WO1998048243A1 - Vorrichtung und verfahren zur überprüfung einer oberfläche eines gegenstands - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur überprüfung einer oberfläche eines gegenstands Download PDF

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WO1998048243A1
WO1998048243A1 PCT/EP1998/002195 EP9802195W WO9848243A1 WO 1998048243 A1 WO1998048243 A1 WO 1998048243A1 EP 9802195 W EP9802195 W EP 9802195W WO 9848243 A1 WO9848243 A1 WO 9848243A1
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light
light beam
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scattered
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PCT/EP1998/002195
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Ralf Grimme
Bernhard Klumpp
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination

Definitions

  • the invention relates to a device for checking a surface of an object with regard to elevations of the surface with a light source for generating a light beam assigned to the surface, and with a light sensor for detecting light scattered by an elevation of the surface.
  • the invention further relates to a method for checking a surface of an object with regard to elevations of the surface, in which a light beam assigned to the surface is generated and light scattered by an elevation of the surface is detected.
  • the elevations of the surface can generally be impurities that have settled on the surface or, in general, inhomogeneities that the surface itself has.
  • the test person can, for example, recognize contaminants on the order of a few micrometers. Obviously, this method is only of limited suitability for checking the object in a series production.
  • the surface of the object to be checked has bumps or if the surface is structured in any way
  • the light beam incident on the surface is reflected by these bumps.
  • the reflected light is then detected in the same way as the light scattered by contaminants.
  • the object of the invention is to provide a device and a method of the type mentioned at the outset, with which uneven or arbitrarily structured surfaces of an object can also be checked with regard to contamination.
  • This object is achieved in a device of the type mentioned by the invention in that the light beam generated by the light source is aligned as a grazing light with respect to the surface such that the elevation of the surface results in a scattering of the light beam, while the light beam is otherwise as possible undergoes no or only a slight change, and that the light sensor is arranged in such a way that at least part of the scattered light can be detected. Furthermore, this object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by the invention in that the light beam is aligned with respect to the surface as a grazing light in such a way that it is scattered by an elevation of the surface while it is otherwise not changed or only slightly changed , and that at least part of the scattered light is detected.
  • the light beam is thus directed as a grazing light onto the surface of the object. If there is contamination there, for example, the light beam is scattered and at least part of the scattered light is detected by the light sensor.
  • the scattered light can also have components that are produced by a subsequent reflection and / or refraction and / or diffraction. It can be concluded from the fact that the light sensor receives light that there is contamination on the surface. The same applies to several impurities. However, if there is no elevation on the surface, the light beam sweeps across the surface of the object without being particularly scattered or reflected or the like. As a result, no scattered light is detected by the light sensor. From the fact that the light sensor receives no light, it can therefore be concluded that there is no elevation and in particular no contamination on the surface.
  • the surface of the object it is not necessary for the surface of the object to be extremely smooth or even. Even if the surface has unevenness or any structure, this does not result in scattering or reflection or the like of the light beam. Instead, the light beam sweeps over these bumps or the structure without being particularly affected. Thus, even with uneven or structured surfaces, the use of a grazing light makes it possible to reliably detect elevations and, in particular, impurities on the surface of the object.
  • the grazing light is an easy-to-generate light beam that can also be used in series production of the object.
  • the light beam generated by the light source is oriented approximately parallel to the surface and / or the light beam generated by the light source is at an angle of approximately 0 degrees to approximately 10 degrees to the surface, in particular an angle of approximately 1 degree to about 7 degrees to the surface.
  • the light source generates a light beam with approximately parallel light and / or the light beam is slightly spread apart. These configurations produce a grazing light that over a longer length is suitable for not being subject to changes in the absence of impurities. Even with unevenness or structures in the surface, there is essentially no scattering or reflection of the light beam due to the parallel or only slightly spread light beam.
  • the light sensor is arranged in a plane running approximately perpendicular to the surface and approximately parallel to the light beam. It is particularly expedient if the light sensor is arranged approximately in the middle over an area covered by the light beam. In this way, the entire length over which the light sensor sweeps across the surface can be monitored with a single light sensor. In this development, a light sensor is therefore sufficient to check the surface of the object with regard to contamination.
  • two or more light sensors arranged three-dimensionally in the space around the surface are provided. It is particularly expedient if the light sensors are arranged on a cylinder jacket around the light beam. In this way it is possible to detect contaminations on the surface even better and more reliably. At the same time, this further training makes it possible to complete the entire process Speed up verification due to the majority of light sensors.
  • two or more light sources are provided. It is particularly expedient if the light beams of the light sources are aligned approximately parallel to one another and / or if the light beams of the light sources are directed opposite one another. In this way, the light beam can be enlarged in terms of its width with which it sweeps across the surface to be checked. At the same time, this represents an acceleration of the entire test method. Furthermore, the mutually opposing light sources ensure that contaminants on the surface are recognized even better and more reliably.
  • the device 1 shown in the figure has two light sources 2, 3 and a light sensor 4.
  • the light source 2 generates a light beam 5 and the light source 3 generates a light beam ⁇ .
  • the light beams 5, 6 consist of approximately parallel or only slightly spread light.
  • the light sources 2, 3 can be laser light sources, for example.
  • the light sensor 4 is suitable for detecting light. If light falls on the light sensor 4, the thereby changed intensity of the light detected by the light sensor 4 is recognized. It is irrelevant whether it is scattered light or reflected light or the like.
  • the light sensor 4 can be, for example, a camera with a photosensitive sensor surface.
  • the light sources 2, 3 and the light sensor 4 are coupled to a computing device (not shown) which switches the light sources 2, 3 on and off and processes the intensity of the light detected by the light sensor 4.
  • a computing device not shown
  • an object 7 is further shown, which has a surface 8.
  • the object 7 can be any technical object in particular, for example a machine, a single component of a machine, a tool for producing such a component or the like.
  • the surface 8 of the object 7 can be uneven or structured or otherwise not smooth.
  • the surface 8 forms a plane. However, it is also possible for the surface 8 to be bent in two or three dimensions. Furthermore, the surface 8 shown in the figure has a square shape. However, it is also possible for the surface 8 to have any shape.
  • the figure shows a coordinate system 9 which has an x-axis and a y-axis in the plane of the surface 8 and a z-axis perpendicular to it.
  • the two light sources 2, 3 are arranged opposite one another on both sides of the surface 8.
  • the two light sources 2, 3 are arranged somewhat above the plane of the surface 8.
  • the light rays 5, 6 of the light sources 2, 3 are directed towards the surface 8.
  • the light beams 5, 6 are directed in opposite directions to one another.
  • the two light beams 5, 6 each run approximately parallel to the xz plane and are thus arranged approximately parallel to each other.
  • the two light beams 5, 6 are at an angle to one another.
  • the two light beams 5, 6 In the xz plane, the two light beams 5, 6 have an angle 10, 11 to the plane of the surface 8.
  • the angle 10, 11 is between approximately 1 degree and approximately 7 degrees, in particular approximately 6 degrees.
  • the two light beams 5, 6 are arranged approximately parallel to the plane of the surface 8, that is to say that the two angles 10, 11 are approximately equal to 0 degrees. In this case it is possible that the two light beams 5, 6 run approximately coaxially.
  • the light beam 5 or 6 of which is arranged either approximately parallel or at an angle 10 or 11 of, for example, approximately 6 degrees to the surface 8.
  • the two light beams 5, 6 of the light sources 2, 3 represent a grazing light on the surface 8 of the object 7. This means that the two light beams 5, 6 sweep across the surface 8 without particularly touching the surface 8. In particular, the two light beams 5, 6 are essentially not scattered or reflected by the surface 8 or influenced or changed in any other way.
  • an area 12 is marked black on the surface 8, over which the two light beams 5, 6 pass.
  • the area 12 has a length in the x direction and a width in the y direction. Depending on the angle 10, 11 of the light beams 5, 6, the length can be approximately 50 mm, for example. Depending on the light sources 2, 3 used, the width can be, for example, approximately 3 mm.
  • the light sensor 4 is arranged in the z direction above the surface 8 of the object 7.
  • the light sensor 4 is arranged in the x-z plane in which the two light beams 5, 6 run. Furthermore, the light sensor 4 is arranged approximately in the middle above the area 12 formed by the two light beams 5, 6.
  • the light sensor 4 is aligned such that it can detect light from the direction of the surface 8.
  • the surface 8 of the object 7 can be examined with regard to elevations of the surface 8.
  • a survey of the surface 8 can very generally be impurities that have settled on the surface 8, for example particles, bacteria, drying residues or the like.
  • a survey of the surface 8 can generally be inhomogeneities that the surface 8 itself, for example around inclusions, scratches, bulges or the like.
  • the two light beams 5, 6 of the two light sources 2, 3 are directed onto the surface 8 in the manner described. Furthermore, the light sensor 4 is arranged above the surface 8 in the manner described.
  • the two light beams 5, 6 sweep over the surface 8 without any obstacles.
  • the two light beams 5, 6 are therefore subject to essentially no change in the region 12.
  • the light sensor 4 thus essentially detects no change in the detected light. From this it can be concluded by the computing device that there are no impurities within the area 12 on the surface 8 of the object 7.
  • the object 7 is displaced in the plane of the surface 8 by a distance in the y direction which corresponds approximately to the width of the area 12.
  • the two light beams 5, 6 thus graze over a new area which is adjacent to the previous area 12.
  • the test procedure described is then repeated for this new area. In this way, the entire surface 8 of the object 7 can then be checked for contaminants one after the other.
  • the surface 8 of the object 7 can be examined with regard to elevations of the surface 8.
  • This examination can be carried out as part of an examination of the quality, for example the processing quality of the Surface 8 take place, or as part of a test or analysis of the material properties of the object 7, or as part of a determination of the number or the size or the concentration of particles or the like on the surface 8.
  • the angle between the light beam 5 of the light source 2 and the light sensor 4 is identified by the reference number 13.
  • This angle 13 is 90 degrees minus the amount of the angle 10.
  • the light sensor 4 it is also possible for the light sensor 4 to be arranged at a different angle 13, that is to say not perpendicular to the plane of the surface 8.
  • the light sensor 4 can also be arranged at an angle be arranged to the xz-plane, thus also obliquely to the surface 8. It is only important that the light sensor 4 is arranged in such a way that it can see the area 12 covered by the two light beams 5, 6 and that it emanates from there Can capture light.
  • the light sensor 4 it is also possible that not only the light sensor 4, but that several light sensors are provided. These can be arranged three-dimensionally in the space above the surface 8. For example, several light sensors can be arranged on a cylinder jacket, the axis of which is formed by the two light beams 5, 6. In particular, material analyzes or the like can be carried out in this way.
  • Another possibility is that not only the two light sources 2, 3, but that several light sources are provided. These light sources can be arranged, for example, in two rows next to one another over the surface 8. In this way, it is possible to enlarge the area 12 by means of a corresponding number of light sources and a corresponding number of light sensors and thus possibly to check the entire surface 8 of the object 7 by means of a single inspection process.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) beschrieben, die zur Überprüfung einer Oberfläche (8) eines Gegenstands (7) im Hinblick auf Erhebungen der Oberfläche (8) geeignet ist. Die Vorrichtung (1) ist mit einer Lichtquelle (2, 3) zur Erzeugung eines der Oberfläche zugeordneten Lichtstrahls (5, 6) und mit einem Lichtsensor (4) zur Erfassung von durch eine Erhebung der Oberfläche (8) gestreutem Licht versehen. Der von der Lichtquelle (2, 3) erzeugte Lichtstrahl (5, 6) ist derart als Streiflicht hinsichtlich der Oberfläche (8) ausgerichtet, daß die Erhebung der Oberfläche eine Streuung des Lichtstrahls (5, 6) zur Folge hat. Ohne eine Erhebung unterliegt der Lichtstrahl (5, 6) ansonsten möglichst keiner oder nur einer geringfügigen Veränderung. Der Lichtsensor (4) ist derart angeordnet, daß zumindest ein Teil des gestreuten Lichts erfaßbar ist. Auf diese Weise können zum Beispiel Verunreinigungen auf unebenen oder strukturierten Oberflächen erkannt werden.

Description

Titel: Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung einer Oberfläche eines Gegenstands
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung einer Oberfläche eines Gegenstands im Hinblick auf Erhebungen der Oberfläche mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines der Oberfläche zugeordneten Lichtstrahls, und mit einem Lichtsensor zur Erfassung von durch eine Erhebung der Oberfläche gestreutem Licht. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung einer Oberfläche eines Gegenstands im Hinblick auf Erhebungen der Oberfläche, bei dem ein der Oberfläche zugeordneter Lichtstrahl erzeugt und durch eine Erhebung der Oberfläche gestreutes Licht erfaßt wird.
Es ist bekannt, eine Oberfläche eines Gegenstands dadurch im Hinblick auf Erhebungen der Oberfläche zu überprüfen, daß die Oberfläche von einer Lichtquelle schräg angestrahlt und von einer Prüfperson betrachtet wird. Bei den Erhebungen der Oberfläche kann es sich dabei ganz allgemein um Verunreinigungen handeln, die sich auf der Oberlfäche abgesetzt haben, oder ganz allgemein um Inhomogenitäten, die die Oberfläche selbst aufweist. Mit einer entsprechenden Erfahrung kann die Prüfperson beispielsweise Verunreinigungen in der Größenordnung von einigen Mikrometern erkennen. Ersichtlich ist dieses Verfahren aber nur bedingt für die Überprüfung des Gegenstands in einer Serienfertigung geeignet.
Aus der Halbleitertechnik ist es bekannt, einen von einer Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl steil auf die Oberfläche eines Silizium-Wafers zu richten. Ist dort zum Beispiel eine Verunreinigung vorhanden, so wird der Lichtstrahl gestreut. Aus dem detektierten Streulicht kann dann auf die Verunreinigung rückgeschlossen werden. Dieses Verfahren ist jedoch nur bei den extrem ebenen und glatten Oberflächen eines Silizium-Wafers verwendbar.
Weist die Oberfläche des zu überprüfenden Gegenstands hingegen Unebenheiten auf oder ist die Oberfläche gar beliebig strukturiert, so wird der auf die Oberfläche einfallende Lichtstrahl durch diese Unebenheiten reflektiert. Das reflektierte Licht wird dann in gleicher Weise wie das von Verunreinigungen gestreute Licht detektiert. Bei dem bekannten Verfahren kann jedoch nicht unterschieden werden, ob es sich um reflektiertes oder gestreutes Licht handelt. Es kann somit in diesem Fall auch nicht sicher aus dem detektierten Licht auf eine Verunreinigung rückgeschlossen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auch unebene oder beliebig strukturierte Oberflächen eines Gegenstands im Hinblick auf Verunreinigungen überprüft werden können .
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß der von der Lichtquelle erzeugte Lichtstrahl derart als Streiflicht hinsichtlich der Oberfläche ausgerichtet ist, daß die Erhebung der Oberfläche eine Streuung des Lichtstrahls zur Folge hat, während der Lichtstrahl ansonsten möglichst keiner oder nur einer geringfügigen Veränderung unterliegt, und daß der Lichtsensor derart angeordnet ist, daß zumindest ein Teil des gestreuten Lichts erfaßbar ist . Des weiteren wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß der Lichtstrahl derart als Streiflicht hinsichtlich der Oberfläche ausgerichtet wird, daß er durch eine Erhebung der Oberfläche gestreut wird, während er ansonsten möglichst nicht oder nur geringfügig verändert wird, und daß zumindest ein Teil des gestreuten Lichts erfaßt wird. Der Lichtstrahl wird also als Streiflicht auf die Oberfläche des Gegenstands gerichtet. Ist dort zum Beispiel eine Verunreinigung vorhanden, so wird der Lichtstrahl gestreut und zumindest ein Teil des gestreuten Lichts wird von dem Lichtsensor erfaßt. Das gestreute Licht kann dabei auch Anteile aufweisen, die durch eine gegebenenfalls nachfolgende Reflektion und/oder Brechung und/oder Beugung entstehen. Aus der Tatsache, daß der Lichtsensor Licht empfängt kann rückgeschlossen werden, daß eine Verunreinigung auf der Oberfläche vorhanden ist. Entsprechendes ist bei mehreren Verunreinigungen der Fall. Ist jedoch keine Erhebung auf der Oberfläche vorhanden, so streift der Lichtstrahl über die Oberfläche des Gegenstands hinweg, ohne daß er besonders gestreut oder reflektiert oder dergleichen wird. Dies hat zur Folge, daß von dem Lichtsensor auch kein gestreutes Licht erfaßt wird. Aus der Tatsache, daß der Lichtsensor kein Licht empfängt kann somit rückgeschlossen werden, daß keine Erhebung und insbesondere keine Verunreinigung auf der Oberfläche vorhanden ist.
Dabei ist es nicht erforderlich, daß die Oberfläche des Gegenstands extrem glatt oder eben ist. Selbst wenn die Oberfläche Unebenheiten oder eine beliebige Struktur aufweist, so führt dies nicht zu einer Streuung oder Reflektion oder dergleichen des Lichtstrahls. Statt dessen streift der Lichtstrahl über diese Unebenheiten oder die Struktur hinweg, ohne dadurch besonders beeinflußt zu werden. Somit ist es auch bei unebenen oder strukturierten Oberflächen durch die Verwendung eines Streiflichts möglich, Erhebungen und damit insbesondere Verunreinigungen auf der Oberfläche des Gegenstands sicher zu erkennen. Bei dem Streiflicht handelt es sich dabei um einen einfach zu erzeugenden Lichtstrahl, der ohne weiteres auch bei der Serienfertigung des Gegenstands eingesetzt werden kann.
Bei vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist der von der Lichtquelle erzeugte Lichtstrahl etwa parallel zu der Oberfläche ausgerichtet und/oder weist der von der Lichtquelle erzeugte Lichtstrahl einen Winkel von etwa 0 Grad bis etwa 10 Grad zu der Oberfläche auf, insbesondere einen Winkel von etwa 1 Grad bis etwa 7 Grad zu der Oberfläche. Durch diese Ausgestaltungen wird ein Streiflicht erzeugt, das besonders gut dazu geeignet ist, einerseits durch das Auftreffen auf eine Verunreinigung zu streuen und andererseits ansonsten im wesentlichen keinen Veränderungen zu unterliegen. Insbesondere Unebenheiten oder Strukturen in der zu überprüfenden Oberfläche haben bei derartigen Ausgestaltungen des Streiflichts keine besonderen Folgen im Hinblick auf eine unerwünschte Streuung oder Reflektion oder dergleichen.
Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung erzeugt die Lichtquelle einen Lichtstrahl mit etwa parallelem Licht und/oder ist der Lichtstrahl geringfügig aufgespreizt . Durch diese Ausgestaltungen wird ein Streiflicht erzeugt, das über eine größere Länge dazu geeignet ist, bei einem NichtVorhandensein von Verunreinigungen keinen Veränderungen zu unterliegen. Auch bei Unebenheiten oder Strukturen in der Oberfläche entsteht aufgrund des parallelen oder nur geringfügig gespreizten Lichtstrahls im wesentlichen keine Streuung oder Reflektion des Lichtstrahls.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Lichtsensor in einer etwa lotrecht zu der Oberfläche und etwa parallel zu dem Lichtstrahl verlaufenden Ebene angeordnet. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Lichtsensor etwa in der Mitte über einem von dem Lichtstrahl überstreiften Bereich angeordnet ist. Auf diese Weise kann mit einem einzigen Lichtsensor die gesamte Länge überwacht werden, über die der Lichtsensor über die Oberfläche hinwegstreift. Es ist also bei dieser Weiterbildung ein Lichtsensor ausreichend, um die Oberfläche des Gegenstands im Hinblick auf Verunreinigungen zu überprüfen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zwei oder mehrere dreidimensional im Raum um die Oberfläche angeordnete Lichtsensoren vorgesehen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Lichtsensoren auf einem Zylindermantel um den Lichtstrahl angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, Verunreinigungen auf der Oberfläche noch besser und sicherer zu erkennen. Gleichzeitig ist es durch diese Weiterbildung möglich, das gesamte Verfahren zur Überprüfung aufgrund der Mehrzahl von Lichtsensoren zu beschleunigen .
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zwei oder mehrere Lichtquellen vorgesehen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Lichtstrahlen der Lichtquellen etwa parallel zueinander ausgerichtet sind und/oder wenn die Lichtstrahlen der Lichtquellen einander entgegengerichtet sind. Auf diese Weise kann der Lichtstrahl hinsichtlich seiner Breite vergrößert werden, mit der er über die zu überprüfende Oberfläche hinwegstreift. Dies stellt gleichzeitig eine Beschleunigung des gesamten Prüfverfahrens dar. Des weiteren wird durch die einander engegengerichtet wirkenden Lichtquellen erreicht, daß Verunreinigungen auf der Oberfläche noch besser und sicherer erkannt werden.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überprüfung einer Oberfläche eines Gegenstands.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung 1 weist zwei Lichtquellen 2, 3 und einen Lichtsensor 4 auf.
Die Lichtquelle 2 erzeugt einen Lichtstrahl 5 und die Lichtquelle 3 erzeugt einen Lichtstrahl β. Die Lichtstrahlen 5, 6 bestehen aus etwa parallelem oder nur geringfügig aufgespreiztem Licht. Bei den Lichtquellen 2, 3 kann es sich beispielsweise um Laser-Lichtquellen handeln.
Der Lichtsensor 4 ist dazu geeignet, Licht zu erfassen. Fällt Licht auf den Lichtsensor 4, so wird die dadurch veränderte Intensität des von dem Lichtsensor 4 erfaßten Lichts erkannt. Dabei ist es unerheblich, ob es sich um gestreutes Licht oder reflektiertes Licht oder dergleichen handelt. Bei dem Lichtsensor 4 kann es sich beispielsweise um eine Kamera mit einer photoempfindlichen Sensorfläche handeln.
Die Lichtquellen 2, 3 und der Lichtsensor 4 sind mit einem nicht-dargestellten Rechengerät gekoppelt, das die Lichtquellen 2, 3 ein- und ausschaltet und die Intensität des von dem Lichtsensor 4 erfaßten Lichts verarbeitet. In der Figur ist des weiteren ein Gegenstand 7 dargestellt, der eine Oberfläche 8 besitzt. Bei dem Gegenstand 7 kann es sich um jeglichen insbesondere technischen Gegenstand handeln, beispielsweise um eine Maschine, ein einzelnes Bauteil einer Maschine, ein Werkzeug zur Herstellung eines derartigen Bauteils oder dergleichen. Die Oberfläche 8 des Gegenstands 7 kann uneben oder strukturiert oder auf sonstige Weise nicht glatt sein.
In der Figur bildet die Oberfläche 8 eine Ebene. Es ist aber auch möglich, daß die Oberfläche 8 zwei- oder dreidimensional gebogen ist. Des weiteren besitzt die in der Figur dargestellte Oberfläche 8 eine viereckige Gestalt. Es ist aber auch möglich, daß die Oberfläche 8 eine beliebig geformte Gestalt aufweist .
In der Figur ist ein Koordinatensystem 9 angegeben, das eine x-Achse und eine y-Achse in der Ebene der Oberfläche 8 aufweist sowie eine z-Achse lotrecht dazu.
Die beiden Lichtquellen 2, 3 sind einander gegenüberstehend auf beiden Seiten der Oberfläche 8 angeordnet . Die beiden Lichtquellen 2, 3 sind etwas oberhalb der Ebene der Oberfläche 8 angeordnet. Die Lichtstrahlen 5, 6 der Lichtquellen 2, 3 sind zu der Oberfläche 8 gerichtet. Die Lichtstrahlen 5, 6 sind zueinander entgegengerichtet. Die beiden Lichstrahlen 5, 6 verlaufen jeweils etwa parallel zu der x-z-Ebene und sind somit insoweit etwa parallel zueinander angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, daß die beiden Lichstrahlen 5, 6 insoweit einen Winkel zueinander aufweisen. In der x-z-Ebene weisen die beiden Lichtstrahlen 5, 6 einen Winkel 10, 11 zu der Ebene der Oberfläche 8 auf. Der Winkel 10, 11 beträgt zwischen etwa 1 Grad und etwa 7 Grad, insbesondere etwa 6 Grad.
Es ist ebenfalls möglich, daß die beiden Lichtstrahlen 5, 6 etwa parallel zu der Ebene der Oberfläche 8 angeordnet sind, daß also die beiden Winkel 10, 11 etwa gleich 0 Grad sind. In diesem Fall ist es möglich, daß die beiden Lichtstrahlen 5, 6 etwa koaxial verlaufen.
Ebenfalls ist es möglich, daß nur eine einzige der beiden Lichtquellen 2 oder 3 vorhanden ist, deren Lichtstrahl 5 oder 6 entweder etwa parallel oder unter dem Winkel 10 oder 11 von beispielsweise etwa 6 Grad zur Oberfläche 8 angeordnet ist.
Die beiden Lichtstrahlen 5, 6 der Lichtquellen 2, 3 stellen ein Streiflicht auf der Oberfläche 8 des Gegenstands 7 dar. Dies bedeutet, daß die beiden Lichtstrahlen 5, 6 über die Oberfläche 8 hinwegstreifen, ohne die Oberfläche 8 besonders zu berühren. Insbesondere werden die beiden Lichtstrahlen 5, 6 von der Oberfläche 8 im wesentlichen nicht gestreut oder reflektiert oder auf sonstige Weise beeinflußt oder verändert. In der Figur ist ein Bereich 12 auf der Oberfläche 8 schwarz gekennzeichnet, über den die beiden Lichtstrahlen 5, 6 hinwegstreifen. Der Bereich 12 besitzt eine Länge in x- Richtung und eine Breite in y-Richtung. Die Länge kann insbesondere in Abhängigkeit von dem Winkel 10, 11 der Lichtstrahlen 5, 6 beispielsweise etwa 50 mm betragen. Die Breite kann in Abhängigkeit von den verwendeten Lichtquellen 2, 3 beispielsweise etwa 3 mm betragen.
In z-Richtung oberhalb der Oberfläche 8 des Gegenstands 7 ist der Lichtsensor 4 angeordnet. Der Lichtsensor 4 ist in derjenigen x-z-Ebene angeordnet, in der die beiden Lichtstrahlen 5, 6 verlaufen. Des weiteren ist der Lichtsensor 4 etwa in der Mitte über dem von den beiden Lichtstrahlen 5, 6 gebildeten Bereich 12 angeordnet. Der Lichtsensor 4 ist derart ausgerichtet, daß er Licht aus der Richtung der Oberfläche 8 erfassen kann.
Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung 1 kann die Oberfläche 8 des Gegenstands 7 im Hinblick auf Erhebungen der Oberfläche 8 untersucht werden. Bei einer Erhebung der Oberfläche 8 kann es sich ganz allgemein um Verunreinigungen handeln, die sich auf der Oberfläche 8 abgesetzt haben, also beispielsweise um Partikel, Bakterien, Trocknungsrückstände oder dergleichen. Ebenfalls kann es sich bei einer Erhebung der Oberfläche 8 ganz allgemein um Inhomogenitäten handeln, die die Oberfläche 8 selbst aufweist, also beispielsweise um Einschlüsse, Kratzer, Aufwölbungen oder dergleichen.
Zur Überprüfung der Oberfläche 8 des Gegenstands 7 beispielsweise im Hinblick auf Verunreinigungen werden die beiden Lichtstrahlen 5, 6 der beiden Lichtquellen 2, 3 in der beschriebenen Weise auf die Oberfläche 8 gerichtet . Des weiteren wird der Lichtsensor 4 in der beschriebenen Weise über der Oberfläche 8 angeordnet .
Ist in dem Bereich 12 der Oberfläche 8 keine Verunreinigung vorhanden, so hat dies zur Folge, daß die beiden Lichtstrahlen 5, 6 ohne jegliche Hindernisse über die Oberfläche 8 hinwegstreifen. Die beiden Lichtstrahlen 5, 6 unterliegen also in dem Bereich 12 im wesentlichen keiner Veränderung. Es entsteht im wesentlichen keine Streuung oder Reflektion oder dergleichen der beiden Lichtstrahlen 5, 6. Von dem Lichtsensor 4 wird somit im wesentlichen keine Veränderung des erfaßten Lichts detektiert. Daraus kann durch das Rechengerät rückgeschlossen werden, daß innerhalb des Bereichs 12 auf der Oberfläche 8 des Gegenstands 7 keine Verunreinigungen vorhanden sind.
Ist hingegen in dem Bereich 12 der Oberfläche 8 eine Verunreinigung vorhanden, so hat dies zur Folge, daß zumindest einer der beiden Lichtstrahlen 5, 6 von der Verunreinigung gestreut wird. In der Figur sind derartige Verunreinigungen als weiße Punkte innerhalb des schwarzen Bereichs 12 dargestellt . Das auf diese Weise erzeugte gestreute Licht wird von der Verunreinigung nach allen Seiten abgelenkt. Das gestreute Licht kann dabei auch Anteile aufweisen, die durch eine Reflektion und/oder eine Brechung und/oder eine Beugung an der Verunreinigung und/oder danach an der Oberfläche 8 entstanden sind. Dies hat zur Folge, daß zumindest ein Teil des gestreuten Lichts von dem Lichtsensor 4 erfaßt wird. Die Intensität des von dem Lichtsensor 4 erfaßten Lichts verändert sich damit . Daraus kann durch das Rechengerät rückgeschlossen werden, daß innerhalb des Bereichs 12 auf der Oberfläche 8 eine Verunreinigung vorhanden ist .
Nunmehr wird beispielsweise der Gegenstand 7 in der Ebene der Oberfläche 8 um eine Strecke in y-Richtung verschoben, die etwa der Breite des Bereichs 12 entspricht. Damit streifen die beiden Lichtstrahlen 5, 6 über einen neuen Bereich, der zu dem bisherigen Bereich 12 benachbart ist . Der beschriebene PrüfVorgang wird dann für diesen neuen Bereich wiederholt. Auf diese Weise kann dann nacheinander die gesamte Oberfläche 8 des Gegenstands 7 im Hinblick auf Verunreinigungen überprüft werden .
Durch das beschriebene Verfahren kann die Oberfläche 8 des Gegenstands 7 hinsichtlich Erhebungen der Oberfläche 8 untersucht werden. Diese Untersuchung kann dabei im Rahmen einer Prüfung der Güte, zum Beispiel der Bearbeitungsgüte der Oberfläche 8 erfolgen, oder im Rahmen einer Prüfung oder Analyse der Materialbeschaffenheit des Gegenstands 7, oder im Rahmen einer Feststellung der Zahl oder der Größe oder der Konzentration von Partikeln oder dergleichen auf der Oberfläche 8.
In der Figur ist der Winkel zwischen dem Lichtstrahl 5 der Lichtquelle 2 und dem Lichtsensor 4 mit der Bezugsziffer 13 gekennzeichnet. Dieser Winkel 13 beträgt 90 Grad abzüglich dem Betrag des Winkels 10. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß der Lichtsensor 4 in einem anderen Winkel 13 angeordnet ist, also nicht lotrecht zur Ebene der Oberfläche 8. Des weiteren kann der Lichtsensor 4 auch in einem Winkel zu der x-z-Ebene angeordnet sein, also auch insoweit schräg zur Oberfläche 8. Wesentlich ist nur, daß der Lichtsensor 4 derart angeordnet ist, daß er den von den beiden Lichtstrahlen 5, 6 überstreiften Bereich 12 einsehen kann, und daß er von dort ausgehendes Licht erfassen kann.
Ebenfalls ist es möglich, daß nicht nur der Lichtsensor 4, sondern daß mehrere Lichtsensoren vorgesehen sind. Diese können dreidimensional in dem Raum über der Oberfläche 8 angeordnet sein. Beispielsweise können mehrere Lichtsensoren auf einem Zylindermantel angeordnet sein, dessen Achse von den beiden Lichtstrahlen 5, 6 gebildet wird. Damit lassen sich insbesondere Materialanalysen oder dergleichen durchführen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß nicht nur die beiden Lichtquellen 2, 3, sondern daß mehrere Lichtquellen vorgesehen sind. Diese Lichtquellen können beispielsweise in zwei Reihen nebeneinander über der Oberfläche 8 angeordnet sein. Auf diese Weise ist es mögich, durch eine entsprechende Anzahl von Lichtquellen und eine entsprechende Anzahl von Lichtsensoren den Bereich 12 zu vergrößern und damit gegebenenfalls die gesamte Oberfläche 8 des Gegenstands 7 mittels eines einzigen Prüfvorgangs zu überprüfen.
Ist die Oberfläche 8 des Gegenstands 7 gewölbt, so können immer bestimmte Teile der Oberfläche 8 herausgegriffen und überprüft werden, die für sich im wesentlichen eine Ebene bilden. Auf diese Weise kann somit auch eine gewölbte Oberfläche 8 nacheinander im Hinblick auf Verunreinigungen überprüft werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
L. Vorrichtung (1) zur Überprüfung einer Oberfläche (8) eines Gegenstands (7) im Hinblick auf Erhebungen der Oberfläche (8) mit einer Lichtquelle (2, 3) zur Erzeugung eines der Oberfläche (8) zugeordneten Lichtstrahls (5, 6), und mit einem Lichtsensor (4) zur Erfassung von durch eine Erhebung der Oberfläche (8) gestreutem Licht, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Lichtquelle (2, 3) erzeugte Lichtstrahl (5, 6) derart als Streiflicht hinsichtlich der Oberfläche (8) ausgerichtet ist, daß die Erhebung der Oberfläche (8) eine Streuung des Lichtstrahls (5, 6) zur Folge hat, während der Lichtstrahl (5, 6) ansonsten möglichst keiner oder nur einer geringfügigen Veränderung unterliegt, und daß der Lichtsensor (4) derart angeordnet ist, daß zumindest ein Teil des gestreuten Lichts erfaßbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet , daß der von der Lichtquelle (2, 3) erzeugte Lichtstrahl
(5, 6) etwa parallel zu der Oberfläche (8) ausgerichtet ist .
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß der von der Lichtquelle (2, 3) erzeugte Lichtstrahl (5, 6) einen Winkel von etwa 0 Grad bis etwa 10 Grad zu der Oberfläche (8) aufweist, insbesondere einen Winkel (10, 11) von etwa 1 Grad bis etwa 7 Grad zu der Oberfläche (8) .
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß die Lichtquelle (2, 3) einen Lichtstrahl (5, 6) mit etwa parallelem Licht erzeugt.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (5, 6) geringfügig aufgespreizt ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsensor (4) in einer etwa lotrecht zu der Oberfläche (8) und etwa parallel zu dem Lichtstrahl (5, 5) verlaufenden Ebene angeordnet ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsensor (4) etwa in der Mitte über einem von dem Lichtstrahl (5, 6) überstreiften Bereich (12) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere dreidimensional im Raum um die Oberfläche (8) angeordnete Lichtsensoren vorgesehen sind.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsensoren auf einem Zylindermantel oder dergleichen um den Lichtstrahl (5, 6) angeordnet sind.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Lichtquellen (2, 3) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen (5, 6) der Lichtquellen (2, 3) etwa parallel zueinander ausgerichtet sind.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen (5, 6) der Lichtquellen (2, 3) einander entgegengerichtet sind.
13. Verfahren zur Überprüfung einer Oberfläche (8) eines Gegenstands (7) im Hinblick auf Erhebungen der Oberfläche
(8) , bei dem ein der Oberfläche (8) zugeordneter Lichtstrahl (5, 6) erzeugt und durch eine Erhebung der Oberlfäche (8) gestreutes Licht erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (5, 6) derart als Streiflicht hinsichtlich der Oberfläche (8) ausgerichtet wird, daß er durch die Erhebung der Oberfläche (8) gestreut wird, während er ansonsten möglichst nicht oder nur geringfügig verändert wird, und daß zumindest ein Teil des gestreuten Lichts erfaßt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (5, 6) etwa parallel zu der Oberfläche
(8) und/oder unter einem Winkel von etwa 0 Grad bis etwa 10 Grad zu der Oberfläche, insbesondere unter einem Winkel (10, 11) von etwa 1 Grad bis etwa 7 Grad zu der Oberfläche (8), erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (5, 6) mit etwa parallelem Licht, insbesondere mit geringfügig aufgespreiztem Licht erzeugt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Erhebung der Oberfläche (8) geschlossen wird, wenn gestreutes Licht erfaßt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Nicht-Vorhandensein einer Erhebung geschlossen wird, wenn kein gestreutes Licht erfaßt wird.
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