 15 järjestetty ilmaisemaan pinnasta siroavan valokeilan kuvan paikka. Vielä laitteeseen kuuluu toiset optiset välineet 4 siroavan keilan suuntaamiseksi ilmaisimeen 3. Valonlähde 1, optiset välineet 2 ja ilmaisin 3 on kiinnitetty yhteiseen runkoon 5.The device also includes first optical means 2, the function of which is to focus the light beam on the surface of the object into a substantially point-like spot. The device further comprises a position-sensitive detector 3. The detector 3 is arranged to indicate the position of the image of the light beam scattering from the surface. The device further comprises second optical means 4 for directing the scattering beam to the detector 3. The light source 1, the optical means 2 and the detector 3 are fixed to a common body 5.
20 Siirtolaite 6 on järjestetty tässä sovellutuk sessa siirtämään runkoa 5 ja pitämään kohteen pinnan ja rungon 5 keskinäinen etäisyys vakiona eri mittauspisteissä ja siirtämään runkoa 5 pinnan suhteen siten, että pinta on kussakin mittauspisteessä aina valonläh-25 teen 1 lähettämän valokeilan fokuksessa ja siroavan keilan kuva on ilmaisimen kuva-alan ennaltamäärätyllä alueella, edullisesti kuva-alan keskellä, jolloin rungon siirtymät ovat suoraan verrannollisia pinnan muotoon.The transfer device 6 is arranged in this application to move the body 5 and to keep the distance between the target surface and the body 5 constant at different measuring points and to move the body 5 with respect to the surface so that the surface is always in focus at each measuring point and the scattering beam image is a detector in a predetermined area of the image area, preferably in the middle of the image area, the displacements of the body being directly proportional to the shape of the surface.
30 Siirtolaitteeseen 6 kuuluu runkoa 5 kolmidi- mensionaalisesti siirtävät siirtimet, jotka siirtävät hyvin pienin askelin, suuruusluokkaa esim. 1 pm. Laitteeseen kuuluu vielä tietojenkäsittelylaite 7 rungon 5 siirtymien rekisteröimiseksi pinnan muodon määrittä-35 mistä varten. Valokeilan optinen akseli 8 ja havain-nointisuunnan optinen akseli 9 ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden.The transfer device 6 comprises transducers which move the body 5 three-dimensionally and which transfer in very small steps, of the order of e.g. 1. The device further comprises a data processing device 7 for recording the displacements of the body 5 for determining the shape of the surface. The optical axis 8 of the light beam and the optical axis 9 of the detection direction are at right angles to each other.
6 Ο .Λ »"> r ' Η ^ / '·' c6 Ο .Λ »"> r 'Η ^ /' · 'c
Paikkaherkkään 3 ilmaisimeen kuuluu ensimmäinen paikkaherkkä ilmaisin 31 ja toinen paikkaherkkä ilmaisin 3 . Laitteeseen kuuluu säteenjakaja 10, joka on puoliläpäisevä peili tai säteenjakoprisma, kohteen pin-5 nasta siroavan keilan jakamiseksi ensimmäiseksi keilaksi 11 ensimmäiselle ilmaisimelle 31 ja toiseksi keilaksi 12 toiselle ilmaisimelle 32.The location-sensitive detector 3 includes a first location-sensitive detector 31 and a second location-sensitive detector 3. The device includes a beam splitter 10, which is a semipermeable mirror or beam splitting prism, for dividing a beam scattering from the pin of the object pin 5 into a first beam 11 for a first detector 31 and a second beam 12 for a second detector 32.
Laitteeseen kuuluu edelleen suurennusoptiikka 13, joka on järjestetty suurentamaan toisen keilan kuva 10 ja muodostamaan toisen ilmaisimen kuva-ala suurennusop-tiikan 13 suurennuksen määräämäksi osaksi ensimmäisen ilmaisimen 31 kuva-alasta. Ensimmäinen ilmaisin 31 ja toinen ilmaisin 32, säteenjakaja 10 ja suurennusoptiikka 13 on kaikki kiinnitetty runkoon 5.The apparatus further includes magnification optics 13 arranged to magnify the image 10 of the second beam and to form the image area of the second detector as a portion of the image area of the first detector 31 determined by the magnification of the magnification optics 13. The first detector 31 and the second detector 32, the beam splitter 10 and the magnification optics 13 are all attached to the body 5.
15 Ensimmäinen ilmaisin 31 on järjestetty karkea- paikantamaan toisen keilan 12 kuva toisen ilmaisimen 32 kuva-alaan yhteistoiminnassa siirtolaitteen 6 kanssa. Tietojenkäsittelylaite 7 on järjestetty määrittämään toisen ilmaisimen 32 kuva-alasta toisen keilan 12 kuvan 20 paikka kuvatasossa, ja sen perusteella laskennallisesti edelleen tarkentamaan muodon mittauksen tulosta siirtolaitteesta saatua arvoa tarkemmaksi.The first detector 31 is arranged to roughly locate the image of the second beam 12 in the image area of the second detector 32 in cooperation with the transfer device 6. The data processing device 7 is arranged to determine the position of the image 20 of the second beam 12 in the image plane from the image area of the second detector 32, and on the basis of this to further compute the result of the shape measurement more accurately than the value obtained from the transmission device.
Kuvassa 2 on ensimmäisen paikkaherkän ilmaisimen 31 kuva-ala 20. Ilmaisin 31 on kaksiulotteinen il-25 maisin eli esim. CCD-kenno tai muu sopiva matriisi-ilmaisin. Kuvassa näkyy tilanne, jossa kohteen pinnasta CCD-kennolle kuvautuva pistemäinen täplä on siirto-laitteen avulla runkoa 5 siirtämällä asetettu CCD-ken-non keskelle. Valokeilan kuva eli täplä 22 säädetään 30 kuva-alan 20 keskelle, jolloin pinnasta siroavan valon-sädekimpun kuvan intensiteettipiikki on kapeimmillaan ja terävimmillään. Ilmaisin 31 on karkeapaikannin, jonka keskiosaan katkoviivoilla piirretty suorakaiteenmuotoinen pieni alue 21 vastaa toisen ilmaisimen 32 kuva-alaa, 35 joka on esitetty kuvassa 3. Kun täplä 22 on asetettu ko. alueelle niin se näkyy myös toisen ilmaisimen 32 kuva-alassa 21 suurennettuna kuvana, jonka suurennuksen 7 O .O ·· 1 > / 4· t· määrää suurennusoptiikan 13 suurennussuhde. Ensimmäisen ilmaisimen 31 kuva-alassa 20 olevan täplän 22 koko on vain muutaman pikselin suuruusluokkaa, joten siitä sen keskipisteen tarkkaa paikkaa ja täplän muotoa on mahdo-5 tonta analysoida millään kuvankäsittelytekniikalla. Sen sijaan ko. analysointi suoritetaan toisen ilmaisimen 32 avulla, josta digitaalisilla kuvankäsittelytekniikoilla kuvaa 22 voidaan halutusti analysoida ja täplän keskipisteen tarkka paikka ja täplän muoto voidaan määrit-10 tää. Voidaan myös tutkia onko mitattavan kohteen pinnalle muodostunut kuva kelvollinen tarkkoihin mittauksiin. Kuvankäsittelymenetelmät voivat olla hyvinkin monipuolisia, sillä ilmaisimelle 32 saadun kuvan suuri suurennus antaa tähän erinomaiset mahdollisuudet.Figure 2 shows the image area 20 of the first position-sensitive detector 31. The detector 31 is a two-dimensional detector, i.e. e.g. a CCD cell or other suitable matrix detector. The figure shows a situation in which a point spot imaged from the surface of an object on a CCD cell is placed in the middle of the CCD cell by moving the body 5 by means of a transfer device. The image of the light beam, i.e. the spot 22, is adjusted 30 to the center of the image area 20, whereby the intensity peak of the image of the light-beam scattering from the surface is at its narrowest and sharpest. The detector 31 is a coarse locator, in the central part of which a rectangular small area 21 drawn in broken lines corresponds to the field of view of the second detector 32 shown in Fig. 3. When the dot 22 is placed in question. area, it is also shown in the image area 21 of the second detector 32 as an enlarged image, the magnification of which is determined by the magnification ratio of the magnification optics 13. The size of the dot 22 in the image area 20 of the first detector 31 is only of the order of a few pixels, so that it is impossible to analyze the exact location of its center and the shape of the dot by any image processing technique. Instead, the analysis is performed by a second detector 32, from which the image 22 can be desirably analyzed by digital image processing techniques and the exact location of the spot center and the shape of the spot can be determined. It is also possible to examine whether the image formed on the surface of the object to be measured is valid for accurate measurements. Image processing methods can be very versatile, as the high magnification of the image obtained by the detector 32 provides excellent opportunities for this.
15 Kuvassa 4 on toinen laite kohteen pinnan muo don mittaamiseksi. Tämän laitteen yhteydessä käytetään samoja viitenumeroita samoista laitteen osista kuin kuvassa 1. Laitteeseen kuuluu valonlähde 1, joka on esim. puolijohdelaser tai muu sopiva laser, joka on 20 järjestetty lähettämään valokeila kohteen pintaan. Laitteeseen kuuluu myös ensimmäiset optiset välineet 2, joiden tehtävänä on fokusoida valokeila 8 kohteen pinnalle olennaisesti pistemäiseksi täpläksi.Figure 4 shows another device for measuring the shape of the surface of an object. In connection with this device, the same reference numerals are used for the same parts of the device as in Fig. 1. The device comprises a light source 1, which is e.g. a semiconductor laser or another suitable laser arranged to send a light beam to the surface of the object. The device also includes first optical means 2, the function of which is to focus the light beam 8 on the surface of the object into a substantially point-like spot.
Laitteeseen kuuluu myös säteenjakaja 10 koh-25 teen pinnasta siroavan keilan 9 jakamiseksi ensimmäi-‘ seksi keilaksi 11 ensimmäiselle ilmaisimelle 31 ja toiseksi keilaksi 12 toiselle ilmaisimelle 32 sekä suurennusoptiikka 13 toisen keilan kuvan 22 suurentamiseksi ja toisen ilmaisimen kuva-alan 21 muodostamiseksi 30 suurennusoptiikan suurennuksen määräämäksi osaksi ensimmäisen ilmaisimen kuva-alasta 20.The apparatus also includes a beam splitter 10 for dividing a beam 9 scattering from the target surface into a first beam 11 for a first detector 31 and a second beam 12 for a second detector 32, and magnification optics 13 for enlarging a second beam image 22 and a second detector image area 21 for magnification optics. into the field of view of the first detector 20.
Optiset välineet 2 on tässä sovellutuksessa toteutettu siten, että niihin kuuluu reikäsuodin so. pinhole-suodin 14 ja säteenjakaja 15, joka on puolilä-35 pälsevä peili tai säteenjakoprisma. Optisiin välineisiin 2 kuuluu lisäksi optiikka 16, joka on yhdistetty .··· siirtolaitteeseen 17. Säteenjakajan 15 avulla valokei- 8 r . rt / J A /A«~ lan optinen akseli 8 on järjestetty kohtaamaan tutkittava pinta likipitäen kohtisuorasti. Tällöin valokeilan optisella akselilla on pinnan normaaliin N nähden pieni kulma a. Lisäksi valokeila on suunnattu siten, että 5 valokeilan fokus esiintyy havainnointisuunnan optisen akselin 9 kautta kulkevalla tasolla. Havainnointisuunnan eli toisten optisten välineiden 4 yhteinen optinen akseli kulkee tällöin säteenjakajan 15 läpi. Tällä järjestelyllä valokeilan fokuspiste siirtyy pinnan etäi-10 syyden mukaan siten, että laitetta lähellä oleva pinta aihettaa valokeilan fokuksen siirtymisen yhteen suuntaan, kuten vasemmalle kuvassa 4, ja vastaavasti etäällä oleva pinta siirtymisen vastakkaiseen suuntaan, kuten oikealle kuvassa 4.In this application, the optical means 2 are implemented in such a way that they include a hole filter, i.e. a pinhole filter 14 and a beam splitter 15 which is a half-35 mirror or beam splitting prism. The optical means 2 further comprise optics 16 connected to a transmission device 17. By means of a beam splitter 15, a light beam 8 r. The optical axis 8 of the rt / J A / A «~ is arranged to face the surface to be examined approximately perpendicularly. In this case, the optical axis of the beam has a small angle α with respect to the normal N of the surface. In addition, the beam is oriented so that the focus of the beam 5 occurs in the plane passing through the optical axis 9 of the detection direction. The common optical axis of the detection direction, i.e. the second optical means 4, then passes through the beam splitter 15. With this arrangement, the focal point of the beam shifts according to the distance of the surface, so that a surface close to the device causes the beam focus to shift in one direction, as to the left in Fig. 4, and a distal surface to move in the opposite direction, such as to the right.
15 Valokeilan fokuspistettä tutkitaan paikkaherk- kään ilmaisimeen 3 kuuluvien ensimmäisen paikkaherkän ilmaisimen 31, joka on tässä tapauksessa rivikamera 18, ja toisen paikkaherkän ilmaisimen 32, joka on esim. mat-· riisikamera 19 siihen yhdistettyine suurennusoptiikkoi-20 neen 13, avulla periaatteessa samalla tavalla kuin kuvan 1 sovellutuksessa. Valokeilan fokuspiste asetetaan optiikaa 16 siirtolaitteen 17 avulla pystysuunnassa pintaa vastaan siirtämällä siten, että valokeilan fokus esiintyy rivikameran 18 kuva-alan 20 keskellä, 25 kuten kuvasta 5 käy ilmi. Mitattava pinta on tällöin siirrettävän optiikan 16 polttovälin etäisyydellä laitteesta. Optiikan 16 tarkka paikka mitataan ja rekisteröidään tässä kohdassa tietojenkäsittelylaitteen 7 avulla. Fokuspiste sijaitsee nyt matriisikameran 19 30 kuva-alalla 21, kuten kuvasta 6 voidaan havaita. Mat-riisikamerassa 19 on voimakkaasti suurentava optiikka 13, jolloin halkaisijaltaan suuruusluokkaa 10 pm oleva fokuspiste näkyy matriisikameran kuva-alalla 21 täplänä 22, joka on enemmän tai vähemmän säännöllisen ympyrän 35 tai ellipsin muotoinen pinta-alan omaava alue, kuten kuvassa 6 on havainnollisesti esitetty. Digitaalisilla kuvankäsittelytekniikoilla fokuspisteen kuvaa 22 voi- /·, —. r? « S β i L\ t 9 daan halutusti analysoida ja täplän keskipisteen tarkka paikka ja täplän muoto voidaan määrittää, kuten edellä kuvien 1-3 yhteydessä selostettiin. Kuvan 22 muotoa tutkimalla voidaan arvioida myös mittauksen luotetta-5 vuutta.The focus point of the light beam is examined by means of a first position-sensitive detector 31 belonging to the position-sensitive detector 3, in this case a line camera 18, and a second position-sensitive detector 32, e.g. a matrix camera 19 with associated magnification optics 13, in essentially the same way as in the application of Figure 1. The focus point of the beam is set by moving the optics 16 vertically against the surface so that the focus of the beam appears in the center of the field of view 20 of the in-line camera 18, 25 as shown in Fig. 5. The surface to be measured is then at a distance of 16 focal lengths of the movable optics from the device. The exact position of the optics 16 is measured and registered at this point by means of the data processing device 7. The focus point is now located in the image area 21 of the matrix camera 19 30, as can be seen from Figure 6. The matrix camera 19 has high magnification optics 13, whereby a focal point of the order of 10 μm in diameter appears in the image area 21 of the matrix camera as a dot 22, which is a more or less regular circle 35 or elliptical surface area, as illustrated in Fig. 6. With digital image processing techniques, the focus point image 22 can- / ·, -. r? «S β i L \ t 9 can be analyzed as desired and the exact location of the spot center and the shape of the spot can be determined, as described above in connection with Figures 1-3. By examining the shape of Figure 22, the reliability of the measurement can also be assessed.
Tutkittavan pinnan muoto saadaan selville mittaamalla kussakin mittauspisteessä pinnan etäisyys laitteesta. Etäisyys määritetään tietojenkäsittelylait-teella 7 yhdistämällä siirrettävän optiikan 16 asema-10 tieto ja valokeilan fokuksen kuvan keskipisteen sijainti matriisikameran 19 kuva-alalla. Viittaamme kuvan 1 sovellutuksen selitykseen. Kuvan 4 sovellutuksessa runko 5 on pintaa vasten kohtisuorassa suunnassa paikallaan ja optiikkaa 16 liikutetaan siirtolaitteella 15 17, kun taas kuvan 1 sovellutuksessa runkoa 5 liiku tetaan siirtolaitteella 6 ko. suunnassa.The shape of the surface to be examined is determined by measuring the distance of the surface from the device at each measuring point. The distance is determined by the data processing device 7 by combining the position-10 data of the movable optics 16 and the position of the center of the image of the focus of the light beam in the image area of the matrix camera 19. We refer to the explanation of the application of Figure 1. In the embodiment of Figure 4, the body 5 is stationary in a direction perpendicular to the surface and the optics 16 are moved by a transfer device 15 17, while in the embodiment of Figure 1 the body 5 is moved by a transfer device 6. direction.
Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten 20 määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention is not limited to the application examples presented above, but many modifications are possible while remaining within the scope of the inventive idea defined by claims 20.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI920360A FI89746C (en) | 1991-01-25 | 1992-01-27 | Device for determining the surface shape of the object |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI910401A FI88204C (en) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | Device for determining the surface shape of the object |
| FI910401 | 1991-01-25 | ||
| FI920360 | 1992-01-27 | ||
| FI920360A FI89746C (en) | 1991-01-25 | 1992-01-27 | Device for determining the surface shape of the object |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI920360A0 FI920360A0 (en) | 1992-01-27 |
| FI920360A FI920360A (en) | 1992-07-26 |
| FI89746B true FI89746B (en) | 1993-07-30 |
| FI89746C FI89746C (en) | 1993-11-10 |
Family
ID=26158888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI920360A FI89746C (en) | 1991-01-25 | 1992-01-27 | Device for determining the surface shape of the object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI89746C (en) |
-
1992
- 1992-01-27 FI FI920360A patent/FI89746C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI920360A0 (en) | 1992-01-27 |
| FI89746C (en) | 1993-11-10 |
| FI920360A (en) | 1992-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7488924B2 (en) | Method for determining the focal position during imaging of a sample using an inclined position receiving device | |
| CN109099859B (en) | Device and method for measuring surface defect three-dimensional morphology of large-caliber optical element | |
| US20180029164A1 (en) | Apparatus and method for beam diagnosis on laser processing optics | |
| US10286434B2 (en) | Rolling mill, and device and method for determining the rolling or guiding gap of the roll stands or guide stands in a multi-stand rolling mill | |
| CN104154882B (en) | Dual-beam device for detecting parallelism and method based on differential confocal measurement | |
| CN108226036A (en) | Integrated laser material fuel factor measuring device based on double grating shear interference | |
| US6307636B1 (en) | Method for telemeasuring and telemeter | |
| JP2001194133A (en) | Method and apparatus for measuring concentricity of cylindrical parts | |
| EP1715290A1 (en) | Confocal measurement method and apparatus in a paper machine | |
| AU2003227098B2 (en) | Optical testing method and apparatus | |
| CN112284984B (en) | Solid surface energy measuring device and method based on light reflection | |
| TWI396837B (en) | Method for determination of eccentricity | |
| FI89746B (en) | Arrangement for determination of surface shape of an object | |
| JP2016148569A (en) | Image measuring method and image measuring device | |
| CN106383396A (en) | Micron-scale photoelectric centering method and device based on surface reflection image | |
| CN108318887B (en) | Laser-assisted binocular range finding system | |
| CN203286992U (en) | Detection device for verticality of laser beam | |
| CN206193312U (en) | Micron-scale photoelectric centering device based on surface reflection image | |
| US20140320672A1 (en) | Method and Apparatus for Measuring Flange Back Focus and Calibrating Track Length Scales of Photographic Objective Lenses | |
| US4423957A (en) | Optical instruments | |
| FI88204C (en) | Device for determining the surface shape of the object | |
| KR20190084109A (en) | Focusing and leveling devices | |
| CN210005216U (en) | transmitted wavefront detection devices | |
| JP2002511575A (en) | Method and coordinate measuring instrument for point-scan contour determination of material surfaces by the principle of auto-focusing | |
| CN205957920U (en) | Z axle verticality error measuring device based on image measurement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Owner name: VALTION TEKNILLINEN TUTKIMUSKESKUS |
|
| BB | Publication of examined application | ||
| MM | Patent lapsed |