KR101833396B1 - 프레넬 회절 보더 프로파일들을 평가하여 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법 - Google Patents

프레넬 회절 보더 프로파일들을 평가하여 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 오브젝트의, 특히 스트랜드의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법으로서, 적어도 하나의 코히어런트 광원으로부터의 광을 사용하여 상기 오브젝트를 조명하는 단계로서, 회절 보더들이 오브젝트에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계 둘 다에 생성되는, 단계, 적어도 하나의 회절 보더의 공간적 강도 프로파일을 적어도 하나의 단일 또는 다중 라인(multi line) 광 센서들을 사용하여 기록하는 단계, 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을 위치에 대하여 미분하고 이것을 제곱된 위치축에서 도시하는 단계, 위치에 대하여 미분되고 제곱된 위치축에서 도시된 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을 적어도 하나의 주기적 참조 강도 프로파일과 비교하는 단계, 상기 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 완료된 비교에 기초하여 결정하는 단계를 포함하는, 방법에 관련된다.

Description

프레넬 회절 보더 프로파일들을 평가하여 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법{METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF AT LEAST ONE EDGE OF AN OBJECT BY EVALUATING FRESNEL DIFFRACTION BORDER PROFILES}
본 발명은 오브젝트의, 특히 스트랜드의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법에 관련된다.
이러한 스트랜드는, 예를 들어 도체 및 도체 주위를 감싸는 절연체를 가지는 케이블일 수 있다. 이러한 스트랜드들을 측정하여, 특히 포지션 또는 직경을 결정할 필요성이 존재한다. 스트랜드형 물건의 광학적 측정은 예를 들어 EP 0 924 493 B1 호로부터 공지되는데, 여기에서는, 바람직하게는 레이저 다이오드로부터의 코히어런트 단색 광을 사용하여, 측정될 스트랜드는 이미징 광학기가 없이 광 센서 상에 투영된다. 이미징 광학기를 사용하여 작동하는 측정 방법들과 비교하여, 매우 정확한 측정들이 장치의 상대적으로 작은 부피로써 이러한 방법을 사용하여 획득될 수 있다. 회절 보더들은 광원의 코히어런트 단색 방사에 기인하여 스트랜드의 기하학적 음영 경계 상에 생성된다. 이러한 기하학적 음영 경계들은 기록된 회절 보더들(diffraction borders)로부터 결정될 수 있다. 이것은 예를 들어, 회절 이론으로부터 공지되는 참조 회절 패턴과 비교함으로써 가능해진다. 이러한 참조 패턴의 자유 파라미터들, 특히 연장(extension) 및 로컬 천이는 참조 회절 패턴 및 측정된 회절 보더 강도의 프로파일 사이에서 최적의 상관성(optimal correlation)이 대두될 때까지 변경된다. 그러나, 이러한 상관성은 상대적으로 계산적으로 복잡하고, 따라서 대안적으로는, 회절 보더의 특정 특징점들(characteristic feature points), 예를 들어 로컬 강도 최대값 및 최소값이 평가되고 기하학적 음영 경계의 포지션은 그것으로부터 결정될 수 있다.
진술된 바와 같이, 상관 방법들이 계산적으로 매우 복잡한 반면에, 회절 보더의 특정 특징점을 평가하는 것은 고속이고, 거의 모든 애플리케이션 케이스들의 경우에 뛰어난 측정 정확도를 획득한다. 그러나, 분석이 회절 보더의 제한된 개수의 특정 특징점들로 한정되기 때문에, 이러한 특정 특징점들이 교란되는 경우에는 오류가 있는 결과들이 발생될 수 있다. 이것은 예를 들어, 광학계에 큰 오염이 있거나 투명하거나 매우 얇은 스트랜드를 측정할 때의 경우일 수 있다. 따라서, 측정될 투명 재료를 통과하는 광 부분에 기인하여 회절 보더들의 교란, 따라서 특정 특징점들로의 교란이 있을 수 있다. 매우 얇은 스트랜드들의 경우에, 양자의 회절 보더들의 상호 간섭에 기인하여 교란이 있을 수 있다.
설명된 선행 기술에 기초하여, 본 발명의 목적은 따라서 회절 보더의 교란의 경우에도 신뢰가능한 측정 결과를 제공하는, 그리고 그렇게 함에 있어서 높은 측정 및 평가 속도를 획득하는 최초에 명명된 타입의 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 이러한 목적을 독립항 제 1 항, 제 2 항 및 제 3 항에 의하여 해결한다. 바람직한 실시예들은 종속항, 상세한 설명 및 도면에서 발견된다.
본 발명은 제 1 양태에 따르는 목적을 오브젝트, 특히 스트랜드의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법으로서:
적어도 하나의 코히어런트 광원으로부터의 광을 사용하여 상기 오브젝트를 조명하는 단계로서, 회절 보더들이 오브젝트에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계 둘 다에 생성되는, 단계;
적어도 하나의 회절 보더의 공간적 강도 프로파일을 적어도 하나의 단일 또는 다중 라인 광 센서들을 사용하여 기록하는 단계;
적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을 위치에 대하여 미분하고 이것을 제곱된 위치축에서 도시하는 단계;
위치에 대하여 미분되고 제곱된 위치축에서 도시된 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을 적어도 하나의 주기적 참조 강도 프로파일과 비교하는 단계;
상기 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 완료된 비교에 기초하여 결정하는 단계를 포함하는, 방법에 의하여 해결한다.
본 발명은 제 2 양태에 따르는 목적을 오브젝트, 특히 스트랜드의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법으로서:
적어도 하나의 코히어런트 광원으로부터의 광을 사용하여 상기 오브젝트를 조명하는 단계로서, 회절 보더들이 오브젝트에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계 둘 다에 생성되는, 단계;
적어도 하나의 회절 보더의 공간적 강도 프로파일을 적어도 하나의 단일 또는 다중 라인 광 센서들을 사용하여 기록하는 단계;
상기 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을 위치에 대하여 미분하는 단계;
위치에 대하여 미분된 상기 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을, 주기 함수가 위치에 대한 실질적으로 역선형 의존성을 가지는 주기를 가진다면 상기 주기 함수로부터 얻어지는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일과 비교하는 단계;
상기 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 완료된 비교에 기초하여 결정하는 단계를 포함하는, 방법에 의하여 해결한다.
본 발명은 제 3 양태에 따르는 목적을 오브젝트, 특히 스트랜드의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법으로서:
적어도 하나의 코히어런트 광원으로부터의 광을 사용하여 상기 오브젝트를 조명하는 단계로서, 회절 보더들이 오브젝트에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계 둘 다에 생성되는, 단계;
적어도 하나의 회절 보더의 공간적 강도 프로파일을 적어도 하나의 단일 또는 다중 라인 광 센서들을 사용하여 기록하는 단계;
상기 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을, 주기 함수가 위치에 대한 실질적으로 역선형 의존성을 가지는 주기를 가지고 상기 함수가 상기 위치 상에서 적분된다면 상기 주기 함수로부터 얻어지는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일과 비교하는 단계;
상기 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 완료된 비교에 기초하여 결정하는 단계를 포함하는, 방법에 의하여 해결한다.
기하학적 음영 경계들은 오브젝트의 포지션에 대한 직접적 정보를 나타낸다. 여기에서, 오브젝트의 포지션을 결정하는 것은, 예를 들어, 오브젝트의 오직 하나의 에지의 포지션을 결정하는 것을 더 포함한다. 본 발명은 기본적으로 EP 0 924 493 B1 으로부터 공지되는 측정 셋-업을 사용한다. 오브젝트, 또는 개개의 스트랜드는 거의 원형 단면을 가질 수 있다. 이것은 케이블, 특히 적어도 하나의 도체 및 도체를 둘러싸는 적어도 하나의 절연 클래딩이 있는 케이블 일 수 있다. 여기에서, 적어도 하나의 코히어런트 광원은 특히, 또한 단색 광을 방출할 수 있다. 광원은 레이저, 특히, 다이오드 레이저일 수 있다. 광 센서들은 예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서, 특히 CCD 또는 CMOS 라인 센서(line sensor)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 코히어런트 광원의 경우에 오브젝트 뒤로 너무 멀지 않게 위치된 센서에 나타나는 광 강도의 프레넬 회절 프로파일이 평가된다. 회절 프로파일은 수학적으로 프레넬 적분을 사용하여 기술될 수 있다. 그러나, 회절 보더 참조 강도 프로파일이 간단하게 계산될 수 있는 이러한 적분에 대한 닫힌 해석적 솔루션이 존재하는 것은 아니다. 이미 언급된 바와 같이, 상관 방법은 EP 0 924 493 B1 호로부터 공지되는데, 이 경우에 측정된 회절 보더 프로파일들이 참조 프로파일과 비교된다. 그러나 이러한 방법은 서브-마이크론 범위의 측정 정확도를 가지기에는 비실용적인데, 이는 매우 많은 참조 프로파일들이 저장되어야 하기 때문이다.
본 발명에 따르면, 오브젝트의 포지션은 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일 및 적어도 하나의 참조 강도 프로파일 사이의 결정된 비교에 기초하여, 또는 각각 상관에 기초하여 결정된다. 오브젝트의 특정한 기하학적 음영 경계 및 따라서 특정 포지션이, 예를 들어 실험적으로 참조 강도 프로파일에 지정될 수 있다. 본 발명의 모든 3 개의 양태들은 기록된 회절 보더 프로파일의 주기가 사용되는 센서의 위치 좌표에 대해 역선형, 또는 각각 거의 역선형인 의존성을 가진다는 공통 사실에 기초한다. 따라서, 주기는 1/(x-x geo )로 감소하는데, 여기에서 x는 위치이고 x geo는 기하학적 음영 경계의 포지션이다. 그러므로 측정된 강도 프로파일은 위치 좌표에 대한 그들의 주기의 역시 이러한 역선형, 또는 각각 거의 역선형 의존성을 가지는 참조 강도 프로파일들과 비교될 수 있다. 그러면, 특히 위치 좌표 x가 참조 강도 프로파일의 함수의 인자에서 제곱된다.
더욱이, 본 발명의 모든 3 개의 양태들은 특히 사인 함수를 매우 근접하게 근사화하는 주기 함수가, 한편으로 위치에 대하여 미분 또는 개별적으로 유도함으로써 그리고 다른 한편으로 제곱된 x-축 상에서 도시함으로써 에지에서 생성되는 기록된 회절 보더 프로파일 I(x)로부터 생성될 수 있다는 공통 사실에 기초한다. 후자의 거동(제곱된 위치축에서 도시하는 것이 주기적 프로파일을 산출함)은 위치 x가 주기 함수
Figure 112015055142108-pct00001
의 인자에서 제곱되어 나타난다는 것을 시사하고, 따라서 다음 식이 적용된다: V(x) = x 2. 따라서 사인 함수를 사용한 근사화를 통해, 다음 식이 에지에서의 유도된 회절 보더 프로파일에 적용된다:
Figure 112015055142108-pct00002
대응하여 사인 함수를 사용하면, 참조 프로파일 I Ref(x)이 생성될 수 있는데, 이것은 기록된 강도 프로파일과 매우 양호하게 대응한다. 이러한 목적을 위하여, 위치 x는 사인 함수의 인자에서 제곱되고, 이제 함수값들이 위치에 걸쳐 적분된다:
Figure 112015055142108-pct00003
본 발명의 제 1 양태에서, 두 개의 앞서 언급된 동작들(위치에 대하여 미분하고 제곱된 위치축에서 도시함)은 기록된 강도 프로파일에서 사용되고, 이것은 직접적으로 주기 함수, 예를 들어 사인 함수와 비교된다. 본 발명의 제 2 양태에서, 두 개의 연산들 중 첫 번째 것, 즉 위치에 대하여 미분하는 것이 기록된 강도 프로파일에서 사용된다. 이와 같이 획득된 강도 프로파일은 예를 들어, 사인 함수로부터 얻어진 결과로서의 참조 강도 프로파일과 비교되는데, 여기에서 인자에서 위치 x는 제곱된다. 이러한 경우에, 참조 강도 프로파일은 그의 주기가 위치에 대해 역선형 의존성을 가지는 프로파일이다. 제 2 양태에 반하여, 본 발명의 제 3 양태에서, 기록된 강도 프로파일을 위치에 대하여 미분하는 것은 참조 강도 프로파일의 생성이 있는, 위치에 걸친 적분에 의하여 대체된다. 따라서 제 3 양태에서, 참조 강도 프로파일은 결과적으로 수학식 1 에 대응하여 생성된다. 본 발명의 이러한 3 개의 양태들은 도 6 내지 도 8 을 참조하여 좀 더 상세하게 후속하는 설명에서 설명된다.
모든 3 개의 양태들이 모두 동일한 사실에 기초한다는 것이 중요하다. 차이는 단지 비교 이전에 측정된 강도 프로파일의 어느 정도까지가 연산되는지, 즉 수학적으로 연산되는지에 있을 뿐이다. 그러면 비교를 위하여 사용되는 참조 강도 프로파일이 대응하도록 선택된다. 특히 본 발명의 제 2 및 제 3 양태들의 참조 강도 프로파일이 제 1 및 제 2 연산을 위해 하나 또는 두 개의 반전을 겪을 필요성이 실제로 있지 않다는 것이 이해된다. 오히려, 본 발명에 따른 방법을 위한 저장된 참조 프로파일들로서 이미 존재할 수 있다. 그러나 이들은 주기 함수, 예를 들어 주기적 사인 함수를 가정할 때 하나의 또는 양자의 수학적 반전 함수를 적용함으로써 얻어질 함수에 대응한다. 또한 하나 이상의, 특히 모든 3 개의 양태에 따른 본 발명의 방법 단계 중 하나 또는 모든 것도 역시 병렬적으로, 즉 섹션별로 또는 완전히 동시에 수행될 수 있다는 것이 이해된다.
주기 함수, 예를 들어 사인 함수는, 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일이 주기적 참조 강도 프로파일, 특히 정현 참조 강도 프로파일과 비교되거나 각각 상관된다는 점에서 특히 투명하거나 매우 얇은 오브젝트들의 경우에 다른 함수보다 평가하기가 매우 더 용이하다. 특히, 만일 원래 기록된 강도 프로파일이 평가하는 것을 어렵게 하거나 심지어는 불가능하게 할 상당한 교란(disruptions)을 가진다면 위치에 대한 강도 프로파일들의 제 1 도함수를 사용하고 제곱된 위치축에서 도시하는 것은 사인 프로파일을 거의 근접하게 근사화하는 프로파일이 생성되도록 허용한다. 이러한 사인 프로파일의 중요한 정보, 예컨대 페이징 및 주파수는 크게 교란된, 기록된 회절 보더 프로파일이 존재할 경우에도 추출될 수 있다. 진술된 바와 같이, 본 발명은 강도가 에지의 프레넬 회절 패턴에서 요동하는 주기가 위치 및 특히 기하학적 음영 경계로의 거리에 따라 역선형으로 변동한다는 사실에 기초한다. 이러한 사실에 기초하여, 런타임에서 상관을 위해 필요한 참조 프로파일을 생성하는 것이 가능하다. 그러므로 상관은 이산 에지 포지션에 대하여 이전에 저장된 참조 프로파일로 제한되지 않고, 오히려, 임의의 에지 포지션에 대한 필요한 위치 정확도를 가지고 수행될 수 있다. 이것은 직경 측정에 대한 원하는 높은 측정 정확도가 획득될 수 있도록 한다.
이론적으로 정확한 프로파일을 거의 근접하게 근사화하는 회절 보더 참조 프로파일은 다음 수학식이 위치에 대한 광 강도 I의 도함수에 대하여 사용되므로 (런타임에서) 생성될 수 있다:
Figure 112015055142108-pct00004
여기에서 T 는 주기이고 x geo 는 오브젝트에 의하여 생긴 음영의 기하학적 음영 경계의 포지션이다. 위치 의존적 주기 T(△x)에 대하여: T(△x) = T 0/(x - x geo)가 성립하는데, 여기에서 T 0는 상수이고 후술된다.
측정된 강도 프로파일과 비교될 참조 강도 프로파일은, 예를 들어 이러한 프로파일이 수학식 2 에 따라서 수치적으로 적분되므로 획득된다. 평가는 이러한 방식으로 종래 기술보다 더 간단하고 빠르게 수행될 수 있다. 이것은, 특히 회절 보더의 교란의 경우에 역시 사실인데, 이것은 예를 들어 투명 스트랜드 또는 매우 얇은 스트랜드(1 mm 미만, 특히 0.5 mm 미만의 직경)의 경우에 발생한다.
케이블의 제조 도중에, 절연 클래딩이 예를 들어 압출 프로세스를 사용하여 전기 도체에 적용된다. 그렇게 함에 있어서, 높은 생산 속도가 획득된다. 일반적으로 오브젝트의 포지션을 검사하고, 따라서 절연체가 적절하게 적용되는지를 검사하는 것이 필요하다. 검사하는 것은 바람직하게는 제조 도중에, 따라서 온라인으로 이루어진다. 특히, 오브젝트는 자신의 길이 방향을 따라 이송될 수 있고, 여기에서 한편, 오브젝트의 포지션은 연속적으로 결정된다. 따라서, 본 발명에 따르면 오브젝트의 연속 조명, 및 회절 보더의 강도 프로파일 및 그것의 평가의 기록이 이루어진다. 따라서, 포지션 및/또는 직경의 온라인 모니터링이 가능하다. 본 발명에 따른 강도 프로파일의 측정 및 평가는 예를 들어 정규 간격들마다 또는 심지어는 가능한 한 연속적으로 이루어질 수 있다.
다양한 타입의 정보가 본 발명에 따른 비교를 사용하여 획득될 수 있다. 예를 들어 오브젝트의 직경을 결정하기 위하여, 오브젝트에 의하여 생긴 음영의 기하학적 음영 경계 둘 다가 결정될 수 있다. 오브젝트는 이것이 광으로 조명되면 음영을 만든다. 특히 자신의 길이 방향에 수직으로 발생하는, 오브젝트에 의하여 조명으로써 생성되는 두 개의 음영 경계는 오브젝트의 직경에 대한 중요한 정보를 제공한다. 회절 효과에 기인하여, 기하학적 음영 경계는 광 센서에서 직접적으로 판독될 수 없고, 오히려 본 발명에 따르는 방식으로 평가되어야 한다. 기하학적 음영 경계는 각각의 경우에 회절 보더로부터 검출될 수 있다. 오브젝트의 조명과 함께 대두되는 양자의 회절 보더들이 평가된다면, 양자의 기하학적 음영 경계, 또는 개별적인 그들의 포지션들이 결정될 수 있다. 기본적으로, 조명된 오브젝트의 두 개의 회절형 에지의 두 개의 회절 보더들은 개별적으로 또는 함께 평가될 수 있다. 특히, 각각의 경우에 대응하는 참조 강도 프로파일로의 회절 보더의 상관, 또는 개별적으로 비교가 이루어질 수 있다. 대안적으로는, 도량학적으로 기록된 두 개의 회절 보더들도 역시 오브젝트의 양자의 에지들에 대한 대응하는 참조 강도 프로파일에 대하여 상관되거나, 또는 개별적으로 함께 비교될 수 있다.
후속하는 수학적 근사화가 기록된 회절 보더 프로파일의 위치에 대한 도함수에 대하여 주어질 수 있다:
Figure 112015055142108-pct00005
여기서
I: 광 강도
A: 진폭 계수
x: 위치 축(포지션)
x geo: 기하학적 음영 경계
T 0 : 사인 프로파일의 주기이다.
주기 T 0 는 측정 공간 내의 오브젝트의 회절형 에지의 포지션에 의존한다. 예를 들어, 위치에 대한 측정된 회절 보더 프로파일 I의 도함수
Figure 112015055142108-pct00006
를 수학식(2)의 참조 사인 프로파일에 상관시킴으로써, 기하학적 음영 경계 xgeo 및 주기 T 0 가 결정될 수 있는데, 자유 파라미터 T 0 및 x geo는 변동된다. 따라서, 2-차원의 상관이 수행되어야 한다.
만일 위치 의존적 주파수 f = 1/ T 0 ·(x - xgeo)가 도입된다면, 기하학적 음영 경계 x geo는 사인 프로파일의 위상 천이 φ로서 해석될 수 있다:
Figure 112015055142108-pct00007
Figure 112015055142108-pct00008
만일 기록된 회절 보더 프로파일의 주파수 f 0 =1/T 0 및 위상 천이 φ가 결정된다면, 이것은 일 면으로는 기하학적 음영 경계의 포지션 x geo에 대한 직접적 결론을 산출하고, 다른 면으로는 오브젝트의 포지션은 측정 공간에서 회절을 야기한다. 만일 이러한 평가가 기록된 회절 보더들 모두에 대하여 수행된다면, 이로부터, 오브젝트의 직경 및 측정 공간 내의 오브젝트의 포지션이 결정될 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 적어도 하나의 주기적 참조 강도 프로파일은 정현 참조 강도 프로파일일 수 있고, 또는 각각의 주기 함수가 사인 함수일 수 있다. 그러면 특히 간단하고 빠른 평가가 가능하다. 그러나, 상기 적어도 하나의 주기적 참조 강도 프로파일은 주기적 사각, 삼각 또는 사다리꼴의 프로파일이고 및/또는 상기 주기 함수는 주기적 사각, 삼각 또는 사다리꼴의 함수인 것도 역시 가능하다. 추가적으로, 참조 강도 프로파일과의 비교 이전에 이진 신호가 진폭 제한을 사용하여 기록된 강도 프로파일로부터 생성될 수 있다. 이진화를 위하여, 강도 임계는 예를 들어 위치에 대한 미분 이후에 및/또는 제곱된 위치축 상의 스케일링 이후에 정의될 수 있다. 강도 신호가 임계 보다 위의 값을 가지는 한, 이진 강도 신호는 1 로 설정되고, 강도 신호가 임계 아래에 놓이면, 이진 강도 신호는 0 으로 설정된다. 이러한 디지털 신호들이 처리하기에 더 용이하기 때문에 이러한 사각형 프로파일은 평가를 단순화하고 가속화한다. 이것은, 특히 디지털 위상 잠금 루프의 처리에서 사실이다.
본 발명에 따르는 비교의 과정에서, 상기 오브젝트에 의하여 생긴 그림자의 개별적인 기하학적 경계를 특징짓는, 상기 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일 및/또는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일의 파라미터는 서로 비교되는 강도 프로파일들의 최선의 가능한 대응(correspondence)까지 변경될 수 있다. 상관 방법의 범위에서, 상기 오브젝트에 의하여 생긴 그림자의 기하학적 경계를 특징짓는 파라미터의 변경은 각각의 경우에 직전 변경으로써 상기 참조 강도 프로파일로의 최선의 가능한 대응으로 유도한 바 있는 값으로써 시작할 수 있다. 따라서 이러한 디자인으로써, 비교가 각각의 경우에 마지막 측정에서 참조 강도 프로파일에 최적으로 대응했던 파라미터를 가지고 시작된다. 오브젝트의 직경 그리고 따라서 강도 프로파일의 결정적인 파라미터들이 후속 측정들 사이에서, 특히 하나 다음에 짧은 거리에서 취해질 경우에 약간만 변한다는 사실이 여기에서 이용된다. 그러므로, 비교를 위한 시작점은 이미 원하는 결과에 상대적으로 가깝게 있다. 평가와 연관된 시간 및 계산 비용이 이로써 감소될 수 있다. 제 1 비교의 경우, "마지막 파라미터"가 존재하지 않으면, 비교는 이전에 정의된 표준 값으로써 시작할 수 있다.
특히, 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일 및/또는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일의 페이징은 오브젝트에 의하여 생긴 음영의 개별적인 기하학적 경계를 특징짓는 파라미터와 같이 본 발명에 따라서 수행되는 비교의 과정에서 변동될 수 있다. 본 발명의 제 1 양태에서, 예를 들어, 이러한 변동은 사인 함수가 얻어질 때까지 위치에 대하여 미분된 기록된 강도 프로파일에 기초하여 발생할 수 있다. 위의 수학식들에 따르면, 이는 위치 축의 원점이 기하학적 음영 경계에 대응하는 경우의 케이스이다. 따라서, 페이징은 기하학적 음영 경계에 직접적으로 상관된다. 상관을 사용하면, 이러한 결과적인 사인 함수와 최적으로 대응하는 사인 참조 프로파이 탐색될 수 있다. 이것으로부터, 기하학적 음영 경계의 절대 값이 결정될 수 있다. 또한 본 발명에 따라서 수행된 비교의 과정에서, 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일 및/또는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일의 주파수가 변동될 수 있다. 주파수는 광 센서의 측정 공간 내의 오브젝트의 포지션에 직접적으로 상관된다.
특히, 오브젝트의 직경을 결정하기 위하여 기하학적 음영 경계들 및 포지션, 특히 센서로부터의 오브젝트의 거리 모두를 고려하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 거리는 특히 오브젝트가 전진하는 경우에는 자연적 요동에 노출되며, 따라서 거리를 연속적으로 모니터링하는 것이 필요할 수 있다. 설명된 바와 같이, 기하학적 음영 경계 및 포지션 모두가 상관을 사용하여 결정되어야 하는 한, 2-차원의 비교, 또는 각각 2-차원의 상관이 수행되어야 한다. 이것은 상대적으로 계산 집중적이고 그러므로 특히 높은 생산 속도의 경우에는 커다란 도전이 된다. 그러므로, 오브젝트가 적어도 하나의 제 2 코히어런트 광원으로부터의 광으로 조명되고, 그것의 메인 빔 방향은 제 1 코히어런트 광원의 메인 빔 방향에 실질적으로 수직인 상황이 제공될 수 있는데, 회절 보더들은 오브젝트에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계 둘 다 상에 제 2 코히어런트 광원에 기인하여 생성되고, 제 2 코히어런트 광원에 의하여 생성된 적어도 하나의 회절 보더의 공간적 강도 프로파일은 적어도 하나의 제 2 단일 또는 다중 라인 광 센서들로 기록되며, 이것으로부터, 제 1 광 센서들로부터의 상기 오브젝트의 거리가 결정된다. 이러한 방식으로, 측정 공간 내의 오브젝트의 포지션은 매우 용이하게, 특히 제 2 광원에 의하여 생성된 회절 보더로부터 결정된다. 따라서 본 발명에 따라서 평가된 회절 보더 프로파일의 주파수 f 0 =1/T 0 가 이미 공지된다. 그러면 요구된 비교, 또는 개별적으로 요구된 상관은 위상 천이, 또는 개별적으로 기하학적 음영 경계로 한정될 것이다. 그러나, 이것은 대응하여 덜 계산집중적인 오직 1-차원의 상관이다.
적어도 하나의 기록된 강도 프로파일의 참조 강도 프로파일에 대한 비교, 또는 개별적으로 상관은 위상 잠금 루프(PLL)를 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 위상 잠금 루프를 사용하면, 주파수 및/또는 페이징의 요구된 변동은 기록되고 가능하게는 수학적으로 처리된 강도 프로파일의 주기 참조 프로파일과의, 특히, 정현 참조 프로파일과의 최적의 가능한 대응성을 획득하기 위하여 신속하게 결정될 수 있다. 다른 디자인에 따르면, 참조 강도 프로파일에 대한 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일의 비교도 역시 푸리에 분석을 사용하여 발생할 수 있다.
적어도 하나의 코히어런트 광원의 메인 빔 방향은 오브젝트의 길이 방향에 실질적으로 수직일 수 있다. 적어도 하나의 코히어런트 광원은 실질적으로 점광원과 유사할 수 있다. 대안적으로는, 또는 추가적으로, 적어도 하나의 코히어런트 광원은 팬형 광 빔이 있는 조명 오브젝트를 조명할 수 있다. 만일 다중 광원들이 존재한다면, 이것은 모든 광원들에 대한 각각의 경우에 적용될 수 있다. 더욱이, 광 방사를 변형시키거나 편향시키는 광학 소자가 상기 적어도 하나의 코히어런트 광원 및 오브젝트 사이에 및/또는 상기 오브젝트 및 상기 적어도 하나의 광 센서 사이에 존재하지 않는 상황이 될 수 있다. 특히, 이러한 디자인으로써, 이미징 광학기(imaging optics)가 상기 적어도 하나의 코히어런트 광원 및 오브젝트 사이에 및/또는 상기 오브젝트 및 상기 적어도 하나의 광 센서 사이에 존재하지 않는다. 본 발명에 따르는 평가 방법이 동시에 오브젝트의 포지션 및/또는 직경의 신뢰가능한 결정을 허용하는 것과 동시에 이것은 더 간단하고 더 콤팩트 셋-업을 얻게 한다.
적어도 하나의 광 센서들은 언급된 바와 같이, 라인 센서일 수 있다. 적어도 하나의 광 센서는 적어도 하나의 코히어런트 광원에 대항하여 배치될 수 있다. 추가적으로, 적어도 하나의 광 센서의 측정 축은 적어도 하나의 코히어런트 광원의 메인 빔 방향에 실질적으로 수직일 수 있다. 측정 축이 여기에서 특히 센서의 라인 방향에 의하여 정의된다. 자연적으로, 다중-라인 센서(면적 어레이 센서)의 사용도 역시 가능하다. 그러면, 복수 개의 라인들이 광원의 메인 빔 방향에 수직으로 정렬된다. 면적 어레이 센서를 사용하면, 각각의 라인은 개별적으로 평가될 수 있다.
오브젝트는 적어도 어느 정도로, 적어도 하나의 코히어런트 광원의 광에 대하여 투명할 수 있다. 또한, 오브젝트는 1 mm 미만의 직경을, 바람직하게는 0.5 mm 미만의 직경을 가질 수 있다. 언급된 바와 같이, 본 발명에 따르는 평가 방법은, 특히, 종래의 평가 방법을 사용할 때에 오류가 발생하는 투명하고 매우 얇은 스트랜드를 사용할 때 유리하다.
본 발명에 따르는 방법은 회절 보더의 거의 전체 정보 콘텐츠를 사용하고, 따라서 극단적으로 협 대역이다. 교란의 주파수 스펙트럼이 주로 본 발명에 따르는 평가에 의하여 제공되는 협 대역 필터의 바깥에 있기 때문에, 처음에 설명된 바와 같은 회절 보더의 교란들은 분석의 결과, 특히 기하학적 음영 경계의 평가에 사실상 영향을 미치지 않거나 거의 사소한 영향만을 미친다. 본 발명에 따른 방법으로써, 음영 경계의 결정 및 이로써 직경은 종래 기술 보다 훨씬 더 정밀하고 교란에 덜 예민해진다. 측정 정확도 및 신뢰성이 증가된다. 더욱이, 이러한 평가 방법의 적용 범위는 확장되고 특히, 투명 제품, 예를 들면 유리 섬유, 막대 및 호스, 또는 기타 등등을 측정하기 위해서도 사용된다.
본 발명의 예시적인 실시예는 후속하는 설명에서 도면을 사용하여 좀 더 상세하게 설명된다. 도면은 개략적으로 다음을 도시한다:
도 1 은 본 발명에 따르는 방법을 수행하기 위한 측정 디바이스를 도시한다,
도 2 는 도 1 에 따르는 광 센서 상의 강도 프로파일의 이상적인 표현을 도시한다,
도 3 은 본 발명에 따르는 평가 방법을 예시하는 세 개의 그래프이다,
도 4 는 본 발명에 따르는 위상 잠금 루프의 개략적인 표현이다,
도 5 는 본 발명에 따르는 방법을 수행하기 위한 디바이스의 다른 디자인을 도시한다,
도 6 은 본 발명의 제 1 양태를 예시하기 위한 도면이다,
도 7 은 본 발명의 제 2 양태를 예시하기 위한 도면이다, 그리고
도 8 은 본 발명의 제 3 양태를 예시하기 위한 도면이다.
도면들에서, 동일한 참조 번호는 그렇지 않다고 표시되지 않으면 동일한 오브젝트를 지칭한다. 도 1 은 도면 평면에 수직으로 연장하고 예를 들어 초당 10 mm 내지 초당 30 m의 속도로 이송되는, 예를 들어 케이블(10)의 스트랜드(10)의 단면을 도시한다. 케이블을 생산하기 위한 그리고 자신의 공급 모션을 생성하기 위한 디바이스는 당업자에게 공지되기 때문에 도시되지 않는다. 또한, 스트랜드(10)는 1 mm 미만의 직경을, 바람직하게는 0.5 mm 미만의 직경을 가질 수 있다. 스트랜드(10)가 투명 스트랜드(10)인 것도 역시 가능하다.
도 1 에서, 점광원과 유사한 광원(12)이 스트랜드(10)의 좌측에 보인다. 이것은 예를 들어 적외선 광을 발생시키는 레이저 다이오드일 수 있다. 광원(12)은 광원(12)으로부터 방출된 팬형 광 빔(14)에 의하여 형성되는 측정 평면 내에서 특히 점광원과 유사하다. 광원(12), 특히 레이저 다이오드(12)의 이러한 평면에서의 액티브 존의 범위는 가능한 한 작을 수 있다. 이것에 수직으로, 즉, 스트랜드(10)의 세로축에 수직으로, 예를 들어 0.5 mm의 광원(12)의 더 큰 범위의 광학적 액티브 존이 존재할 수 있다.
광원(12)으로부터 대항하는 스트랜드(10)의 측면에, 광 센서들(16), 예를 들어 CCD 라인 센서(16)가 존재하는데, 센서 라인에 의하여 형성되는 이들의 세로축은 이미지 평면 상에 있고 광원(12)의 메인 빔 방향에 수직으로 진행한다. 센서(16)의 개개의 센서 엘리먼트들(18)은 광원(12)으로부터 방출되는 레이저 광을 기록하기 위한 목적을 위하여 형성된다. 광원(12)으로부터의 팬형 빔(14)에 의하여 조명되는 스트랜드(10)는 라인 센서(16) 상에 음영을 형성하는데, 이것의 범위는 스트랜드(10)의 직경을 대표한다. 그러나 음영의 범위는 팬형으로 확장하는(widening) 빔 경로 때문에 스트랜드(10)의 직경과 동일하지 않다. 그러므로, 스트랜드(10)의 세로축으로부터 라인 센서(16)까지의 거리가 평가와 함께 고려되어야 하고, 측정된 음영 범위가 절편 이론으로부터 유도되는, 특히 1 미만의 인자에 의하여 승산되는 방식으로 이루어져야 한다. 의사 음영 개구부가 광원(12) 및 스트랜드(10) 사이의 거리와 함께 또한 스트랜드 단면의 중심점에 상대적으로 변동하기 때문에, 이러한 의존성도 역시 고려되어야 한다.
광원(12), 특히 레이저 다이오드(12)는 코히어런트 단색 광을 방출한다. 코히어런트 단색 광은 스트랜드(10)의 외부 에지에서 회절을 경험한다. 이것은 도 2 에서 이상적인 방식으로 도시된 바와 같은 강도 프로파일을 광 센서(16) 상에 만든다. 도 2 에 도시되는 위치 축 x는 도 1 에서 좌에서 우로, 그리고 상단으로부터 하단으로 진행한다. 회절이 없이 나타날 스트랜드(10)에 의하여 형성되는 기하학적 음영의 프로파일은 쇄선으로써 그리고 20 이라고 표시되어 도 2 에 도시된다. 이와 같이 형성된 기하학적 음영 경계 xgeo는 회절 때문에 광 센서(16) 상에서 직접적으로 측정될 수 없다. 서로 교번하여 추종하며 느리게 감쇄하는 강도 최대값 및 최소값이 있는 강도 프로파일들이 기하학적 음영 지역으로 편향된 광을 따라 좌측으로, 또는 개별적으로 기하학적 음영 경계 xgeo의 우측에 계측(register)된다. 런타임 차분(간섭)에서 초래되는 이러한 패턴은 회절 보더(diffraction border; 22)라고 지칭된다. 개개의 광 빔들의 중첩으로부터 초래되는 최대값에는 24 가 지정되고, 소멸로 인해서 야기되는 최소값에는 26 이 지정된다. 최대값(24) 및 최소값(26)이 서로 추종하는 주파수는 스트랜드(10)의 회절형 에지 및 센서(16)의 측정 평면 사이의 거리에 의존한다. 강도 프로파일은 측정 오브젝트가 없으면 나타났을 중앙 레벨(28) 주위에서 회절 보더(22) 내에서 변동한다.
본 발명에 따르는 평가 방법이 도 3 에 도시되는 그래프들을 사용하여 좀 더 상세하게 설명된다. 여기에서, 도 3 의 상단 그래프는 도 2 로부터의 회절 보더를 도시한다. 강도 I가 특히 위치 x 상에서 도시되는데, 이는 이것이 광 센서(16)에 의하여 기록되기 때문이다. 도시된 예에서, 광 센서들(16)은 N=300 픽셀들이 있는 측정 라인을 가진다. 도 3 의 중간에 보이는 그래프는 위치에 대한 위의 그래프로부터의 강도 프로파일의 제 1 도함수를 도시한다. 도함수는 여기에서 다음 후속하는 공식을 사용한 미분 몫(differential quotient)으로서 계산되었다:
Figure 112015055142108-pct00009
중간 그래프는 선형 위치 축 x 상에서 도시된 위치에 대한 강도의 도함수를 도시한다. 이러한 프로파일이 제곱된 x-축, 즉(x - x geo )2상에 도시된다. 특히, 도 3 의 상부 그래프에서 y-축에 도시된 강도 값들에는 x-세로좌표(ordinate)로서의 값이 지정되는데, 이것은 각각의 경우에 상부 그래프에서의 그들의 지정된 x-값으로부터 함수 d(x- x geo )2를 사용하여 얻어진다. 도 3 의 하부 그래프에 도시된 이것의 결과는 거의 정현 신호 프로파일이다.
이것은 기하학적 음영 경계 x geo 가 이미 발견되었으며, 도 3 의 하부 그래프가 기하학적 음영 경계 x geo 를 원점으로 사용하여 도시되는 경우에만 적용된다. 만일 기하학적 음영 경계가 아직 알려지지 않았다면, 도 3 으로부터의 하부 그래프 내에 결과로서의 정현 프로파일이 존재하지 않는데, 이것은 특히 본 발명에 따르는 평가의 시작 시에 규칙적으로 발생하는 경우이다. 더 나아가, 이제 도 3 으로부터의 하부 그래프에 따라 도시된 프로파일의 주파수는 여전히 위치 의존성을 가지고, 특히 주파수는 위치와 함께 증가한다. 본 발명에 따르는 평가에 대하여, 일반적으로, 아직 정현이 아닌 도 3 의 하부 그래프에 따라 도시된 프로파일에 대하여, 위상 천이(x - x geo )는 (주기적) 사인 프로파일이 결과적으로 얻어질 때까지 변동된다. 요구된 위상 천이가 검색된(sought-after) 기하학적 음영 경계 x geo 인데, 그러나 이것은 이 시점에서 아직 절대 값으로 알려지지 않는다. 그러므로, 이미 발견되고 도 3 에 도시되는 이러한 사인 프로파일은 최적의 대응성이 기록된 강도 프로파일 및 정현 참조 프로파일 사이에서 발견될 때까지 예를 들어 정현 참조 프로파일들의 그룹과 비교된다. 그러면, 기하학적 음영 경계의 절대 값도 역시 결정된다. 본 발명에 따르는 평가의 도중에, 상관 및 위상 천이의 천이(x - x geo )는 아래에서 좀 더 상세하게 설명되는 바와 같이 병렬적으로 발생한다. 광 센서(16)로부터의 스트랜드(10)의 거리를 역시 알기 위하여 주파수가 역시 변동되어야 하는 것도 가능하다. 도 3 의 하부 그래프 내의 강도 프로파일의 주파수 및 위상 천이가 알려진다면, 스트랜드(10)의 직경이 이것으로부터 위에서 역시 설명된 바와 같이 결정될 수 있다.
여기에서 비교가 위상 잠금 루프(PLL)를 사용하여 특히 간단한 방식으로 발생할 수 있다. 대응하는 측정 셋-업이 도 4 에 도시된다. 승산기는 여기에서 참조 번호 30 으로서 도시되고, 저역 통과 필터는 참조 번호 32 로서 도시된다. 전압 제어 발진기(VCO)는 참조 번호 34 로서 도시된다. 도 4 에 도시되는 위상 잠금 루프를 사용함으로써, 요구된 주파수 변화 및/또는 요구된 위상 천이가 기록되고 수학적으로 처리된 강도 프로파일 및 정현 참조 프로파일 사이의 최적의 비교를 위하여 공지된 방식으로 결정될 수 있다. 위상 잠금 루프의 기능은 당업자에 공지되며, 따라서 이것은 여기에서 더 상세하게 설명되지 않는다. 평가의 추가적 단순화를 위하여, 도 3 의 하부 그래프에 도시되는 신호를 사각형 프로파일로 이진화하고, 이것을 디지털 위상 잠금 루프로 공급하는 것도 역시 가능하다.
도 5 는 본 발명에 따르는 방법을 수행하기 위한 디바이스의 다른 디자인을 도시한다. 여기에서, 팬형 광 빔(14b)을 역시 생성하는 제 2 코히어런트 단색 점광원과 유사한 광원(12b), 예를 들어 레이저 다이오드가 역시 도시된다. 도 5 에 참조 번호 36b 로서 도시되는 광원(12b)의 메인 빔 방향이 참조 번호 36 으로서 도시되는 광원(12)의 메인 빔 방향에 수직하다는 것이 도 5 에서 인식될 수 있다. 제 2 광 센서(16b), 예를 들어 또한 CCD 라인 센서가 제 2 광원(12b)으로부터 방출된 코히어런트 단색 광을 기록한다. 여기에서, 라인 센서(16b)의 라인에 의하여 형성된 측정 축은 제 2 광원(12b)의 메인 빔 방향(36b)에 수직으로 놓인다. 이러한 디바이스를 사용하면, 본 발명에 따라서 스트랜드(10)의 직경이 두 개의 위치에서 측정될 수 있는 것뿐만 아니라, 추가적으로, 스트랜드(10) 및 라인 센서(16), 또는 각각 라인 센서(16b) 사이의 거리가 결정될 수 있는데, 이것은 스트랜드(10)가 전진하는 경우에는 자연적 요동에 노출된다. 수광 라인 상에 투영된 스트랜드 음영의 양측 상의 회절 보더 내의 강도 프로파일은 거의 대칭적이다. 따라서, 좌측, 또는 각각의 우측 회절 보더 내에 서로로부터 미러-이미지 형식으로 위치된 특징점들의 위치로부터, 투영된 오브젝트의 중심 포지션이 결정될 수 있다. 스트랜드(10)는 이러한 포지션 및 레이저 다이오드(12) 사이의 연결선에 위치된다. 대응하는 연결선이 90° 만큼 회전된 광원(12b)의 측정 장치에 대하여 그려질 수 있다. 두 개의 선의 교차점은 측정 공간 내의 스트랜드(10)의 중앙 포지션을 나타낸다. 따라서, 개별적인 라인 센서(16), 또는 개별적으로 센서(16b)까지의 거리가 알려진다. 위에서 설명된 바와 같은 이러한 거리가 도 3 으로부터의 하부 그래프에 도시된 강도 프로파일에 대한 이러한 측정 장치를 사용함으로써 도 3 의 하부 그래프에 도시되는 강도 프로파일의 주파수에 직접적으로 관련되기 때문에, 위상 천이만은 여전히 결정되어야 한다. 이것은 평가를 단순화한다.
도면에 더욱 도시되는 바와 같이, 일 면으로는 광원(12, 12b) 및 스트랜드(10) 사이에 그리고 다른 면으로는 스트랜드(10) 및 광 센서(16, 16b) 사이에 광 방사를 변형 또는 편향하는 광학 소자들, 특히, 이미징 광학기 소자들이 존재하지 않는다. 셋-업이 이를 통하여 더 단순화된다.
도 6 은 본 발명에 따르는 방법의 일 양태를 예시하는 도면을 도시한다. 나타난 바와 같이, 본 발명에 따르는 방법은 예를 들면 도 3 의 상부 그래프에 도시된 바와 같은 측정된 회절 프로파일에 기초하여 시작한다. 다음 단계에서, 위치에 대한 미분이 이루어지는데, 여기에서 도 3 의 중앙 그래프에 역시 도시되는 바와 같은 프로파일이 얻어진다. 그러면, 제곱된 위치축에서의(x-x geo)2 스케일링이 이루어지는데, 여기에서 위에서 설명된 바와 같이 일반적으로 처음에는 아직 도 6 에 도시되는, 또는 개별적으로 도 3 의 하부 그래프에 도시되는 정현 프로파일이 존재하지 않는다. 본 발명에 따르는 평가의 도중에, 이제 정현 참조 프로파일이 도 6 의 도면에서 "제곱된 위치축 상 스케일링" 블록 이후에 얻어지는 바와 같은 측정된 회절 프로파일과 비교되고, 특히 최적의 대응성이 존재할 때까지 도 6 의 도면에서 "제곱된 위치축 상 스케일링" 블록 이후에 얻어지는 바와 같은 측정된 회절 프로파일을 사용하여 천이된다. 여기에서, 위에서 설명된 바와 같이 수학적으로 처리되고 측정된 회절 프로파일과 최적으로 대응하는 주기적 정현 참조 프로파일이 검색된다. 병렬적으로, 제곱된 위치 축의 파라미터 x geo가 업데이트된다(참조 프로파일의 영점이 상관 프로세스에 놓이는 지에 의존함). 상관은 예를 들어 위상 잠금 루프(PLL)를 사용하여 발생할 수 있다. 발생된 위상 천이는 상관의 도중에 결정될 수 있다. 이러한 위상 천이는 위에서 설명된 바와 같이, 검색된 기하학적 음영 경계 x geo에 대응한다.
도 7 의 도면은 본 발명에 따르는 방법의 제 2 양태를 예시한다. 나타난 바와 같이, 이러한 방법도 역시 도 6 과 함께 설명된 바와 같은 측정된 회절 프로파일과 함께 시작한다. 더욱이, 처음에 도 6 과 함께 설명된 바와 같은 위치에 대한 미분이 역시 존재한다. 하지만, 도 7 에 예시된 본 발명에 따르는 방법의 제 2 양태를 사용하면, 사인 프로파일이 그것의 주기가 위치에 실질적으로 역선형으로 의존하는 방식으로 위치 상에 도시된다는 점에서, 이러한 예에서는 주어지는 참조 프로파일로의 이러한 미분된 측정된 회절 프로파일의 상관이 존재한다. 이러한 상관의 과정에서, 측정되고 수학적으로 처리된 회절 프로파일에 최적으로 맞춤되는 참조 프로파일이 다시 검색된다. 이것에 기초하여, 예를 들어, 참조 프로파일에 대하여 실험적으로 결정되고 저장되는 기하학적 음영 경계 xgeo의 절대 값이 다시 결정될 수 있다.
도 8 은 본 발명에 따르는 방법의 제 3 양태를 예시하기 위한 도면을 도시한다. 이러한 방법 도 역시 도 6 에 대하여 위에서 설명된 바와 같이 측정된 회절 프로파일로써 시작한다. 그러나, 도 8 에서 예시되는 방법에 따르는 이러한 참조 프로파일은 위에서 설명된 방식으로 수학적으로 처리되지 않는다. 대신에, 이러한 측정된 회절 프로파일은 참조 프로파일에 대하여 직접적으로 상관된다. 사인 프로파일이 이것의 주기가 역선형적으로 위치에 의존한다는 점 그리고 위치에 대한 역선형 의존성이 있는 주기를 가지는 이러한 사인 프로파일이 위치 상에서 적분된다는 점에서 이러한 참조 프로파일이 주어진다. 다시 말하건대, 그러면 상관하는 과정에서 측정된 회절 프로파일과 최적으로 대응하는 참조 프로파일이 검색된다. 이것으로부터, 다시 말하건데 예를 들어, 참조 프로파일에 대하여 실험적으로 결정되고 저장되는 기하학적 음영 경계 xgeo의 절대 값이 결정될 수 있다.
도 6 내지 도 8 로부터, 다시 말하건대 본 발명에 따르는 방법의 3 개의 양태가 동일한 사상에 기초한다는 것이 명백하다. 이러한 사상은 두 개의 연산, 또는 개별적으로 이들의 반전들을 사용하면, 사인 프로파일이 측정된 회절 프로파일로부터 생성될 수 있고, 또는 개별적으로 그 반대의 경우도 마찬가지라는 사실에 기초한다. 이러한 기본적인 사상이 위에서 설명된 바와 같이 회절 패턴의 본 발명에 따르는 평가를 단순화하고 가속화한다.

Claims (23)

  1. 오브젝트(10)의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법으로서,
    적어도 하나의 코히어런트 광원(12, 12b)으로부터의 광을 사용하여 상기 오브젝트(10)를 조명하는 단계로서, 회절 보더들(diffraction border; 22)이 오브젝트(10)에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계 둘 다에 생성되는, 단계;
    적어도 하나의 회절 보더(22)의 공간적 강도 프로파일을 적어도 하나의 단일 또는 다중 라인(multi line) 광 센서들(16, 16b)을 사용하여 기록하는 단계;
    적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을 위치에 대하여 미분하고 이것을 제곱된 위치축에서 도시하는 단계;
    위치에 대하여 미분되고 제곱된 위치축에서 도시된 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을 적어도 하나의 주기적인 참조 강도 프로파일과 비교하는 단계;
    상기 오브젝트(10)의 적어도 하나의 에지의 포지션을 완료된 비교에 기초하여 결정하는 단계를 포함하는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  2. 오브젝트(10)의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법으로서,
    적어도 하나의 코히어런트 광원(12, 12b)으로부터의 광을 사용하여 상기 오브젝트(10)를 조명하는 단계로서, 회절 보더들(diffraction border; 22)이 오브젝트(10)에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계 둘 다에 생성되는, 단계;
    적어도 하나의 회절 보더(22)의 공간적 강도 프로파일을 적어도 하나의 단일 또는 다중 라인(multi line) 광 센서들(16, 16b)을 사용하여 기록하는 단계;
    상기 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을 위치에 대하여 미분하는 단계;
    위치에 대하여 미분된 상기 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일을, 주기 함수가 위치에 대한 역선형 의존성을 가지는 주기를 가진다면 상기 주기 함수로부터 얻어지는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일과 비교하는 단계;
    상기 오브젝트(10)의 적어도 하나의 에지의 포지션을 완료된 비교에 기초하여 결정하는 단계를 포함하는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오브젝트(10)는 자신의 길이 방향을 따라 그리고 그 방향을 따라 이송되고, 상기 오브젝트(10)의 포지션은 연속적으로 결정되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 참조 강도 프로파일은 정현 참조 강도 프로파일이고 및/또는 상기 참조 강도 프로파일의 주기 함수는 사인 함수인, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 참조 강도 프로파일은 주기적 사각, 삼각 또는 사다리꼴의 프로파일이고 및/또는 상기 참조 강도 프로파일의 주기 함수는 주기적 사각, 삼각 또는 사다리꼴의 함수인, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 참조 강도 프로파일에 대한 비교 이전에, 이진 신호가 진폭 제한을 사용하여 상기 기록된 강도 프로파일로부터 생성되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    비교의 과정에서, 상기 오브젝트(10)에 의하여 생긴 음영의 개별적인 기하학적 경계를 특징짓는, 상기 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일 및/또는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일의 파라미터는 서로 비교되는 강도 프로파일들의 최선의 가능한 대응(correspondence)까지 변경되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 오브젝트(10)에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계를 특징짓는 파라미터의 변경은 각각의 경우에 직전 변경으로써 상기 참조 강도 프로파일로의 최선의 가능한 대응으로 유도한 바 있는 값으로써 시작하는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    비교를 수행하는 도중에, 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일 및/또는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일의 페이징(phasing)은 변경되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    비교를 수행하는 도중에, 상기 적어도 하나의 기록된 강도 프로파일 및/또는 적어도 하나의 참조 강도 프로파일의 주파수는 변경되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오브젝트(10)에 의하여 생긴 음영의 기하학적 음영 경계 둘 다가 결정되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 센서들(16, 16b)로부터의 상기 오브젝트(10)의 거리가 결정되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 오브젝트(10)는 그것의 메인 빔 방향(36b)이 제 1 코히어런트 광원(12)의 메인 빔 방향(36)에 수직인 적어도 하나의 제 2 코히어런트 광원(12b)으로부터의 광으로 조명되고, 또한 상기 제 2 코히어런트 광원(12b)에 기인하여 회절 보더들(22)이 상기 오브젝트(10)에 의하여 생긴 음영의 기하학적 경계 둘 다 상에 생성되며, 상기 제 2 코히어런트 광원에 의하여 생성된 상기 적어도 하나의 회절 보더(22)의 공간적 강도 프로파일이 적어도 하나의 제 2 단일 또는 다중 라인 광 센서들(16b)로 기록되고, 그리고 이것으로부터, 상기 제 1 광 센서들(16)로부터의 상기 오브젝트(10)의 거리가 결정되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    비교는 위상 잠금 루프(phase locked loop; PLL)를 사용하여 수행되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    비교는 푸리에 분석을 사용하여 수행되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코히어런트 광원(12, 12b)의 메인 빔 방향(36, 36b)은 상기 오브젝트(10)의 길이 방향에 수직인, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코히어런트 광원(12, 12b)은 점광원과 유사하고 그리고/또는 상기 오브젝트(10)는 팬형(fan-shaped) 광 빔(14, 14b)을 사용하여 조명되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    광 방사를 변형시키거나 편향시키는 광학 소자가 상기 적어도 하나의 코히어런트 광원(12, 12b) 및 오브젝트(10) 사이에 및/또는 상기 오브젝트(10) 및 상기 적어도 하나의 광 센서들(16, 16b) 사이에 존재하지 않는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 센서들(16, 16b)은 상기 적어도 하나의 코히어런트 광원(12, 12b)으로부터 반대편에 배치되는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 센서들(16, 16b)의 측정 축은 상기 적어도 하나의 코히어런트 광원(12, 12b)의 메인 빔 방향(36, 36b)에 수직인, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오브젝트(10)는 적어도 미리정해진 정도로 투명한, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
  23. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오브젝트(10)는 1 mm 미만의 직경을 가지는, 오브젝트의 적어도 하나의 에지의 포지션을 결정하는 방법.
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