NO753655L - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer elektrooptiske teknikker for å utfore noyaktige målinger av objekter ved hoye hastigheter uten fysisk å berore disse. Oppfinnelsen kan anvendes f.eks. til å måle objekter mens de beveger seg langs en fabrikkproduksjons-linje i en ubestemt avstand med hensyn til et fjerntliggende elektrooptisk målesystem, og oppfinnelsen gjor det mulig å utfore objektmålinger ved hastigheter og nøyaktigheter som hittil har vært uoppnåelige.

En teknikk i overenstemmelse med oppfinnelsen innbefatter å

-belyse objektet med et styrt felt av strålingsenergi og så avsoke bildet som resulterer fra samvirkningen av objektet og feltet ved hjelp av et elektro-optisk system som innbefatter en minidatamaskin. Kombinasjonen av.et styrt felt og et avsokersystem gir et område av yteevner som har betydelige praktiske fordeler.

Det finnes mange eksempler i den tidligere kjente teknikk hvor styrte lysfelt anvendes for instrumenter konstruert for visuell observasjon og for elektro-optisk måling. Således blir mikro-skopundertrinn-belysere vanligvis konstruert til å levere lys-fluks gjennom et styrt område som korresponderer med synsfeltet, med en styrt grad av vinkelmessig divergens som korresponderer med den numeriske åpning i synssystemet.

Betydningen av divergenskontroll i mikroskopbelysning med hen-

syn til skarpheten for visuell observasjon har vært kjent i over etthundre år. Overenstemmende med denne kjennskap konstrueres moderne mikroskopbelysere til å generere en stor vinkelmessig belysningsdivergens for å gi hoy visuell opplosning. I denne forbindelse skal det vises til "TechnicalOptics" av L. C. Martin, publisert av Pittman & Sons Ltd., 1954 (Volume II, Chapter III,

med tittel "The Microscope", sidene 80-146).

Ved innforingen av laserteknologi og koherent holografi er det blitt vekket en fornyet interesse for studiet av et styrt lysfelt. Men hensikten med dette studium har i stor grad vært å forbedre opploshingseffekten for instrumenter for visuell billeddannelse under laboratorietilstander i steden for å ut-vikle elektrooptiske instrumenter som gir noyaktige objektmålinger ved hoye hastigheter i industrielle omgivelser.

En annen anvendelse av styrte lysfelt ved optisk'instrumentering har vært den av og til anvendte bruk av kolimert belysning i optiske komparatorer for å opprettholde den tilsynelatende storrel-se av det visuelle bildet stort sett konstant for små langsgående forskyvninger av objektet som granskes. Denne type av styrt lysfelt, benevnt som "telesentrisk belysning" har vært av begrenset nytte fordi den oker billeduklarhet på grunn av diffraksjonseffekter og derfor ytterligere kompromiserer en allerede begrenset noyaktighet av dimensjonsmessig utlesning på grunn av begrens-ningene i menneskelig visuell kontrastiakttagelse. I denne forbindelse skal det vises til "Applied Optics and Optical Enginee-ring" av R. Kingslake, Academic Press, 1965 (Volume I, Section 6 III.4, side 232 med tittel "Limitations of Ray Bundles, Telecentric Systems").

Det synes imidlertid ikke å være noen tidligere verdsettelse av . den hoye noyaktigheten ved objektmåling pluss den store frihet for objektbevegelse som kan oppnås ved å anvende et styrt belys-ningsfelt i forbindelse med en tilborlig programmert elektrooptisk avsoker.

I US-patent nr. 3,854,822 utfores kontaktlos dimensjonsmessig måling av objekter ved hjelp av en elektronisk måleteknikk hvor en elektronisk avsokning virker til å bestemme avstanden mellom motsatte kanter av objektet på en måte som er analog med den for en mekanisk målepasser hvis kjever står i inngrep med de motsatte kantene. I systemet som er omtalt i nevnte patent vil et omriss eller silhuett av objektet bli optisk projisert på den folsomme flaten.av en elektrooptisk avsoker. En avsokergenerator som er koblet til avsokeren frembringer avsoknings-spenninger for å skape en avsokningsbane som krysser de kanter av bildet av objektets omriss som danner terminalpunktene for en dimensjon som skal måles.

I Norsk patentsoknad nr. 75.3068 anvendes en koordinatograftek-nikk hvor avsokeren dirigeres til å se kun i området av kantene hvis koordinater skal bestemmes.

En vanskelighet som erfares med teknikkene som er omtalt ved

disse tidligere anordninger oppstår i de situasjoner hvor en del eller objektet som måles beveger seg mot eller bort fra avsokeren, for i dette tilfellet vil bildet av nevnte del eller objekt endre seg i skala og folgingen vil derved ikke gi de sanne dimensjonene av delen.

I betraktning av det foregående er hovedformålet ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en kontaktlos dimensjonsmessig måleteknikk hvor en kollimert lysstråle virker til å danne silhuett av et bi lde"-som skal måles for å gi et bilde av dette som kan analyseres av en programmert elektrooptisk avsoker på en måte som gir hoyst noyaktig dimensjonsmessig informasjon.

Den forbedrede målenoyaktigheten som oppnås ved en elektrooptisk teknikk i overenstemmelse med oppfinnelsen stammer fra bruken av en kollimert lysstråle med lav divergens, hvilket gjor mulig et enkelt avsokerprogram som gir noyaktige målinger av gjennomsnitts-dimensjonene for objektet uavhengig av objektets lokasjon relativt til betraktningssystemet.

Videre virker anvendelsen av lav divergens til stort sett å re-dusere virkningen av systemstoy med hensyn til statistiske variasjoner i billedmålinger for varierende objektdistanse, og reduserer derved standardavviket av gjennomsnittsdimensjonsmålingene av objektet.

Det er videre et formål ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et relativt rimelig elektrooptisk system for noyaktig å måle dimensjonene av fremstilte deler som beveger seg på en produksjonslinje med hoy hastighet, hvilket system er effektivt, pålitelig og rimelig å operere.

I korte trekk vil i en anordning ifolge oppfinnelsen objektet som skal måles bli belyst med kollimert lys og blir billed-

dannet med et optisk system som har en stor numerisk åpning (dvs. et lavt f-tall). Bildet som således genereres betraktes av et avsokningssystem som er tilpasset til å måle den øyeblikkelige lysstyrken av kanten av omrisset av objektbiIdet og derved analysere naturen av Fresnel diffraksjonssonen eller monsteret som genereres av kantene i billedplanet.

Oppfinnelsen utnytter oppdagelsen at med en uhyre liten avsokningsåpning og ingen optisk forstyrrelse bortsett fra den på

grunn av Fresnel.diffraksjonen, er punktet på bildet som korresponderer med kanten som genererer " Fresnel-monsteret det punkt hvis amplitude eller lysstyrke er 2 5% av lysstyrken som ville ha eksistert ved fraværet av objektet. I det nærværende system,

i motsetning til de som er omtalt i de tidligere anordninger, etableres kantposisjonen av objektet ikke ved overgangen fra lys til morke men ved en "utlosnings-" punktaksjon som finner sted ved 25% lysstyrkepunktet.

Ved virkningen av en endelig diameter av avsokningsåpningen og optisk forstyrrelse på grunn av astigmatisme, koma, etc. kan beregnes slik at "utloser-" punktet på lysstyrkebolgeformen som korresponderer med posisjonen for kanten som måles kan etableres analytisk i nærvær av disse pertubasjoner.

Folgelig omfatter oppfinnelsen en elektrooptisk fremgangsmåte

for å måle et objekt uten fysisk kontakt med dette som kjennetegnes ved folgende trinn:

- å belyse objektet med en lysstråle med lav divergens hvilken lysstråle virker til å danne silhuett av objektet for således å frembringe et bilde av dette, hvor omrisset av dette bestemmes av en Fresnel diffraksjonssone, - å avsoke bildet langs en forutbestemt bane for å gi et elektrisk signal som varierer i overenstemmelse med lysstyrken for sonen som skjæres av banen, - å analysere det elektriske signalet på en måte til å bestemme punktet i Fresnel diffraksjons-sonen som har en lysstyrke som er en forutbestemt prosentandel av lysstyrken som vil eksistere ved fravær av objektet, og

- frembringe informasjon fra punktbestemmelsen med hensyn til en dimensjon av objektet.

Oppfinnelsen tilveiebringer videre et elektrooptisk system som

er tilpasset til å utfore den foregående fremgangsmåte og som kjennetegnes ved

- en belysning skilde som tilveiebringer en stråle med lav divergens som virker til å danne silhuett av objektet for således å

gi et bilde av dette, hvor omrisset av dette bestemmes av en Fresnel diffraksjons-sone,

- en avsokeranordner til å avsoke bildet langs en forutbestemt bane for å gi et videosignal som vareierer i overenstemmeIse med lysstyrken for. sonen som skjæres av banen, - en nivådetektor tilpasset til å analysere videosignalet for således å bestemme punktet i Fresnel diffraksjons-sonen hvis lysstyrke er ca. 25% av lysstyrken som vil eksistere ved fravær av objektet og å gi et datasignal som svar på bestemmelsen, og - en databehandler som reagerer på datasignalet tilpasset til å frembringe informasjon fra dette med hensyn til en dimensjon av objektet.

For å gi en bedre forståelse av oppfinnelsen så vel som andre formål og ytterligere trekk ved oppfinnelsen skal det vises til den etterfølgende detaljerte beskrivelse som''bor leses i forbindelse med de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et blokkdiagram av et elektrooptisk system som utforer hoyhastighet, kontaktlose dimensjonsmessige målinger, hvor systemet er basert på en teknikk i overenstemmelse med oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk en forste praktisk utforelse av en elektro-optisk anordning ifolge oppfinnelsen som gjor bruk av en mekanisk

avsoker.

Fig. 3 viser skjematisk en andre praktisk utforelse av systemet som anvender elektronisk avsokning. Fig. 4a, 4b og 4c viser forholdene mellom avsokningen og objektet som granskes med videosignalet som gis ved utgangen av avsokeren. Fig. 5 er et blokkdiagram av databehandleren og den tilknyttede datamaskinen som er tilpasset til å frembringe dimensjonsmessig informasjon fra videosignalet.

Hovedprinsipper: Kollimerte lysstråler som danner silhuett av' et objekt kan grovt sammenlignes i oppforsel med de parallelle kjevene av målerpasser, på grunn av at dimensjonene av silhuetten (idet man ser bort i fra diffraksjons- og divergenseffekter) er konstante langs lysstrålen og uavhengig av lokasjonen av objektet. Nærmere bestemt har man funnet at de folgende prinsipper finner anvendelse: Prinsipp A: De sanne dimensjonene av et objekt som det er dannet silhuett av ved hjelp av kollimert lys gis eksakt og entydig ved hjelp av de geometriske punkter i kantgradientene i silhuett-bildet hvor det fotometriske intensitetsnivået er 25% av bakgrunns-nivået for den udempede belysning.

Prinsipp B: Kantforstyrrelsesbredden, angitt med B og målt i

tommer (målt mellom de geometriske steder med 10% og 90% inten-sitet) av et objekt med distanse som er uviss med ^D tommer, når bak-belyst med kollimert lys med bolgelengde-1^ er gitt av ligningen B =yXp/2".

Disse prinsipper er blitt etablert ved å utvide den vanlige Fresnel diffraksjonssone-teorien til å innbefatte virkningen av et billeddannende optisk system på en restkant. Det skal henvises til "Fundamentals of Optics", Jenkons and White, McGraw Hill,

2nd Ed., 1950, Section 18.10, sidene 365-368 med tittel "Fresnel Diffraction Straight Edge."

Ved hjelp av en avsoker ifolge den foreliggende oppfinnelse som

er programmert til å trykke ut lokasjonene med de 25% intensi-tet snivåpunktene i billedkantene, kan man utnytte prinsipp A til å utfore objektmålinger. I praksis er denne avsokeren.blitt an-vendt til å foreta objektmålinger uavhengig av objektlokasjon med en noyaktighet som går langt forbin evnen til det menneskelige oye eller menneskelige hjernestruktur. På en måte gjor anvendelsen av 2 5% lysstyrkenivå bruk av strålingsenergifeltet på måten som et element i et databehandlingssystem, et element som opererer på inn-data (dvs. objektdimensjonene) og omformer dataene til et spesielt bearbeidelig ut-format.

Anvendelsen av lavdivergens, silhuettmessig belysning er viktig ved den foreliggende teknikk ved at den reduserer billedforstyr-relsenpå grunn av lokasjonsuvisshet for objektet, og derved oker noyaktigheten av målingen ved "on-line" fabrikkanvendelser. For at betydningen av denne forbedring kan verdsettes skal det nå

kort betraktes de faktorer som har innflytelse på opplosning i et konvensjonelt optisk system.

I optisk teknologi (se "ThePrinciples of Optics", Hardy and Perrin, McGraw Hill, Chapter 7, sidene 121-13 4, med tittel "The Resolving Power of Optical Instruments"), er det vel kjent at opplosningen i. et billeddannende system er omvendt proporsjonal med diameteren av dets klare åpning eller, på en annen måte at opplosningen er omvendt proporsjonal med den numeriske åpning for den utsendte fluks. Det er også vel kjent at fokusdybden i et billeddannende system er omvendt proporsjonal med den numeriske åpningen for den utsendte fluks-konus. Folgelig vil eksperter på området

kunne ledes til å forvente at billedopplosningen er omvendt proporsjonal med fokusdybden i et diffraksjonsbegrenset optisk system.

Det er imidlertid blitt oppdaget at dette omvendte forhold mellom opplosning og fokusdybde ikke lenger er sant i det spesielle tilfellet for et silhuettbilde som er frambragt ved hjelp av lav-divergent kollimert bakbelysning. I dette tilfellet er opplosningen fremdeles omtrentlig omvendt proporsjonal med den numeriske åpning i synsoptikken, men fokusdybden er nu omtrentlig omvendt proporsjonal med divergensen for den innfallende belys ningen med en ovre grense som er diktert av bredden av Fresnel diffraksjonsforstyrrelsen. Således kan fokusdybden forstorres vesentlig for en gitt bildeopplosning.

Denne funksjonsmessige separering av fokusdybden og opplosningen skjer på grunn av den ulineære natur av det avboyde fluksfeltet i nærheten av objektet som er under granskning. Det skal bemerkes at det vanlige bevis som forbinder billedopplosning med fokusdybde avhenger av en implisit antagelse av lineære fluksfelter og jevn fordeling av belysningsintensiteten over oppsamlingsåp-ningen i betraktningssystemet, mens den forliggende nye losning med kontaktlos elektrooptisk metrologi går på tvers av denne implisitte antagelse.

Det skal også bemerkes at anvendelsen av lavdivergensbelysning virker til å oke billedforstyrrelsen med en faktor på 1,4 sammen-lignet med den optimale diffraksjonsbegrensede opplosning som oppnås når belysningsdivergensen passer til den godtagelses-numeriske åpning i betraktningssystemet (se "Principles of Optics", Born & Wolf, Pergamon Press, 3rd Ed., 1964, Section 10.5.2, med tittel "The Influence of the Condenser on Resolution in a Microscope," sidene 522-526). Som kompensasjon for denne 40% for-verring i billedopplosning kan man realisere en okning storre enn en storrelsesorden i fokusdybde. Videre kan 4o% tapet i skarphet lett gjenvinnes ved å anvende en programmert avsoker som iverk-setter 2 5% teoremet som diskutert ovenfor. Denne i stor grad forokede toleranse overfor objektbevegelse er av vesentlig praktisk verdi ved flere industrielle anvendelser.

Ved en teknikk i overenstemmelse med oppfinnelsen er systemopp-losningen hovedsaklig begrenset av statistiske variasjoner i den fotometriske kontur av den avsokte silhuettkanten. Disse variasjoner finner sted på grunn av spektra1 stoy i den kvantiserte fotontelling i det oyeblikkelige biltedareal under observasjon. Slik stoy setter en viss grense med hensyn til noyaktigheten

som lysstyrken i et gitt punkt kan måles under en kort tidsperiode. Denne målebegrensning strekker seg imidlertid langt forbi menneskelig visuell kapasitet. Man kan f.eks. i en aktuell utforelse av et system ifolge oppfinnelsen måle en dimensjon med en noyaktighet som er bedre enn 12 5 mikrocentimeter i lopet av en tid som er mindre enn 10'millisekunder.

Ifolge den foreliggende teknikk kan lyskilden enten være glodende eller koherent, dens divergens kan styres av en åpningsstopp, kolimering kan utfores med linser eller speil, avsokning kan fullfores enten mekanisk eller elektrooptisk, lysdeteksjon kan utfores enten fotomisserende eller fotoledende, og databehand-ling og programmering kan anvende enten analoge eller digitale teknikker. Selv om oppfinnelsen vil bli beskrevet med synlig lys som den utstrålende energikilde skal det forstås at begre-pet lys som anvendes her også innbefatter strålingsenergi i usynlige deler av spekteret, slik som infrarod energi.

I fig. 1 er det vist et blokkdiagram av et elektrooptisk system

i overenstemmelse med oppfinnelsen og tilpasset til å utfore dimensjonsmessig måling ved anvendelse av et kollimert lys til å frembringe en silhuett av objektet som skal granskes. Systemet omfatter en kilde 10 som avgir kollimert lys hvis stråler belyser et objekt 11 som skal avbildes i silhuett. Billed-dannelsen utfores ved hjelp av en optisk anordning 12 som pre-senterer objektbildet i fokus på den folsomme flaten av en avsoker 13. Avsokeren 13 genererer et videosignal som mates inn i en nivådetektor 14 tilpasset til å bestemme punktet i avsok-ningssporet hvor lysstyrken er 25% av gjennomsnittslysstyrken i det belyste arealet, hvor utmatningen fra detektoren går til en databehandler 15. Fra databehandleren fås informasjon som indikerer posisjon i rommet for objektet 11 ved hjelp av en be-handlingsteknikk som senere skal beskrives.

De mekaniske, optiske og elektroniske anordninger representert ved blokkene i systemet som vist i fig. 1 kan ha flere forskjel-lige utforminger. I en praktisk utforming, som vist i fig. 2 blir den nodvendige belysning av objektet 11 '"som det skal dannes silhuett av utfort ved hjelp av en glodende lyskilde 16 hvis stråler rettes mot et akseforskjovet ("off-axis") kollimerende speil 17. De kollimerte strålene som reflekteres fra speilet dirigeres ved hjelp av det optiske elementet 12 mot en mekanisk" ,;. avsoker i form av en roterende skive 18 som har passende åpninger.

Utmatningen fra avsokeren 18 kollimeres ved hjelp av en konden-satorlinse 19 slik at denstotale energi gjores tilgjengelig for en hensiktsmessig fotoledende avfoler 20. Utgangssignalet fra avfoleren 20 mates til nivådetektoren 21 som kan være en analog nivåstyringskrets hvis funksjon er den samme som for nivådetektoren i fig. 1. Utmatnincfen fra nivådetektoren mates til en hensiktsmessig databehandler som kan være en minidatamaskin som er programmert til å frembringe den onskede dimensjonsmessige dimensjon og å utfore styrefunksjoner slik som avvisning av objekter som faller utenfor spesifiserte toleranser.

I den andre utforelsen som er vist skjematisk i fig. 3 er belysningskilden en laserstrålegenerator 22 hvis utgangsstråler blir kollimert i sterk grad i en meget smal stråle. Denne stråle ekspanderes av en linseenhet 23 og 2 4 til å gi en belysnings-stråle hvis bredde er tilstrekkelig til å dekke hele arealet av objektet som skal granskes. I steden for en mekanisk avsoker gjor man i denne utforelse bruk av et billeddissekerende avsoker- . ror 25. Laserstrålene fokuseres på den folsomme overflaten av avsokerroret ved hjelp av en objektiv betraktningslinse 26. Hensiktsmessige avsokerror for dette formål er omhandlet i de ovenfor nevnte tidligere anordninger. Videoutmatningen fra bil-' leddissekeringsroret mates til en passende nivådetektor 27 for ytterligere behandling. Funksjonen av nivådetektoren kan best forstås ved å studere fig. 4a som viser at objektet 11 som det skal dannes bilde av har en kant lie hvis posisjon i rommet skal bestemmes. Denne kant avsakes ved hjelp av de teknikker som om-handles i de ovenfor angitte tidligere anordninger for å frembringe en avsokning S. Avsokningen S sveiper fra koordinatpunktet Xl'Yl ti"'"Pun^tet Y]_ i en bane som skjærer kanten av interesse ved punktet X^, Y^. Denne avsokning genereres således at dens posisjon i rommet er en lineær funksjon'av tiden som vist ved den rette linjen SLi fig. 4B, hvilken uttrykker^det lineære forholdet mellom absissen X og tiden.

Videobolgeformen, slik som vist i fig. 4C er på den samme tids-basis som linjen SLog kan studeres som en funksjon av video-amplituden i forhold til tiden. Videobolgeformen som vil bli generert ved fravær av diffraksjonseffekter (når man tar spesiell hensyn til den endelige diameter av avsokningsåpningen) er vist som Wa i diagrammet for videoamplitude i forhold til tiden. Imidlertid vil videobolgeformen ved nærvær av diffraksjon gene- reit har bolgeformen som vist ved kurven Wb. Den videobolgeform oppnår en verdi som er langt under den for kurven Wa ved tidspunktet (dvs. ved posisjon i rommet) som korresponderer med skjæringspunktet for avsokningslinjen S og kanten 11E som måles.

En av hensiktene ved den foreliggende oppfinnelse er å trekke

ut fra en videobolgeform som er angitt ved kurven Wb informasjon som indikerer posisjonen for kanten 11E i rommet, uavhengig av variasjonene i distanse fra systemoptikken 12 til objektet 11. Ved å anvende kollimert lys og et billedsystem med stor numerisk åpning,.- slik som beskrevet ovenfor, bestemmes posisjonen for kanten 11E ved å etablere tiden eller X-posisjonen ettersom de to er sammenlignbare, korresponderende med amplituden i videosignalet som representerer krysningen av kanten 11E av avsokningslinjen S.

Teknikken som er vist i fig. 4a, 4B og 4C er en effektiv måte for å bestemme kantposisjonen ved hjelp av en universell kurve-tilpassende algorithme. I dette henseende^ etableres det en serie amplitudeterskler A1 til A., og det oyeblikk ved hvilket videosignalet krysser hver av disse terskler blir så bestemt. Øyeblik-kene i tid ved hvilke videosignalet krysser disse terskler er vist som t^, t2, etc. t.o.m. t15i fig. 4C. De kjente verdiene for tersklene A^, etc. og de utviklede verdier ved tidspunktene t^t.o.m. t^,- vil fullstendig identifisere formen for videoampli"-tudenkurven. Ut i f ra dette kan tiden og derfor eksposisjonen som korresponderer med krysningspunktet for avsokningslinjen 6

og kanten 11E lett etableres.

En anordning for å etablere verdiene av t. til t15er vist i fig.. 5. Her er en serie av elektroniske komparatorer Ca til Cn an-vendt, hver med sitt eget settpunkt eller referanse Ra til Rn som korresponderer med referansenivående A^, A2, etc. som vist i fig. 4C. Videosignalet som fås fra avsokeren mates til alle av disse komparatorene i paralelt forhold, slik at hver komparator sammenligner videosignalet med en respektiv referanse for å gi en utmatning som avhenger av forskjellen mellom disse.

Når verdien av videosignalet er lik eller overstiger referanse- nivået som er innstilt for en gitt komparator vil utgangen for denne komparator generere et signal som mates inn i en datamaskin-interface 28.

Inn i datamaskininterfacet 28 blir også matet et signal som indikerer tiden eller X-posisjonen for avsokningen. Således genererer komputerinterfacet 28 et signal som mates til en datamaskin 29, hvor interface-signalet indikerer tiden eller X-posisjonen ved hvilken video-signa let krysser hver av de etablerte terskel-verdiene Al etc. Fra disse data kan kurven for video-amplituden etableres og posisjonen for kryssingen av kanten 11E som er av interesse ved hjelp av avsokningen S kan bestemmes.

Algoritmene for å foreta denne bestemmelse er basert på en ana-lyse som fastlegger forholdet mellom video-amplituden ved posisjonen for krysningen med verdien av videoen som ville ha blitt oppnådd hvis det ikke hadde vært noe objekt plassert mellom belysningskilden og avsokeren. Ettersom i praktiske tilfeller verdien av den- uhindrede belysningen (belysning uten noe objekt på plass) ikke gir et jevnt videosignal over hele interesse-arealet,. er det nodvendig at behandlingsteknikken tar i betraktning variasjonene i denne video når ikke noe bilde er til stede.

Den generelle teknikk som er angitt ovenfor tar seg av dette idet den endelige verdi som oppnås av videosignalet er en tilstrekkelig noyaktig tilnærming av referansevideoen (dvs. verdien som ville blitt oppnådd uten et objekt) til at algoritmen kan reali-seres ved sin bruk. Hvis det var mulig å oppnå en belysningskilde i forbindelse med et optisk system og detektor som ga et jevnt video-signal over hele interessefeltet ved fravær av et objekt, kunne man anvende en meget enklere nivådetektordatabe- , handler. Et tilgjengelig kompromiss (spesielt når en. datamaskin med tilstrekkelig hukommelse er tilgjengelig) er å kartlegge hele interessefeltet for å bestemme verdien av videosignalet over hele feltet og å lagre denne referanseverdi i datamaskinen. Dette kan foretas enten ved hjelp av en oppslågsfcabell eller i form av et polynom ved X og Y. I mange tilfeller er polynomformen langt mer hensiktsmessig etter som den normalt krever langt mindre hukommelsesplass.

En alternativ metode for å tilveiebringe den nodvendige informasjon av videonivå i forhold til X-posisjonen kan anvendes, hvor denne metode er basert på anvendelsen av standard A-D (Analog til Digital) omformere. I praktiske systemer utvikles avsokningen

ved hjelp av en DAC (Digital til Analog Omformer).. For å oppnå den maksimale noyaktighet opereres sistnevnte omformer ved en relativt sen hastighet, dvs. ved 2 mikrosekunder pr. trinn. Med denne hastighet blir videostige-tiden som oppnås ved en standard avsokningsåpning på 0,0025 cm. av storrelsesorden 150 mikrosekunder. Således å foreta målinger ved 15 amplitudenivåer gir dette 10 mikrosekunder mellom A-D omformningene, hvilket lett oppnås med kommersielt tilgjengelige A-D enheter som har den nodvendige opplosning. En realisering av oppfinnelsen ved anvendelse av slike A-D omformere vil resultere i at utmatningen fra A-D omformeren leses til datamaskin-interfacet hvert 10 mikrosekund (dvs. hvert femte trinn i digital-til analog-omformeren anvendes til å generere avsokningen.)

Man vil forstå at kurvetilpassningsprosedyrene som er omtalt ovenfor er uhyre effektfulle og langt mer generelle enn det som rea-listisk kreves i de fleste situasjoner. Etter som de fast para-metre i systemet vil være kjent a priory bor det være mulig i de fleste tilfeller å klumpe deres virkninger sammen på en slik måte at kurvetilpassningen kan utfores ved hjelp av langt mindre enn 15 punkter. I hoveddelen av praktiske tilfeller anser man at kurvetilpassning kan utfores med to eller tre sample-punkter på kurven.

Sammenfatningsvis er den foreliggende oppfinnelse basert på den oppdagelse at visse vanlige begrep som vedrorer felt-dybden, åpningsstorrelsen og f-tallet for opplosningen savner gyldighet. Alle tydeligere analyser er blitt erklært på basis av en avfoler; av intergrerende type slik som det menneskelige oye eller på basis av en folsom film hvor Fresnel diffraksjonet gir opphav til en kantf orstyrrelse som i stor .grad er umulig å skille en._.... forstyrrelse bevirket av de-.f okusering. Disse to forstyrrelser ble tidligere sammenfattet og ledet derved til konklusjonen at en okning i opplosning bevirket en minskning i feltdybden.

Når man imidlertid anvender en avsokertype-avfoler i henhold til

den foreliggende oppfinnelse som kan måle formen av en kant,

blir det mulig å separere dybden av felt og opplosning slik det nu er definert. Denne nye definisjon av opplosning er en opera-sjonsmessig definisjon basert på kapasiteten for et avsokningssystem i overenstemmelse med oppfinnelsen for å dele et Fres-

nel dif f raksj onsmonster inn i dets bestående elementer. Ved hjelp av slike avsokningsmidler kan man bestemme hvilke av disse bestående elementer som korresponderer med posisjonen for billedplanet som representerer kanten av objektet, og derved utvide den operasjonsmessige opplosning for systemet langt over det som er oppnåelig for byet eller film.

Således finner man ved å utnytte denne nye operasjonsmessige definisjon for opplosning at man kan operere med bilder som har meget store diffraksjonsmonstre ved sine kanter og likevel noyaktig bestemme posisjonen på billedplanet som korresponderer med objektet av interesse. Man kan separat kontrollere feltdybden av f-tallet (dvs. divergensen) for belysningssystemet. Ved å anvende en hoykollimert belysningskilde kan man gjore felt-

dybden praktisk talt så stor som man onsker. Ved å anvende lang nok periode til å behandle informasjon som oppnås ved avsokning av kanten som er belyst kan man oke operasjonsopplosningen for systemet til praktisk talt en hvilket som helst onsket grad.

Selv om utforelsen ifolge oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med en lysstråle som er kolLimert er oppfinnelsen ikke direkte begrenset til anvendelsen av kollimert lys. Generelt kan man anvende en stråle med en liten grad av konvergens eller divergens (dvs. en lysstråle med lav divergens) for måling av visse typer av objektet for å begrense virkningen av disse geometriske tilstander slik som sideveggrefleksjon eller tilspissings-vinkel på den onskede dimensjonsmessige måling. Under .disse omstendigheter vil avsokerprogrammet som gir objektdimensjoner måtte innbefatte en korreksjonsfaktor som avhenger av samvirke mellom fluks-de-kollimering og objektbevegelse.

Som nevnte tidligere kan virkningen av den endelige diameter av avsokningsåpningen og den optiske forstyrrelse på grunn av koma eller andre faktorer beregnet slik at "trigger" -punktet og lysstyrkebolgeformen som korresponderer med kantposisjonen kan bli

etablert analytisk i nærvær av disse forstyrrelser. Denne be-

regning kan utfores ved å sammenfatte det vanlig Fresnel diffrak-sj onsintegralet med forstyrrelse-overforingsfunksjonene (slik som endelig diameter av avsokningsåpning etc.). Hvis disse over-foringsfunksjoner er til stede i en grad som betydelig påvirker målingen av objektdimensjonen må to trigger-punkter anvendes slik som 25% og 50%lysstyrke for å kompensere for deres virk-

ninger ved samvirket med Fresnel diffraksjon på grunn av objektbevegelse mot eller bort fra den elektrooptiske avsokeren.

Claims (11)

1. Elektrooptisk fremgangsmåte for å måle et objekt uten fysisk kontakt med dette, karakterisert ved trinnene

- å belyse objektet med en lav-divergenslysstråle som virker til å danne silhuett av objektet for således å gi et bilde av dette, hvor omrisset av dette defineres av en Fresnel diffraksjonssone, - å avsoke bildet langs en forutbestemt bane for å tilveiebringe et elektrisk signal som varierer i overenstemmelse med lysstyrken for sonen som skjæres av banen, - å analysere det elektriske signalet på en måte til å bestemme punktet i Fresnel diffraksjonssonen som har en lysstyrke som er en forutbestemt prosentandel av lysstyrken som vil eksistere ved fravær av objektet, og - å frembringe informasjon fra punktbestemmeIsen med hensyn til en dimensjon av objektet.

2. Elektrooptisk system tilpasset til å utfore fremgangsmåten som angitt i krav 1, karakterisert ved - en belysningskilde som tilveiebringer en lavdivergensstråle som virker til å danne silhuett av objektet for således å gi et bilde av dette, hvor omrisset er bestemt av en Fresnel diffrak-sj onssone, - en avsoker anordnet til å avsoke bildet langs en forutbestemt bane for å tilveiebringe et videosignal som varierer i overenstemmelse med lysstyrken i sonen som skjæres av banen. - en nivådetektor tilpasset til å analysere videosignalet for således å bestemme punktet i Fresnel diffraksjonssonen hvis lysstyrke er ca. 25% av lysstyrken som vil eksistere ved fravær av objektet og å gi et datasignal som svar på bestemmelsen, og - en databehandler som reagerer på datasignalet og er tilpasset, til å utlede informasjon fra dette med hensyn til en dimensjon av objektet.

3. Elektrooptisk fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at lysstrålen er kollimert.

4. Elektrooptisk fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det elektriske signalet analyseres for å bestemme punktet i sonen hvis lysstyrke er ca. 25% av lysstyrken som vil eksistere ved fravær av objektet.

5. Elektrooptisk system som angitt i krav 2, karakterisert ved at strålen er kollimert.

6. Elektrooptisk system som angitt i krav 5, karakterisert , ved at belysningskilden innbefatter en glodende lyskilde hvis stråler samles av et akseforskjovet kollimatorspeil hvis stråler så rettes mot objektet.

7. Elektrooptisk system som angitt i krav 5, karakterisert ved at belysningskilden innbefatter en laser, tilpas set til å gi en smal kollimert lysstråle rettet mot objektet og stråleekspanderende kollimatorlinser anordnet til å utvide strålen for å omgi objektets areal.

8. Elektrooptisk system som angitt i krav 2, karakterisert ved at avsokeren omfatter en roterende skive som, er forsynt med åpninger, hvilken skive samvirker med en lysfolsom detektor.

9. Elektrooptisk system som angitt i krav 2, karakterisert ved at avsokeren omfatter et billedoppdelende ror.

10. Elektrooptisk system som angitt i krav 2, karakter i- sert ved at nivådetektoren omfatter en analog nivåstyringskrets for å bestemme lysstyrken i sonen.

11. Elektrooptisk system som angitt i krav 2, karakterisert ved at nivådetektoren omfatter en gruppe komparatorer til hvilken gruppe videosignalet påtrykkes, hvor hver komparator i gruppen har et forskjellig referansenivå.