FI98959B - Method and arrangement for determining the height of a surface when measuring the planarity of the surface - Google Patents
Method and arrangement for determining the height of a surface when measuring the planarity of the surface Download PDFInfo
- Publication number
- FI98959B FI98959B FI950748A FI950748A FI98959B FI 98959 B FI98959 B FI 98959B FI 950748 A FI950748 A FI 950748A FI 950748 A FI950748 A FI 950748A FI 98959 B FI98959 B FI 98959B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- phase
- signal
- image
- phase information
- information
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
9895998959
Menetelmä ja laite pinnan korkeustiedon määrittämiseksi pinnan tasomaisuuden mittauksessaMethod and apparatus for determining surface elevation information in surface planarity measurement
Keksinnön kohteena on menetelmä pinnan korkeustie-5 don määrittämiseksi pinnan tasomaisuuden mittauksessa, jossa menetelmässä tarkastettavalle pinnalle projisoidaan tai muutoin muodostetaan kuvio, pinnasta heijastuvaa säteilyä detektoidaan useita kuvarivejä käsittävän 2-ulot-teisen juovakuviotyyppisen kuvasignaalin muodostamiseksi, 10 kuvasignaalista ilmaistaan kantoaallon vaihetieto, ja valhetiedosta määritetään pinnan korkeustieto.The invention relates to a method for determining surface elevation information in a surface planarity measurement, in which a pattern is projected or otherwise formed on a surface to be inspected, radiation reflected from a surface is detected to form a 2-dimensional line pattern type image signal comprising several image rows, altitude information.
Keksinnön kohteena on myös laite pinnan korkeustiedon määrittämiseksi pinnan tasomaisuuden mittauksessa, joka laite käsittää välineet kuvion synnyttämiseen pinnalle, 15 välineet 2-ulotteisen useita kuvarivejä käsittävän juova- kuviotyyppi sen kuvasignaalin muodostamiseen pinnasta heijastuvasta säteilystä, välineet kuvasignaalin kantoaallon vaihetiedon ilmaisuun ja välineet valhetiedon muuttamiseen pinnan korkeustiedoksi.The invention also relates to an apparatus for determining surface elevation information in a surface planarity measurement, the apparatus comprising means for generating a pattern on a surface, means for generating a 2-dimensional multi-line line pattern to generate an image signal from surface reflective radiation, means for displaying image signal carrier phase information and intermediate phase information.
20 Keksintöä voidaan soveltaa erityisesti metalliteol lisuudessa levymäisten ja nauhamaisten tuotteiden tasomaisuuden tarkkailuun. Menetelmällä voidaan havainnoida ne .· tuotteet, joissa esiintyy liiallisia pintakohoumia, pai- ;* naumia tai muita vastaavia muotovirheitä, joita voivat ai- . 25 heuttaa esimerkiksi kuluneet tai muutoin huonokuntoiset *: valssausrullat.The invention can be applied in particular to the flatness monitoring of plate-like and strip-like products in the metal industry. The method can be used to detect: · products with excessive surface bumps, dents or other similar shape defects which may cause. 25 throws, for example, worn or otherwise in poor condition *: rolling rollers.
• *. Detektorivälineen, kuten kameran, muodu^:nma ku- > · 99 . · vasignaali on juovakuvio. Juovakuviolla tarkoitetaan in- ' · terferometriatyyppistä juovakuviota, joka käsittää tummia 30 juovia ja niiden välisiä vaaleita juovia. Kameran näkemän juovakuvion tummat juovat vastaavat kameran mittaaman in- • · | * tensiteetin minimikohtaa. Kameran näkemän juovakuvion vaa- ··· leat juovat vastaavat kameran mittaaman intensiteetin mak- ·· simikohtaa. Juovakuvion juovat ovat tavallaan korkeuskäy- • · * 35 riä ja tällöin esimerkiksi siirtyminen juovakuvion tummal- ·· ··· 98959 2 ta juovalta seuraavalle tummalle juovalle tarkoittaa jotain nousua kuten esimerkiksi 3 mm nousua tarkastettavalla pinnalla.• *. The shape of the detector means, such as a camera, is. · The left signal is a line pattern. A line pattern refers to a line pattern of the interferometry type comprising dark lines and light lines between them. The dark lines in the line pattern seen by the camera correspond to the in- • · | * minimum intensity point. The horizontal lines of the line pattern seen by the camera correspond to the maximum point of the intensity measured by the camera. The lines in the line pattern are in a way a height curve, and in this case, for example, the transition from the dark line of the line pattern to the next dark line means something like an increase of 3 mm on the surface to be inspected.
Juovakuvio voi olla Moire-kuvio, kuten projektio-5 Moire-menetelmällä muodostettu juovakuvio, tai juovakuvio voi olla synnytetty interferometrilla. Termi interferomet-riatyyppinen juovakuvio siis sisältää myös muitakin juova-kuvioita kuin interferenssimittalaitteella synnytettyjä juovakuvioita. Tällaisia juovakuvioita ovat esimerkiksi 10 projektio-Moire-menetelmällä muodostetut juovakuviot ja varjo-Moire-menetelmällä muodostetut juovakuviot. Esimerkiksi projektio-Moire-menetelmällä muodostettu juovakuvio saadaan aikaan projisoimalla valolähteestä saatavalla valolla hila tarkastettavalle pinnalle ja tallentamalla toi-15 sen hilan lävitse kameralle varsinainen juovakuvio eli 2-ulotteinen intensiteettisignaali eli kuvasignaali.The line pattern may be a Moire pattern, such as a line pattern formed by the projection-5 Moire method, or the line pattern may be generated by an interferometer. Thus, the term interferometer-type line pattern also includes line patterns other than line patterns generated by an interference measuring device. Such line patterns include, for example, line patterns formed by the projection Moire method and line patterns formed by the shadow Moire method. For example, a line pattern formed by the projection-Moire method is obtained by projecting a lattice on a surface to be inspected with light from a light source and recording the actual line pattern, i.e. a 2-dimensional intensity signal, i.e. an image signal, through the other lattice.
Kantoaallon sisältävässä, projektio-Moire-menetelmällä muodostettussa juovakuviossa pinnan korkeustieto eli z-koordinaatti on koodattu kantoaallon vaiheeseen, koska 20 pinnan muoto moduloi kantoaaltoa. Pinnan korkeustieto saadaan siis selville vaiheen ilmaisulla ja muuntamalla vai-hetieto korkeustiedoksi. Pinnan muoto vaikuttaa juovakuvi- 9 v on juovien taipumiseen ja juovien väliseen etäisyyteen.In a line pattern containing a carrier formed by the projection-Moire method, the surface height information, i.e. the z-coordinate, is encoded in the phase of the carrier because the shape of the surface modulates the carrier. The height information of the surface is thus obtained by detecting the phase and converting the phase information into height information. The shape of the surface affects the deflection of the lines and the distance between the lines.
'1* Moire-kuvioiden tulkintaan on käytetty useita eri . 25 menetelmiä, joita ovat esimerkiksi temporal phase shif- ting- ja spatial carrier phase shift (SCPS) -menetelmät.'1 * Several different methods have been used to interpret Moire patterns. 25 methods, such as temporal phase shifting and spatial carrier phase shift (SCPS) methods.
»· .·. Tunnetut ratkaisut sisältävät useita ongelmia. Eräs tun- ··’ nettu menetelmä on esitetty julkaisussa US- 4 212 073. Ny- » · kyisin tunnetut laskentamenetelmät eivät ole helposti so- 30 vellettavissa automaattiseen ja reaaliaikaiseen häiriöni- sen juovakuvion analysointiin. Juovakuvion häiriöt aiheu- ‘ * tuvat esimerkiksi tekstistä, värimerkinnöistä tai muista ··· pinnan merkinnöistä, joita esimerkiksi teräslevyn pintaan • · ·*. on tehty. Tällaiset merkinnät heikentävät tasomaisuusmit- • · • 35 tauksen luotettavuutta, mikäli ne tulkitaan pinnan kohou- ·· ··· » 3 98959 miksi. SCPS -menetelmässä on ongelmana kaarevien pintojen aiheuttama kantoaallon taajuuden muuttuminen, josta on seurauksena vaihevirhesignaali.»·. ·. The known solutions involve several problems. One known method is disclosed in U.S. Pat. No. 4,212,073. Currently known calculation methods are not readily applicable to automatic and real-time analysis of a disturbed line pattern. Interference with the line pattern is caused by, for example, text, color markings, or other surface markings on the surface of a steel plate, for example. has been done. Such markings impair the reliability of the planar measurements if they are interpreted as a surface elevation. The problem with the SCPS method is the change in the carrier frequency caused by the curved surfaces, which results in a phase error signal.
Tämän keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uuden-5 tyyppinen menetelmä ja laite, jotka välttävät tunnettuihin ratkaisuihin liittyvät ongelmat.It is an object of the present invention to provide a new type of method and apparatus which avoids the problems associated with known solutions.
Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että vaiheen ilmaisussa käytetään vaihelukittua silmukkaa, jossa suoritetaan 10 vaihevertailu kuvasignaalin muodostaman tulosignaalin ja takaisinkytketysti ohjatun säätöelimen tuottaman vertai-lusignaalin välillä, että vaihevertailusta saatava hetkellinen vaihe-erosignaali alipäästösuodatetaan liiallisten vaihemuutosten vaimentamiseksi, että suodatettua signaalia 15 käytetään ohjauksena säätöelimelle, jolla synnytetään uusi vertailusignaali, joka syötetään vaihevertailuun tulosignaalin kanssa, ja että vaihetiedon määrittämiseksi menetelmässä hetkellisen vaihe-erosignaalin lisäksi vaihelukitussa silmukassa määritetään absoluuttinen kumulatiivinen 20 vaihetieto määrittämällä kunkin kuvapisteen vaihe-ero laskennan alkupisteeseen nähden.This object is achieved by a method according to the invention, characterized in that a phase-locked loop is used for phase detection, in which a phase comparison is performed between the input signal generated by the image signal and the reference signal produced by the feedback controlled control 15 is used as a control for generating a new reference signal to be input for phase comparison with the input signal, and for determining phase information in the method in addition to the instantaneous phase difference signal in a phase locked loop, determining absolute cumulative phase information by determining the phase difference of each pixel from the calculation start point.
Mainittu tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella φ · .V laitteella, jolle on tunnusomaista, että välineet vaihe- tiedon ilmaisuun käsittävät kuvasignaalia lukevan vaihe- ;*· . 25 lukitun silmukan, joka käsittää vaihevertailijan, johon '··. kuvasignaali on kytketty yhdeksi tulosignaaliksi, vaihelu- *»· .·. kitun silmukan lisäksi käsittäessä vaihevertailijaan kyt- ,**·* ketyn alipäästösuodatinvälineen, vaihelukitun silmukan li- • · · ’ säksi käsittäessä vertailusignaalin tuottavan ja absoluut- 30 tista kumulatiivista vaihetta integroivan säätöelimen, jo- • · ka käsittää takaisinkytkentäohjauksen alipäästösuodatinvä-V * lineeltä, säätöelimen tuottaman vertailusignaalin ollessa ··· kytketty toiseksi sisääntulosignaaliksi vaihevertailijaan.Said object is achieved by a device φ · .V according to the invention, which is characterized in that the means for detecting the phase information comprise a phase signal that reads the image signal; 25 locked loops comprising a phase comparator to which '··. the video signal is connected as one input signal, phase * »·. ·. a low-pass filter means coupled to the phase comparator, the phase-locked loop further comprising a control signal generating control signal and integrating an absolute cumulative phase, the line comprising a feedback control, the reference signal produced by the control element being ··· connected as a second input signal to the phase comparator.
.··*. Moire-kuvissa vaihetieto esiintyy kaksiulotteisena 35 kameralla tuotettuna signaalina. Keksinnössä on hyödynnet- • · 9 ·· ·»♦·« • » 98959 4 ty ensinnäkin havaintoa siitä, että peräkkäisillä riveillä olevien juovakuvioiden taajuus ei voi merkittävästi erota toisistaan, ja toiseksi sitä, että peräkkäisillä riveillä olevien juovakuvioiden vaihe-ero ei voi rajatussa sovel-5 lutuksessa olla määrättyä suurempi. Näin ollen vaiheen yllättävät muutokset voidaan suodattaa pois, koska ne eivät ole pinnan kohoumien aiheuttamia, vaan esimerkiksi tekstin tai värisävymuutosten aiheuttamia.. ·· *. In Moire images, phase information appears as a two-dimensional signal produced by 35 cameras. The invention takes advantage of, firstly, the finding that the frequency of the line patterns in successive rows cannot differ significantly from each other, and secondly, that the phase difference of the line patterns in successive rows cannot be limited in a limited time. • · 9 ·· · »♦ ·« • »98959 4 be higher than specified in the application. Thus, unexpected changes in the phase can be filtered out because they are not caused by surface bumps, but by, for example, text or color tone changes.
Keksinnöllä saavutetaan useita etuja. Kehitettyä 10 laskentamenetelmää käyttäen voidaan toteuttaa täysauto-maattinen mittalaite, joka toimii aiempaa huomattavasti huonommalla signaali-kohina -suhteella eli siis häiriöni-semmille kuvasignaaleille. Laskentamenetelmä voidaan toteuttaa yhdellä kaupallisella signaaliprosessorilla. Algo-15 ritmi adaptoituu automaattisesti mittausympäristön geometrisiin ja fotometrisiin muutoksiin. Hyvä häiriönsieto ja adsoriivisuus mahdollistavat tarkan mittaussignaalin vai-heilmaisun ja siten myös tarkan mittaustuloksen. Koska algoritmi toimii kohinaisella signaalilla, mittalaitteen se-20 kä mittausympäristön optisia ja mekaanisia vaatimuksia voidaan lieventää. Keksintö poistaa tunnettujen menetelmien ns. unwrapping-ongelman, mikä ongelma tarkoittaa sitä, ‘ · },· että absoluuttista kumulatiivista vaihetietoa ei pysty'ä ·:· laskemaan, jolloin menetelmä toimii virheellisesti. Optis- 25 ten ja mekaanisten komponenttien vaatimustason laskeminen ·'. ja vain yhden signaaliprosessorin käyttäminen mahdollista- I*. vat kustannuksiltaan aiempaa huomattavasti halvemman lai- '···' tekonstruktion. Tarvittavat cos- ja sin-arvot voidaan tau- * · lukoida, jolloin kuvapisteen vaiheinformaation laskennassa , 30 ei tarvita atan-, acos- tai asin-funktioita, jotka olisi- * " vat laskennallisesti hitaita ja raskaita operaatioita.The invention achieves several advantages. Using the developed calculation method, a fully automatic measuring device can be implemented, which operates with a considerably worse signal-to-noise ratio, i.e. for more disturbed image signals. The calculation method can be implemented with a single commercial signal processor. The Algo-15 rhythm automatically adapts to the geometric and photometric changes in the measurement environment. Good interference tolerance and adsorbivity enable accurate phase detection of the measurement signal and thus also an accurate measurement result. Since the algorithm operates with a noisy signal, the optical and mechanical requirements of the measuring device se-20 and the measuring environment can be mitigated. The invention eliminates the so-called unwrapping problem, which means that ‘·}, · that absolute cumulative phase information cannot be computed ·: · in which case the method malfunctions. Calculation of the level of requirements for optical and mechanical components · '. and only one signal processor can be used- I *. considerably less expensive than the '···' construction. The required cos and sin values can be locked, so that the calculation of pixel phase information does not require atan, acos, or asin functions, which would be computationally slow and cumbersome operations.
/ : Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten » ··· oheisiin piirustuksiin, joissa *·· ···, kuvio 1 esittää mittausjärjestelyä 35 kuvio 2 esittää vaihetiedon ilmaisussa käytettävän ·· ψ ··«« • · 5 98959 vaihelukitun silmukan lohkokaaviota, kuvio 3 esittää 2-suuntaista kuvarivien läpikäyntiä kuvio 4 esittää Moire-juovakuvioita, kuvio 5a esittää pinnasta mitattua intensiteetti-5 signaalia kaikkien kuvarivien intensiteettien ollessa yhdistetty peräkkäin, kuvio 5b esittää absoluuttista vaihetta kuvio 6 esittää kuvankäsittely-yksikön ja vastaavan menetelmän lohkokaaviota./: The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a measuring arrangement. Fig. 2 shows a block diagram of a phase-locked loop used in the detection of phase information. Fig. 3 shows a 2-way traversal of image rows Fig. 4 shows Moire line patterns, Fig. 5a shows an intensity-5 signal measured from a surface with all intensities of image rows combined in series, Fig. 5b shows an absolute step Fig. 6 shows a block diagram of an image processing unit and a corresponding method.
10 Kuvio 1 esittää siis mittausjärjestelyä. Kuviosta 1 havaitaan tarkastettava pinta 1, jonka tasomaisuutta halutaan mitata. Kuviossa 1 laite pinnan l tasomaisuuden mittaukseen, erityisesti pinnan 1 korkeustiedon z määrittämiseen käsittää välineet 2-5 sinimuotoisen kuvion synnyttä-15 miseen pinnalle 1. Laite käsittää myös välineet 6-9 2-ulot-teisen useita kuvarivejä käsittävän juovakuviotyyppisen kuvasignaalin muodostamiseen pinnasta 1 heijastuvasta säteilystä. Jos on kyse projektio-Moire tekniikasta, niin välineet 2-5 käsittävät valaisuvälineen 2, kondensoivan 20 linssin 3, ensimmäisen hilan 4 ja optiikan 5, ja tällöin välineet 6-9 puolestaan käsittävät optiikan 6, toisen hilan 7, kenttälinssin 8 ja detektorin 9 eli käytännössä ka- .V meran 9 kuten matriisikameran. Projektio-Moire-tekniikalle « .*·' on ominaista, että pinta 1 valaistaan ensimmäisen hilan 4 25 läpi ja pinta kuvataan toisen hilan 7 läpi, jolloin saa-’**: daan kantoaallon käsittävä projektio-Moire-kuvio kuten «φ· ;*· juovakuvio kuviossa 4. Pinnalle l hilan 4 läpi tehdyllä ·:*. valaisulla muodostettu kuvio on myöskin juovakuvio, mutta sen taajuus paljon suurempi kuin kuvion 4 mukainen kameran , 30 9 mittaama toiselle hilalle 7 syncyvä varsinainen juovaku- .:*/ vio.Figure 1 thus shows a measuring arrangement. Figure 1 shows the surface 1 to be inspected, the planarity of which is to be measured. In Fig. 1, an apparatus for measuring the flatness of surface 1, in particular for determining the height information z of surface 1, comprises means 2-5 for generating a sinusoidal pattern on surface 1. The apparatus also comprises means 6-9 for generating a 2- to 2-dimensional line pattern image signal from surface 1. . In the case of the projection-Moire technique, the means 2-5 comprise an illuminating means 2, a condensing lens 3 3, a first grating 4 and an optic 5, and then means 6-9 in turn comprise an optic 6, a second grating 7, a field lens 8 and a detector 9 practically ka- .V Meran 9 like matrix camera. The projection Moire technique «. * · 'Is characterized in that the surface 1 is illuminated through the first lattice 4 25 and the surface is imaged through the second lattice 7, whereby a projection Moire pattern comprising a carrier such as« φ · is obtained; * · Line pattern in Figure 4. ·: * made on the surface l through the lattice 4. the pattern formed by the illumination is also a line pattern, but its frequency is much higher than the actual line pattern generated on the second lattice 7 measured by the camera 30 of Fig. 4: * / vio.
* · * Kuviossa 1 pinnan, kuten teräslevyn, etenemissuunta ·:* on katsojasta poispäin ja juovakuvioiden juovat samoin.* · * In Figure 1, the direction of travel of a surface such as a steel plate ·: * is away from the viewer and the lines of the line patterns are the same.
’**; Tällöin Moire-kuviossa kuviossa 4 muodostuu levyn poikit- ·»» .* 35 taissuuntainen sinimuotoinen signaali. Kuvion 4 Moire-ku- m φ m • M»'**; In this case, in the Moire pattern in Fig. 4, a transverse sinusoidal signal is formed. Figure 4 Moire rubber-m • M »
• V• V
6 98959 viossa eli kameran 9 ottamassa kuvassa tummat juovat vastaavat kuvion 5a intensiteettisignaalin eli kuvasignaalin matalia kohtia. Kuvion 4 Moire-kuviossa, eli kameran 9 ottamassa kuvassa, vaaleat juovat vastaavat kuvion 5a inten-5 siteettisignaalin eli kuvasignaalin korkeita kohtia.6 98959, i.e. in the image taken by the camera 9, the dark lines correspond to the low points of the intensity signal, i.e. the image signal, of Fig. 5a. In the Moire pattern of Fig. 4, i.e. in the image taken by the camera 9, the light lines correspond to the high points of the intensity signal, i.e. the image signal, of Fig. 5a.
Kantoaallon sisältävässä projektio-Moire-kuviossa, kuten kuviossa 4, on 3D-tieto eli pinnan z-koordinaatti koodattu kantoaallon vaiheeseen φ, sillä pinnan muoto moduloi kantoaaltoa.In a projection-Moire pattern containing a carrier, as in Fig. 4, the 3D information, i.e., the z-coordinate of the surface, is encoded in the carrier phase φ, since the shape of the surface modulates the carrier.
10 Kuvioihin 1 ja 6 erityisesti viitaten laite käsit tää kuvankäsittely-yksikön 11. Kuvankäsittely-yksikkö 11 puolestaan käsittää välineet 13 kuvasignaalin kantoaallon vaihetiedon φ ilmaisuun ja välineet 14 vaihetiedon φ muuttamiseen pinnan korkeustiedoksi z. Lisäksi havaitaan tul-15 kintayksikkö 15, joka määrittää, onko kyseessä tasomaisuus-virhe vai ei.With particular reference to Figures 1 and 6, the device comprises an image processing unit 11. The image processing unit 11 in turn comprises means 13 for detecting the phase information φ of the image signal carrier and means 14 for converting the phase information φ into a surface height information z. In addition, an interpreting unit 15 is detected, which determines whether or not there is a flatness error.
Kuvioon 2 viitaten välineet 13 vaihetiedon ilmaisuun käsittävät 2-ulotteista kuvasignaalia kuvarivi kerrallaan lukevan vaihelukitun silmukan 13 (PLL, Phase Lock-20 ed Loop), joka käsittää vaihevertailijan 13a, johon kuvasignaali on kytketty yhdeksi tulosignaaliksi, vaihelukitun silmukan 13 lisäksi käsittäessä vaihevertailijaan 13a kyt-ketyn alipäästösuodatinvälineen 13b, vaihelukitun silmukan ;:· 13 lisäksi käsittäessä vertailusignaalin tuottavan ja ab- • . 25 soluuttista kumulatiivista vaihetta integroivan säätöeli- men 13c, joka käsittää takaisinkytkentäohjauksen 13d ali-.·. päästösuodatinvälineeltä 13b. Säätöelimen 13c tuottama ver- ··. tailusignaali on kytketty toiseksi sisääntulosignaaliksi • · vaihevertailijaan 13a.Referring to Fig. 2, the means 13 for detecting phase information comprise a phase locked loop 13 (PLL, Phase Lock-20 ed Loop) reading a 2-dimensional image signal one line at a time, comprising a phase comparator 13a to which the image signal is connected as one input signal, the phase locked loop 13 comprising a phase locked loop 13 a low-pass filter means 13b, a phase-locked loop, further comprising a reference signal generating and ab-. A control element 13c integrating 25 cellular cumulative phases, comprising a feedback control 13d. from the pass filter means 13b. The ver- ·· produced by the control member 13c. The input signal is connected as a second input signal to the phase comparator 13a.
30 Edullisessa toteutusmuodossa alipäästösuodatinväli- ne 13b käsittää kuvarivin suunnassa suodattavan 1-ulottei- *·· • · ·] * sen suodatinelimen FH ja kuvarivin poikittaissuunnassa ·;· suodattavan toisen l-ulotteisen suodatinelimen FV. Kuvari- ···In the preferred embodiment, the low-pass filter means 13b comprises a 1-dimensional filter element FH to be filtered in the image row direction and a second 1-dimensional filter element FV to be filtered in the transverse direction of the image row. Imaging ···
vin suunnassa suodattava eli vaakasuora suodatinelin FHhorizontal filter element FH to be filtered in the vin direction
»·· .* 35 huolehtii siitä, että yhden kuvarivin sisällä ei tule lii- m ·· ···» • · 98959 7 an suuria vaiheiden muutoksia. Kuvarivin poikittaissuun-nassa suodattava eli pystysuora suodatinelin FV huolehtii siitä, että yksittäinen kuvarivi ei pääse edellisiin kuva-riveihin verrattuna liikaa liikkumaan eli liukumaan.»··. * 35 ensures that there are no large phase changes in the adhesive ·· ···» • · 98959 7 within one row of images. The filter element FV, which is filtered in the transverse direction of the image row, i.e. the vertical filter element, ensures that a single image row cannot move too much, i.e. slide, compared to the previous image rows.
5 Kuvankäsittely-yksikössä 11 ennen vaihelukittua silmukkaa 13 (PLL) laite 1 eli käytännössä laitteen kuvankäsittely-yksikkö 11 käsittää edullisessa toteutusmuodossa esisuodatinvälineen lla, jonka keskitaajuus olennaisesti vastaa kuvasignaalin keskitaajuutta. Menetelmässä ennen 10 vaiheen ilmaisua siis suoritetaan esisuodatus, jolla kuvasignaalista suodatetaan pois kantoaallon keskitaajuudes-ta poikkeavat taajuudet. Tällöin laite ja menetelmä toimivat adaptiivisesti, mikä parantaa menetelmän etuja. Ennen vaihelukittua silmukkaa 13 laite lisäksi edullisessa to-15 teutusmuodossa käsittää välineet llb kuvasignaalin vahvistuksen ja tason säätämiseen. Esisuodatuksen lisäksi menetelmässä siis suoritetaan vahvistuksen ja signaalitason korjaus. Kuviosta 6 havaitaan myös, että kuvankäsittely-lohkossa ensimmäisenä lohkona on laskenta-alueen rajaus-20 lohko lie.In the image processing unit 11 before the phase locked loop 13 (PLL), the device 1, i.e. in practice the image processing unit 11 of the device, in a preferred embodiment comprises pre-filter means 11a, the center frequency of which substantially corresponds to the center frequency of the image signal. Thus, in the method, prior to the detection of the 10 steps, pre-filtering is performed, by which frequencies deviating from the center frequency of the carrier are filtered out of the image signal. In this case, the device and the method operate adaptively, which improves the advantages of the method. Prior to the phase-locked loop 13, the device in a further preferred embodiment further comprises means 11b for adjusting the gain and level of the image signal. Thus, in addition to pre-filtering, the method performs gain and signal level correction. It can also be seen from Figure 6 that the first block in the image processing block is the calculation area delimitation block 20 block lie.
Menetelmän osalta todetaan, että kyseessä on siis menetelmä pinnan 1 korkeustiedon z määrittämiseksi pinnan • 1 tasomaisuuden mittauksessa. Menetelmässä tarkastettavalle pinnalle 1 muodostetaan korkeataajuinen sinimuotoinen . 25 juovakuvio, pinnasta 1 heijastuvaa säteilyä detektoidaan : useita kuvarivejä käsittävän matalataajuisemman, juovaku- . viotyyppisen 2-ulotteisen kuvasignaalin (kuviot 4 ja 5a) . muodostamiseksi. Menetelmässä 2-ulotteisesta kuvasignaa lista ilmaistaan kantoaallon vaihetieto φ, ja vaihetiedos-30 ta määritetään pinnan korkeustieto z.With regard to the method, it is stated that it is thus a method for determining the height information z of the surface 1 in the measurement of the planarity of the surface. In the method, a high-frequency sinusoidal shape is formed on the surface 1 to be inspected. 25 line pattern, radiation reflected from surface 1 is detected: a lower frequency, line pattern comprising several rows of images. a fault type 2-dimensional image signal (Figures 4 and 5a). form. In the method, a list of 2-dimensional image signals is expressed by the carrier phase information ilma, and the phase information 30 is determined by the surface height information z.
Keksinnön mukaisesti menetelmässä vaiheen φ ilmaisussa käytetään vaihelukittua silmukkaa 13, PLL, jossa :· suoritetaan vaihevertailu 2-ulotteisen kuvasignaalin muo- dostaman tulosignaalin ja takaisinkytketysti ohjatun sää- * ----- 35 töelimen 13c tuottaman vertailusignaalin välillä. Vaihe- *· »e ψ 98959 8 vertailusta saatava hetkellinen vaihe-erosignaali alipääs-tösuodatetaan liiallisten vaihenruutosten vaimentamiseksi. Suodatettua signaalia 0vh käytetään ohjauksena eli kor-jaustekijänä säätöelimelle 13c, jolla synnytetään uusi 5 korjattu vertailusignaali, joka syötetään vaihevertailuun tulosignaalin kanssa. Korkeustiedon z laskentaan käytettävän vaihetiedon määrittämiseksi menetelmässä hetkellisen vaihe-erosignaalin #vh lisäksi vaihelukitussa silmukassa 13, PLL määritetään absoluuttinen kumulatiivinen vaihetie-10 to 4>abs määrittämällä kunkin kuvapisteen vaihe-ero laskennan alkupisteeseen S nähden. Alkupiste S havaitaan kuvioista 3, 4 ja 5a. Kuviossa 5b on esitetty absoluuttinen kumulatiivinen vaihetieto φabs.According to the invention, the phase itt detection uses a phase-locked loop 13, PLL, in which: a phase comparison is performed between the input signal generated by the 2-dimensional image signal and the reference signal produced by the feedback controlled control element 13c. The instantaneous phase difference signal obtained from the phase * · »e ψ 98959 8 comparison is low-pass filtered to attenuate excessive phase squares. The filtered signal 0vh is used as a control, i.e. a correction factor, for the control element 13c, with which a new corrected reference signal 5 is generated, which is fed to the phase comparison with the input signal. In order to determine the phase information to be used for calculating the height information z in the method in addition to the instantaneous phase difference signal #vh in the phase locked loop 13, the PLL determines the absolute cumulative phase path 10 to 4> abs by determining the phase difference of each pixel from the calculation start point S. The starting point S is observed in Figures 3, 4 and 5a. Figure 5b shows the absolute cumulative phase information φabs.
Kuvioissa 5a ja 5b koordinaatiston vaaka-akseli 15 esittää pikselimäärää P kuvasignaalin alusta lähtien laskettuna. Kuviossa 4 on 512 kuvariviä ja 512 kuvapistettä eli pikseliä kullakin kuvarivillä. Kuviossa 5a ja 5b täysi 360 asteen aalto eli 2π matka vastaa esimerkiksi 45 pikseliä ja tällöin yhdellä kuvarivillä olisi hieman alle 12 20 täyttä aaltoa eli vaiheen arvo olisi noin 24π ja se ker rottuna kuvarivien määrällä 512 antaa absoluuttisen vaiheen maksimiarvon kuviossa 5b.In Figs. 5a and 5b, the horizontal axis 15 of the coordinate system shows the number of pixels P calculated from the beginning of the image signal. Figure 4 has 512 image rows and 512 pixels in each image row. In Figures 5a and 5b, a full 360 degree wave, i.e. a distance of 2π, corresponds to 45 pixels, for example, and then one image line would be slightly less than 12 full waves, i.e. the phase value would be about 24π and multiplied by the number of image lines 512 gives the absolute maximum phase value in Figure 5b.
·.· Vaihetieto määritetään säätöelimen 13c sen hetkisen 9 *·* vaiheen ja teoreettisen vakiotaajuisen kantoaallon vaiheen • 25 erotuksena.The phase information is determined as the difference between the current phase 9 * · * of the control element 13c and the phase • 25 of the theoretical constant frequency carrier.
**: Takaisinkytkennällä säätöelintä 13c ohjataan siten, • e ·’» että säätöelimen ja tulosignaalin vaihe-ero on ainakin li- • * :·. kimain 90° tai sen monikerta. Tällöin menetelmä on lasken- • · nallisesti nopea, koska tällainen asetus minimoi trigono- 30 metristen funktioiden laskenta-aikaa.**: By feedback, the control element 13c is controlled so that the phase difference between the control element and the input signal is at least li * *: ·. at least 90 ° or a multiple thereof. In this case, the method is • computationally fast, because such a setting minimizes the computation time of trigonometric functions.
... Edullisessa toteutusmuodossa kuvioon 3 viitaten ab- • · ·* * soluuttinen vaihetieto $abs säilytetään lukemalla 2-ulot- *:* teista kuvasignaalia vuorotellen vastakkaisiin suuntiin siten, että edellisen kuvarivin valhetietojen tultua las- · » 35 ketuksi lasketaan vaihetiedot seuraavalta kuvariviltä vas- ·· ···· • · 98959 9 takkaiseen suuntaan. Kuviossa 3 merkintä Rl esittää ensimmäistä kuvariviä, jota luetaan vasemmalta oikealle. Kuviossa 3 merkintä R2 esittää toista kuvariviä, jota luetaan oikealta vasemmalle. Edullisessa toteutusmuodossa menetel-5 mässä toimitaan tällöin siten, että vaihetiedon laskenta-suunnan vaihtuessa viimeisintä absoluuttista kumulatiivista vaihetietoa edelliseltä kuvariviltä käytetään seuraa-valla kuvarivillä alkuarvona, jolloin absoluuttinen vaihe-tieto pysyy tallessa. Kuvarivien luenta vuorotellen eri 10 suuntiin poistaa myös juovakuvioiden kertaluvun laskentaan liittyviä ongelmia. Edullisimmin luetaan kamerakuvaa (kuvio 4) siten, että laskenta aloitetaan vasemmalta ylhäältä ja se päätetään oikealle alas. Tämän vuoksi kuvioista 5a ja 5b on syytä todeta, että niissä signaalien alkupäät 15 vastaavat kuviossa 4 ensimmäisen eli ylimmän kuvarivin vasenta reunaa, ja signaalien loppupäät vastaavat kuviossa 4 viimeisen eli alimman kuvarivin oikeaa reunaa.... In the preferred embodiment with reference to Fig. 3, the ab- • · · * * cellular phase information $ abs is stored by reading the 2-dimensional image signal alternately in opposite directions so that after the false data of the previous image row is calculated, the phase information from the next image row is calculated. opposite- ·· ···· • · 98959 9 in the direction of the fireplace. In Fig. 3, the notation R1 shows the first line of the image, which is read from left to right. In Figure 3, the notation R2 shows a second row of images read from right to left. In the preferred embodiment, the method then operates in such a way that when the calculation direction of the phase information changes, the latest absolute cumulative phase information from the previous display line is used as the initial value in the next display line, whereby the absolute phase information is stored. Alternating reading of the image rows in different directions also eliminates the problems associated with calculating the order of line patterns. Most preferably, the camera image is read (Figure 4) so that the counting starts from the top left and ends at the bottom right. Therefore, it should be noted from Figs. 5a and 5b that the beginning of the signals 15 in Fig. 4 corresponds to the left edge of the first or top row of images, and the ends of the signals in Fig. 4 correspond to the right edge of the last or bottom row of images.
Edullisessa toteutusmuodossa absoluuttinen kumulatiivinen vaihetieto 0abs määritetään vertailusignaalin 20 tuottavalla säätöelimellä 13c, joka integroi absoluuttista kumulatiivista vaihetta $abs , jolloin laiteratkaisu vaihelukitussa silmukassa 13, PLL on yksinkertainen.In the preferred embodiment, the absolute cumulative phase information 0abs is determined by the control element 13c producing the reference signal 20, which integrates the absolute cumulative phase $ abs, whereby the device solution in the phase-locked loop 13, PLL is simple.
Edullisessa toteutusmuodossa menetelmä on sellai- :* nen, että vaihevertailusta saatavan hetkellisen vaihe-ero- * . 25 signaalin suodatuksessa alipäästösuodatusvälineellä 13b *« käytetään haluttua lukitusrajaa, jonka ylittävät vaihemuu- ·. tokset vaimennetaan. Tällöin voidaan tehokkaasti estää % ·. esimerkiksi tekstien tai värisävymuutosten tulkitseminen pinnan kohoumaksi.In a preferred embodiment, the method is such that the instantaneous phase difference obtained from the phase comparison. The filtering of the 25 signals by the low-pass filtering means 13b * «uses the desired locking limit, which is exceeded by a phase change. attenuated. In this case,% · can be effectively prevented. for example, interpreting text or hue changes as a surface bump.
30 Menetelmän luotettavuuden parantamiseksi menetel- ’* mässä kalibroidaan optiset, mekaaniset tai muut vastaavat 9 * vääristymät kuva-alueen yhdessä tai useammassa pisteessä ·· suorittamalla nollatason mittaus kalibrointivälineellä 50, *. jonka mittauksen perusteella absoluuttista kumulatiivista 35 vaihetietoa korjataan. Tällainen kalibrointi on helposti • » » · 98959 10 suoritettavissa, koska se ei ole riippuvainen mittausympä-ristöstä.30 In order to improve the reliability of the method, the method calibrates optical, mechanical or other similar distortions at one or more points in the image area by performing a zero measurement with a calibration means 50, *. on the basis of which the absolute cumulative 35 phase data is corrected. Such a calibration is easily • »» · 98959 10 because it does not depend on the measurement environment.
Säätöelimen 13c vaihe on £(φρρ + φνh), jossa φρρ on edeltä käsin tunnettu vaihe-ero kahden laskentapisteen 5 (käytännössä usein kuvapiste) välillä ja 0vh on silmukka-suodattimen eli alipäästösuodatinvälineen 13b antama vaiheen korjaustermi eli ohjaussignaali säätöelimelle 13c. Koska säätöelin 13c integroi absoluuttista vaihetta välillä Οπ - oo , saadaan säätöelimen vaihe jokaiselle laskenta-10 pisteelle. Säätöelimen 13c sen hetkisen eli hetkellisen vaiheen £(φρρ + φνh) ja vakiotaajuisen kantoaallon edellyttämän hetkellisen vaiheen £(φρρ) erotus on laskentapisteen mittaustulos, josta voidaan määrittää välineellä 14 pinnan z-koordinaatin ero laskennan alkupisteeseen. Tul-15 kintayksikkö 15 määrittää onko kyseessä tasomaisuusvirhe vai ei.The phase of the control element 13c is £ (φρρ + φνh), where φρρ is the previously known phase difference between the two calculation points 5 (often often a pixel) and 0vh is the phase correction term or control signal given to the control element 13c by the loop filter or low-pass filter means 13b. Since the control element 13c integrates the absolute phase between Οπ and oo, the phase of the control element is obtained for each calculation-10 point. The difference between the current or instantaneous phase £ (φρρ + φνh) of the control element 13c and the instantaneous phase £ (φρρ) required by the constant frequency carrier is the result of the calculation point, from which the difference of the z-coordinate of the surface to the calculation point can be determined by means 14. The interpreting unit 15 determines whether there is a flatness error or not.
Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan 20 monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.Although the invention has been described above with reference to the examples according to the accompanying drawings, it is clear that the invention is not limited thereto, but can be modified in many ways within the scope of the inventive idea set forth in the appended claims.
* · • · 9 9 • 1· ·· » • • 9 m 9 • · 9 9 9 • · • · ·· • · • · * m 9 *· • · • · * ··· 9 ·« • · 9 » 9 9 9 99 9 9* · • · 9 9 • 1 · ·· »• • 9 m 9 • · 9 9 9 • · • · ·· • · • · * m 9 * · • · • · * ··· 9 ·« • · 9 »9 9 9 99 9 9
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI950748A FI98959C (en) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | Method and apparatus for determining surface elevation information in surface planarity measurement |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI950748 | 1995-02-17 | ||
FI950748A FI98959C (en) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | Method and apparatus for determining surface elevation information in surface planarity measurement |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI950748A0 FI950748A0 (en) | 1995-02-17 |
FI950748A FI950748A (en) | 1996-08-18 |
FI98959B true FI98959B (en) | 1997-05-30 |
FI98959C FI98959C (en) | 1997-09-10 |
Family
ID=8542887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI950748A FI98959C (en) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | Method and apparatus for determining surface elevation information in surface planarity measurement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI98959C (en) |
-
1995
- 1995-02-17 FI FI950748A patent/FI98959C/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI98959C (en) | 1997-09-10 |
FI950748A (en) | 1996-08-18 |
FI950748A0 (en) | 1995-02-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106595522B (en) | A kind of error calibration method of optical grating projection three-dimension measuring system | |
Pinit et al. | Digitally whole-field analysis of isoclinic parameter in photoelasticity by four-step color phase-shifting technique | |
WO2019153569A1 (en) | Phase error correction method for defocusing phenomenon of fringe projection profilometric system | |
US7880866B2 (en) | Method and device for measuring distance | |
JP5123522B2 (en) | 3D measurement method and 3D shape measurement apparatus using the same | |
US11047962B2 (en) | Method for binning time-of-flight data | |
JP5016520B2 (en) | Three-dimensional shape measuring method and apparatus | |
US20020039187A1 (en) | Determining surface shapes | |
US20060109482A1 (en) | 3D and 2D measurement system and method with increased sensitivity and dynamic range | |
EP3594617B1 (en) | Three-dimensional-shape measurement device, three-dimensional-shape measurement method, and program | |
US9846373B2 (en) | High accuracy measurement system for focusing and leveling | |
US11300402B2 (en) | Deriving topology information of a scene | |
KR101550070B1 (en) | Method for detecting edge of input picture easily image processing unit and the apparatus therefor | |
US20220066004A1 (en) | Distortion determination apparatus and method of determining a distortion | |
McClure et al. | Resolving depth-measurement ambiguity with commercially available range imaging cameras | |
US20040100639A1 (en) | Method and system for obtaining three-dimensional surface contours | |
CN115793412A (en) | Non-imaging semiconductor overlay error measuring device and method | |
JP2006023178A (en) | 3-dimensional measuring method and device | |
FI98959B (en) | Method and arrangement for determining the height of a surface when measuring the planarity of the surface | |
JP7488451B2 (en) | 3D measuring device | |
Langmann et al. | Real-time image stabilization for ToF cameras on mobile platforms | |
JP2008170282A (en) | Shape measuring device | |
US20220128692A1 (en) | Method for depth measurement with a time-of-flight camera using amplitude-modulated continuous light | |
JPH09281231A (en) | Signal processor | |
CN109632112A (en) | A kind of spatial position method for registering of dynamic interferometer simultaneous phase-shifting interference pattern |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Owner name: SPECTRA-PHYSICS VISIONTECH OY |
|
GB | Transfer or assigment of application |
Owner name: SPECTRA-PHYSICS VISIONTECH OY |
|
BB | Publication of examined application |