DE19514718A1 - Verfahren zur Vermessung von gekrümmten Oberflächen - Google Patents
Verfahren zur Vermessung von gekrümmten OberflächenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von in
einer Richtung gekrümmten Oberflächen, die senkrecht zur
Krümmungsrichtung annähernd eben sind. Es werden insbesondere
die Oberflächen von Lichtwellenleiter-(LWL)-Bändern unter
sucht, wobei die Oberfläche von außen beleuchtet wird.
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zur
kontinuierlichen Untersuchung von Lichtleitfasern bekannt,
wobei das Licht einer Lichtquelle in die Faser eingekoppelt
wird, die in einem Ziehofen hergestellt wird. Zur Erkennung
von Fehlern an der Lichtleitfaser wird mittels eines Detek
tors erfaßt, wieviel Streulicht im Anschluß an den Ziehofen
nach außen tritt.
Bei Lichtwellenleiter-Bändern sind mehrere Einzelfasern in
einem breiten Band zusammengefaßt. Hierbei ist die gleichmä
ßige Anordnung dieser Bänder nebeneinander und in der Höhe
bzw. in der Mitte des Bandes von entscheidender Bedeutung für
die Qualität bzw. für die Lichtausbeute. Somit ist die genaue
Lage jeder einzelnen Lichtwellenleiter-Faser von wesentlicher
Bedeutung und eine diesbezügliche Abweichung während der Fer
tigung eines LWL-Bandes sollte schnellstmöglich erkannt wer
den.
Die bisherige Praxis sieht eine zerstörende Prüfung vor, bei
der Stichproben vorgenommen werden. Dies ist eine sehr zeit
intensive Meßmethode. Zudem ist die Messung nicht automati
sierbar, d. h. nicht in eine Fertigungslinie integrierbar. Ein
Fehler innerhalb eines LWL-Bandes wird bei der bisherigen vi
suellen Vermessung festgestellt, indem ein LWL-Band aufge
schnitten wird und ein Schliffbild des Querschnittes herge
stellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gekrümmte
Oberfläche derart zu vermessen, daß geringe Höhenunterschiede
quer zur Krümmungsrichtung detektierbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An
spruches 1 bzw. des Anspruches 2. Vorteilhafte Ausgestaltun
gen können den Unteransprüchen entnommen werden.
In der Erfindung wird die Krümmung der zu vermessenden Ober
fläche eines zu prüfenden Gegenstandes derart ausgenutzt, daß
samtliche Oberflächenbereiche kontinuierlich oder sukkzessive
annähernd tangential beleuchtet werden und das Oberflächen
profil, das im Idealfall eine Gerade darstellt, wird in eine
in Beleuchtungsrichtung hinter dem Objekt liegende, ebenfalls
tangential angeordnete Kamera abgebildet. Zur Erzeugung einer
möglichst kontrastreichen Abbildung in der Kamera wird dieser
flache Winkel, der bei der tangentialen Beleuchtung vorliegt,
gewählt, damit das Licht über eine annähernd vollständige To
talreflexion auf der Oberfläche des LWL-Bandes in die Kamera
gelangt. Diese Abbildung ist demnach auch bei transparenten
Materialien, wie es bei einem LWL-Band der Fall ist, möglich,
da durch Interferenzerscheinungen eine kontrastreiche Abbil
dung erzielbar ist.
Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe geschieht eben
falls mit annähernd tangentialer Beleuchtung und annähernd
tangentialer Bildaufnahme. Dabei wird in dem Bereich des
Scheitelpunktes, der beleuchtet wird, eine sog. Referenz
schneide in geringem Abstand über der Oberfläche und quer zur
Krümmungsrichtung angeordnet. Durch die seitliche Beleuchtung
wird ein Spiegelbild der Referenzschneide auf der zu
vermessenden Oberfläche erzeugt. Bei gleichzeitiger Abbildung
von Referenzschneide und Spiegelbild in der Kamera wird bei
ideal gerader Oberfläche ein Lichtspalt abgebildet, wobei die
obere Kante der Referenzschneide entspricht und die untere
Kante der Oberfläche des Prüfobjektes. Der Abstand kann di
rekt vermessen werden. Durch die Spiegelung an der Oberfläche
des Meßobjektes kommt es zu einer Erhöhung der Auflösung um
den Faktor 2.
Wird die Version der Erfindung ohne den Einsatz der Referenz
schneide gewählt, so ist es vorteilhaft, das Licht durch eine
querliegende Schlitzblende, die hinter der Beleuchtungsquelle
angeordnet ist, in zur Oberfläche senkrechter Richtung zu pa
rallelisieren. Durch den Einsatz dieser Schlitzblende wird
der Kontrast in der Abbildung verstärkt.
Falls eine annähernd tangentiale Beleuchtung und Bildaufnahme
aus Platzgründen nicht erfolgen kann, so ist die Variante der
Erfindung vorzuziehen, bei der eine Referenzschneide
eingesetzt wird. Dies begründet sich auf die Erzeugung eines
Spiegelbildes der Referenzschneide, was auch bei größeren
Einstrahlungswinkeln gegeben ist. Notwendig ist jedoch die
gleichzeitige Abbildung der Referenzschneide und des Spiegel
bildes in der Kamera.
Die Verwendung einer herkömmlichen Kamera erfordert ein Bild
auswerte- bzw. Bildverarbeitungsverfahren. In vorteilhafter
Weise wird eine sog. CCD-Kamera (Halbleiterkamera) einge
setzt. Diese weist wesentliche Vorteile zur örtlichen Auflö
sung innerhalb eines Bildes auf.
Im folgenden werden anhand von schematischen Figuren Ausfüh
rungsbeispiele beschrieben.
Fig. 1 und 2 zeigen eine automatische Profilmessung an einem
LWL-Band mit dem entsprechenden Monitorbild,
Fig. 3 und 4 zeigen eine automatische Profilmessung an einem
LWL-Band unter Einsatz einer Referenzschneide und das zugehö
rige Monitorbild,
Fig. 5 zeigt den ungefähren Strahlengang auf der Seite der
Abbildungsstrahlen in zwei willkürlichen Ebenen.
Die Herstellung von LWL-Bändern sieht vor, daß diese über ei
ne Rolle mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 100
in/min laufen. Es wird eine optische Abbildung des Oberflä
chenprofiles des an dieser Stelle gekrümmten Bändchens auf
eine CCD-Kamera bewirkt, wobei zwei Varianten die erfindungs
gemäße Aufgabe lösen.
In der Fig. 1 wird ein LWL-Band 1 mit leichter Krümmung dar
gestellt. Eine Meßanordnung, bestehend aus einer Lichtquelle
5, einer Schlitzblende 6, einem Objektiv 7 und einer Kamera S
beleuchtet an einem vorgegebenen Scheitelpunkt das dort vor
liegende Oberflächenprofil 2. Die Bewegungsrichtung 4 des
LWL-Bandes 1 in der Fertigung wird durch den entsprechend
vermerkten Pfeil angedeutet. Durch die tangentiale Beleuch
tung und ebenfalls tangentiale Bildaufnahme kann eine Abbil
dung des Oberflächenprofiles 2 in die Kamera 8 erzeugt wer
den. Der Einsatz einer Schlitzblende 6 ist zur Erhöhung des
Kontrastes in der Abbildung vorteilhaft.
In der Fig. 2 wird ein Beispiel für ein Monitorbild, d. h.
für die Abbildung des Oberflächenprofiles 2 gegeben. Das ab
gebildete Oberflächenprofil 9 weist keinerlei Überhöhungen
auf. Daraus ist zu schließen, daß die LWL-Faser 3 sämtlichst
in gewünschter Lage positioniert sind.
In der Fig. 3 werden die Beleuchtung und die Bildaufnahme
eines Scheitelpunktes bzw. eines Oberflächenprofiles 2 unter
Zuhilfenahme einer Referenzschneide 10 ebenfalls in annähernd
tangentialer Richtung durchgeführt. Eine Schlitzblende 6 ist
hier nicht vorgesehen. Die oberhalb des LWL-Bandes 3 in ge
ringem Abstand und parallel zu dessen Oberfläche positio
nierte Referenzschneide 10 ist so scharfkantig wie möglich
und geradlinig ausgebildet. Deren Abbildung in die Kamera 8
kann somit ebenfalls eine Gerade sein. Einerseits kann die
Kombination aus Referenzschneide 10 und Oberflächenprofil 2
an der darunterliegenden Stelle des LWL-Bandes 3 als Schlitz
blende betrachte werden. Abgebildet werden in diesem Fall
jedoch die Referenzschneide 10 und das an der Oberfläche des
LWL-bandes 1 erzeugte Spiegelbild 11 der Referenzschneide 10.
Bei fehlerfreiem Oberflächenprofil des LWL-Bandes 3 er
scheint, wie in Fig. 4 dargestellt, die Abb. 15 der Re
ferenzschneide 10 als konstraststarke Linie oberhalb des er
kennbaren Lichtspaltes und das abgebildete Oberflächenprofil
9 des LWL-Bandes 1 an dessen Unterseite. In diesem Fall lie
gen ebenfalls keine wesentlichen Fehler in Form von Überhö
hungen innerhalb der Oberfläche, insbesondere nicht an diesem
Scheitelpunkt vor.
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus einem LWL-Band 1 darge
stellt. Die Oberfläche ist nicht gleichmäßig, sondern zeigt
entsprechend dem Oberflächenprofil 2 Überhöhungen. Auf die
Darstellung des Beleuchtungsstrahles 12, wie in Fig. 1, ist
in Fig. 5 verzichtet worden. Es ist erkennbar, daß die Ab
bildungsstrahlen 13, 14 für zwei ausgewählte Ebenen zum einen
eine Abb. 15 der Referenzschneide in der Kamera 8 und
zum anderen eine Abb. 9 des Oberflächenprofiles 2 in der
Kamera 8 bewirken. Durch die hier fehlerhaft vorliegende
Überhöhung innerhalb des Oberflächenprofiles 2 ergibt sich
das entsprechend ausgebildete, an seiner Oberseite nicht ge
radlinige Spiegelbild 11 der Referenzschneide 10. An dieser
Stelle ist anzumerken, daß ein erwähnter Scheitelpunkt des
LWL-Bandes 1 nicht unbedingt mit dem Oberflächenprofil 2, das
gerade abgebildet werden soll, zusammenfällt. In Fig. 5 lie
gen Referenzschneide 10 und Spiegelbild 11 nicht übereinan
der.
Die Abbildung in der Kamera entspricht bei kleinen Krümmungen
des LWL-Bandes 1 näherungsweise dem Bandprofil bzw. dem Ober
flächenprofil 2. Aufgrund des Spiegelprinzipes ist es um den
Faktor 2 vergrößert. Somit liegt bei Einsatz einer Referenz
schneide 10 eine erhöhte Auflösung vor. Optische Verzerrungen
bei der Verwendung der in der Abbildung gleichzeitig
sichtbaren Referenzschneide 10 als Bezugsgerade können auto
matisch kompensiert werden. Das Monitorbild eignet sich so
wohl für die visuelle Prüfung, als auch zur vollautomatischen
Profilmessung in einer Fertigungslinie unter Einsatz eines
Bildverarbeitungssystemes. Bei Einsatz eines hochgenauen
Bildverarbeitungssystemes besteht die Möglichkeit, den
Profilverlauf zur visuellen Beurteilung noch stärker überhöht
darzustellen, als dies bei der direkten Visualisierung der
optischen Abbildung entsprechend Fig. 5 durch eine Optik
möglich ist.
Die Vermessung eines LWL-Bandes 1 geschieht in der Regel an
einem an der statischen Meßeinrichtung vorbeigeführten ge
ringfügig gekrümmten Band. Es ist auch denkbar, daß eine ge
samte Oberfläche eines gekrümmten Körpers vermessen werden
kann, indem jeweils bestimmte Meßfenster festgelegt werden,
die sukkzessive abgearbeitet werden.
Claims (8)
1. Verfahren zur Vermessung von Oberflächen, die eine gleich
mäßige Krümmung in einer Richtung aufweisen und senkrecht zur
Krümmung annähernd eben sind, mittels einer optischen Abbil
dung eines Oberflächenprofiles (2) in eine Kamera (8), wobei
die Beleuchtung und die Bildaufnahme in Krümmungsrichtung und
relativ zum Oberflächenprofil (2) jeweils gegenüberliegend
und in annähernd tangentialer Richtung geschehen, so daß Ab
weichungen im ebenen Oberflächenprofil (2) erkennbar sind.
2. Verfahren zur Vermessung von Oberflächen, die eine gleich
mäßige Krümmung in einer Richtung aufweisen und senkrecht zur
Krümmungsrichtung annähernd eben sind, mittels gleichzeitiger
optischer Abbildung einer Referenzschneide (10) und eines auf
der Oberfläche erzeugten Spiegelbildes (11) der Referenz
schneide (10) in eine Kamera (8), wobei die Beleuchtung und
die Bildaufnahme in Krümmungsrichtung und relativ zum Ober
flächenprofil (2) jeweils gegenüberliegend und in annähernd
tangentialer Richtung geschehen, die Referenzschneide (10)
über dem zu vermessenden Oberflächenprofil (2) und quer zur
Beleuchtungsrichtung und in der Nähe der annähernd ebenen
Oberfläche angeordnet ist, so daß ein Spiegelbild (11) der
Referenzschneide (10) auf der Oberfläche entsteht und die Re
ferenzschneide (10) und das Spiegelbild (11) in die Kamera
(8) abgebildet werden, um Abweichungen im ebenen Oberflächen
profil (2) zu detektieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin hinter der Lichtquelle
(5) im Beleuchtungsstrahl (12) eine waagerecht liegende
Schlitzblende (6) angeordnet ist, so daß annähernd paralleli
siertes Licht erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Richtung von Beleuch
tung und Bildaufnahme unter Beibehaltung der gleichzeitigen
optischen Abbildung der Referenzschneide (10) und des ent
sprechenden Spiegelbildes (11) in die Kamera (8) von der re
lativ zur gekrümmten Oberfläche tangentialen Richtung abwei
chen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin
die Kamera (8) eine Halbleiterkamera ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin
die Oberfläche eines Lichtwellenleiter-(LWL)-Bandes (1) ver
messen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin sich das LWL-Band in
Krümmungsrichtung bewegt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin
die Bildauswertung automatisch über ein Bildverarbeitungssy
stem geschieht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995114718 DE19514718C2 (de) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | Verfahren zur Vermessung einer gekrümmten Oberfläche eines Lichtwellenleiterbandes |
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DE1995114718 Expired - Fee Related DE19514718C2 (de) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | Verfahren zur Vermessung einer gekrümmten Oberfläche eines Lichtwellenleiterbandes |
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DE (1) | DE19514718C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE29920817U1 (de) | 1999-11-26 | 2000-02-10 | Kirchner, Wolfgang, 10707 Berlin | Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Erdoberflächenkrümmung |
US7190466B2 (en) * | 2002-06-25 | 2007-03-13 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Inspection device of a tape reel |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4229349C2 (de) * | 1992-09-05 | 1995-05-24 | Schoeller Felix Jun Papier | Verfahren und Anordnung zur Messung der optischen Oberflächengüte von spiegelnden Materialien und der optischen Güte transparenter Materialien |
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1995
- 1995-04-21 DE DE1995114718 patent/DE19514718C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Publication number | Publication date |
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DE19514718C2 (de) | 2003-08-21 |
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