WO1990005279A1 - Measurement method for determining a surface profile - Google Patents

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WO1990005279A1
WO1990005279A1 PCT/EP1988/001013 EP8801013W WO9005279A1 WO 1990005279 A1 WO1990005279 A1 WO 1990005279A1 EP 8801013 W EP8801013 W EP 8801013W WO 9005279 A1 WO9005279 A1 WO 9005279A1
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WO
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frequency
light
surface profile
components
detector arrangement
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Application number
PCT/EP1988/001013
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German (de)
French (fr)
Inventor
Atlas Elektronik Gmbh Krupp
Original Assignee
Rathjen, Dirk
Burggraf, Hubert
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rathjen, Dirk, Burggraf, Hubert filed Critical Rathjen, Dirk
Publication of WO1990005279A1 publication Critical patent/WO1990005279A1/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means

Definitions

  • the invention relates to a measuring method for determining a surface profile of a workpiece, the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • test devices are used to determine the surface quality of workpieces in order to be able to control the manufacturing process.
  • a device with scattered light measurement which evaluates the light reflected from the surface of an illuminated workpiece. Integral characteristic values are determined from the intensity values of the scattered light distribution, which are a measure of the surface quality.
  • a particular advantage of this device is that the measurement is carried out without touching the workpiece.
  • an optical measuring arrangement for recording the quality of a surface in which a portion of the surface is illuminated with coherent light. A beam is reflected directly from the surface and, with the aid of a diffraction plate, is superimposed on the light backscattered by the illuminated section as a reference beam. There is a between the diffraction plate and the surface Relative movement generated so that the reference beam undergoes a frequency shift. The reference beam and backscattered light are superimposed and received by a photo detector.
  • the scattered light has the same frequency at every solid angle and the reference beam has a location-independent, different frequency, which is dependent on the angular velocity of the diffraction plate, the diffraction angle and the angle of incidence with respect to the diffraction plate.
  • the frequency of the photocurrent is equal to the difference between the frequency of the backscattered or illuminating light and the frequency of the reference beam. In the case of the rotating diffraction plate, this frequency depends on the ratio of pitch circle, radius and grating constant multiplied by the angular velocity.
  • the directly reflected light is scattered and forms the reference beam. Due to the movement of the matt glass plate, the reference beam experiences a location-dependent frequency shift.
  • the photocurrent then has a frequency spectrum that reflects the angular distribution of the scattered light. This angular distribution is a function of the size and distribution of the irregularities on the surface to be measured. Since the matt glass plate is a diffusely scattering plate, the phase distribution of the reference beam is statistical and can be changed by the movement of the matt glass plate and is therefore not known locally.
  • the frequency spectrum therefore has statistical phase relationships and can therefore only be evaluated with regard to its intensity distribution (power spectrum). It is not possible to determine a surface profile by evaluating this frequency spectrum.
  • the surface of the workpiece is illuminated with monochromatic light, e.g. B. illuminated from a laser source.
  • the incident light beam is scattered back from the surface. This process is comparable to diffraction on an amplitude and / or phase filter, e.g. B. on a lattice structure.
  • the incident light beam experiences a phase and amplitude evaluation.
  • the backscattered light leaves the surface structure at different solid angles, with a spatial frequency being assigned to each solid angle.
  • a reference beam is superimposed on the backscattered light in order to measure the phase information which indicates the depth profile of the surface in the measuring direction, that is to say the surface profile.
  • This wave field is received with a detector arrangement and converted into electrical signals.
  • the signals provide scatter components a complex solid angle spectrum.
  • the solid angle spectrum is transformed from the solid angle range or spatial frequency range into the spatial range.
  • the reverse transformation is complex.
  • Their location-dependent amplitude indicates the reflection properties of the workpiece in the measuring direction.
  • Their phase profile over the location is proportional to the depth profile of the workpiece in the measuring direction and thus indicates the surface profile.
  • the proportionality factor is equal to the wavelength of the illuminating light divided by 4JL.
  • the advantageous further development of the measuring method according to the invention according to claim 2 specifies a detector arrangement which consists of individual elements arranged in a line. A solid angle and thus a spatial frequency is assigned to each element. Their output voltages form the stray components of the complex solid angle spectrum.
  • An advantage of the method according to the invention according to claims 1 and 2 is that the surface profile is scanned in a contact-free manner by means of a light beam.
  • the phase information of the scattered light or the solid angle spectrum is made accessible by measurement technology. So far, only the intensity values of the scattered light distribution have been evaluated to indicate integral parameters as a measure of the surface quality. A phase evaluation was not feasible. It is also advantageous that the surface profile is not detected point by point, but rather that the portion of the surface profile illuminated by the beam is evaluated in parallel.
  • the resolution of the surface profile measurement can be adjusted by the wavelength of the illuminating light and adapted to the roughness of the surface profile.
  • the measuring method is e.g. B. with vertical lighting can be easily realized optically by attaching an arranged at an angle, semitransparent mirror in the beam path between the illuminating laser source and reflecting the scattered light onto the detector arrangement.
  • a scattering lens or pin-hole is provided on the optical axis between the mirror and the detector arrangement for expanding the directly reflected light beam, which is superimposed on the backscattered light as a reference beam.
  • Pattern recognition are to be recorded automatically.
  • Scattering components of the solid angle spectrum at the output of the individual elements of the detector arrangement are checked for certain features by filtering and / or separation or compared with existing, known patterns. This pattern recognition takes place either optically or electronically.
  • the detector arrangement itself would be by corresponding geometrical ones
  • the computer circuit which also carries out the reverse transformation, receives corresponding filter circuits.
  • the photoelectric detector arrangement here consists of only two photodiodes, which are arranged symmetrically to that scattering component whose frequency is equal to the frequency of the reference beam, namely to the zero order, if the reference beam is derived from the directly reflected light beam or the illuminating light.
  • a relative movement is generated between the surface and the illuminating beam, either the workpiece is moved further under the illuminating beam or the illuminating beam is pivoted over the workpiece. Since the reference beam and backscattered light are superimposed in front of the detector arrangement, a speed component in the measuring direction of the surface profile leads to different frequency shifts in the scattering components of the solid angle spectrum due to the Doppler effect.
  • the received interference field is squared by the quadratic characteristic of the two elements of the detector arrangement, each element acting simultaneously as a low-pass filter.
  • the output voltage of one element now shows
  • the output voltage of the other element has frequency components that can be assigned to negative solid angles.
  • Output voltages are fed to a frequency analysis, which is carried out, for example, by a computing stage for forming the
  • the frequency components of the output voltages give the Scattering components of the complex solid angle spectrum and are transformed back into the local area in a downstream computer circuit.
  • the phase profile of the back-transformed is determined and the surface profile is displayed to scale, taking into account the proportionality factor.
  • An advantage of the measuring method according to claim 3 is in particular that a robust construction is possible by dividing the detector arrangement in two. It is particularly advantageous that the resolution of the surface profile is determined solely by beam width and frequency analysis and does not depend on the geometry of the detector arrangement.
  • the photoelectric detector arrangement consists of a single element with a square characteristic, for example a photodiode.
  • the reference beam superimposed on the backscattered light here has a frequency that is selected, for example, higher than the frequency of the illuminating light beam.
  • the time-dependent output signal of the individual element has a center frequency or beat frequency which can be set with the frequency of the reference beam and / or the relative speed in the measuring direction between the workpiece and the illuminating light beam.
  • Frequency components which can be assigned to positive and negative solid angles are obtained symmetrically to this center frequency or beat frequency.
  • the frequency analysis of the output signal provides frequency components that directly indicate the scattering components of the solid angle spectrum.
  • a solid angle or a spatial frequency is assigned to each frequency.
  • the phase of the frequency components contains the phase of the scattering components, their amplitude is proportional to the scattering amplitude.
  • a location-dependent profile of the material-related reflectivity of the surface profile is determined in a simple manner from the scattering components of the solid angle spectrum.
  • Fig. 2 is a sketch of a measurement setup for a heterodyne measurement method
  • FIG. 3 shows a sketch of a measurement setup for an alternative heterodyne measurement method.
  • the surface of a workpiece 10 is illuminated according to FIG. 1 with a laser source 11 in the region b with monochromatic light of the wavelength ⁇ .
  • a semitransparent mirror 12 which reflects light scattered back from the surface onto a photoelectric detector arrangement 13 located in the far field.
  • a light beam 15 reflected directly from the surface which is also referred to as a zero-order light beam diffracted on the surface, is expanded via a scattering lens or a pinhole 16 to form the reference beam, which is superimposed on the backscattered light in region 17.
  • the detector arrangement 13 consists of individual elements 130, 131,... 13 n arranged in close proximity on a line in the form of photodiodes. Their output voltages form stray components of a complex solid angle spectrum S (k) of the interference field created in area 17.
  • the reverse transformation is carried out in a downstream computer circuit 20
  • the reverse transform has one location-dependent amplitude A (x) and phase ⁇ (x). ""
  • Amplitude and phase characteristics are determined in the computer circuit 20.
  • the computer circuit 20 is followed by a display unit 21 for the surface profile h (x) and a display unit 22 for the amplitude profile, which displays material-related reflectivity of the surface profile.
  • the workpiece 10 here has a speed component v in the X direction.
  • the reference beam and the light backscattered from the surface are received by a photoelectric detector arrangement 23.
  • the detector arrangement 23 consists of two photodiodes 24, 25, which are arranged symmetrically to the zero order 26. Their time-dependent output voltages are frequency-analyzed in a computing stage 30, which carries out a Fourier transformation.
  • the frequency components are the scattering components of the solid angle spectrum S (k), which are evaluated in the computer circuit 20.
  • the frequency components of the output voltages of the photodiode 24 indicate stray components with positive solid angles / *, the frequency components of the output voltage of the photodiode 25 indicate stray components with negative solid angles -J.
  • the detector arrangement here consists of a single element 50 with a square one Curve.
  • the reference beam widened with the optics 16 has a different frequency than the illuminating light. The directly reflected
  • light beam 15 is frequency-shifted via mirror 12 in an acousto-optical modulator 51.
  • Output signal of the single element 50 is in a
  • Computation stage 52 frequency-analyzed to form the Fourier transformation. Frequency components with a positive deviation from one determined by the light frequencies and the speed component v
  • Center frequency provide scattering components with positive ones
  • Display unit 21 and the amplitude profile are displayed on the display unit 22.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

On détermine actuellement les profils des surfaces à l'aide de palpeurs de rugosité de surface; un contact mécanique entre aiguille de mesure et pièce à usiner est alors nécessaire pour le balayage du profil de surface. Il est souhaitable, pour automatiser le processus de finition, de pouvoir déterminer le profil de surface sans contact et sans endommager la pièce. A cet effet, la surface de la pièce est éclairée, un rayon de référence est superposé à la lumière rétrodiffusée, un détecteur capte ce champ d'interférence et on détermine sur cette base les composantes de dispersion d'un spectre angulaire complexe. Le spectre angulaire est retransformé sur la région localisée et on détermine la variation de la phase en dessus de l'endroit qui donne le profil de surface. La présente invention propose un procédé de mesure homodyne et un procédé de mesure hétérodyne, qui se distinguent par la déviation du rayon de référence et par la structure du détecteur. Le procédé de mesure hétérodyne en particulier permet une décomposition locale aussi fine qu'on le désire du tracé en profondeur de la surface et fournit ainsi des renseignements détaillés sur le profil de surface.Surface profiles are currently being determined using surface roughness probes; mechanical contact between the measuring needle and the workpiece is then necessary for scanning the surface profile. To automate the finishing process, it is desirable to be able to determine the surface profile without contact and without damaging the part. To this end, the surface of the part is illuminated, a reference ray is superimposed on the backscattered light, a detector picks up this interference field and the dispersion components of a complex angular spectrum are determined on this basis. The angular spectrum is retransformed on the localized region and one determines the variation of the phase above the place which gives the surface profile. The present invention provides a homodyne measurement method and a heterodyne measurement method, which are distinguished by the deviation of the reference radius and by the structure of the detector. The heterodyne measurement method in particular allows a local decomposition as fine as desired of the depth plot of the surface and thus provides detailed information on the surface profile.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Meßverfahren zum Bestimmen eines OberflächenprofilsMeasuring method for determining a surface profile
Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zum Bestimmen eines Oberflächenprofils eines Werkstücks, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a measuring method for determining a surface profile of a workpiece, the type mentioned in the preamble of claim 1.
Im Rahmen der Automatisierung von Fertigungsvorgängen werden Prüf orrichtungen zum Bestimmen der Oberflächengüte von Werkstücken eingesetzt, um den Fertigungsablauf steuern zu können.As part of the automation of manufacturing processes, test devices are used to determine the surface quality of workpieces in order to be able to control the manufacturing process.
Aus der DE-PS 30 37 622 ist eine Einrichtung mit Streulichtmessung bekannt, die das von der Oberfläche eines beleuchteten Werkstücks rückgestrahlte Licht auswertet. Es werden integrale Kennwerte aus den Intensitätswerten der Streulichtverteilung ermittelt, die ein Maß für die Oberflächengüte sind. Ein besonderer Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, daß die Messung ohne Berührung des Werkstücks erfolgt.From DE-PS 30 37 622 a device with scattered light measurement is known which evaluates the light reflected from the surface of an illuminated workpiece. Integral characteristic values are determined from the intensity values of the scattered light distribution, which are a measure of the surface quality. A particular advantage of this device is that the measurement is carried out without touching the workpiece.
Weiterhin ist aus der DE-OS 27 53 240 eine optische Meßanordnung zur Aufzeichnung der Beschaffenheit einer Oberfläche bekannt, bei der ein Abschnitt der Oberfläche mit kohärentem Licht beleuchtet wird. Von der Oberfläche wird ein Strahl direkt reflektiert und mit Hilfe einer Beugungsplatte dem von dem beleuchteten Abschnitt rückgestreuten Licht als Referenzstrahl überlagert. Zwischen Beugungsplatte und Oberfläche wird eine Relativbewegung erzeugt, so daß der Referenzstrahl eine Frequenzverschiebung erfährt. Referenzstrahl und rückgestreutes Licht werden überlagert und von einem Fotodetektor empfangen. Im Falle der sich drehenden Beugungsplatte hat das Streulicht unter jedem Raumwinkel die gleiche Frequenz und der Referenzstrahl eine ortsunabhängige, davon abweichende Frequenz, die abhängig von der Winkelgeschwindigkeit der Beugungsplatte, dem Beugungswinkel und dem Einfallswinkel gegenüber der Beugungsplatte ist. Die Frequenz des Fotostroms ist gleich der Differenz der Frequenz des rückgestreuten oder beleuchtenden Lichts und der Frequenz des Referenzstrahls. Im Falle der sich drehenden Beugungsplatte ist diese Frequenz abhängig von dem mit der Winkelgeschwindigkeit multiplizierten Verhältnis aus Teilkreis, Radius und Gitterkonstante.Furthermore, from DE-OS 27 53 240 an optical measuring arrangement for recording the quality of a surface is known, in which a portion of the surface is illuminated with coherent light. A beam is reflected directly from the surface and, with the aid of a diffraction plate, is superimposed on the light backscattered by the illuminated section as a reference beam. There is a between the diffraction plate and the surface Relative movement generated so that the reference beam undergoes a frequency shift. The reference beam and backscattered light are superimposed and received by a photo detector. In the case of the rotating diffraction plate, the scattered light has the same frequency at every solid angle and the reference beam has a location-independent, different frequency, which is dependent on the angular velocity of the diffraction plate, the diffraction angle and the angle of incidence with respect to the diffraction plate. The frequency of the photocurrent is equal to the difference between the frequency of the backscattered or illuminating light and the frequency of the reference beam. In the case of the rotating diffraction plate, this frequency depends on the ratio of pitch circle, radius and grating constant multiplied by the angular velocity.
Im Falle einer Mattglasscheibe als Beugungsplatte wird das direkt reflektierte Licht gestreut und bildet den Referenzstrahl. Durch die Bewegung der Mattglasplatte erfährt der Referenzstrahl eine ortsabhängige Frequenz erschiebung. Der Fotostrom weist dann ein Frequenzspektrum auf, das die Winkelverteilung des gestreuten Lichts wiedergibt. Diese Winkelverteilung ist eine Funktion der Größe und Verteilung der Unregelmäßigkeiten auf der zu messenden Oberfläche. Da die Mattglasplatte eine diffus streuende Platte ist, ist die Phasenverteilung des Referenzstrahls statistisch und durch die Bewegung der Mattglasplatte veränderlich und somit lokal nicht bekannt. Das Frequenzspektrum weist daher statistische Phasenbeziehungen auf und ist also nur bezüglich seiner Intensitätsverteilung (Power-Spektrum) auswertbar. Die Ermittlung eines Oberflächenprofils ist durch Auswertung dieses Frequenzspektrums nicht möglich.In the case of a matt glass pane as a diffraction plate, the directly reflected light is scattered and forms the reference beam. Due to the movement of the matt glass plate, the reference beam experiences a location-dependent frequency shift. The photocurrent then has a frequency spectrum that reflects the angular distribution of the scattered light. This angular distribution is a function of the size and distribution of the irregularities on the surface to be measured. Since the matt glass plate is a diffusely scattering plate, the phase distribution of the reference beam is statistical and can be changed by the movement of the matt glass plate and is therefore not known locally. The frequency spectrum therefore has statistical phase relationships and can therefore only be evaluated with regard to its intensity distribution (power spectrum). It is not possible to determine a surface profile by evaluating this frequency spectrum.
Mit diesen bekannten Meßmethoden ist eine Angabe der örtlichen Beschaffenheit der Oberfläche mit ihrenWith these known methods of measurement is an indication of the local nature of the surface with their
Vertiefungen, Rillenbildungen usw. nicht möglich, wie sie beispielsweise mit einem Tastschnittgerät zur Rauhheitsmessung durchgeführt wird. Mit diesem Gerät wird die Oberfläche mit einer Meßnadel mechanisch abgetastet. Die Abtastung wird angezeigt und liefert das Oberflächenprofil. Eine Automatisierung dieses Meßvorgangs ist problematisch, da seine Genauigkeit im wesentlichen vom sicheren mechanischen Kontakt zwischen Meßnadel und Werkstück abhängt. Grundsätzlich ist eine Beschädigung der Oberfläche nicht auszuschließen.Wells, ridges, etc. not possible as they is carried out, for example, with a stylus device for roughness measurement. With this device, the surface is mechanically scanned with a measuring needle. The scan is displayed and provides the surface profile. Automation of this measuring process is problematic, since its accuracy essentially depends on the reliable mechanical contact between the measuring needle and the workpiece. Damage to the surface cannot be ruled out.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Meßverfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, das eine zerstörungsfreie Aufzeichnung des Oberflächenprofils gestattet und in automatischen Fertigungsvorgängen eingesetzt werden kann.It is an object of the present invention to provide a measuring method of the type mentioned in the preamble of claim 1, which allows non-destructive recording of the surface profile and can be used in automatic production processes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1.
Die Oberfläche des Werkstücks wird mit monochromatischem Licht, z. B. aus einer Laserquelle, beleuchtet. Von der Oberfläche wird der einfallende Lichtstrahl rückgestreut. Dieser Vorgang ist vergleichbar mit der Beugung an einem Amplituden- und/oder Phasenfilter, z. B. an einer Gitterstruktur. Abhängig von der Tiefe des Oberflächenprofils und seinem örtlichen Reflexionsfaktor erfährt der einfallende Lichtstrahl eine Phasen- und Amplitudenbewertung. Das rückgestreute Licht verläßt die Oberflächenstruktur unter unterschiedlichen Raumwinkeln, wobei jedem Raumwinkel eine Ortsfrequenz zugeordnet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren wird zur Messung der Phaseninformation, die den Tiefenverlauf der Oberfläche in Meßrichtung, also das Oberflächenprofil angibt, dem rückgestreuten Licht ein Referenzstrahl überlagert. Das rückgestreute Licht und der Referenzstrahl interferieren miteinander. Mit einer Detektoranordnung wird dieses Wellenfeld empfangen und in elektrische Signale umgewandelt. Die Signale liefern Streukomponenten eines komplexen Raumwinkelspektrums. In einer anschließenden Rechnerschaltung wird das RaumwinkelSpektrum vom Raumwinkelbereich oder Ortsfrequenzbereich in den Ortsbereich transformiert. Die Rücktransformierte ist komplex. Ihre ortsabhängige Amplitude gibt die Reflexionseigenschaften des Werkstücks in Meßrichtung an. Ihr Phasenverlauf über dem Ort ist proportional dem Tiefenverlauf des Werkstücks in Meßrichtung und gibt somit das Oberflächenprofil an. Der Proportionalitätsfaktor ist gleich der Wellenlänge des beleuchtenden Lichts geteilt durch 4JL .The surface of the workpiece is illuminated with monochromatic light, e.g. B. illuminated from a laser source. The incident light beam is scattered back from the surface. This process is comparable to diffraction on an amplitude and / or phase filter, e.g. B. on a lattice structure. Depending on the depth of the surface profile and its local reflection factor, the incident light beam experiences a phase and amplitude evaluation. The backscattered light leaves the surface structure at different solid angles, with a spatial frequency being assigned to each solid angle. In the measuring method according to the invention, a reference beam is superimposed on the backscattered light in order to measure the phase information which indicates the depth profile of the surface in the measuring direction, that is to say the surface profile. The backscattered light and the reference beam interfere with each other. This wave field is received with a detector arrangement and converted into electrical signals. The signals provide scatter components a complex solid angle spectrum. In a subsequent computer circuit, the solid angle spectrum is transformed from the solid angle range or spatial frequency range into the spatial range. The reverse transformation is complex. Their location-dependent amplitude indicates the reflection properties of the workpiece in the measuring direction. Their phase profile over the location is proportional to the depth profile of the workpiece in the measuring direction and thus indicates the surface profile. The proportionality factor is equal to the wavelength of the illuminating light divided by 4JL.
Die vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens nach Anspruch 2 gibt eine Detektoranordnung an, die aus einzelnen linienfδrmig angeordneten Elementen besteht. Jedem Element ist ein Raumwinkel und damit eine Ortsfrequenz zugeordnet. Ihre Ausgangsspannungen bilden die Streukomponenten des komplexen Raumwinkelspektrums.The advantageous further development of the measuring method according to the invention according to claim 2 specifies a detector arrangement which consists of individual elements arranged in a line. A solid angle and thus a spatial frequency is assigned to each element. Their output voltages form the stray components of the complex solid angle spectrum.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 besteht darin, daß die Abtastung des Oberflächenprofils über einen Lichtstrahl berührungsfrei erfolgt. Durch den Einsatz des Referenzstrahls wird die Phaseninformation des Streulichts, bzw. des Raumwinkelspektrums meßtechnisch zugänglich gemacht. Bisher wurden allein die Intensitätswerte der Streulichtverteilung zur Angabe integraler Kennwerte als Maß für die Oberflächengüte ausgewertet. Eine Phasenauswertung war nicht durchführbar. Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Oberflächenprofil nicht punktweise erfaßt wird, sondern jeweils der vom Strahl beleuchtete Abschnitt des Oberflächenprofils zeitparallel ausgewertet wird.An advantage of the method according to the invention according to claims 1 and 2 is that the surface profile is scanned in a contact-free manner by means of a light beam. By using the reference beam, the phase information of the scattered light or the solid angle spectrum is made accessible by measurement technology. So far, only the intensity values of the scattered light distribution have been evaluated to indicate integral parameters as a measure of the surface quality. A phase evaluation was not feasible. It is also advantageous that the surface profile is not detected point by point, but rather that the portion of the surface profile illuminated by the beam is evaluated in parallel.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Meßverfahrens liegt darin, daß das Oberflächenprofil automatisch inAnother advantage of the measuring method according to the invention is that the surface profile automatically
Realzeit angezeigt wird, so daß man im Detail eine Übersicht über die Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks erhält. Aus dem Oberflächenprofil können Kennwerte nach DIN 4768 gewonnen werden, die die Oberflächen charakterisieren und somit eine automatische Kontrolle ermöglichen. Es sind besondere Oberflächenstrukturen und Fehler leicht erkennbar, so daß ohne Zeitverzögerung unmittelbar in den Fertigungsvorgang eingegriffen werden kann. Durch das erfindungsgemäße Meßverfahren wird die Oberfläche des Werkstücks nicht verletzt, da ein mechanischer Kontakt zwischen optischer Meßvorrichtung und Werkstück nicht vorhanden ist.Real time is displayed, so that you have a detailed overview of the surface quality of a Workpiece. Characteristic values according to DIN 4768 can be obtained from the surface profile, which characterize the surfaces and thus enable automatic control. Special surface structures and defects are easily recognizable, so that one can intervene directly in the manufacturing process without a time delay. The measuring method according to the invention does not damage the surface of the workpiece, since there is no mechanical contact between the optical measuring device and the workpiece.
Die Auflösung der Oberflächenprofilmessung ist durch die Wellenlänge des beleuchtenden Lichts einstellbar und der jeweiligen Rauhheit des Oberflächenprofils anzupassen.The resolution of the surface profile measurement can be adjusted by the wavelength of the illuminating light and adapted to the roughness of the surface profile.
Das Meßverfahren ist z. B. bei senkrechter Beleuchtung einfach optisch zu realisieren, indem in den Strahlengang zwischen beleuchtender Laserquelle und Oberfläche ein unter einem Winkel angeordneter, halbdurchlässiger Spiegel angebracht wird, der das Streulicht auf die Detektoranordnung reflektiert. Auf der optischen Achse zwischen Spiegel und Detektoranordnung wird eine Streulinse oder ein pin-hole zum Aufweiten des direkt reflektierten Lichtstrahls vorgesehen, der sich als Referenzstrahl dem rückgestreuten Licht überlagert.The measuring method is e.g. B. with vertical lighting can be easily realized optically by attaching an arranged at an angle, semitransparent mirror in the beam path between the illuminating laser source and reflecting the scattered light onto the detector arrangement. A scattering lens or pin-hole is provided on the optical axis between the mirror and the detector arrangement for expanding the directly reflected light beam, which is superimposed on the backscattered light as a reference beam.
Ein Vorteil dieses ho odynen Meßverfahrens besteht insbesondere darin, daß besondere Merkmale derAn advantage of this ho odynen measuring method is in particular that special features of the
Oberflächenstruktur, wie Musterung, Textur, Körnung, die für die Fertigung wesentlich sind, durch spektraleSurface structure, such as pattern, texture, grain, which are essential for the production by spectral
Mustererkennung automatisch zu erfassen sind. DiePattern recognition are to be recorded automatically. The
Streukomponenten des Raumwinkelspektrums am Ausgang der einzelnen Elemente der Detektoranordnung werden auf bestimmte Merkmale durch Filterung und/oder Separierung überprüft oder mit vorhandenen, bekannten Mustern verglichen. Diese Mustererkennung erfolgt entweder optisch oder elektronisch. Bei einer optischen Lösung wäre die Detektoranordnung selbst durch entsprechende geometrische Anordnung ihrer einzelnen Elemente auszugestalten oder eine Maske vor der Detektoranordnung anzubringen, während bei einer elektronischen Lösung die RechnerSchaltung, die auch die Rücktransformation durchführt, entsprechende FilterSchaltungen aufnimmt.Scattering components of the solid angle spectrum at the output of the individual elements of the detector arrangement are checked for certain features by filtering and / or separation or compared with existing, known patterns. This pattern recognition takes place either optically or electronically. In the case of an optical solution, the detector arrangement itself would be by corresponding geometrical ones To design the arrangement of its individual elements or to attach a mask in front of the detector arrangement, while in the case of an electronic solution the computer circuit, which also carries out the reverse transformation, receives corresponding filter circuits.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Meßverfahrens wird in der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 3 angegeben. Die lichtelektrische Detektoranordnung besteht hier aus nur zwei Fotodioden, die symmetrisch zu derjenigen Streukomponente angeordnet sind, deren Frequenz gleich der Frequenz des Referenzstrahls ist, nämlich zur nullten Ordnung, wenn der Referenzstrahl aus dem direkt reflektierten Lichtstrahl oder dem beleuchtenden Licht abgeleitet wird. Um die einzelnen Streukomponenten des Raumwinkelspektrums zu erhalten, wird zwischen Oberfläche und beleuchtendem Strahl eine Relativbewegung erzeugt, entweder wird das Werkstück unter dem beleuchtenden Strahl weiterbewegt oder der beleuchtende Strahl über das Werkstück geschwenkt. Da vor der Detektoranordnung Referenzstrahl und rückgestreutes Licht überlagert werden, führt eine Geschwindigkeitskomponente in Meßrichtung des Oberflächenprofils zu unterschiedlichen FrequenzverSchiebungen in den Streukomponenten des Raumwinkelspektrums aufgrund des Dopplereffekts.A variant of the measuring method according to the invention is specified in the advantageous development according to claim 3. The photoelectric detector arrangement here consists of only two photodiodes, which are arranged symmetrically to that scattering component whose frequency is equal to the frequency of the reference beam, namely to the zero order, if the reference beam is derived from the directly reflected light beam or the illuminating light. In order to obtain the individual scattering components of the solid angle spectrum, a relative movement is generated between the surface and the illuminating beam, either the workpiece is moved further under the illuminating beam or the illuminating beam is pivoted over the workpiece. Since the reference beam and backscattered light are superimposed in front of the detector arrangement, a speed component in the measuring direction of the surface profile leads to different frequency shifts in the scattering components of the solid angle spectrum due to the Doppler effect.
Durch die quadratische Kennlinie der beiden Elemente der Detektoranordnung wird das empfangene Interferenzfeld quadriert, wobei jedes Element gleichzeitig als Tiefpaß wirkt. Die Ausgangsspannung des einen Elements weist nunThe received interference field is squared by the quadratic characteristic of the two elements of the detector arrangement, each element acting simultaneously as a low-pass filter. The output voltage of one element now shows
Frequenzkomponenten auf, deren Frequenzen positivenFrequency components whose frequencies are positive
Raumwinkeln zugeordnet sind. Die AusgangsSpannung des anderen Elements weist Frequenzkomponenten auf, die negativen Raumwinkeln zuzuordnen sind. DieSolid angles are assigned. The output voltage of the other element has frequency components that can be assigned to negative solid angles. The
AusgangsSpannungen werden einer Frequenzanalyse zugeführt, die beispielsweise durch eine Rechenstufe zum Bilden derOutput voltages are fed to a frequency analysis, which is carried out, for example, by a computing stage for forming the
Fourier-Transformation ausgeführt wird. Die Frequenzkomponenten der Ausgangsspannungen geben die Streukomponenten des komplexen Raumwinkelspektrums an und werden in einer nachgeordneten Rechnerschaltung in den Ortsbereich rücktransformiert. Außerdem wird der Phasenverlauf der Rücktransformierten bestimmt und unter Berücksichtigung des Proportionalitätsfaktors das Oberflächenprofil maßstabsgerecht angezeigt.Fourier transform is performed. The frequency components of the output voltages give the Scattering components of the complex solid angle spectrum and are transformed back into the local area in a downstream computer circuit. In addition, the phase profile of the back-transformed is determined and the surface profile is displayed to scale, taking into account the proportionality factor.
Ein Vorteil des Meßverfahrens nach Anspruch 3 besteht insbesondere darin, daß durch die Zweiteilung der Detektoranordnung ein robuster Aufbau möglich ist. Von besonderem Vorteil ist, daß die Auflösung des Oberflächenprofils allein durch Strahlbreite und Frequenzanalyse bestimmt wird und nicht von der Geometrie der Detektoranordnung abhängt.An advantage of the measuring method according to claim 3 is in particular that a robust construction is possible by dividing the detector arrangement in two. It is particularly advantageous that the resolution of the surface profile is determined solely by beam width and frequency analysis and does not depend on the geometry of the detector arrangement.
Bei der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens nach Anspruch 4 besteht die lichtelektrische Detektoranordnung aus einem Einzelelement mit quadratischer Kennlinie, beispielsweise einer Fotodiode. Der dem rückgestreuten Licht überlagerte Referenzstrahl weist hier eine Frequenz auf, die beispielsweise höher als die Frequenz des beleuchtenden Lichtstrahls gewählt ist.In the advantageous development of the measuring method according to the invention according to claim 4, the photoelectric detector arrangement consists of a single element with a square characteristic, for example a photodiode. The reference beam superimposed on the backscattered light here has a frequency that is selected, for example, higher than the frequency of the illuminating light beam.
Durch die quadrierenden Eigenschaften des Einzelelements und sein Tiefpaßverhalten weist das zeitabhängige Ausgangssignal des Einzelelements eine Mittenfrequenz oder Schwebungsfrequenz auf, die mit der Frequenz des Referenzstrahls und/oder der Relativgeschwindigkeit in Meßrichtung zwischen Werkstück und beleuchtenden Lichtstrahl einstellbar ist. Symmetrisch zu dieser Mitten¬ oder Schwebungsfrequenz erhält man Frequenzkomponenten, die positiven und negativen Raumwinkeln zuzuordnen sind. Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß durch die Wahl der Frequenz des Referenzstrahls - beispielsweise nach Modulation des gebeugten Lichtstrahls nullter Ordnung in einem akustooptischen oder elektrooptischen Modulator und/oder durch Relativgeschwindigkeit - das Ausgangssignal des Einzelelements in einen Frequenzbereich verschoben werden kann, der problemlos mit diskreten Bauelementen zu verarbeiten ist. Eine Synchronisation ,» zwischen Referenzstrahl und beleuchtendem Strahl ist gewährleistet. Die Frequenzanalyse des Ausgangssignals liefert Frequenzkomponenten, die unmittelbar die Streukomponenten des Raumwinkelspektrums angeben. Jeder Frequenz ist ein Raumwinkel oder eine Ortsfrequenz zugeordnet. Die Phase der Frequenzkomponenten beinhaltet die Phase der Streukomponenten, ihre Amplitude ist proportional zur Streuamplitude.Due to the squaring properties of the individual element and its low-pass behavior, the time-dependent output signal of the individual element has a center frequency or beat frequency which can be set with the frequency of the reference beam and / or the relative speed in the measuring direction between the workpiece and the illuminating light beam. Frequency components which can be assigned to positive and negative solid angles are obtained symmetrically to this center frequency or beat frequency. The advantage of this development is that the output signal of the individual element is shifted into a frequency range by the choice of the frequency of the reference beam - for example after modulation of the diffracted light beam of zero order in an acousto-optical or electro-optical modulator and / or by relative speed can be easily processed with discrete components. A synchronization »between the reference beam and the illuminating beam is guaranteed. The frequency analysis of the output signal provides frequency components that directly indicate the scattering components of the solid angle spectrum. A solid angle or a spatial frequency is assigned to each frequency. The phase of the frequency components contains the phase of the scattering components, their amplitude is proportional to the scattering amplitude.
Die Vorteile dieser sogenannten heterodynen Meßverfahren nach den Ansprüchen 3 und 4 bestehen insbesondere darin, daß eine Justage optischer Bauelemente und die Maßhaltigkeit ihres Aufbaus unkritisch ist, da die Detektoranordnung nur aus einem einzigen oder zwei Elementen besteht, daß die Raumwinkelauflδsung nicht vom mechanischen Aufbau der Detektoranordnung bestimmt wird, sondern allein durch die nachfolgende Frequenzanalyse seines AusgangsSignals. Beim heutigen Stand der Rechnertechnik ist diese Frequenzanalyse sicher, schnell und entsprechend der gewünschten Meßgenauigkeit auflösend durch eine Fourier-Transformation realisierbar. Hochfrequente Terme treten bei der Intensitätsbildung durch die Detektoranordnung aufgrund der quadratischen Kennlinie und der Tiefpaßeigenschaften nur als Gleichanteil auf, der als sogenannter Bias leicht kompensierbar ist, so daß Filterschaltungen zum Ausblenden unerwünschter Frequenzanteile nicht benötigt werden.The advantages of these so-called heterodyne measurement methods according to claims 3 and 4 are in particular that an adjustment of optical components and the dimensional accuracy of their structure is not critical, since the detector arrangement consists of only one or two elements, that the solid angle resolution does not depend on the mechanical structure of the detector arrangement is determined, but solely by the subsequent frequency analysis of its output signal. At the current state of computer technology, this frequency analysis can be carried out reliably, quickly and in a manner that resolves the desired measurement accuracy by means of a Fourier transformation. Due to the quadratic characteristic and the low-pass characteristics, high-frequency terms only occur in the intensity formation by the detector arrangement as a direct component, which can be easily compensated as a so-called bias, so that filter circuits for masking out undesired frequency components are not required.
Mit der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens nach Anspruch 5 wird in einfacher Weise aus den Streukomponenten des Raumwinkelspektrums ein ortsabhängiger Verlauf der Werkstoffbedingten Reflektivität des Oberflächenprofils ermittelt. Die Erfindung ist anhand von in. der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Meßverfahrens näher erläutert. Es zeigenWith the advantageous development of the measuring method according to the invention according to claim 5, a location-dependent profile of the material-related reflectivity of the surface profile is determined in a simple manner from the scattering components of the solid angle spectrum. The invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments of the measuring method shown in the drawing. Show it
Fig. 1 eine Skizze eines Meßaufbaus für ein homodynes Meßverfahren,1 is a sketch of a measurement setup for a homodyne measurement method,
Fig. 2 eine Skizze eines Meßaufbaus für ein heterodynes Meßverfahren undFig. 2 is a sketch of a measurement setup for a heterodyne measurement method and
Fig. 3 eine Skizze eines Meßaufbaus für ein alternatives heterodynes Meßverfahren.3 shows a sketch of a measurement setup for an alternative heterodyne measurement method.
Die Oberfläche eines Werkstüscks 10 wird gemäß Fig. 1 mit einer Laserquelle 11 im Bereich b mit monochromatischem Licht der Wellenlänge Α beleuchtet. In dem Strahlengang zwischen Laserquelle 11 und Werkstück 10 befindet sich ein halbdurchlässiger Spiegel 12, der von der Oberfläche rückgestreutes Licht auf eine im Fernfeld befindliche lichtelektrische Detektoranordnung 13 reflektiert. Ein von der Oberfläche direkt reflektierter Lichtstrahl 15, der auch als an der Oberfläche gebeugter Lichtstrahl nullter Ordnung bezeichnet wird, wird über eine Streulinse oder ein pin-hole 16 zum Referenzstrahl aufgeweitet, der sich dem rückgestreuten Licht im Bereich 17 überlagert. Die Detektoranordnung 13 besteht aus dicht benachbart auf einer Linie angeordneten einzelnen Elementen 130, 131, ... 13 n in Form von Fotodioden. Ihre AusgangsSpannungen bilden Streukomponenten eines komplexen Raumwinkelspektrums S(k ) des im Bereich 17 entstandenen Interferenzfeldes. In einer nachgeordneten Rechnerschaltung 20 wird die RücktransformierteThe surface of a workpiece 10 is illuminated according to FIG. 1 with a laser source 11 in the region b with monochromatic light of the wavelength Α. In the beam path between laser source 11 and workpiece 10 there is a semitransparent mirror 12, which reflects light scattered back from the surface onto a photoelectric detector arrangement 13 located in the far field. A light beam 15 reflected directly from the surface, which is also referred to as a zero-order light beam diffracted on the surface, is expanded via a scattering lens or a pinhole 16 to form the reference beam, which is superimposed on the backscattered light in region 17. The detector arrangement 13 consists of individual elements 130, 131,... 13 n arranged in close proximity on a line in the form of photodiodes. Their output voltages form stray components of a complex solid angle spectrum S (k) of the interference field created in area 17. The reverse transformation is carried out in a downstream computer circuit 20
AtxJ.e1"? (X) = FT_1 S(kx)AtxJ.e 1 "? (X) = FT _1 S (kx)
gebildet, wobei die Ortsfrequenz k X = s—γ . sin v?9 abhängig vom Raumwinkel sfr und der Wellenlänge /l. des beleuchtenden Lichts ist. Die Rücktransformierte hat eine ortsabhängige Amplitude A(x) und Phase ^(x)."" Der Phasenverlauf über dem Ort x ist proportional der örtlichen Tiefe der Oberfläche also dem Oberflächenprofil h(x) = p.^Cx). Der Proportionalitätsfaktor p ist abhängig von der Wellenlänge .formed, the spatial frequency k X = s— γ . sin v? 9 depending on the solid angle sfr and the wavelength / l. of illuminating light. The reverse transform has one location-dependent amplitude A (x) and phase ^ (x). "" The phase profile over location x is proportional to the local depth of the surface, ie the surface profile h (x) = p. ^ Cx). The proportionality factor p depends on the wavelength.
H p - &-H p - & -
In der Rechnerschaltung 20 werden Amplituden- und Phasenverlauf ermittelt. Der Rechnerschaltung 20 ist eine Anzeigeeinheit 21 für das Oberflächenprofil h(x) und eine Anzeigeeinheit 22 für den Amplitudenverlauf nachgeordnet, der werkstoffbedingte Reflektivität des Oberflächenprofils anzeigt.Amplitude and phase characteristics are determined in the computer circuit 20. The computer circuit 20 is followed by a display unit 21 for the surface profile h (x) and a display unit 22 for the amplitude profile, which displays material-related reflectivity of the surface profile.
Fig. 2 zeigt einen Meßaufbau für ein heterodynes Meßverfahren. Die Bausteine 11, 12, 16, 20, 21 und 22 sind bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden. Das Werkstück 10 weist hier eine Geschwindigkeitskomponente v in X-Richtung auf. Der Referenzstrahl und das von der Oberfläche rückgestreute Licht werden von einer lichtelektrischen Detektoranordnung 23 empfangen. Die Detektoranordnung 23 besteht aus zwei Fotodioden 24, 25, die symmetrisch zur nullten Ordnung 26 angeordnet sind. Ihre zeitabhängigen AusgangsSpannungen werden in einer Rechenstufe 30, die eine Fourier-Transformation durchführt, frequenzanalysiert. Die Frequenzkomponenten sind die Streukomponenten des Raumwinkelspektrums S(k ) , die in der Rechnerschaltung 20 ausgewertet werden. Die Frequenzkomponenten der Ausgangsspannungen der Fotodiode 24 geben Streukomponenten mit positiven Raumwinkeln / * an, die Frequenzkomponenten der Ausgangsspannung der Fotodiode 25 geben Streukomponenten mit negativen Raumwinkeln -J an.2 shows a measurement setup for a heterodyne measurement method. The blocks 11, 12, 16, 20, 21 and 22 have already been described in connection with FIG. 1. The workpiece 10 here has a speed component v in the X direction. The reference beam and the light backscattered from the surface are received by a photoelectric detector arrangement 23. The detector arrangement 23 consists of two photodiodes 24, 25, which are arranged symmetrically to the zero order 26. Their time-dependent output voltages are frequency-analyzed in a computing stage 30, which carries out a Fourier transformation. The frequency components are the scattering components of the solid angle spectrum S (k), which are evaluated in the computer circuit 20. The frequency components of the output voltages of the photodiode 24 indicate stray components with positive solid angles / *, the frequency components of the output voltage of the photodiode 25 indicate stray components with negative solid angles -J.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante eines Meßaufbaus für das heterodyne Meßverfahren. Die Detektσranordnung besteht hier aus einem Einzelelement 50 mit quadratischer Kennlinie. Zur Unterscheidung von Streukomponenten, deren Raumwinkel gleichen Betrag aber unterschiedliches Vorzeichen aufweisen, weist hier der mit der Optik 16 aufgeweitete Referenzstrahl eine andere Frequenz auf als das beleuchtende Licht. Der direkt reflektierte3 shows a further variant of a measurement setup for the heterodyne measurement method. The detector arrangement here consists of a single element 50 with a square one Curve. In order to distinguish between scatter components, the solid angles of which have the same magnitude but a different sign, the reference beam widened with the optics 16 has a different frequency than the illuminating light. The directly reflected
Lichtstrahl 15 wird dazu über den Spiegel 12 in einem akustooptischen Modulator 51 frequenzverschoben. DasFor this purpose, light beam 15 is frequency-shifted via mirror 12 in an acousto-optical modulator 51. The
Ausgangssignal des Einzelelements 50 wird in einerOutput signal of the single element 50 is in a
Rechenstufe 52 zum Bilden der Fourier-Transfor ation frequenzanalysiert. Frequenzkomponenten mit einer positiven Abweichung von einer durch die Lichtfrequenzen und die Geschwindigkeitskomponente v bestimmtenComputation stage 52 frequency-analyzed to form the Fourier transformation. Frequency components with a positive deviation from one determined by the light frequencies and the speed component v
Mittenfrequenz liefern Streukomponenten mit positivenCenter frequency provide scattering components with positive ones
Raumwinkeln, Frequenzkomponenten mit negativen Abweichungen von dieser Mittenfrequenz liefernSolid angles, frequency components with negative deviations from this center frequency
Streukomponenten mit negativen Raumwinkeln. DieScattering components with negative solid angles. The
Streukomponenten werden in der Rechnerschaltung 20 ausgewertet und das Oberflächenprofil auf derScatter components are evaluated in the computer circuit 20 and the surface profile on the
Anzeigeeinheit 21 und der Amplitudenverlauf auf der Anzeigeeinheit 22 angezeigt. Display unit 21 and the amplitude profile are displayed on the display unit 22.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Meßverfahren zum Bestimmen des Oberflächenprofils eines Werkstücks, bei dem die Oberfläche abschnittsweise beleuchtet wird, dem unter unterschiedlichen Raumwinkeln rückgestreuten Licht ein Referenzstrahl überlagert wird und das überlagerte Licht mit einer lichtelektrischen Detektoranordnung empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzstrahl das beleuchtende Licht oder der gebeugte Lichtstrahl nullter Ordnung symmetrisch zur optischen Achse aufgeweitet wird und dem vom beleuchteten Abschnitt rückgestreuten Licht überlagert wird, daß die .Detektoranordnung (13, 23, 50) aus in einer Reihe angeordneten Elementen (130, ..., 13n bzw. 24, 25 bzw. 50) gebildet wird und ihre AusgangsSpannungen die Streukomponenten eines komplexen Raumwinkelspektrums liefern, daß die Streukomponenten einer Rechnerschaltung (20) zur Rücktransformation des komplexen Raumwinkelspektrums in den Ortsbereich und zur Ermittlung der ortsabhängigen Phase der Rücktransformierten zugeführt werden und der Phasenverlauf über dem Ort auf einer anschließenden Anzeigeeinheit (21) als Oberflächenprofil des beleuchteten Abschnitts der Oberfläche angezeigt wird.1. Measuring method for determining the surface profile of a workpiece, in which the surface is illuminated in sections, the backscattered light at different solid angles is superimposed on a reference beam and the superimposed light is received with a photoelectric detector arrangement, characterized in that the illuminating light or the reference beam diffracted zero-order light beam is expanded symmetrically to the optical axis and the light backscattered from the illuminated section is superimposed on the detector arrangement (13, 23, 50) from elements (130, ..., 13n or 24, 25) arranged in a row or 50) is formed and their output voltages supply the stray components of a complex solid angle spectrum, so that the stray components are fed to a computer circuit (20) for transforming the complex solid angle spectrum back into the local area and for determining the location-dependent phase of the reverse transform rden and the phase curve over the location is displayed on a subsequent display unit (21) as a surface profile of the illuminated portion of the surface.
2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (13) eine Anzahl auf einer Linie angeordneter Elemente (130, ..., 13n) aufweist und jedem Element (130, ..., 13n) ein Raumwinkel zugeordnet ist. 2. Measuring method according to claim 1, characterized in that the detector arrangement (13) has a number of elements arranged on a line (130, ..., 13n) and each element (130, ..., 13n) is assigned a solid angle.
3. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Oberfläche und beleuchtender Strahl über dem Ort relativ zueinander in Meßrichtung des Oberflächenprofils bewegt werden, daß die Detektoranordnung (23) aus zwei nebeneinanderliegenden Elementen (24, 25) gebildet wird, die das jeweils unter positiven und negativen Raumwinkeln zur nullten Ordnung rückgestreute, mit dem Referenzstrahl überlagerte Licht empfangen und zwei zeitabhängige Ausgangsspannungen bilden, daß jede AusgangsSpannung in der Rechnerschaltung (20) einer Frequenzanalyse zum Bilden eines komplexen Frequenzspektrums unterworfen wird, daß die Frequenzen der Frequenzkomponenten der einen Ausgangsspannung positiven Raumwinkeln und die Frequenzen der anderen Ausgangsspannung negativen Raumwinkeln zugeordnet werden, daß sämtliche Frequenzkomponenten die Streukomponenten des komplexen Raumwinkelspektrums liefern.3. Measuring method according to claim 1, characterized in that the surface and illuminating beam are moved relative to one another in the measuring direction of the surface profile over the location, that the detector arrangement (23) is formed from two adjacent elements (24, 25), each of which under positive and negative solid angles backscattered to the zero order, received light superimposed on the reference beam and form two time-dependent output voltages, that each output voltage in the computer circuit (20) is subjected to a frequency analysis to form a complex frequency spectrum, that the frequencies of the frequency components of the one output voltage are positive solid angles and the frequencies of the other output voltage are assigned negative solid angles so that all frequency components supply the stray components of the complex solid angle spectrum.
4. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Oberfläche und beleuchtender Strahl über dem Ort relativ zueinander in Meßrichtung des Oberflächenprofils bewegt werden, daß ein aus dem beleuchtenden Licht abgeleiteter oder der gebeugte Lichtstrahl nullter Ordnung über einen Lichtmodulator frequenzverschoben, aufgeweitet und dem unter positiven und negativen Raumwinkeln zur nullten Ordnung rückgestreuten Licht überlagert wird, daß die Detektoranordnung aus einem Einzelelement (50) gebildet wird, daß das Ausgangssignal des Einzelelements (50) in der Rechnerschaltung (20) einer Frequenzanalyse zugeführt wird, daß die Frequenzen der Frequenzkomponenten des Ausgangssignals, die symmetrisch zu einer durch die Frequenz des Referenzstrahls und/oder die Relativgeschwindigkeit bestimmten Mittenfrequenz liegen, positiven und negativen Raumwinkeln zugeordnet werden und die Frequenzkomponenten des Ausgangssignalε die Streukomponenten des komplexen Raumwinkelspektrums liefern. -4. Measuring method according to claim 1, characterized in that the surface and illuminating beam are moved relative to one another in the measuring direction of the surface profile over the location, that a derived from the illuminating light or the diffracted zero-order light beam frequency-shifted via a light modulator, expanded and the positive and negative solid angles to the zero-order backscattered light is superimposed, that the detector arrangement is formed from a single element (50), that the output signal of the single element (50) is fed to a frequency analysis in the computer circuit (20), that the frequencies of the frequency components of the output signal, which are symmetrical to a center frequency determined by the frequency of the reference beam and / or the relative speed, are assigned positive and negative solid angles and the frequency components of the output signal are Deliver scattering components of the complex solid angle spectrum. -
5. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Amplitude der Rücktransformierten bestimmt wird und als werkstoffbedingte örtliche Reflektivität des Oberflächenprofils auf einer Anzeigeeinheit (22) angezeigt wird. 5. Measuring method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the course of the amplitude of the back-transformed is determined and is displayed as a material-related local reflectivity of the surface profile on a display unit (22).
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