DE19510535A1 - Verfahren und Einrichtung zum Erkennen eines Defekts an einem Körper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines De­ fekts an einem Körper. Die Erfindung betrifft auch eine Ein­ richtung zum Erkennen eines Defekts an einem Körper.

Bisher war es üblich relativ kleine Defektstellen an einem relativ großen Körper mit Hilfe eines optischen Gerätes zu suchen, das jeweils nur einen sehr kleinen Teil des Körpers abbilden konnte. Das war notwendig, da das Auflösungsvermögen bekannter optischer Geräte nicht ausreichte, um bei einer Ab­ bildung des gesamten Körpers einen kleinen Defekt erkennen zu können. Beim Einsatz bekannter Geräte konnte folglich der zu untersuchende Körper niemals mit nur einem Vorgang in seiner Gesamtheit erfaßt werden.

Um mit einem bekannten Verfahren zuverlässig feststellen zu können, ob ein Körper Defekte aufweist, waren stets sehr viele Untersuchungen von jeweils sehr kleinen Teilen des Kör­ pers erforderlich. Üblicherweise wurde als optisches Gerät ein Mikroskop eingesetzt, das einerseits einen sehr kleinen Defekt gut erkennen läßt, andererseits aber nur ein sehr kleines Gesichtsfeld hat. Zur Untersuchung der gesamten Ober­ fläche eines Körpers war deshalb sehr viel Zeit erforderlich.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ei­ ne Einrichtung zum Erkennen eines Defekts an einem Körper an­ zugeben, die bei guter Genauigkeit einen Körper, der relativ groß sein kann, mit nur einer Durchführung des Verfahrens zu untersuchen gestatten.

Die als erste genannte Aufgabe, ein geeignetes Verfahren an­ zugeben, wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kör­ per mit parallelem Licht bestrahlt wird, daß dadurch vom Kör­ per wieder ausgehendes paralleles Licht fokussiert und dann ausgeblendet wird und daß an einem Defekt am Körper gestreu­ tes oder reflektiertes vom Körper wieder ausgehendes Licht mit einer Bildebene aufgefangen wird.

Statt sichtbarem Licht kann auch eine andere elektromagneti­ sche Strahlung eingesetzt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß dann, wenn kein Defekt am Körper vorhanden ist, kein Licht auf die Bildebene gelangt. Ein Körper, der keinen De­ fekt aufweist, streut nämlich das auftreffende parallele Licht nicht. Vom Körper geht, wenn er keinen Defekt aufweist, wieder nur paralleles Licht aus. Dieses wird auf einen Punkt fokussiert und dort ausgeblendet. Aufgrund der Fokussierung benötigt man vorteilhafterweise nur eine sehr kleine Blende, die im Fokus angeordnet ist, um das gesamte parallele Licht, das vom Körper ausgeht, auszublenden. Da die Bildebene in Strahlungsrichtung weiter als der Fokus vom Körper entfernt ist, gelangen keine Anteile des parallelen Lichtes auf die Bildebene.

Falls jedoch der Körper einen Defekt aufweist, der beispiels­ weise eine sehr kleine Vertiefung in seiner Oberfläche sein kann, wird das Licht, das den Körper am Defekt erreicht, dort gestreut oder unter einem anderen Winkel als das übrige Licht reflektiert. Dieses gestreute Licht ist dann nicht mehr parallel zum nicht gestreuten vom Körper ausgehenden, paral­ lelen Licht und kann daher nicht zusammen mit diesem paralle­ len Licht im selben Fokus vereinigt werden. Das gestreute Licht geht am Fokus und damit an der dort angeordneten Blende vorbei und trifft auf die Bildebene.

Das Auftreffen von Licht auf der Bildebene zeigt vorteilhaf­ terweise an, daß der bestrahlte Körper einen Defekt aufweist. Dabei wird bei nur einem Einsatz des Verfahrens der gesamte im Strahlengang angeordnete Körper untersucht. Falls der Kör­ per zwei Defekte aufweisen würde, würde an zwei verschiedenen Positionen der Bildebene Licht auftreffen. Die Anzahl der Lichtpunkte bzw. Abbildungen auf der Bildebene gibt die An­ zahl der erkannten Defekte am Körper an.

Beispielsweise besteht der Körper aus einem transparenten oder teilweise transparenten Material. Das auf den Körper auftreffende parallele Licht durchdringt dann den Körper und geht von der von der bestrahlten Seite abgewandten Seite des Körpers wieder aus. Sollte der Körper einen Defekt aufweisen, wird das den Defekt berührende Licht am Körper gestreut.

Beispielsweise besteht der Körper aus einem nicht transparen­ ten oder teilweise transparenten Material oder ist transpa­ rent oder teilweise transparent und auf seiner nicht be­ strahlten Seite mit einem Spiegel versehen. Dann wird das auf den Körper auftreffende parallele Licht zumindest teilweise reflektiert und geht von der bestrahlten Seite des Körpers wieder aus. Es wird dann aus dem Strahlengang des den Körper bestrahlenden Lichtes herausgelenkt. Erst dadurch ist es mög­ lich, das parallele reflektierte Licht zu fokussieren und an einem Defekt am Körper unter einem Winkel reflektiertes Licht an der im Fokus angeordneten Blende vorbei auf die Bildebene zu lenken, ohne daß das Licht, das den Körper bestrahlt, ge­ stört wird.

Die zweite genannte Aufgabe, eine Einrichtung zum Erkennen eines Defekts an einem Körper anzugeben, wird nach der Erfin­ dung dadurch gelöst, daß im Strahlengang einer Lichtquelle für paralleles Licht hintereinander der Körper, ein Kolli­ mator zum Fokussieren von vom Körper ausgehenden parallelen Licht in einem Punkt, eine Blende in diesem Punkt und eine Bildebene zur Aufnahme von durch einen Defekt am Körper an der Blende vorbei gelenktem Licht angeordnet sind.

Der Kollimator ist z. B. eine Linse, die das auf ihn treffende parallele Licht in einem Punkt, nämlich im Fokus der Linse, vereinigt. Eine Blende in diesem Punkt blendet das gesamte parallel auf den Kollimator auftreffende Licht aus. Dieses Licht kann nicht auf die Bildebene gelangen. Ein an einem De­ fekt am Körper gestreuter oder reflektierter Lichtstrahl ver­ läuft nicht parallel zu den übrigen auf den Kollimator tref­ fenden Lichtstrahlen. Er wird vom Kollimator nicht zur Blende gelenkt, sondern gelangt an der Blende vorbei zur Bildebene. Ein Lichtpunkt (Abbildung) auf der Bildebene zeigt folglich die Existenz eines Defekts am Körper an. Mehrere Lichtpunkte zeigen die Existenz mehrerer Defekte an.

Falls der Körper nur teilweise oder nicht transparent ist, ist beispielsweise im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Körper ein Strahlenteiler schräg zum Strahlengang an­ geordnet. Dieser Strahlenteiler ist von der der Lichtquelle zugewandten Seite her durchlässig und ist auf der dem Körper zugewandten Seite reflektierend. Im Strahlengang des am Strahlenteiler reflektierten Lichts sind hintereinander der Kollimator, die Blende und die Bildebene angeordnet.

Wenn kein Defekt vorhanden ist, wird das auf den Körper auf­ treffende parallele Licht zumindest teilweise reflektiert. Der reflektierte Anteil breitet sich entgegengesetzt zur Richtung des einfallenden Lichtes aus, sofern die reflektie­ rende Oberfläche des Körpers senkrecht auf der Richtung des einfallenden parallelen Lichts steht (Reflexionswinkel 0°), und gelangt auf die reflektierende Seite des Strahlenteilers. Dort wird das reflektierte Licht erneut reflektiert und ge­ langt dadurch aus dem Raum zwischen der Lichtquelle und dem Körper heraus. Außerhalb dieses Raumes, aber im Strahlengang des zweimal reflektierten Lichtes, sind der Kollimator, die Blende und die Bildebene angeordnet und in gleicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen Einrichtungsform einander zuge­ ordnet. Alle parallel verlaufenden Lichtstrahlen werden durch den Kollimator in einem Punkt fokussiert und durch die Blende ausgeblendet.

Falls am Körper ein Defekt vorhanden sein sollte, wird ein dort auftreffender Lichtstrahl unter einem Winkel, der sich vom Reflexionswinkel an einer nicht defekten Stelle unter­ scheidet, reflektiert und gelangt nach Reflexion am Strahlen­ teiler über den Kollimator an der Blende vorbei auf die Bild­ ebene. Wie beim zuvor beschriebenen Beispiel gibt ein Licht­ punkt (Abbildung) auf der Bildebene einen Defekt am Körper an.

Falls die reflektierende Oberfläche des Körpers einen Winkel, der z. B. 45° ist, mit der Richtung des einfallenden paralle­ len Lichts bildet, stören sich das einfallende und das re­ flektierte Licht nicht und man kommt ohne Strahlenteiler aus.

Beispielsweise ist auf der von der Lichtquelle abgewandten Seite des Körpers ein dem Körper zugewandter Spiegel angeord­ net. Damit wird Licht, das einen ganz oder teilweise transpa­ renten Körper durchdringt, unmittelbar hinter dem Körper re­ flektiert und wird dadurch für das Erkennen eines Defekts ge­ wonnen. Es wird vorteilhafterweise das gesamte auf den Körper auftreffende Licht zum Kollimator und damit entweder auf die Blende oder auf die Bildebene geleitet. Man erhält dadurch insbesondere auf der Bildebene besser zu erkennende, hellere Punkte.

Die Lichtquelle für paralleles Licht besteht beispielsweise aus einer Lampe und einem Kondensor. Der Kondensor ist in der Regel eine Linse, die aus dem von der Lampe ausgehenden Licht ein paralleles Lichtbündel macht.

Die Bildebene ist beispielsweise ein fotografischer Film oder ein CCD-Sensor. Es kommt darauf an, daß ein auf die Bildebene auftreffender Lichtstrahl dort registriert werden kann.

Mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß ein Defekt oder auch mehrere Defekte an einem großen Körper, der insbesondere transparent ist, mit nur einem einmaligen Durchführen des Verfahrens erkannt werden können.

Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zum Erkennen eines Defekts an einem Körper, der transparent ist.

Fig. 2 zeigt eine Einrichtung zum Erkennen eines Defekts an einem Körper, der nicht transparent zu sein braucht.

Fig. 1 zeigt eine Lichtquelle 1, die aus einer Lampe 2 und einem nachgeschalteten Kondensor 3, der eine Linse sein kann, besteht. Von der Lichtquelle 1 wird paralleles Licht a ausge­ sandt. Im Strahlengang dieses parallelen Lichtes a ist ein Körper 4 aus transparentem Material, z. B. aus Glas oder Kunststoff, angeordnet, der untersucht werden soll. Dazu ist der Körper 4 so ausgerichtet, daß das parallele Licht a auf eine seiner ebenen Flächen senkrecht auftrifft. Eine andere ebene Fläche des Körpers 4 ist parallel zur erstgenannten Fläche ausgerichtet. Durch diese andere Fläche verläßt das Licht den Körper 4 als vom Körper 4 ausgehendes paralleles Licht b. Dieses trifft dann auf einen Kollimator 5, der eine Linse sein kann und das parallele Licht b in einem Punkt fo­ kussiert. In diesem Punkt ist eine undurchsichtige Blende 6 angeordnet, so daß das parallele Licht b vollständig aufge­ fangen wird.

Falls der Körper 4 einen Defekt 7, z. B. eine kleine Mulde in seiner Oberfläche, aufweist, wird der Lichtstrahl des paral­ lelen Lichtes a, der auf den Defekt 7 trifft, gestreut. Ein gestreuter Lichtstrahl c verläßt den Körper 4 unter einem Winkel zur Richtung des parallelen Lichtes b und gelangt über den Kollimator 5 an der Blende 6 vorbei und trifft auf eine einem Fotoapparat ist. Die Abbildung auf der Bildebene 8, die durch den Lichtstrahl c erzeugt wird, gibt einen Hinweis auf die Existenz eines Defektes 7 am Körper 4. Falls mehrere Defekte 7 vorhanden sein sollten, ergeben sich entsprechend viele Abbildungen auf der Bildebene 8. Der gesamte Körper 4 wird dabei durch nur einen Durchgang des Verfahrens mit guter Genauigkeit untersucht.

In Fig. 2 sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Falls der Körper 4 das auftreffende parallele Licht a teilweise reflektiert, wird das an der ebe­ nen Oberfläche des Bauteiles 4 reflektierte ebenfalls paral­ lele Licht d durch einen Strahlenteiler 9 aus dem Strahlen­ gang des einfallenden parallelen Lichtes a herausgelenkt. Das ist notwendig, da sonst das einfallende parallele Licht a durch den Kollimator 5, die Blende 6 und die Bildebene 8 be­ hindert würden. Diese sind in Fig. 2 außerhalb des Strahlen­ gangs des einfallenden parallelen Lichts a im Strahlengang des am Strahlenteiler 9 reflektierten parallelen Lichts d an­ geordnet.

Ein Lichtstrahl a, der auf einen Defekt 7 am Körper 4 trifft wird dort unter einem Winkel zum parallelen Licht d reflek­ tiert. Dieser unter einem Winkel reflektierte Lichtstrahl e wird am Strahlenteiler 9 reflektiert und gelangt über den Kollimator 5 an der Blende 6 vorbei auf die Bildebene 8. Eine Abbildung auf der Bildebene 8 gibt dann, wie bei der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1, einen Hinweis auf einen Defekt 7 am Körper 4.

Der Strahlenteiler 9 ist beispielsweise unter einem Winkel von 45° zum Strahlengang zwischen der Lichtquelle 1 und dem Körper 4 angeordnet. Er läßt das parallele Licht a durch und reflektiert das seine gegenüberliegende Seite erreichende Licht d und e.

Auf der vom Strahlenteiler 9 abgewandten Seite des Körpers 4 kann ein dem Körper 4 zugewandter Spiegel 10 angeordnet sein. Durch diesen Spiegel 10 werden Lichtanteile, die vom Körper 4 durchgelassen werden, erneut in den Körper 4 eingestrahlt, so daß sie zum Erkennen eines Defekts 7 beitragen können.

Wenn in der geschilderten Weise ein Spiegel 10 eingesetzt wird, darf der Körper 4 transparent sein.

Der Körper 4 kann aus Glas oder Kunststoff bestehen.

Mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung kön­ nen Defekte an einem Körper 4 schnell und zuverlässig erkannt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erkennen eines Defekts (7) an einem Körper (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) mit parallelem Licht (a) bestrahlt wird, daß da­ durch vom Körper (4) wieder ausgehendes paralleles Licht (b, d) fokussiert und dann ausgeblendet wird und daß an einem Defekt (7) am Körper (4) gestreutes oder reflektiertes vom Körper (4) wieder ausgehendes Licht (c, e) mit einer Bild­ ebene (8) aufgefangen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht (a), mit dem der Körper (4) bestrahlt wird, den Körper (4) durchdringt und von der von der bestrahlten Seite abgewandten Seite des Körpers (4) wieder ausgeht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Licht (a), mit dem der Körper (4) bestrahlt wird, am Körper (4) zu­ mindest teilweise reflektiert wird und von der bestrahlten Seite des Körpers (4) wieder ausgeht und daß das reflektierte Licht (d, e) aus dem Strahlengang des den Körper (4) bestrah­ lenden Lichtes (a) herausgelenkt wird.

4. Einrichtung zum Erkennen eines Defekts (7) an einem Körper (4), dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang einer Lichtquelle (1) für paralleles Licht (a) hintereinander der Körper (4), ein Kollimator (5) zum Fokus­ sieren von vom Körper (4) ausgehendem parallelem Licht (b, d) in einem Punkt, eine Blende (6) in diesem Punkt und eine Bildebene (8) zur Aufnahme von durch einen Defekt (7) am Kör­ per (4) an der Blende (6) vorbei gelenktem Licht (c, e) ange­ ordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen Lichtquelle (1) und Körper (4) ein Strahlenteiler (9) schräg zum Strahlengang angeordnet ist, daß der Strahlenteiler (9) von der der Lichtquelle (1) zuge­ wandten Seite her durchlässig und auf der dem Körper (4) zu­ gewandten Seite reflektierend ist und daß im Strahlengang von am Strahlenteiler (9) reflektiertem Licht hintereinander der Kollimator (5), die Blende (6) und die Bildebene (8) an­ geordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Lichtquelle (1) abgewandten Seite des Körpers (4) ein dem Körper (4) zugewandter Spiegel (10) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) für paralleles Licht (a) aus einer Lampe (2) und einem Kondensor (3) besteht.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildebene (8) ein fotografischer Film oder ein CCD-Sensor ist.