SE470029B

SE470029B - Optisk anordning för kontroll av jämnhet och planhet hos en yta

Info

Publication number: SE470029B
Application number: SE9200846A
Authority: SE
Inventors: Tomas Rostvall
Original assignee: Sandvik Ab
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1993-10-25
Also published as: SE9200846D0; JPH07504751A; US5583639A; SE9200846L; WO1993019345A1; DE4391183T1

Description

470 029 10 10 15 20 25 Beskrivning av uppfinningen Enligt uppfinningen används interferensmetoden för att orientera ytan med hög noggrannhet och ge en översiktlig bild av ytans skevhet och krökning, och därefter spegelmetoden för att ge en detaljerad helhetsbild av repor, slipspår och andra lokala avvikelser från planhet.

Bägge metoderna använda i kombination enligt uppfinningen ger då en heltäckande bild av ytans avvikelse med hög noggrannhet, och kan automatiseras för kontroll av stora antal serietillverkade föremål.

Figur 1 och 2 visar schematiskt hur de olika komponenterna är placerade i förhållande till den yta som skall kontrolleras. I figur 1 visas en anordning där det föremål (10) som skall kontrolleras är direkt belyst med med såväl en laserljuskälla (11) som en icke koherent ljuskälla (21), och i figur 2 en anordning där man belyser ett virtuellt föremål (24) àstadkommet genom spegling av det verkliga föremålet (20).

Laserljuskällan (ll) ingår i en laserinterferometer som även innefattar en halvgenomskinlig spegel (12), en referensyta (13) och ett första bildplan (14). Referensytan (13) kan utgöras av ett godkänt föremål av samma slag som det föremål (10) som skall kontrolleras eller av en på annat sätt utförd yta med den avsedda formen. Laserstrâlen delas av den halvgenomskinliga spegeln i två delar, varav den ena delen går från laserljuskällan (11) till spegeln (12), till referensytan (13), genom spegeln (12) och till bildplanet (14), och den andra delen går från laserljuskällan (11) genom spegeln (12) till föremålet (10), till spegeln (12) och till bildplanet (14). Strålens två delar bildar där genom interferens ett linjemönster. Linjernas inbördes avstånd beror på avståndet mellan de punkter på spegeln (12) som träffas av normalen till föremålets (10) yta och normalen till referensytan (13), varvid avståndet mellan linjerna blir mycket stort då punkterna på spegeln (12) f) (3 N u» 30 35 470 029 3 sammanfaller. Linjernas genomsnittliga lutning beror på hur mycket normalen till föremålets (10) yta avviker från det plan i vilket normalen från referensytan (13) går. Linjernas krokighet i förhållande till avståndet anger skillnaden i planhet mellan föremålet (10) och referensytan (13).

Föremålet (10) är fasthállet i anordningen så att det kan lutas i två riktningar (15). Det första bildplanet (14) utgöres företrädesvis av den ljuskänsliga ytan i en videokamera, eller av en skärm som observeras av en videokamera. Föremålet (10) lutas genom rörelser i de tvâ riktningarna (15) till det i bildplanet (14) är synligt ett forutbestämt antal linjer, dock minst två, och att dessa har en förutbestämd genomsnittlig riktning, företrädesvis horisontell. När så är fallet har föremålets (10) yta en valdefinierad normalriktning. Linjernas krokighet kan direkt avläsas som avvikelser från planhet, och ger ett noggrannt nått på kupighet, enstaka djupa repor och andra nakroskopiska avvikelser som kan direkt relateras till en viss plats på ytan längs linjen.

Ytan belyses även med en ljuskälla (21) som företrädesvis är en icke koherent ljuskälla med liten utsträckning, exempelvis en intensiv glödlampa. Dess ljus speglas i töremàlets (10) yta och träffar därefter ett andra bildplan (22) där man får en belyst spegelbild av föremålet. Vid speglíngen kommer ljus som speglas i ytpartier med felaktig lutning att träffa bildplanet i andra punkter än de som i spegelbilden motsvarar ytpartierna. Skevhet och kupighet leder till ojämn belysningsstyrka, som kan uppmätas och med matematiska metoder transformeras till en heltäckande beskrivning av ytan. Små repor, porer, slipspår och andra defekter med liten utsträckning men stora lutningsfel kommer att återkasta ljuset till punkter utanför spegelbilden och framstå som helt mörka partier i spegelbilden. För att dessa skall vara med god kontrast och kunna relateras till föremàlets (10) yta med önskvärd noggrannhet måste föremålet (10) vara mycket noggrannt orienterat, vilket säkerställs genom interferensmetoden 470 G29 10 15 20 25 30 35 4 enligt ovan. Det andra bildplanet (22) utgöres företrädesvis av den ljuskänsliga ytan i en videokamera eller en skärm som observeras av en videokamera.

Figur 2 visar en anordning enligt uppfinningen, där det strålgångarna riktas mot ett virtuellt föremål (24) åstadkommet genom spegling i en spegel (23) av det föremål (20) som skall kontrolleras. Det virtuella föremålet (24) kan lutas i två riktningar (25) tills linjemönstret på det första bildplanet (14) uppvisar ett förutbestämt antal linjer, dock minst två, i en förutbestämd genomsnittlig riktning. Det virtuella föremålet lutas antingen genom lutning av det verkliga föremålet (20) eller genom lutning av spegeln (23). Speciellt vid föremål som genom sin storlek eller form är svåra att hantera är lutning av spegeln att föredraga.

Genom att automatiskt mäta avstånd och riktning hos linjerna i det första bildplanet (14) och låta mätresultatet styra en mekanism som lutar föremålet (10,20) eller den rörliga spegeln (23) kan man avsevärt öka noggrannhet och hastighet för bestämningen av avvikelserna i planhet hos föremàlets (10,20) yta. Avvikelserna kan presenteras som dels ett genom interferensmetoden framtaget mått på fel i form av krökning och skevhet, dels en genom speglingsmetoden framtagen översikt av repor, porer och slipspår. Bägge dessa avvikelsemàtt kan användas för en automatisk sortering av föremål i godkända och icke godkända, eller som underlag för statistik.

Anordningen kan inom uppfinningens ram modifieras på kända sätt genom införande av ytterligare speglar i strâlgångarna eller genom andra kända uppställningar för interferensmetoden.

Claims

10 15 20 25 30 35 470 029 PATENTKRAV

1. Anordning för kontroll av jämnhet och planhet hos en yta av ett föremål (10) innefattande både en anordning för mätning av planhet med interferensmetod och en anordning för mätning av ytans jämnhet med spegelmetod, k ä n n e t e c k n a d av att avstånd och riktning hos de med interferensmetoden erhållna linjerna används för att orientera föremålet (10) i en väldefinierad riktning innan jämnheten bestäms med spegelmetoden.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att föremålet (10) kan lutas i två riktningar (15) tills de på ett första bildplan (14) genom interferensmetoden alstrade linjerna har ett förutbestämt antal och en förutbestämd lutning.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att de genom interferensmetoden på ett första bildplan alstrade linjerna är minst två.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att antal och lutning hos de pá ett första bildplan (14) alstrade linjerna automatiskt uppmäts och att mätresultatet styr en mekanism som lutar föremålet tills linjerna har ett förutbestämt antal och en förutbestämd lutning.

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mätningarna sker mot ett virtuellt föremål (24) som är en spegling i en spegel (23) av det föremål (20) vars yta skall kontrolleras.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e te c k n a d av att det virtuella föremålet (24) lutas i minst en riktning genom vinkelrörelser i minst en riktning (25) av den spegel (23) som åstadkommer det virtuella föremålet (24), tills de på ett första bildplan (14) alstrade linjerna har ett förutbestämt antal och en förutbestämd lutning. 470 929 10 15 20 6

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att avstånd och lutning hos de på ett första bildplan (14) alstrade linjerna automatiskt uppmäts och att mätresultatet styr en mekanism som lutar den rörliga spegeln (23) tills linjerna har ett förutbestämt antal och en förutbestämd lutning.

8. Anordning enligt krav 2 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen för interferensmetod innefattar en laserljuskälla (11) och en referensyta (13).

9. Anordning enligt krav 2 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen för interferensmetod innefattar en laserljuskälla (ll), en referensyta (13) och en anordning för mätning av avstånd och genomsnittlig riktning hos linjerna i det interferensmönster som bildas på ett första bildplan (14).

10. Anordning enligt krav 2 eller 5, k à n n e te c k n ad av att anordningen för spegelmetod innefattar en ljuskâlla (21) med hög intensitet och ett andra bildplan (22). mr)