DE8203330U1 - Measuring device for determining surface defects on mechanical parts, in particular on parts with a curved surface - Google Patents
Measuring device for determining surface defects on mechanical parts, in particular on parts with a curved surfaceInfo
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Description
Meßvorrichtung zur Ermittlung von Oberflächenfehlern an mechanischen Teilen, insbesondere an Teilen mit gekrümmter Oberfläche.Measuring device for determining surface defects on mechanical parts, in particular on parts with curved surface.
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung der im Gattungsbegriff des Schutzanspruchs 1 beschriebenen Art.The invention relates to a measuring device of the type described in the preamble of claim 1.
Eine solche Meßvorrichtung basiert auf der Analyse der von Oberflächenfehlern hervorgerufenen Lichtbrechung, wobei diese Analyse durch Beobachtung der Änderung der Eigenschaften einer kohärenten elektromagnetischen Welle im Bereich der Raumfrequenzen oder im Fourierbereich durchgeführt wird.Such a measuring device is based on the analysis of the refraction of light caused by surface defects, which Analysis by observing the change in the properties of a coherent electromagnetic wave in the area of the Spatial frequencies or in the Fourier range is carried out.
Die bekannten Meßvorrichtungen dieser Art ermöglichen nur die Überprüfung von ebenen mechanischen Teilen, nicht hingegen die Qualitätskontrolle von Seilen mit gekrümmten Oberflächen, insbesondere mit Oberflächen, die eine doppelte Krümmung aufweisen.The known measuring devices of this type only allow the inspection of flat mechanical parts, but not the quality control of ropes with curved surfaces, especially with surfaces that have a double curvature.
Bei solchen Teilen ändert sich die Richtung der Plächennormalen kontinuierlich, so daß sieh auch die Ausbreitungsrich-In the case of such parts, the direction of the surface normal changes continuously, so that you can also see the direction of propagation
Oung der von der Oberfläche reflektierten Strahlen kontinuierlich
ändert. Um eine Analyse nach dem Verfahren durchführen zu können, auf welchem die bekannten einschlägigen
Meßvorrichtungen basieren, muß die von dem Teil reflektierte
Strahlung im Raum "verfolgt" werden, wobei auch noch gewährleistet
sein muß, daß sich die Vorrichtung in einem vorgegebenen Abstand von der zu prüfenden Oberfläche kontinuierlich
bewegt. Solche Betriebsbedingungen machen die bekannten Meßvorrichtungen für die Qualitätskontrolle von industrielllen
Prozessen in der Praxis ungeeignet. Dies gilt insbesondere
für Teile mit beträchtlichen Abmessungen, z.B. Kraftfahrzeugkarosserien oder Teilen davon.Oung of the rays reflected from the surface changes continuously. In order to be able to carry out an analysis according to the method on which the known relevant
Measuring devices are based, the radiation reflected by the part must be "tracked" in space, while it must also be ensured that the device moves continuously at a predetermined distance from the surface to be tested. Such operating conditions make the known measuring devices for the quality control of industrial
Processes unsuitable in practice. This is especially true
for parts with considerable dimensions, for example motor vehicle bodies or parts thereof.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die eine rasche und
genaue Qualitätskontrolle der Oberflächengüte mechanischer
Teile mit gekrümmten Oberflächen und/oder großen Abmessungen zuläßt.The invention is based on the object of specifying a measuring device of the generic type which has a rapid and
precise quality control of the mechanical surface finish
Allows parts with curved surfaces and / or large dimensions.
Diese Aufgabe wird durch eine Meßvorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a measuring device with the features of claim 1.
• at · ··· »»«K• at · ··· »» «K
- 3"- 3 "
,e e Mm , e e Mm
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gemäß der findung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.Advantageous developments of the device according to the invention are the subject of the subclaims to which hereby expressly reference is made to shorten the description.
Bevor die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert wird, seien zunächst ihre theoretischen Grundlagen betrachtet:Before the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment, let us first consider its theoretical principles considered:
Ein Modulator zur räumlichen Lichtmodulation ("Spatial Light Modulator" - SLM - oder gemäß einem anderen Sprachgebrauch ein "Lichtventil") ist eine Vorrichtung, die für die Verarbeitung optischer Signale in "Echtzeit" von erheblichem Interesse ist. Er besteht im allgemeinen aus einem ebenen .Träger, auf welchem eine transparente Schicht eines Materials aufgebracht ist, das seine Durchlaßeigenschaften für elektromagnetische Wellen, insbesondere den Brechungsindex, in Abhängigkeit von der Intensität einer auf seine Oberfläche auftreffenden inkohärenten Lichtstrahlung ändert.A modulator for spatial light modulation ("Spatial Light Modulator" - SLM - or according to another usage a "light valve") is a device of considerable interest for processing optical signals in "real time". It generally consists of a flat .Träger on which a transparent layer of a material is applied, which its transmission properties for electromagnetic waves, in particular the refractive index, in Depending on the intensity of an incoherent light radiation striking its surface changes.
Die örtliche Änderung des Brechungsindex kann auf verschiedenen physikalischen Phänomen beruhen. Bei einer ersten Art von Vorrichtungen, die in der einschlägigen Technik unter der Bezeichnung "PROM-Pockels Read-out Optical Modulator" bekannt sind, befindet sich eine Schicht aus photoleitendem Material zwischen zwei transparenten ebenen Elektroden, an welche von einem externen Generator eine Polärisationsspannung angelegt wird. Hierbei ruft die Veränderung der Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Intensität einer auf die Vorrichtung auftreffenden Lichtstrahlung auf der Grundlage der als linearer elektrooptischer Effekt oder Pockels-Effekt bekannten Erscheinung eine proportionale Änderung des Bre-The local change in the refractive index can be based on various physical phenomena. With a first kind of devices that are known in the relevant technology under the designation "PROM-Pockels Read-out Optical Modulator" are known, there is a layer of photoconductive material between two transparent flat electrodes which a polarization voltage is applied by an external generator. Here, the change in conductivity, depending on the intensity, calls on the Device impinging light radiation on the basis of the called linear electro-optical effect or Pockels effect known phenomenon, a proportional change in the bre-
r ·
t * r
t *
chungsindex des Materials hervor, das somit in der Lage ist, die Phasen, und damit die Polarisationseigenschaften einer sich durch sein Inneres ausbreitenden Lichtstrahlung zu verändern.chung index of the material, which is thus able to determine the phases, and thus the polarization properties of a to change through its interior spreading light radiation.
Wenn die auf die Vorrichtung auftreffende Lichtstrahlung eine ungleichförmige räumliche Intensitätsverteilung besitzt, ruft die korrespondierende und proportionale räumliehe Verteilung der Brechungsindexwerte ein Bild der Quel-Ie der inkohärenten Lichtstrahlung hervor, das im allgemeinen hohe Auflösung besitzt. Diese Quelle kann auch von einem partiell reflektierenden Gegenstand gebildet sein, der von einer normalen Glühlampe oder Fluoreszenzlichtquelle beleuch tet wird. Das Bild kann zerstörungsfrei "gelesen" werden, in dem man eine kohärente linear polarisierte Lichtstrahlung auf die Vorrichtung fallen läßt und die Änderung der Polarisationseigenschaften dieser kohärenten Lichtstrahlung nach ihrem Durchgang durch die Schicht aus lichtempfindlichen Material ermittelt. Das "Lesen" kann darin bestehen, daß die Schicht aus lichtempfindlichem Material entsprechend den in Fernsehaufnahmegeräten verwendeten Kriterien bereichsweise in elementaren Flächenteilchen nach vorbestimmtem Ordnungsmuster (z.B. zeilenweise) abgetastet wird. Der Modulator zur räumlichen Lichtmodulation ist also ein optisch-optischer Wandler, mittels dessen eine inkohärente optische Information in eine kohärente optische Information umsetzbar ist. Das in der Vorrichtung gespeicherte Bild kann gelöscht werden, indem die Polarisationsspannung umgepolt wird, die an den beiden transparenten Elektroden anliegt, zwischen, denenIf the light radiation impinging on the device has a non-uniform spatial intensity distribution, the corresponding and proportional spatial distribution of the refractive index values produces an image of the source of the incoherent light radiation which is generally of high resolution. This source can also be from a partially reflective object be formed that illuminate from a normal incandescent lamp or fluorescent light source is tet. The image can be "read" non-destructively by using a coherent, linearly polarized light radiation drops on the device and the change in the polarization properties of this coherent light radiation their passage through the layer of photosensitive material is determined. The "reading" can consist in the fact that the Layer of light-sensitive material in areas according to the criteria used in television recorders is scanned in elementary surface particles according to a predetermined order pattern (e.g. line by line). The modulator for Spatial light modulation is therefore an optical-optical converter, by means of which incoherent optical information can be converted into coherent optical information. The image stored in the device can be deleted by reversing the polarization voltage applied to between the two transparent electrodes sich die lichtempfindliche Schicht befindet. Das Bild kannthe photosensitive layer is in place. The picture can
austhe end auch gelöscht werden, indem die Schicht/lichtempfindlichemcan also be erased by the layer / photosensitive Material mit einer räumlich gleichförmigen inkohärenten Lichtstrahlung hoher Intensität (Flutlicht) bestrahlt wird.Material is irradiated with a spatially uniform, incoherent light radiation of high intensity (flood light).
Bei anderen Modulatoren zur räumlichen Lichtmodulation, die von den vorangehend beschriebenen PROM's abweichen, erreicht man die Änderung des Brechungsindex durch elektrooptischeWith other modulators for spatial light modulation, which differ from the PROMs described above, achieved one the change in the refractive index by electro-optical
t · · t· I· · tt · t · I · t
Effekte in geeigneten Materialien, beispielsweise Flüssigkristallen, Materialien mit Photo-Dichroismus oder ferroelektrischen Materialien. Es existieren auch Modulatoreinrichtungen zur räumlichen Lichtmodulation,bei denen das Bild als Verformungen der Schicht aus lichtempfindlichem Material gespeichert ist, wodurch die optische Weglänge und damit die Polarisation der linear polarisierten kohärenten Strahlung verändert wird, die zum Lesen des Bildes verwendet wird.Effects in suitable materials, for example liquid crystals, materials with photo dichroism or ferroelectric materials. There are also modulator devices for spatial light modulation in which the image is stored as deformations of the layer of photosensitive material, whereby the optical path length and thus the Polarization of the linearly polarized coherent radiation is changed, which is used to read the image.
Weitere Angaben über die theoretischen Grundlagen und die Verwendung von Modulatoren zur räumlichen Lichtmodulation finden sich in der Literaturstelle "Spatial Light Modulators" von D. Casasent, Proceedings of the IEEE, Band 65, 1.Januar 1977, Seiten 143-157, sowie in der Literaturstelle "Realtime Spatial Light Modulators" von B-Schneeberger, F. Laeri, T. Tschudi und F. Mast,Optics Communications, Band 31, I.Oktober 1979, Seiten 13-15.Further information on the theoretical principles and the use of modulators for spatial light modulation can be found in the reference "Spatial Light Modulators" by D. Casasent, Proceedings of the IEEE, Volume 65, January 1, 1977, pages 143-157, and in the reference "Realtime Spatial Light Modulators" by B-Schneeberger, F. Laeri, T. Tschudi and F. Mast, Optics Communications, Volume 31, October 1, 1979, pages 13-15.
Im folgenden sei die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert;In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawing;
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,Fig. 1 shows a schematic view of a device according to the invention,
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Struktur eines in der Vorrichtung verwendeten Modulators zur räumlichen Lichtmodulation.FIG. 2 shows a schematic representation of the structure of a modulator used in the device for spatial light modulation.
In Fig. 1 ist mit S die Oberfläche eines zu prüfenden Teiles, beispielsweise eines Teiles der Karosserie eines Kraftfahrzeuges, bezeichnet.In Fig. 1, S denotes the surface of a part to be tested, for example a part of the body of a motor vehicle.
Mit 10 ist eine normale Lichtquelle, z.B. eine Wolframlampe, bezeichnet, mittels derer die Oberfläche S des zu prüfenden Teiles mit einer inkohärenten Lichtstrahlung beleuchtet werden kann.With 10 a normal light source, e.g. a tungsten lamp, denotes, by means of which the surface S of the part to be tested can be illuminated with incoherent light radiation.
zur räumlichen Lichtmodulation ein Bild der zu prüfenden Oberfläche S zu entwerfen. Das optische System 12 besteht vorzugsweise aus einem Objektiv, mittels dessen sich auf dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation ein verkleinertes Bild der Oberfläche S erzeugen läßt, so daß eine Qualitätskontrolle von Teilen großer Abmessungen möglich und leicht durchführbar ist- Das Objektiv besitzt vorzugsweise eine große Schärfentiefe, d.h. es handelt sich um ein Objektiv mit einer im Vergleich zur Diagonale des Bildformats kleinen Brennweite. Dadurch können nachteilige Wirkungen auf die Genauigkeit der Prüfung ausgeschaltet werden, die von den unterschiedlichen Abständen zwischen der Vorrichtung und verschiedenen Punkten desselben Teiles oder verschiedener nacheinander zu prüfender Teile herrühren.to design an image of the surface S to be tested for spatial light modulation. The optical system 12 consists preferably from an objective, by means of which a reduced image of the surface S can be generated on the modulator 14 for spatial light modulation, so that a Quality control of parts of large dimensions is possible and easy to carry out - The lens preferably has a large depth of field, i.e. it is a lens with a small focal length compared to the diagonal of the image format. This can eliminate adverse effects on the accuracy of the test, that of the different distances between the device and different points of the same part or different parts to be tested one after the other.
Der Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation ist vorzugsweise ein PROM, wie er oben beschrieben wurde. Seine Struktur ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Dieser Modulator 14 beinhaltet im wesentlichenThe spatial light modulator 14 is preferably a PROM as described above. Its structure is shown schematically in FIG. This modulator 14 essentially includes
a) eine Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material, in der eine räumliche Intensitätsverteilung inkohärenter Lichtstrahlung eine korrespondierende und proportionale räumliche Verteilung der Werte des Brechungsindex hervorruft,a) a layer 16 made of transparent photosensitive material, in which a spatial intensity distribution of incoherent light radiation causes a corresponding and proportional spatial distribution of the values of the refractive index,
b) eine erste für die von der Oberfläche 6 des zu prüfenden Teiles reflektierte inkohärente Strahlung durchlässige ebene Elektrode 18,b) a first transparent radiation for the incoherent radiation reflected from the surface 6 of the part to be tested flat electrode 18,
c) einen ebenen halbdurchlässigen dielektrischen Spiegel 20, der zwischen der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material und der ersten ebenen Elektrodec) a planar semitransparent dielectric mirror 20 interposed between the layer 16 of transparent photosensitive material and the first planar electrode 18 liegt und dessen reflektierende Oberfläche der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material zugewandt ist,18 lies and its reflective surface of the layer 16 made of transparent photosensitive material facing,
d) eine zweite ebene Elektrode 22, die der dem ebenen dielektrischen Spiegel 20 abgekehrten Oberfläche der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material zugewandtd) a second planar electrode 22, which is the surface of the layer 16 facing away from the planar dielectric mirror 20 Made of transparent photosensitive material facing
ist, sowieis, as well
e) eine Speiseeinheit 24, mittels derer zwischen die erste und die zweite Elektrode 18 bzw. 22 wenigstens zwei verschiedene Spannungspegel anlegbar sind.e) a feed unit 24, by means of which at least two different voltage levels can be applied between the first and second electrodes 18 and 22, respectively.
Der erste Spannungspegel entspricht den Bedingungen, unter welchen die photoleitenden Eigenschaften der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material in der oben beschriebenen Art und Weise wirken, während der zweite Spannungspegel das Löschen des in dieser Schicht 16 aus transpe-The first voltage level corresponds to the conditions under which the photoconductive properties of the layer 16 from transparent photosensitive material act in the manner described above, while the second voltage level erases the layer 16 of transparent
I vorruft.I calls.
% Die Speiseeinheit 24 steuert das Einspeichern bzw. Löschen% The feed unit 24 controls the storage or deletion
BiIcImSBiIcImS
}:}: des/auf der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichemdes / on the layer 16 of transparent photosensitive
Material und erlaubt aufeinanderfolgend die Prüfung unterschiedlicher räumlicher Verteilungen der Lichtintensität, welche den nacheinander von dem Objektiv entworfenen Ober-Material and allows successive testing of different spatial distributions of light intensity, which the upper-
|: Lichtstrahlung bezeichnet. Es handelt sich um eine Quelle|: Denotes light radiation. It is a source
■| bekannter Bauart, z.B. einen Laser. Die von der Quelle 26■ | known type, e.g. a laser. From the source 26
II. erzeugte Lichtstrahlung wird über ein optisches "System zugenerated light radiation is via an optical "system" too
; dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation umgeleitet,; diverted to the modulator 14 for spatial light modulation,
, wobei dieses optische System eine Verschiebung der Strahlung, this optical system being a shift in radiation
relativ zu dem Modulator 14 ermöglicht. Das optische Systemrelative to the modulator 14 allows. The optical system umfaßtincludes
a) einen ersten Spiegel 28 zum Umlenken der von der Quelle erzeugten kohärenten Lichtstrahlung,a) a first mirror 28 for redirecting from the source generated coherent light radiation,
b) einen zweiten Spiegel 30 zum Auffangen der von dem ersten .- Spiegel 28 umgelenkten Strahlung und zum Umlenken dieser I Strahlung in eine zur Oberfläche der transparenten lichtk empfindlichen Schicht 16 des Modulators 14 zur räumlichen f Lichmpdulation im wesentlichen senkrechte Richtung,b) a second mirror 30 for collecting from the first mirror 28 .- redirected radiation and to deflect this radiation into a I to the surface of the transparent light c-sensitive layer 16 of the modulator 14 to the spatial f Lichmpdulation substantially vertical direction,
;; c) eine zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel 28 bzw.;; c) one between the first and the second mirror 28 or
\:\: 30 angeordnete Zylinderlinse 32, deren mit F bezeichneter30 arranged cylindrical lens 32, whose designated with F
Brennpunkt in dem von der Quelle 26 erzeugten Strahlung getroffenen Punkt des ersten Spiegels 28 liegt,The focal point lies in the point of the first mirror 28 hit by the radiation generated by the source 26,
d) eine erste Antriebsvorrichtung 34, mittels derer der erste Spiegel 28 oszillierend um eine Achse A bewegbar ist, die senkrecht zu der mit L bezeichneten Fokallinie der Zylinderlinse 32 un senkrecht zur Richtung der von der Quell) 26 ausgehenden und außerdem durch den Brennpunktd) a first drive device 34, by means of which the first mirror 28 can be moved in an oscillating manner about an axis A, the perpendicular to the focal line denoted by L of the cylindrical lens 32 un perpendicular to the direction of the Source) 26 outgoing and also through the focal point F der Zylinderlinse 32 verlaufenden Strahlung gerichtet ist, sowieF of the cylindrical lens 32 directed radiation is, as well
e) eine zweite Antriebsvorrichtung 36, mittels derer der zweite Spiegel 30 oszillierend um eine Achse B bewegbar ist, die die Fokallinie L der Zylinderlinse 32 schneidet und in einer auf der Achse A senkrecht stehenden Ebene liegt.e) a second drive device 36, by means of which the second mirror 30 can be moved about an axis B in an oscillating manner which intersects the focal line L of the cylindrical lens 32 and in a plane perpendicular to the axis A lies.
Die linear polarisierte kohärente Lichtstrahlung wird von dem zweiten Spiegel 30 zu dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation in der Weise umgelenkt, daß diese Strahlung nach Durchtritt durch die zweite transparente Elektrode 22 auf die Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material in einer Richtung austritt, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche dieser Schicht16 verläuft.The linearly polarized coherent light radiation becomes spatial from the second mirror 30 to the modulator 14 Light modulation is deflected in such a way that this radiation after passing through the second transparent electrode 22 emerges on the layer 16 of transparent photosensitive material in a direction which is essentially perpendicular to the surface of this layer 16.
Nach dem Durchgang durch die Schicht 16 wird die kohärente Lichtstrahlung von dem halbdurchlässigen Spiegel 28 reflektiert, durchläuft von neuem die Schicht 16 und tritt aus dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation wieder aus. Die aus dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation austretende Strahlung wird von einem zwischen dem Modulator 14 und (,em zweiten Spiegel 30 angeordneten halbdurchlässigen Spiegel 33 reflektiert und zu einem normalen optischen Analysator 40 umgelenkt, der beispielsweise aus einem Polarisator besteht.After passing through the layer 16, the coherent light radiation is reflected by the semitransparent mirror 28, passes through the layer 16 again and emerges from the Modulator 14 for spatial light modulation off again. The radiation emerging from the modulator 14 for spatial light modulation is controlled by a between the modulator 14 and (, em second mirror 30 arranged semitransparent mirror 33 is reflected and deflected to a normal optical analyzer 40, for example from a polarizer consists.
Mit 42 ist schematisch eine Matrix von pnotoelektrischen Wandlern bezeichnet, die hinter dem Analysator 40 angeordnet ist und die am Ausgang jedes Wandler eine elektrisches Signal erzeugt, das für die Intensität der auf diesen WandlerA matrix of pnotoelectric transducers, which are arranged behind the analyzer 40, is schematically denoted by 42 and which generates an electrical signal at the output of each transducer, which for the intensity of the on this transducer
42 auftreffenden Lichtstrahlung kennzeichnend ist. Zwischen dem optischen Analysator 40 und der Matrix der photoelektrischen Wandler 42 befindet sich eine Linse 44, die die aus dem Analysator 40 austretende Lichtstrahlung auf die Matrix der photoelektrischen Wandler 42 überträgt.42 incident light radiation is characteristic. Between the optical analyzer 40 and the matrix of the photoelectric converter 42 there is a lens 44, which consists of The light radiation emerging from the analyzer 40 is transmitted to the matrix of the photoelectric converters 42.
Mit 46 ist eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung bezeichnet, die mit den Ausgangssignalen der Matrix aus photoelektrischen Wandlern 42 gespeist wird. Die elektrische Schaltung 46 liefert eine Verteilung von numerischen Werten, die der räumlichen Intensitätsverteilung der auf die Matrix aus photoelektrischen Wandlern 42 auftreffenden Lichtstrahlung entspricht.With an electronic signal processing circuit is referred to, which is fed with the output signals of the matrix of photoelectric converters 42. The electric Circuit 46 provides a distribution of numerical values corresponding to the spatial intensity distribution on the matrix corresponds to incident light radiation from photoelectric converters 42.
Die aus dem optischen Analysator 40, der photoelektrischen Wandlermatrix 42, der Linse 44 und der elektronischen Signalverarbeitungsschaltung 46 bestehende Einheit bildet ein System, mittels dessen während der bereichsweise in elementaren· Flächenteilchen erfolgenden Abtastung der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material die Änderungen der Lichtintensität erfaßbar sind, die in Richtung einer der Polarisationskomponenten der kohärenten Strahlung nach deren Durchgang durch die Schicht 16 in Erscheinung treten.The from the optical analyzer 40, the photoelectric Converter matrix 42, the lens 44 and the electronic signal processing circuit 46 constituting a unit System by means of which during the scanning of the layer 16 taking place in areas in elementary surface particles From transparent photosensitive material the changes in the light intensity can be detected, which in the direction of a of the polarization components of the coherent radiation appear after they have passed through the layer 16.
Gemäß einer in der Zeichnung nicht dargestellten vereinfachten Ausführungsform der Vorrichtung sind die photoelektrische Wandlermatrix 42 und die elektronische Signalverarbeitungsschaltung 46 durch eine normale Mattscheibe ersetzt, welche eine Beobachtung der räumlichen Intensitätsvarteilung der von dem optischen Analysator 40 ausgehenden kohärenten Lichtstrahlung erlaubt.According to a simplified embodiment of the device not shown in the drawing, the photoelectric converter matrix 42 and the electronic signal processing circuit 46 are replaced by a normal ground glass screen, which allows an observation of the spatial intensity distribution of the coherent light radiation emanating from the optical analyzer 40.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt ferner eine Logiksteuereinheit 43, die mit der elektronischen Signalverarbeitungsschaltung 46, den Antriebsvorrichtungen 34 und 36 und der Speiseeinheit 24 für den Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation verbunden ist. Diese Logiksteuer'The embodiment shown in FIG. 1 also includes a logic control unit 43, which is connected to the electronic signal processing circuit 46, the drive devices 34 and 36 and the feed unit 24 for the modulator 14 is connected for spatial light modulation. This logic tax '
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einheit 48 besteht vorzugsweise aus einem Mikroprozessorsystem, das auch in der Lage ist, die Funktionen der elektronischen Signalverarbeitungsschaltung 46 abzuwickeln.Unit 48 preferably consists of a microprocessor system which is also capable of handling the functions of the electronic signal processing circuit 46.
Im folgenden sei die Funktionsweise der Vorrichtung erläutert:The functioning of the device is explained below:
Nachdem die zu prüfende Oberfläche S korrekt im Bildausschnitt des Objektivs 12 liegt und letzteres fokussiert ist, wirkt die Logiksteuereinheit 48 auf die Speiseeinheit 24 des Modulators 14 zur räumlichen Lichtmodulation in der Weise ein, daß das Bild der Oberfläche S in der Schicht 16 ausrtransparentem lichtempfindlichem Material gespeichert wird.Gleichzeitig oder nach einer vorgegebenen Zeitspanne aktiviert die Logiksteuereinheit 48 die Antriebsvorrichtungen 34 und 36,so daß diese den ersten und den zweiten Spiegel 28 bzw. 30 um ihre Schwingachsen oszillieren lassen, womit die flächenweise Abtastung der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material beginnt.After the surface to be tested S correctly in the image section of the lens 12 and the latter is focused, the logic control unit 48 acts on the feed unit 24 of the modulator 14 for spatial light modulation in such a way that that the image of the surface S is stored in the layer 16 of transparent photosensitive material. Simultaneously or after a predetermined period of time, the Logic control unit 48 drives drives 34 and 36 to rotate first and second mirrors 28 and 30, respectively let their oscillation axes oscillate, with which the surface scanning of the layer 16 of transparent photosensitive material begins.
Wenn die kohärente Lichtstrahlung während des Abtastvorganges Flächenelemente der Schicht 16 aus transparentem lichtempfindlichem Material durchdringt, die fehlerfreien Bereichen der zu prüfenden Oberfläche (oder gegebenenfalls der Oberfläche eines fehlerfreien Musterstückes) entsprechen, fällt auf die photoelektrische Wandlermatrix 42 eine Lichtstrahlung, deren räumliche Intensitätsverteilung als Referenzvorgabe herangezogen wird. Bei Oberflächen z.B., die einer Lackbehandlung unterzogen wurden (z.B. bei Teilen von Kraftfahrzeugkarosserien), ist die Referenzverteilung an einen Lichtpunkt angleichbar, der im Zentrum der photoelektrischen Wandlermatrix 42 liegt, welches den Ursprung der Ebene der Raumfrequenzen (Forierebene) entspricht, die von der Oberfläche der photoelektrischen Wandlermatrix 42 dargestellt wird.If the coherent light radiation penetrates surface elements of the layer 16 of transparent photosensitive material during the scanning process, the defect-free areas of the surface to be tested (or possibly the Surface of a defect-free sample), a light radiation falls on the photoelectric converter matrix 42, the spatial intensity distribution of which is used as a reference specification. For surfaces, for example, that have a Have been subjected to paint treatment (e.g. for parts of motor vehicle bodies), the reference distribution is to a Light point can be matched, which lies in the center of the photoelectric converter matrix 42, which is the origin of the plane of the Corresponds to spatial frequencies (formal plane) represented by the surface of the photoelectric converter matrix 42 will.
Ein auf der zu prüfenden Oberfläche S vorhandene Fehler ruft eine Änderung der räumlichen Intentsitätsverteilung der aufAn error present on the surface S to be tested calls a change in the spatial intensity distribution of the
• ; -ν•; -ν
' Vi ' Vi ■■ '' tilt·····1 tilt ····· 1
- 11 -- 11 -
j: die photoelektrische Wandlermatrix 42 auftreffenden Licht-j: the photoelectric converter matrix 42 incident light
^l Strahlung hervor und verleiht dieser Verteilung geometrische^ l radiation and gives this distribution geometric
chungen von der Referenzvorgabe. Eine solche Änderung wird von der elektronischen Signalverarbeitungsschaltung 46 erfaßt und zu der Logiksteuereinheit 48 signalisiert, die ihrerseits aufgrund ihrer Verbindung mit den Abtastmitteln (Spiegel 28 und 30 und Antriebsvorrichtungen 34 und 36) dasjenige Flächenelement der Schicht 16 aus lichtempfindlichem Material und infolgedessen denjenigen Bereich der zu prüfenden Oberfläche S identifiziert, in welchem ein Fehler festgestellt wurde. Die Logiksteuereinheit 48 sendet daraufhin ein entsprechendes Alarmsignal aus.changes from the reference specification. Such a change is detected by the electronic signal processing circuit 46 and signaled to the logic control unit 48, which in turn, because of their connection to the scanning means (mirrors 28 and 30 and drive devices 34 and 36), that surface element of the layer 16 made of light-sensitive Material and, as a result, that area of the surface S to be tested is identified in which an error has been found. The logic control unit 48 then sends a corresponding alarm signal.
Die elektronische Signalverarbeitungsschaltung 46 ist außerdem in der Lage, auf der Basis bekannter Algorithmen die Art des festgestellten Fehlers (Kratzer, Loch, Riß usw.) auf der Grundlage der besonderen räumlichen Intensitätsverteiiung der bei Anwesenheit des Fehlers auf die photoelektrische Wandlermatrix 42 auftreffenden Lichtstrahlung zu identifizieren.The electronic signal processing circuit 46 is also capable, on the basis of known algorithms, of the type of the detected defect (scratch, hole, crack, etc.) on the basis of the particular spatial intensity distribution to identify the light radiation impinging on the photoelectric converter matrix 42 in the presence of the fault.
Nach Beendigung des Abtastvorganges bewirkt die Logiksteuereinheit 48 über die Speiseeinheit 24 das Löschen des xn dem Modulator 14 zur räumlichen Lichtmodulation gespeicherten Bildes und signalisiert gleichzeitig die Bereitschaft zur Durchführung eines neuen Prüfzyklus.After completion of the scanning process, the logic control unit 48 causes the xn dem to be deleted via the feed unit 24 Modulator 14 for spatial light modulation stored image and at the same time signals readiness for Execution of a new test cycle.
Der neue Prüfzyklus kann sich entweder auf ein mechanisches Teil beziehen, das sich von dem zuvor geprüften Teil unterscheidet, oder aber auf einen anderen Bereich des im vorangehenden Zyklus geprüften Teiles, wenn - wie z.B. bei der Qualitätskontrolle einer einer Lackbehandlung unterzogenen Kraftfahrzeugkarosserie - die Abmessungen des zu prüfenden Teiles so groß sind, daß es vom Bildfeld des Objektivs 12 t The new test cycle can either refer to a mechanical part that differs from the previously tested part, or to a different area of the part tested in the previous cycle, if - for example, in the case of quality control of a vehicle body that has been subjected to paint treatment - the dimensions of the part to be tested are so large that it is 12 t from the field of view of the lens nicht vollständig erfaßt wird.is not fully recorded.
In diesem Fall ist der Vorrichtung zur Fehlerermittlung zweckmäßigerweise eine automatische Verschiebungseinrichtung zugeordnet, mittels derer sie relativ zu dem zu kontrollierenden Teil bewegbar ist, so daß der Fehlererfassungsvorgang völlig automatisch abgewickelt wird.In this case, the device for error detection is expediently assigned an automatic displacement device, by means of which it can be moved relative to the part to be checked, so that the error detection process is carried out completely automatically.
• · Uli• · Uli
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