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DE2101689A1 - Arrangement for carrying out a method for contactless optical testing and measuring of surfaces - Google Patents

Arrangement for carrying out a method for contactless optical testing and measuring of surfaces

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Publication number
DE2101689A1
DE2101689A1 DE19712101689 DE2101689A DE2101689A1 DE 2101689 A1 DE2101689 A1 DE 2101689A1 DE 19712101689 DE19712101689 DE 19712101689 DE 2101689 A DE2101689 A DE 2101689A DE 2101689 A1 DE2101689 A1 DE 2101689A1
Authority
DE
Germany
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point
line
plane
illuminated
light
Prior art date
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Pending
Application number
DE19712101689
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German (de)
Inventor
Albert 7030 Böblingen; Holzinger Gerhard Dr. 7031 Aidlingen Frosch
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IBM Deutschland GmbH
Original Assignee
IBM Deutschland GmbH
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Publication date
Application filed by IBM Deutschland GmbH filed Critical IBM Deutschland GmbH
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Priority to GB5770371A priority patent/GB1364269A/en
Priority to FR7147858A priority patent/FR2122142A6/fr
Publication of DE2101689A1 publication Critical patent/DE2101689A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/306Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH IBM Germany Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 8. Januar 1971 hz-rz- frBoeblingen, January 8, 1971 hz-rz- fr

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung (^s atz anm el dung zu Aktenzeichen der Anmelderin: Docket GE 970 032; GE 870 1OlOfficial file number: New registration (^ sentence registration to Applicant's file number: Docket GE 970 032; GE 870 1Ol

Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum berührungslosen optischen Prüfen Tind Messen von Oberflächen Arrangement for carrying out a method for contactless optical testing Tind measuring surfaces

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum berührungslosen optischen Prüfen und Messen von Oberflächen/ bei dem die zu prüfende Oberfläche mit einem dünnen ™ Parallel-Lichtbündel punkt- oder sektionsweise beleuchtet wird und zur Bestimmung der Steigung des beleuchteten Teils der Oberfläche die Information darüber aus der Frequenzebene durch optische Abtastung entnommen und mittels wenigstens eines Photoempfängers hinter der Bildebene aufgenommen wird, gemäß der Patentanmeldung P 20 32 314.2, Docket GE 869 145.The invention relates to an arrangement for carrying out the method for contactless optical testing and measurement of Surfaces / where the surface to be tested is covered with a thin ™ Parallel light bundle is illuminated point by point or in sections and to determine the slope of the illuminated part of the surface the information about it is taken from the frequency plane by optical scanning and by means of at least one photoreceiver is recorded behind the image plane, according to patent application P 20 32 314.2, Docket GE 869 145.

In dieser genannten Patentanmeldung wird ein Verfahren beschrieben, ' Oberflächen berührungslos auf ihre Rauhig- bzw. Welligkeit hin zu messen. Zu diesem Zweck wird die Fläche von einem parallelen Lichtbündel in der optischen Achse einer Linse beleuchtet. Wenn die Oberfläche eben ist und senkrecht zur optischen Achse | steht, wird der Lichtstrahl in sich selbst zurückgeworfen. Ist die zu untersuchende Fläche jedoch geneigt, so wird das Lichtbündel unter einem Winkel gegenüber der optischen Achse reflektiert. Die parallelen Lichtbündel werden durch die Linse in der Brennebene bzw. Frequenzebene fokussiert. Wie in der genannten Patentanmeldung grundlegend beschrieben ist, entspricht jedem Punkt der Frequenzebene eine bestimmte Steigung des beleuchteten bzw. abgetasteten Teils der zu untersuchenden Oberfläche.In this patent application, a method is described, '' Measure surfaces without contact for their roughness or waviness. For this purpose, the face is made by a parallel Light bundle illuminated in the optical axis of a lens. When the surface is flat and perpendicular to the optical axis | stands, the light beam is thrown back into itself. is however, if the surface to be examined is inclined, the light beam is reflected at an angle with respect to the optical axis. The parallel light bundles are focused by the lens in the focal plane or frequency plane. As in the patent application mentioned is basically described, each point of the frequency plane corresponds to a certain slope of the illuminated or scanned part of the surface to be examined.

Der grundlegende Gedanke, der Frequenzebene die Information überThe basic thought of the frequency level the information about

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die Steigung des beleuchteten Teils der Oberfläche zu entnehmen, wird gemäß einer Ausführungsform der Hauptanmeldung durch Intensitätsunterschiede realisiert, die durch die Verwendung von optischen Schwächungsmitteln in der Frequenzebene erreicht wird. Diese Umsetzung von Steigungswerten in Lichtintensitäten ist jedoch von der Änderung in der Ausleuchtung, der Lampenhelligkeit und auch vom Reflexionsvermögen der zu untersuchenden Oberfläche abhängig. Dadurch kann das Meßsignal verfälscht werden. Zum anderen ist der optische Aufbau bei dieser Anordnung recht umfangreich.According to one embodiment of the main application, the slope of the illuminated part of the surface can be seen by means of differences in intensity realized, which is achieved through the use of optical attenuation means in the frequency domain. However, this conversion of gradient values into light intensities is due to the change in the illumination, the lamp brightness and also depends on the reflectivity of the surface to be examined. This can falsify the measurement signal. On the other hand, the optical structure is quite extensive with this arrangement.

Aufgabe der vorliegenden Weitergestaltung ist es, im Sinne des Erfindungsgedankens diese Fehlerquellen zu vermeiden, indem die Information direkt auswertbar aus der Frequenzebene entnommen wird. Dabei sollen insbesondere der Aufbau der optischen Anordnung vereinfacht werden und die Beeinflussungen durch Lichtschwankungen, Ausleuchtung und Reflexionsvermögen der zu untersuchenden Oberfläche ausgeschlossen werden.The object of the present further development is to avoid these sources of error in the sense of the inventive concept by the Information that can be directly evaluated is taken from the frequency level. In particular, the structure of the optical arrangement should be can be simplified and the effects of light fluctuations, illumination and reflectivity of those to be examined Surface can be excluded.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung auf dreierlei Weise gelöst. Entweder ist in der Frequenzebene ein positionsempfindlicher Photodetektor angeordnet, der dem auftreffenden Lichtpunkt positionsanaloge Spannungen abgibt, oder es ist eine Detektormatrix hoher Auflösung, bei der jede einzelne Photozelle dieser Matrix einen bestimmten Steigungswert des beleuchteten Teils der Oberfläche direkt abgibt, in der Frequenzebene angeordnet. Die dritte Art besteht darin, daß aus der Fernsehtechnik bekannte Mittel zur zeilenweisen Abtastung der Frequenzebene vorgesehen sind. According to the present invention, this object is achieved in three ways. Either one is position-sensitive in the frequency domain Arranged photodetector, which emits position-analog voltages to the incident point of light, or it is a high-resolution detector matrix in which each individual photocell of this matrix has a certain slope value of the illuminated Part of the surface gives off directly, arranged in the frequency plane. The third type is that from television technology known means for line-by-line scanning of the frequency plane are provided.

Diese drei Arten der direkten Informationsentnahme aus der Frequenzebene haben die Vorteile, daß die Meßsignale völlig unabhängig von der Helligkeit des Lichtpunktes sind. Dadurch wird Unabhängigkeit von der Ausleuchtung, der Lampenhelligkeit und dem Reflexionsvermögen der zu untersuchenden Oberfläche erreicht. Weiterhin ist ein einfacher optischer Aufbau möglich, der im wesentlichen nur aus einer Lichtquelle, einer LinseThese three types of direct information extraction from the frequency level have the advantage that the measurement signals are completely are independent of the brightness of the light point. This makes it independent of the illumination and the lamp brightness and the reflectivity of the surface to be examined. Furthermore, a simple optical structure is possible, which essentially consists of only one light source, a lens

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und einen Detektor besteht. Die Ableitungen des untersuchten Teils der Oberfläche, d.h. die Steigung dieses Flächenstücks, ist in einem Koordinatensystem x, y, das senkrecht zur optischen Achse der Anordnung steht, gleichzeitig meßbar.and a detector. The derivatives of the examined part of the surface, i.e. the slope of this area, can be measured simultaneously in a coordinate system x, y which is perpendicular to the optical axis of the arrangement.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung, bei der fernsehtechnische Mittel zur zeilenweisen Abtastung der Frequenzebene verwendet werden, besteht darin, daß in Halbbildabtastung gleich viele positive und negative Steigungswerte für den beleuchteten Teil der Oberfläche vorhanden sind und bei der Auswertung die Zeile und der Ort innerhalb der Zeile für den dem beleuchteten Teil der Oberfläche entsprechenden Lichtpunkt festgestellt wird. g An advantageous embodiment of the arrangement, in which television technology means are used for line-by-line scanning of the frequency plane, is that in field scanning there are an equal number of positive and negative slope values for the illuminated part of the surface and the line and the location within the line for the evaluation is determined for the point of light corresponding to the illuminated part of the surface. G

Ein besonders einfacher Aufbau der genannten Anordnung wird nach einer zweckmäßigen Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Oberfläche über einen halbdurchlässigen Spiegel und eine Beleuchtungslinse mit einem parallelen Laserstrahllichtbündel punktweise beleuchtet wird.A particularly simple structure of the above-mentioned arrangement is shown in FIG an expedient embodiment achieved in that the Surface via a semi-transparent mirror and an illumination lens is illuminated point by point with a parallel laser beam light bundle.

Die mit parallelen Lichtstrahlen arbeitende Beleuchtungsweise, von der bisher ausgegangen wurden, ist für manche Anwendungen zu grob. Eine vorteilhafte und zweckmäßige Abwandlung der verwendeten Beleuchtungsart, die das Abtasten noch kleinerer Oberflächenteile gestattet, besteht darin, daß ein fokussiertes Lichtbündel zur Oberflächenbeleuchtung verwendet wird und die j| Entnahme der Information über die Steigung des beleuchteten Teils der Oberfläche in irgendeiner Ebene, die senkrecht zur optischen Achse steht, hinter der Hauptebene der Objektlinse erfolgt. The type of lighting that works with parallel light beams, which has been assumed so far, is suitable for some applications too coarse. An advantageous and expedient modification of the type of lighting used, which allows the scanning of even smaller surface parts, is that a focused Light beam is used for surface lighting and the j | Extraction of information on the slope of the illuminated part of the surface in any plane perpendicular to the optical Axis is behind the main plane of the object lens.

Eine weitere vorteilhafte und zweckmäßige Vereinfachung der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich dadurch, daß der optische Aufbau, der aus Lichtquelle, Spiegel und Objektlinse sowie dem Detektor besteht, feststehend angeordnet ist und die Oberfläche in einem zur optischen Achse senkrecht stehenden, vorzugsweise rechtwinkligen, Koordiantensystem verfahrbar ist.A further advantageous and expedient simplification of the arrangement according to the invention results from the fact that the optical Structure, which consists of light source, mirror and object lens as well as the detector, is fixedly arranged and the surface can be moved in a coordinate system that is perpendicular to the optical axis, preferably at right angles.

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Anhand der Figuren wird im folgenden der Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen: Based on the figures, the structure of the inventive Arrangement explained in more detail. The figures show in detail:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung bei Beleuchtung mit Parallellicht undFig. 1 shows the basic structure of the arrangement according to the invention when illuminated with parallel light and

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung bei Beleuchtung mit einem fokussierten Lichtbündel .2 shows the basic structure of the arrangement according to the invention when illuminated with a focused light beam .

Die in den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung verwendeten Bezugszeichen stimmen mit denen der Hauptanmeldung P 20 32 314.2 soweit überein, wie sie dort schon vorkommen.The reference symbols used in the figures and the following description agree with those of the main application P 20 32 314.2 to the extent that they already appear there.

Die zu untersuchende Oberfläche 1, deren Rauhig- bzw. Welligkeit zu messen ist, wird mit einem dünnen parallelen Lichtbündel, das in der Figur 1 mit den nach links weisenden Pfeilen gekennzeichnet ist, beleuchtet. Zur Beleuchtung der zu untersuchenden Oberfläche 1 wird aus einem parallelen Lichtbündel 23, beispielsweise einem Laserstrahl, mittels einer Blende 24, einer Fokussierungslinse und einer weiteren Blende 26 ein kleiner Lichtstrahl auf einen halbdurchlässigen Spiegel 2 geworfen. Dieser Spiegel ist um 45 gegen die optische Achse 8 des Meßsystems geneigt und reflektiert das gesamte einfallende Licht. Dieser reflektierte Strahl wird nun von der Objektlinse 4 als dünnes Parallellichtbündel parallel zur optischen Achse 8 auf die Oberfläche 1, bzw. den zu untersuchenden Teil der Oberfläche 1 gebracht. Entsprechend der Neigung dieses beleuchteten Oberflächenteils wird der einfallende dünne Parallellichtstrahl unter einem entsprechenden Winkel reflektiert. Von der Objektlinse 4 wird dieser von der Oberfläche 1 reflektierte Strahl in der Frequenzebene 6 fokussiert. Der Abstand der Orte, an denen das Licht bestimmter Flächenelemente der Oberfläche 1 in der Frequenzebene fokussiert wird, von der optischen Achse 8, ist ein Maß für die Steigung dieser Flächenelemente. Die Richtung, in der diese Punkte von der optischenThe surface 1 to be examined, the roughness or waviness of which is to be measured, is illuminated with a thin, parallel light beam that is marked in Figure 1 with the arrows pointing to the left, illuminated. For illuminating the surface to be examined 1 becomes a focusing lens from a parallel light bundle 23, for example a laser beam, by means of a diaphragm 24 and a further diaphragm 26, a small beam of light is thrown onto a semitransparent mirror 2. This mirror is at 45 inclined relative to the optical axis 8 of the measuring system and reflects all of the incident light. This reflected ray will now from the object lens 4 as a thin parallel light bundle parallel to the optical axis 8 onto the surface 1 or the surface to be examined Part of the surface 1 brought. According to the inclination of this illuminated part of the surface, the incident one becomes thin parallel light beam reflected at a corresponding angle. Of the object lens 4, this is from the surface 1 reflected beam in the frequency plane 6 focused. The distance between the places where the light of certain surface elements the surface 1 is focused in the frequency plane, from the optical axis 8, is a measure of the slope of these surface elements. The direction in which these points are from the optical

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Achse 8 liegen, entspricht der Richtung der Steigung dieser Flächenelemente.Axis 8, corresponds to the direction of the slope of these surface elements.

Wird in den Schnittpunkt der Frequenzebene 6 mit der optischen Achse 8 ein rechtwinkliges x, y-Koordinatensystem gelegt, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist, so entspricht der x- bzw. der y-Koordinate eines Punktes die Ableitung des untersuchten Flächenelementes nach χ bzw. y.If a right-angled x, y coordinate system is placed at the intersection of the frequency plane 6 with the optical axis 8, as This is shown in FIG. 1, the x or y coordinate of a point corresponds to the derivative of the investigated point Surface element according to χ or y.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können für die Feststellung dieser Koordinaten drei verschiedene Methoden angewandt werden. Bei der ersten ist in der Frequenzebene 6 ein positionsempfind- { licher Photodetektor angeordnet, der in der Figur nicht dargestellt ist. Beleuchtet man diesen Photodetektor mit einem Lichtpunkt, dem von dem beleuchteten Oberflächenteil reflektierten Lichtstrahl, so werden zwei elektrische Spannungen abgegeben, die den Koordinaten des Lichtpunktes auf dem Detektor proportional sind. Jeder Lichtpunkt in der Frequenzebene 6 ergibt somit zwei elektrische Signale, die ein Maß für die Lage dieses Lichtpunktes bzw. für die Steigung des beleuchteten Teils der Oberfläche 1, darstellen. Die weitere Auswertung dieser positionsempfindlichen Spannungen kann sowohl analog als auch, mittels eines Diskriminators, digital erfolgen.In accordance with the present invention, three different methods can be used to determine these coordinates. In the first, a position-sensitive photodetector, which is not shown in the figure, is arranged in the frequency plane 6 is. If this photodetector is illuminated with a point of light that is reflected from the illuminated part of the surface Light beam, two electrical voltages are emitted, which are proportional to the coordinates of the light point on the detector are. Each point of light in the frequency plane 6 thus results in two electrical signals that are a measure of the position of this Light point or for the slope of the illuminated part of the surface 1 represent. The further evaluation of this position-sensitive Voltages can take place in both analog and digital form using a discriminator.

Nach der zweiten erfindungsgemäßen Art ist in der Frequenzebene ™ 6 eine Detektormatrix hoher Auflösung vorgesehen, die ebenfalls in den Figuren nicht dargestellt ist. Diese Detektormatrix besteht aus einer großen Anzahl einzelner Photozellen und jeder einzelnen Photozelle ist ein bestimmter Steigungswert des untersuchten Flächenstückes d.h. des beleuchteten Teils der Oberfläche 1 zugeordnet. Fällt also ein von der Oberfläche 1 reflektierter Lichtstrahl auf eines dieser Photozellen innerhalb der Matrix, so ist damit sofort und direkt der Steigungswert des untersuchten Flächenstückes bestimmt. Die weitere Auswertung erfolgt auf digitale Weise.According to the second type according to the invention is in the frequency level ™ 6, a high-resolution detector matrix is provided, which is likewise not shown in the figures. This detector matrix exists from a large number of individual photocells and each individual photocell there is a certain slope value of the examined Area piece that is assigned to the illuminated part of the surface 1. So if a reflected from the surface 1 falls If the light beam hits one of these photocells within the matrix, the slope value of the examined one is immediately and directly Area determined. Further evaluation is carried out digitally.

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Gemäß der dritten vorgeschlagenen Art kann die Frequenzebene 6 mit aus der Fernsehtechnik bekannten Mitteln zeilenweise abgetastet werden. In vorteilhafter Weise kann die Halbbildabtastung beispielsweise mit einem System von 625 Zeilen erfolgen. Dabei ergeben sich 312 positive und ebensoviele negative Steigungswerte. Bei der Auswertung wird festgestellt, in welcher Zeile sich der Lichtpunkt befindet, wodurch die eine Koordinate des Punktes bestimmt ist. Zur Bestimmung der anderen Koordinaten dieses einzelnen Lichtpunktes wird der Ort innerhalb einer Zeile bestimmt. Die Auswertung der so gewonnenen Koordinatenpunkte erfolgt wiederum auf digitale Weise.According to the third proposed type, the frequency plane 6 can be scanned line by line using means known from television technology will. The field scanning can advantageously take place, for example, with a system of 625 lines. This results in 312 positive and just as many negative slope values. The evaluation determines in which line the point of light is located, whereby the one coordinate of the point is determined. To determine the other coordinates the location of this single point of light is determined within a line. The evaluation of the coordinate points obtained in this way is again done digitally.

Die Ausmessung der gesamten Oberfläche 1 erfolgt zweckmäßigerweise folgendermaßen. Die zu untersuchende Oberfläche 1 wird beispielsweise in x-Richtung verfahren und dabei mit einem dünnen parallelen Lichtbündel, das feststehend ist, abgetastet. In der Frequenzebene 6 wird dann eine Reihe von Punkten erhalten, deren Lage die Steigung des jeweils abgetasteten Flächenelementes angibt. Die dabei von den Abtastvorrichtungen in der Frequenzebene 6, d.h. des positionsempfindlichen Photodetektors, der Detektormatrix oder des fernsehtechnischen Abtastmittels, erhaltenen elektrischen Signale werden nach χ aufintegriert. Gleichzeitig können die Ableitungen nach y während eines Durchlaufes in x-Richtung gespeichert werden, so daß sie nach mehreren Durchläufen in x-Richtung auch nach y aufintegriert werden. Auf diese Weise erhält man ein Bild der abgetasteten Flächenelemente in der x-Richtung und in der y-Richtung.The entire surface 1 is expediently measured as follows. The surface 1 to be examined is moved in the x direction, for example, with a thin parallel one Light beam, which is fixed, scanned. In the frequency plane 6 a number of points is then obtained, the position of which the Specifies the slope of the respectively scanned surface element. The data from the scanning devices in the frequency plane 6, i. the position sensitive photodetector, the detector matrix or of the television scanning means, the electrical signals obtained are integrated according to χ. At the same time, the derivatives after y during one pass in the x-direction, so that after several passes in the x-direction can also be integrated after y. In this way one obtains an image of the scanned surface elements in the x-direction and in the y direction.

Für die Messung von Oberflächen auf ihre Rauhigkeit hin kann das bisher verwendete Parallellichtbündel für manche Fälle zu grob sein. Eine vorteilhafte Abwandlung der Beleuchtungsart ist in Fig. 2 dargestellt. Das Parallellichtbündel 23 wird direkt auf den halbdurchlässigen Spiegel 2 gelenkt und dort parallel zur optischen Achse 8 reflektiert und von der Objektlinse 4 zu einem sehr kleinen Punkt auf der zu untersuchenden Oberfläche 1 fokussiert. Der von der Oberfläche 1 reflektierte Lichtstrahl, der in der Fig. 2 durch die nach rechts weisenden Pfeile gekennzeich-For the measurement of surfaces for their roughness, the previously used parallel light bundle can be too coarse in some cases be. An advantageous modification of the type of lighting is shown in FIG. The parallel light beam 23 is directly on steered the semitransparent mirror 2 and reflected there parallel to the optical axis 8 and from the object lens 4 to one very small point focused on the surface 1 to be examined. The light beam reflected from the surface 1, the marked in Fig. 2 by the arrows pointing to the right

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net ist, wird von der Objektlinse 4 zu parallelen Strahlen fokussiert. Die Frequenzebene dieser Anordnung liegt im Unendlichen. Von den achsenparallelen Lichtbündeln wird jede zwischen der hinteren Hauptebene der Objektlinse 4 und der im Unendlichen liegenden Frequenzebene senkrecht zur optischen Achse 8 stehende Ebene in gleicher Weise geschnitten wie die Frequenzebene selbst und kann deshalb zur Auswertung der Information in der Frequenzebene herangezogen werden. Eine solche Ebene ist in der Fig. 2 mit 61 bezeichnet. Die Lage dieser zur optischen Achse parallelen Lichtbündel, die nicht sehr groß sind, können prinzipiell mit den erfindungsgemäßen Mitteln in jeder Ebene 61 festgestellt werden. Vorteilhaft ist hierbei auch, daß die Lage der Detektormatrix oder des positionsempfindlichen Photodetektors oder auch der fernseh- ^j technischen Zeilenabtastmittel willkürlich gewählt werden kann.net is focused by the object lens 4 into parallel beams. The frequency level of this arrangement is infinite. From the axially parallel light bundles, each plane between the rear main plane of the object lens 4 and the infinite frequency plane perpendicular to the optical axis 8 is cut in the same way as the frequency plane itself and can therefore be used to evaluate the information in the frequency plane. Such a plane is denoted by 6 1 in FIG. 2. The position of these light bundles, which are parallel to the optical axis and which are not very large, can in principle be determined with the means according to the invention in each plane 6 1. It is also advantageous here that the position of the detector matrix or of the position-sensitive photodetector or also of the television-technical line scanning means can be chosen arbitrarily.

Wie sich aus dem vorstehend Beschriebenen ergibt, ist der optische Aufbau bei der direkten Auswertung der Informationen in der Frequenzebene sehr einfach und besteht im wesentlichen nur aus einer Lichtquelle für das Parallellichtbündei 23, einem halbdurchlässigen Spiegel 2 und einer Objektlinse 4. Durch diese direkte Auswertung der Information aus der Frequenzebene ist das erhaltene Meßergebnis von unterschiedlichen Lichtstärken, Ausleuchtungsverhältnissen und Reflexionsvermögen der zu untersuchenden Oberfläche unabhängig. Es sei noch bemerkt, daß die Beleuchtungsart mit dem dünnen Parallellichtbündei und die in der Fig. 2 dargestellte abgewandelte Beleuchtungart mit dem auf der Ober- ™ fläche 1 fokussierten Lichtbündel in gewisser Weise Grenzfälle darstellen. Für spezielle Aufgaben können auch Zwischenstufen dieser Beleuchtungsarten verwendet werden. Durch die feststehende Anordnung des optischen Aufbaus und die verfahrbare Aufnahme für die zu untersuchende Oberfläche 1, ist das geschilderte Verfahren und die darauf basierenden Anordnungen auch für die Untersuchung und Ausmessung der Rauhig- bzw. Welligkeiten von größeren Oberflächen geeignet.As can be seen from the above, the optical Structure for the direct evaluation of the information in the frequency level is very simple and essentially only consists of a light source for the parallel light bundle 23, a semitransparent mirror 2 and an object lens 4. Through this direct evaluation of the information from the frequency level is the obtained measurement result of different light intensities and lighting conditions and reflectivity of the surface to be examined independently. It should also be noted that the type of lighting with the thin parallel light bundle and the modified type of lighting shown in FIG. 2 with the one on the upper ™ area 1 focused light beam in a certain way represent borderline cases. Intermediate levels can also be used for special tasks these types of lighting can be used. Due to the fixed arrangement of the optical structure and the movable mount for the surface 1 to be examined is the method described and the arrangements based on it also for the examination and measurement of the roughness or undulations of larger surfaces suitable.

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Claims (5)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum berührungslosen optischen Prüfen und Messen von Oberflächen, bei dem die zu prüfende Oberfläche mit einem dünnen Parallel-Lichtbündel punkt- oder sektionsweise beleuchtet wird und zur Bestimmung der Steigung des beleuchteten Teils der Oberfläche die Information darüber aus der Freguenzebene durch optische Abtastung entnommen und mittels wenigstens eines Photoempfängers hinter der Bildebene aufgenommen wird, gemäß Patentanmeldung P 20 32 314.2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Freguenzebene (6) entweder ein positionsempfindlicher Photodetektor, der positionsanaloge Spannungen, die dem auftreffenden Lichtpunkt entsprechen, abgibt, oder eine Detektormatrix hoher Auflösung, bei der jede einzelne Photozelle dieser Matrix einen bestimmten Steigungswert des beleuchteten Teils der Oberfläche (1) direkt angibt, angeordnet ist, oder daß aus der Fernsehtechnik bekannte Mittel zur zeilenweisen Abtastung der Frequenzebene (6) vorgesehen sind.Arrangement for carrying out the method for non-contact optical testing and measuring of surfaces, in which the surface to be tested with a thin parallel light beam is illuminated point-wise or in sections and to determine the slope of the illuminated part of the surface the information about it is taken from the frequency plane by optical scanning and by means of at least one photoreceiver is recorded behind the image plane, according to patent application P 20 32 314.2, characterized in that in the frequency plane (6) either a position-sensitive photodetector, the position-analogue voltages, which the impinging Corresponding to a point of light, emits, or a detector matrix of high resolution, in which each individual photocell this matrix directly indicates a certain slope value of the illuminated part of the surface (1), is arranged, or that means known from television technology are provided for line-by-line scanning of the frequency plane (6). 2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der fernsehtechnische Mittel zur zeilenweisen Abtastung der Frequenzebene vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Halbbildabtastung gleichviel positive und negative Steigungswerte für den beleuchteten Teil der Oberfläche (1) vorhanden sind und bei der Auswertung die Zeile und der Ort innerhalb der Zeile für den dem beleuchteten Teil der Oberfläche (1) entsprechenden Lichtpunkt festgestellt wird.2. Arrangement according to claim 1, in which television technology means are provided for line-by-line scanning of the frequency plane, characterized in that in field scanning the same number of positive and negative slope values for the illuminated Part of the surface (1) are present and when evaluating the line and the location within the line for the dem illuminated part of the surface (1) corresponding point of light is determined. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (1) über einen halbdurchlässigen Spiegel (2) und eine Objektlinse (4) mit einem parallelen Laserstrahl-Lichtbündel (23) punktweise beleuchtet wird.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the surface (1) via a semi-transparent mirror (2) and an object lens (4) is illuminated point by point with a parallel laser beam light bundle (23). 4. Abwandlung der Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein fokussiertes Lichtbündel zur4. Modification of the arrangements according to one of claims 1 to 3, characterized in that a focused light beam for Docket GE 970 032; GE 870 101Docket GE 970 032; GE 870 101 209830/0387209830/0387 Oberflachenbeleuchtung verwendet wird und die Entnahme der Information über die Steigung des beleuchteten Teils der
Oberfläche (1) in irgendeiner Ebene (6')f die senkrecht
zur optischen Achse (8) ist, .hinter der Hauptebene der
Objektlinse (4) erfolgt.
Surface lighting is used and the extraction of information about the slope of the illuminated part of the
Surface (1) in any plane (6 ') f the perpendicular
to the optical axis (8). Behind the main plane of the
Object lens (4) takes place.
5. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Aufbau (2, 4) feststehend angeordnet ist und die zu messende Oberfläche (1) in einem zur optischen Achse (8) senkrecht stehenden Koordinatensystem
(x, y) verfahrbar ist.
5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical structure (2, 4) is arranged stationary and the surface to be measured (1) in a coordinate system perpendicular to the optical axis (8)
(x, y) is movable.
Docket GE 970 032; GE 870 101Docket GE 970 032; GE 870 101 209830/0387209830/0387 LeerseiteBlank page
DE19712101689 1971-01-15 1971-01-15 Arrangement for carrying out a method for contactless optical testing and measuring of surfaces Pending DE2101689A1 (en)

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