FI98959B - Menetelmä ja laite pinnan korkeustiedon määrittämiseksi pinnan tasomaisuuden mittauksessa - Google Patents

Description

98959

Menetelmä ja laite pinnan korkeustiedon määrittämiseksi pinnan tasomaisuuden mittauksessa

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.

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.

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.

• *. 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.

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.

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.

'1* Moire-kuvioiden tulkintaan on käytetty useita eri . 25 menetelmiä, joita ovat esimerkiksi temporal phase shif- ting- ja spatial carrier phase shift (SCPS) -menetelmät.

»· .·. 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.

Tämän keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uuden-5 tyyppinen menetelmä ja laite, jotka välttävät tunnettuihin ratkaisuihin liittyvät ongelmat.

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.

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.

.··*. 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.

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.

/ : 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.

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.

* · * Kuviossa 1 pinnan, kuten teräslevyn, etenemissuunta ·:* on katsojasta poispäin ja juovakuvioiden juovat samoin.

’**; Tällöin Moire-kuviossa kuviossa 4 muodostuu levyn poikit- ·»» .* 35 taissuuntainen sinimuotoinen signaali. Kuvion 4 Moire-ku- m φ m • M»

• 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.

Kantoaallon sisältävässä projektio-Moire-kuviossa, kuten kuviossa 4, on 3D-tieto eli pinnan z-koordinaatti koodattu kantoaallon vaiheeseen φ, sillä pinnan muoto moduloi kantoaaltoa.

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.

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.

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- ···

vin suunnassa suodattava eli vaakasuora suodatinelin FH

»·· .* 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.

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.

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.

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.

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.

·.· Vaihetieto määritetään säätöelimen 13c sen hetkisen 9 *·* vaiheen ja teoreettisen vakiotaajuisen kantoaallon vaiheen • 25 erotuksena.

**: 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.

... 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.

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.

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.

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.

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.

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.

* · • · 9 9 • 1· ·· » • • 9 m 9 • · 9 9 9 • · • · ·· • · • · * m 9 *· • · • · * ··· 9 ·« • · 9 » 9 9 9 99 9 9

Claims (10)

98959

1. Menetelmä pinnan korkeustiedon määrittämiseksi pinnan tasomaisuuden mittauksessa, jossa menetelmässä tar-5 kastettavalle pinnalle (1) projisoidaan tai muutoin muodostetaan kuvio, pinnasta heijastuvaa säteilyä detektoi-daan useita kuvarivejä käsittävän 2-ulotteisen juovaku-viotyyppisen kuvasignaalin muodostamiseksi, kuvasignaalista ilmaistaan kantoaallon valhetieto, ja vaihetiedosta 10 määritetään pinnan korkeustieto (z) , tunnettu siitä, että vaiheen ilmaisussa käytetään vaihelukittua silmukkaa (13,PLL), jossa suoritetaan vaxhevertailu kuvasignaalin muodostaman tulosignaalin ja takaisinkytketysti ohjatun säätöelimen (13c) tuottaman vertailusignaalin välil-15 lä, että vaihevertailusta saatava hetkellinen vaihe-ero-signaali alipäästösuodatetaan liiallisten vaihemuutosten vaimentamiseksi, että suodatettua signaalia käytetään ohjauksena säätöelimelle (13c), jolla synnytetään uusi ver-tailusignaali, joka syötetään vaihevertailuun tulosignaa-20 Iin kanssa, ja että vaihetiedon määrittämiseksi menetelmässä hetkellisen vaihe-erosignaalin lisäksi vaihelukitussa silmukassa (13, PLL) määritetään absoluuttinen kumula- * tiivinen vaihetieto (£abs) määrittämällä kunkin kuvapis-teen vaihe-ero laskennan alkupisteeseen (S) nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, : tunnettu siitä, että takaisinkytkennällä säätö- : elintä ohjataan siten, että säätöelimen ja tulosignaalin . vaihe-ero on aina ainakin likimain n x 90°, missä n * 1, 2, 3 ...

3. Patenttivaatimuksen mukainen 1 mukainen menetel- »» . mä, tunnettu siitä, että absoluuttinen vaihetieto (0abs) säilytetään lukemalla 2-ulotteista kuvasignaalia ·* vuorotellen vastakkaisiin suuntiin siten, että edellisen \ kuvarivin valhetietojen tultua lasketuksi lasketaan vaihe- 35 tiedot seuraavalta kuvarivilcä vastakkaiseen suuntaan. * · »· 98959

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu sii;ä, että vaihetiedon laskentasuunnan vaihtuessa viimeisintä absoluuttista kumulatiivista vaihe-tietoa (0abs) edelliseltä kuvariviltä käytetään seuraaval- 5 la kuvarivillä alkuarvona.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että absoluuttinen kumulatiivinen vaihetieto (φabs) määritetään vertailusignaa-lin tuottavalla säätöelimellä (13c), joka integroi abso- 10 luuttista kumulatiivista vaihetta (0abs).

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihetieto määritetään sää-töelimen (13c) sen hetkisen vaiheen ja teoreettisen vakio-taajuisen kantoaallon vaiheen erotuksena.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihevertailusta saatavan hetkellisen vaihe-erosignaalin suodatuksessa käytetään haluttua lukitusrajaa, jonka ylittävät vaihemuutokset vaimennetaan .

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä ennen vaiheen • · ·*·* ilmaisua suoritetaan esisuodatus, jolla kuvasignaalista .!:* suodatetaan pois kantoaallon keski taajuudesta poikkeavat taajuudet, ja että esisuodatuksen lisäksi suoritetaan vah- 25 vistuksen ja signaalitason korjaus.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, • » · . . *·*: tunnettu siitä, että menetelmässä kalibroidaan op- tiset, mekaaniset tai muut vastaavat vääristymät yhdessä ·. tai useammassa kuva-alueen pisteessä suorittamalla nolla- » · 30 tason mittaus kalibrointivälineellä (50) , jonka mittauksen • · *. perusteella absoluuttista kumulatiivista vaihetietoa .’·* (0abs) korjataan.

10. Laite pinnan korkeustiedon määrittämiseksi pin-nan tasomaisuuden mittauksessa, joka laite käsittää väli- • · . 35 neet (2-5) kuvion synnyttämiseen pinnalle, välineet (6-9) • · 98959 2-ulotteisen useita kuvarivejä käsittävän juovakuviotyyppisen kuvasignaalin muodostamiseen pinnasta heijastuvasta säteilystä, välineet (13} kuvasignaalin kantoaallon vaihe-tiedon Ιφ) ilmaisuun ja välineet (14) vaihetiedon (φ) 5 muuttamiseen pinnan korkeustiedoksi (z), tunnettu siitä, että välineet (13) vaihetiedon (φ) ilmaisuun käsittävät kuvasignaalia lukevan vaihelukitun silmukan (13, PLL), joka käsittää vaihevertailijan (13a), johon kuvasignaali on kytketty yhdeksi tulosignaaliksi, vaihelukitun 10 silmukan (13, PLL) lisäksi käsittäessä vaihevertailijaan (13a) kytketyn aiipäästösuodatinvälineen (13b), vaihelukitun silmukan (13, PLL) lisäksi käsittäessä vertailusignaa-lin tuottavan ja absoluuttista kumulatiivista vaihetta integroivan säätöelimen (13c), joka käsittää takaisinkytken-15 täohjauksen (13d) alipäästösuodatinvälineeltä, säätöelimen (13c) tuottaman vertailusignaalin ollessa kytketty toiseksi sisääntulosignaaliksi vaihevertailijaan (13a). li. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että alipäästösuodatinväline (13b) 20 käsittää kuvarivin suunnassa suodattavan l-ulotteisen suo-datinelimen (FH) ja kuvarivin poikittaissuunnassa suodat- » · tavan toisen l-ulotteisen suodatinelimen (FV) . !:* 12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, ’· tunnettu siitä, että ennen vaihelukittua silmukkaa 25 (13, PLL) laite käsittää esisuodatinvälineen (11a), jonka keskitaajuus olennaisesti vastaa kuvasignaalin keskitaa- • · :·. juutta, ja että ennen vaihelukittua silmukkaa (13, PLL) laite lisäksi käsittää välineet (11b) kuvasignaalin vahvistuksen ja tason säätämiseen. • · ·♦ • · • m 0 ··· m *· ·· 9 • 9 m »·· 98959