DE4017299A1 - Verfahren und vorrichtung zur verzerrungsfreien abtastung von oberflaechen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur verzerrungsfreien abtastung von oberflaechenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtastung von Ober
flächen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung
betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver
fahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
elektro-optischen Digitalisierung dreidimensionaler Flächen
bzw. zum Messen und Digitalisieren von 3D-Oberflächen
koordinaten von Objekten.
Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung
sind aus der DE-OS 33 28 753 bekannt. Hierbei wird auf das
abzutastende Objekt ein erstes Modulationsmuster beispiels
weise in Form eines feinen Liniengitters projeziert, das auf
ein zweites Modulationsmuster, beispielsweise ein Referenz
gitter, abgebildet wird. Die Überlagerung der beiden Muster
bzw. Gitter ergibt ein Streifenbild (Moir´-Muster bzw.
Moir´-Linien). Die Intensitätsverteilung der Streifenbilder
enthält Informationen über die räumliche Struktur bzw. die
Oberfläche des Objekts. Aus diesen Informationen können mit
tels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise des
Phasen-Shift-Verfahrens, die Koordinaten der abgetasteten
Oberfläche bestimmt werden, indem ein Streifenbild oder eine
Mehrzahl von phasenverschobenen Streifenbildern,
beispielsweise drei, ausgewertet bzw. miteinander verrechnet
werden.
Bei der Auswertung bzw. Berechnung der Oberflächenkoordinaten
treten jedoch erhebliche praktische Probleme auf. Die
Projektion, aber insbesondere auch die Betrachtung der zu
messenden Oberfläche erfolgt nämlich von einem in endlicher
Entfernung von der Oberfläche liegenden Punkt aus, so daß die
Projektionsgeometrie und die Beobachtungsgeometrie jeweils
einer Zentralprojektion entsprechen. Dadurch werden die er
mittelten Koordinaten verzerrt, was insbesondere zu dem Nach
teil führt, daß zwei verschiedene (Teil-)Ansichten des Ob
jekts, beispielsweise von verschiedenen Seiten, nicht korrekt
in Relation zueinander gesetzt werden können. Aus demselben
Grund, nämlich der Divergenz der Beleuchtungs- und Betrach
tungsgeometrie, sind die von den Moir´-Linien dargestellten
Höhenschichtlinien des Objekts nicht äquidistant, sondern
nehmen mit der Entfernung vom Projektor bzw. von der Kamera
zu; die divergente Geometrie führt auch zu einer Tiefenabhän
gigkeit des lateralen oder seitlichen Abbildungsmaßstabes;
schließlich kann die relative Tiefe verschiedener Objekt
punkte nur dann ermittelt werden, wenn die relative
"Ordnungsdifferenz" der entsprechenden Moir´-Linien aus dem
aufgenommenen Bild entnommen werden kann, d. h. wenn festge
stellt werden kann, zu welchen Höhenlinien einzelne beobach
tete Teile von Moir´-Linien gehören, was jedoch bei
Unstetigkeiten der Oberfläche beispielsweise infolge von Kan
ten, bei Abschattungen und großen Gradienten nicht möglich
ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrich
tung zu schaffen, bei dem bzw. bei der die obengenannten
Probleme gelöst werden.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vor
richtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
bzw. des Anspruchs 16 erreicht.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß können die für die Korrektur erforderlichen
Meßdaten dadurch erfaßt werden, daß das Prüfobjekt bzw. ein
Eichkörper in einer Richtung senkrecht zu den Moir´-Ebenen
bewegt werden und die Moir´-Muster bei unterschiedlichen Po
sitionen des Prüfobjekts oder Eichkörpers aufgenommen und
ausgewertet werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden
anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die
Figuren beschrieben. Von den Figuren zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrich
tung in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine Ansicht einer in der Vorrichtung nach Fig. 1
verwendeten Referenzfläche; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungs
form des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fest
stellung des Beobachtungspunktes der
Zentralprojektion.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält einen mit ei
ner Lichtquelle 2, z. B. einer Bogenlampe, ausgerüsteten Pro
jektor 1, der über eine Optik 3 ein Meßfeld 4 beleuchtet. An
stelle von Licht kann aber auch jede andere elekromagnetische
Strahlung, wie z. B. IR-Strahlung, verwendet werden. Im Strah
lengang des Projektors entlang der Projektionsrichtung 5 ist
ein Projektionsgitter 6 angeordnet, das vorzugsweise als
Strichgitter ausgebildet ist. Aufgrund der Divergenz des
Strahlengangs führt das Strichgitter zu einer Projektion
räumlich divergierender Strichebenen.
Das Meßfeld 4 wird von einer Bildaufnahmeeinrichtung 7 unter
einer Betrachtungsrichtung 27, die einen Winkel α zur
Projektionsrichtung 5 einschließt, betrachtet. Die Bildauf
nahmeeinrichtung weist eine Kamera 8, vorzugsweise eine
Video-, Fernseh- oder CCD-Kamera, sowie eine Betrachtungs
optik 9 auf, mit der eine Scharfstellung auf ein im Meßfeld
angeordnetes Objekt 10 mit einer Oberfläche 11 möglich ist.
Im Betrachtungsstrahlengang 12 ist ein Referenzgitter 13 an
geordnet, das ebenfalls als Strichgitter ausgebildet ist. Die
Ebene des Referenzgitters 13 ist vorzugsweise parallel zur
Ebene des Projektionsgitters 6 und senkrecht zur Betrach
tungsrichtung 27 angeordnet.
Im Meßfeld 4 ist eine Positioniervorrichtung 20 angeordnet,
die eine in Betrachtungsrichtung 27 bzw. senkrecht zur Ebene
der Gitter 6, 13 verschiebbare Verschiebeeinrichtung 14 bei
spielsweise in Form eines verschiebbaren Schlittens eines
Präzisionstisches aufweist. Am Schlitten ist ein einstellba
rer Anschlag 19 zur Festlegung einer Endstellung des Schlit
tens bzw. der Verschiebeeinrichtung in Betrachtungsrichtung
vorgesehen. Die Verschiebeeinrichtung 14 besitzt ferner einen
Antrieb 15 in Form eines DC-Motors oder eines Schrittmotors
und eine Halterung 16 zur auswechselbaren Fixierung des Ob
jekts 10 derart, daß die abzutastende Oberfläche 11 von der
Kamera 8 betrachtet werden kann. Schließlich ist an der Ver
schiebeeinrichtung eine Meßvorrichtung 17 zur Erfassung der
Verschiebeposition in Richtung senkrecht zu den Ebenen der
Gitter 6, 13, ausgehend von der durch den Anschlag festgeleg
ten Endstellung, vorgesehen. Die Meßvorrichtung 17 kann eine
übliche hochauflösende optisch-elektronische Wegmeßvorrich
tung sein, die die erfaßte Position bzw. den Abstand von der
durch den Anschlag 19 festgelegten Endstellung in elektro
nisch verarbeitbare Signale umsetzt.
Die Kamera 8 und die Positioniervorrichtung 20 bzw. der An
trieb 15 und die Meßvorrichtung 17 derselben sind jeweils mit
einer Steuer- und Auswertevorrichtung 18 verbunden, die so
ausgebildet ist, daß sie die im folgenden beschriebenen Ope
rationen ausführen kann, und die dazu erforderlichen Bauteile
wie Rechner, Speicher, Treiber etc. aufweist. Ein Beispiel
für eine derartige Steuer- und Auswerteeinheit ist aus der
DE-OS 33 28 753 bekannt, die in die vorliegende Anmeldung in
tegriert werden soll.
Im Betrieb ergibt sich durch die Überlagerung der beiden Git
ter 6, 13 ein räumliches Moir´-Muster, das bei der gewählten
parallelen Anordung beider Gitter die einfache Form von an
nähernd parallel zur Gitterebene liegenden Moir´-Flächen 21
annimmt. Aufgrund der Divergenz des Projektionsstrahlengangs
und des Betrachtungsstrahlengangs nehmen dabei die Abstände
zwischen den Moir´-Flächen mit zunehmender Entfernung von den
Gittern (d. h. höherer Moir´-Ordnung) zu. Aufgrund der unver
meidlichen Abbildungsfehler der Optiken 3, 9 sind die
Moir´-Flächen auch nicht vollständig eben, sondern mehr oder
weniger stark gekrümmt.
Zunächst wird zur späteren Korrektur der Koordinaten der ab
zutastenden Oberfläche eine Eichung der Vorrichtung durchge
führt. Hierzu wird auf dem Schlitten der Verschiebeeinrich
tung 14 ein Eichkörper 22 beispielsweise in Form einer in
Fig. 2 dargestellten ebenen Platte 23 so befestigt, daß sich
die der Bildaufnahmeeinrichtung 7 zugewandte Oberfläche, die
eine Referenzfläche 24 für die Eichung darstellt, parallel zu
den Moir´-Ebenen bzw. zu den Ebenen der Gitter 6, 13 er
streckt. Die Größe der Platte ist so gewählt, daß am Platten
mittelpunkt 28, der auf der optischen Achse des Betrachtungs
strahlengangs 12 liegt, eine Messung des Grauwertes des
Linienmusters erfolgen kann. Auf der Platte ist ferner zum
Zweck der später beschriebenen Korrektur der Bildfeldwölbung
ein Raster 25 mit einer über die Oberfläche der Platte ver
teilten Anzahl von Rasterpunkten 26 aufgebracht, deren
x,y-Koordinaten (also die Koordinaten in der Ebene senkrecht
zur Betrachtungsrichtung bzw. Meßrichtung) bezüglich des
Plattenmittelpunkts 28 (x=0, y=0) vorgegeben sind.
Die Platte 23 wird daraufhin mittels der Verschiebeeinrich
tung 14 soweit in Richtung zur Bildaufnahmeeinrichtung 7 hin
verschoben, daß die Referenzfläche 24 im Plattenmittelpunkt
28 in der ersten relevanten Moir´-Ebene 21a liegt. Dies kann
dadurch festgestellt werden, daß an dieser Stelle der von der
Kamera 8 registrierte Grauwert maximal ist. Diese Position
der Referenzfläche 24 dient als Referenzposition. Der An
schlag 19 wird auf diese Stellung der Verschiebeeinrichtung
14 eingestellt und die Meßvorrichtung 17 wird auf Null ge
stellt.
Die Steuer- und Auswertevorrichtung 18 betätigt daraufhin den
Antrieb 15 derart, daß die Verschiebeeinrichtung 14 die Refe
renzfläche 24 von der Bildaufnahmeeinrichtung 7 weg in Rich
tung der die Z-Koordinate darstellenden Betrachtungsrichtung
27 soweit verschiebt, bis wiederum im Plattemmittelpunkt 28
ein maximaler Grauwert festgestellt wird. Dies bedeutet, daß
der Plattenmittelpunkt in der Ebene der nächsten Moir´-Fläche
21b liegt. Der Verschiebeweg vom Anschlag bis zu dieser Posi
tion wird von der Meßvorrichtung 17 gemessen und als
Z-Koordinate an die Steuer- und Auswertevorrichtung 18 über
mittelt.
Derselbe Vorgang wird nun für jede Moir´-Fläche im relevanten
Meßfeld 4 durchgeführt. Als Ergebnis sind in der Steuer- und
Auswertevorrichtung 18 die z-Koordinatenwerte der aufeinan
derfolgenden, im Meßfeld liegenden Moir´-Flächen 21a...21d
gespeichert.
Aufgrund der zentralen Projektions- und Betrachtungsgeometrie
sind die Koordinatenwerte in einer Ebene senkrecht zur Be
trachtungsrichtung (x,y-Koordinaten) abhängig von der Entfer
nung vom Beobachtungszentrum, d. h. der z-Koordinate. Hieraus
ergibt sich eine Verzerrung der bei der Messung eines Objekts
ermittelten Koordinaten. Die Berücksichtigung bzw. Kompensa
tion dieser Verzerrung erfolgt nun in der in Fig. 3 darge
stellten Weise. Die in der oben beschriebenen Weise ermit
telten Z-Koordinaten der aufeinanderfolgenden Moir´-Ebenen
werden in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 der
jeweiligen Ordnung der Moir´-Ebenen zugeordnet; eine graphi
sche Darstellung dieser Zuordnung, bei der beispielsweise die
z-Koordinaten als Ordinatenwerte über der Ordnung der zugehö
rigen Moir´-Ebene bzw. -Fläche aufgetragen sind, zeigt Fig.
3. Eine Extrapolation dieser Zuordnung, also beispielsweise
der die Ordinatenwerte verbindenden Kurve, ergibt die Lage
des Beobachtungszentrums 25 bezüglich der Moir´-Ebenen bzw.
-Flächen, d. h. also den z-Koordinatenwert des Beobachtungs
zentrums bezüglich derjenigen der Moir´-Flächen. Diese Lage
kann beispielsweise auch durch Auftragen bzw. Zuordnen der
Differenz δz der z-Koordinatenwerte aufeinanderfolgender
Moir´-Ebenen zur jeweiligen Ordnung und Extrapolation bis auf
δz = 0 erhalten werden. Aus dieser Lage errechnet die Steuer-
und Auswerteeinrichtung 18 die geometrischen Parameter der
zentralen Betrachtungsgeometrie.
Anstelle der in Fig. 3 gezeigten Extrapolation kann die Lage
des Beobachtungszentrums bezüglich der Moir´-Ebenen auch
analytisch bestimmt werden. Die Abstände aufeinanderfolgender
Moir´-Flächen, d. h. die Differenz der in oben beschriebener
Weise bestimmten z-Koordinatenwerte zweier Moir´-Flächen auf
einanderfolgender Ordnung, ist nämlich eindeutig korreliert
mit dem Abstand dieser Flächen von dem Beobachtungszentrum.
Die diese Korrelation darstellende analytische Funktion, die
sich aus basistrigonometrischen Überlegungen ergibt und ein
Polynom in der Form
darstellt, ist in der
Steuer- und Auswerteeinheit 18 gespeichert, die mittels Ver
knüpfung der Abstände mindestens zweier bzw. dreier aufeinan
derfolgender Moir´-Flächen in z-Richtung (also der bei der
Eichung festgestellten Differenz der z-Koordinatenwerte
dieser Flächen) mit dieser Funktion die Lage des Beobach
tungszentrums bzw. dessen z-Koordinatenwert bezüglich derje
nigen der Moir´-Flächen berechnet. Dieses Verfahren hat den
Vorteil, daß bei der Eichung kein Anschlag erforderlich ist,
sondern lediglich zwei oder drei beliebige Moir´-Flächen in
der oben beschriebenen Weise angesteuert werden müssen, deren
gegenseitiger Abstand in z-Richtung festgestellt wird und
durch Verknüpfung mit der analytischen Funktion für das Beob
achtungszentrum die Lage desselben errechnet wird.
Nach dieser Eichung wird anstelle des Eichkörpers 22 das zu
vermessende Objekt 10 an der Halterung 16 der Verschiebeein
richtung 14 befestigt. Aufgrund der Krümmung der abzutasten
den Oberfläche 11 ist diese von Moir´-Linien überlagert, wel
che Höhenschichtlinien des Objekts darstellen. Ein Bild
dieser Oberfläche 11 mit überlagertem Linienmuster wird von
der Bildaufnahmeeinrichtung 7 aufgenommen, die für jeden der
beispielsweise 512×512 Abtastpunkte einen Grauwert an die
Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt. Durch Zuordnung der
festgestellten Höhenschichtlinien zu den bei der Eichung er
mittelten Verschiebepositionen (Moir´-Flächen) wird nun in
der Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 aus dem Grauwert jedes
Abtastpunktes nach bekannten Verfahren (z. B. dem
Phasen-Shift-Verfahren; vgl. die DE-OS 33 28 753) ein
Koordinatenwert (x′, y′, z′) des Abtastpunktes errechnet. Die
ser Koordinatenwert gilt für das Zentralkoordinatensystem,
dessen Parameter bei der oben beschriebenen Eichung des Sy
stems berechnet wurden. Durch eine an sich bekannte
Koordinatentransformation von diesem Zentralkoordinatensystem
in ein kartesisches Koordinatensystem entsprechend einer
Parallelprojektion werden nun in der Steuer- und Auswerte
einrichtung 18 die korrigierten Koordinaten (x, y, z) errech
net. Dies kann in einfacher Weise beispielsweise dadurch er
folgen, daß die aufgrund der Zentralprojektion mit
zunehmendem Abstand vom Beobachtungszentrum verkürzt gemes
senen x′, y′-Koordinaten mit einem Faktor korrigiert bzw. mul
tipliziert werden, der abhängig von dem gemessenen Abstand z′
von dem bei der Eichung ermittelten Beobachtungszentrum ist.
Damit ist die Verzerrung der gemessenen x′, y′-Koordinaten in
Abhängigkeit der gemessenen z′-Koordinate korrigiert. Aller
dings ist letztere aufgrund des unterschiedlichen Abstandes
der Moir´-Flächen voneinander und aufgrund der Bildfeldwöl
bung wegen der Abbildungsfehler der Optiken 3, 9 ebenfalls
fehlerhaft. Die Korrektur dieser Fehler erfolgt erfindungs
gemäß in folgender Weise:
Die Korrektur der Verzerrung des z-Maßstabs aufgrund des nicht konstanten Abstandes aufeinanderfolgender Moir´-Flächen erfolgt durch Vergleich des bei der Messung an einer Meßstelle festgestellten Wertes des Linienmusters mit dem bei der Eichung gemessenen Abstand des entsprechenden Wertes vom Beobachtungszentrum. Entspricht beispielsweise der gemessene Wert demjenigen an der Moir´-Fläche 21c, so gilt der bei der Eichung ermittelte Abstand dieser Moir´-Fläche als korrekter z-Wert der Meßstelle. Durch Verknüpfung mit dem gemessenen z′-Wert erhält man einen Korrekturwert k1(z′) für die bei der Messung des Objekts ermittelten entsprechenden z′-Werte. Auf diese Weise kann für alle z-Werte entlang der Betrachtungs richtung jeweils ein zugehöriger Korrekturwert k1(z′) ermit telt werden, wobei beispielsweise für die z-Werte zwischen einzelnen Moir´-Flächen interpoliert werden kann.
Die Korrektur der Verzerrung des z-Maßstabs aufgrund des nicht konstanten Abstandes aufeinanderfolgender Moir´-Flächen erfolgt durch Vergleich des bei der Messung an einer Meßstelle festgestellten Wertes des Linienmusters mit dem bei der Eichung gemessenen Abstand des entsprechenden Wertes vom Beobachtungszentrum. Entspricht beispielsweise der gemessene Wert demjenigen an der Moir´-Fläche 21c, so gilt der bei der Eichung ermittelte Abstand dieser Moir´-Fläche als korrekter z-Wert der Meßstelle. Durch Verknüpfung mit dem gemessenen z′-Wert erhält man einen Korrekturwert k1(z′) für die bei der Messung des Objekts ermittelten entsprechenden z′-Werte. Auf diese Weise kann für alle z-Werte entlang der Betrachtungs richtung jeweils ein zugehöriger Korrekturwert k1(z′) ermit telt werden, wobei beispielsweise für die z-Werte zwischen einzelnen Moir´-Flächen interpoliert werden kann.
Der Fehler aufgrund der Bildfeldwölbung wird erfindungsgemäß
dadurch korrigiert, daß an verschiedenen Stellen entlang der
z-Achse, die mit den für die oben beschriebene Korrektur der
x, y-Verzerrung und der z-Verzerrung verwendeten Stellen iden
tisch sein können, der Grauwert an den in Fig. 2 dargestell
ten Rasterpunkten 26 gemessen wird. Aufgrund der Bildfeld
wölbung ist dieser Grauwert auch dann nicht für alle
Rasterpunkte 26 konstant, wenn diese alle in einer Ebene
senkrecht zur Betrachtungsrichtung liegen. Aus der Abweichung
des Grauwertes an den Rasterpunkten 26 von demjenigen am
Plattenmittelpunkt 28 wird ein zweiter Korrekturfaktor
k2(x′, y′, z′) für die z-Koordinate errechnet. Der beide
z-Fehler berücksichtigende Korrekturwert ergibt sich dann
durch Verknüpfung der beiden Korrekturwerte k1 und k2.
Die oben beschriebenen drei Korrekturverfahren können erfin
dungsgemäß gemeinsam, aber auch getrennt voneinander angewen
det werden.
Die Korrektur der Koordinaten der Abtastpunkte kann praktisch
auch so durchgeführt werden, daß die Steuer- und Auswerte
einrichtung nach der Bestimmung der geometrischen Parameter
des Zentralkoordinatensystems und vor der Abtastung des zu
messenden Objekts für eine Vielzahl von gleichmäßig über das
abzutastende Meßvolumen verteilte Eichpunkte jeweils die
Koordinatentransformation bzw. die drei genannten Korrektur
verfahren durchführt und daraus eine räumliche Matrix von
Korrekturwerten für eine räumliches Netz von Eichpunkten be
stimmt. Bei der anschließenden Abtastung eines Objekts muß
dann nicht für jeden Abtastpunkt eine derartige
Transformation durchgeführt werden, sondern die Korrektur er
folgt durch Verknüpfung des für den Abtastpunkt errechneten
Koordinatenwertes mit einem zugehörigen Korrekturwert. Dieser
kann der Korrekturwert des nächstliegenden Eichpunktes oder
ein zwischen den umliegenden Eichpunkten interpolierter Kor
rekturwert sein. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die
Bestimmung der Parameter des Zentralkoordinatensystems, die
Koordinatentransformation in ein kartesisches System und die
Ermittlung der z-Korrekturwerte nur einmal erfolgen muß und
danach die Korrektur der gemessenen Oberflächenkoordinaten
verschiedenster Objekte durch einfache Verknüpfung dieser
Koordinaten mit den Korrekturwerten erfolgen kann.
Anstelle des separaten Eichkörpers 22 kann auch das zu ver
messende Objekt 10 selbst zur Eichung verwendet werden, indem
die Lage der einzelnen Moir´-Flächen durch Messung des Grau
wertes an dem auf der Betrachtungsachse 27 liegenden Flächen
element des Objekts bestimmt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Ei
chung nicht an den Stellen mit maximalem Grauwert, sondern an
denjenigen Stellen, an denen ein mittlerer Grauwert festge
stellt wird, durchgeführt. Dies hat den Vorteil, daß aufgrund
des stärkeren Gradienten im mittleren Graubereich die Bestim
mung der Eichstelle mit größerer Genauigkeit möglich ist. Die
nächste Eichstelle wird in gleicher Weise dadurch erhalten,
daß die Verschiebeeinrichtung so weit verfahren wird, bis
wiederum derselbe vorbestimmte Grauwert wie bei der vorherge
henden Eichstelle festgestellt wird. Die genannten drei Kor
rekturverfahren können mit jedem Grauwert durchgeführt wer
den.
Schließlich kann zur Eichung anstelle der Referenzfläche 24
auch die Beleuchtungsvorrichtung 1 zusammen mit der Be
trachtungsvorrichtung 7 verschoben werden. Hierzu wird die
Oberfläche 11 oder die Referenzfläche ortsfest fixiert und
ein die Beleuchtungsvorrichtung 1 und die Betrachtungsvor
richtung 7 enthaltender Meßkopf wird auf der Verschiebe
einrichtung 14 befestigt. Die Verschiebung zu den einzelnen
Eichstellen und die Eichung selbst sowie die Korrektur der
gemessenen Werte erfolgt dann in gleicher Weise wie beim oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Claims (21)
1. Verfahren zur Abtastung einer Oberfläche, bei dem auf
die Oberfläche ein erstes Modulationsmuster projiziert
wird, die Oberfläche über ein zweites Modulationsmuster
unter einem Winkel zur Projektionsrichtung betrachtet
und aus dem sich durch die Überlagerung der beiden
Modulationsmuster ergebenden Linienmuster Koordinaten
der Oberfläche bestimmt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatenwerte der
Oberfläche durch Transformation der bei der Betrachtung
vorliegenden Zentralprojektion in eine Parallel
projektion korrigiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungszentrum der
Zentralprojektion durch Extrapolation eines Eichvorgangs
ermittelt wird, bei dem eine Referenzfläche mit zumin
dest einem bekannten Koordinatenpunkt an einer Mehrzahl
von Eichstellen entlang der Betrachtungsrichtung
(z-Koordinate) ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß als Eichstellen diejenigen
Stellen gewählt werden, an denen ein am bekannten
Koordinatenpunkt der Referenzfläche ermittelter Wert des
Linienmusters jeweils gleich einem vorbestimmten Refe
renzwert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinate des Beobach
tungszentrums in Betrachtungsrichtung durch
Extrapolation der Koordinatenwerte der Eichstellen er
mittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinate des Beobach
tungszentrums durch Auswertung einer analytischen Funk
tion für die Abhängigkeit der Differenz mindestens
zweier Koordinatenwerte der Eichstellen vom entsprechen
den Koordinatenwert des Beobachtungszentrums erhalten
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß als Koordinatenwert der
Eichstellen und des Beobachtungszentrums jeweils der
Wert der z-Koordinate verwendet wird und die gemessenen
x′, y′-Koordinaten der Oberfläche in Abhängigkeit des Ab
standes vom Beobachtungszentrum in z-Richtung korrigiert
werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen
z′-Koordinaten der Oberfläche durch Verknüpfung mit ei
nem ersten Korrekturfaktor, der den nicht konstanten Ab
stand der Eichstellen in z-Richtung berücksichtigt, und
einem zweiten Korrekturfaktor, der die Bildfeldwölbung
berücksichtigt, korrigiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Korrekturfaktor
für den jeweiligen z-Wert durch Vergleich des für den
gemessenen Wert des Linienmusters ermittelten
z′-Koordinatenwertes mit den für die Werte des Linien
musters an den Eichstellen ermittelten
z-Koordinatenwerten erhalten werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Korrekturfaktor
durch Berücksichtigung der Verteilung des Wertes des Li
nienmusters auf einer sich senkrecht zur z-Richtung er
streckenden Ebene ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Wert des Linienmusters
der Grauwert und als Referenzwert ein vorbestimmter
mittlerer Grauwert verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite
Modulationsmuster jeweils mittels eines Strichgitters
erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Strichgitter in paral
lelen Ebenen angeordnet sind.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche eine
ebene und parallel zu den Ebenen der Strichgitter ange
ordnete Fläche ist.
14. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche in Rich
tung senkrecht zur Ebene eines Strichgitters (also in
Richtung der Z-Koordinate) verschoben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche ortsfest
ist und die Projektion und die Betrachtung mittels eines
Meßkopfes erfolgt, der relativ zur Referenzfläche in
Richtung senkrecht zur Ebene eines Strichgitters (also
in Richtung der Z-Koordinate) verschoben wird.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, mit einer Vorrichtung (1) zur Beleuchtung der
Oberfläche (11), einer Aufnahmeeinrichtung (7) zur Be
trachtung der Oberfläche unter einem Winkel zur Beleuch
tungsrichtung, einem ersten Gitter (6) im Beleuchtungs
weg und einem zweiten Gitter (13) im Betrachtungsweg so
wie einer mit der Aufnahmeeinrichtung (7) verbundenen
Steuer- und Auswerteeinrichtung (18) zur Auswertung des
aufgrund der Überlagerung der Gitter (6, 13) auf der
Oberfläche vorliegenden Linienmusters zur Berechnung der
Koordinaten der Oberfläche (11),
dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Steuer- und
Auswerteeinrichtung (18) verbundene Einrichtung (20) zur
Positionierung der Oberfläche (11) oder einer Referenz
fläche (24) und der Aufnahmeeinrichtung (7) relativ zu
einander an einer Mehrzahl von Positionen mit unter
schiedlichem Abstand der Oberfläche (11) oder der
Referenzfläche (24) vom ersten (6) bzw. zweiten (13)
Gitter vorgesehen ist und daß die Steuer- und Auswerte
einrichtung (18) derart ausgebildet ist, daß sie aus
denjenigen Positionen, an denen der Wert des Linienmu
sters jeweils einem vorbestimmten Referenzwert ent
spricht, die Beobachtungsgeometrie ermittelt und damit
eine Korrektur der berechneten Koordinaten der
Oberfläche (11) durchführt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung
(20) als Verschiebeeinrichtung (14) zum Verschieben der
Fläche oder eines die Beleuchtungsvorrichtung (1) und
die Aufnahmeeinrichtung (7) enthaltenden Meßkopfes in
einer Richtung senkrecht zur Ebene der Gitter (6, 13)
ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung
(14) einen einstellbaren Anschlag (19) aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung
(20) eine Halterung (16) zum auswechselbaren Halten ei
nes Objekts (10) mit der abzutastenden Oberfläche oder
eines Eichkörpers (22) mit der Referenzfläche aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung
(14) eine Meßvorrichtung (17) zur Erfassung der Position
der abzutastenden Oberfläche (11) bzw. der Referenzflä
che (24) oder des Meßkopfes in bezug auf den Anschlag
(19) in Verschieberichtung aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerte
einrichtung einen Speicher zur Speicherung der Werte des
Linienmusters der Referenzfläche bzw. der Korrekturwerte
und einen Rechner zur Berechnung der Koordinaten der
Oberfläche und zur Korrektur dieser Koordinaten durch
Koordinatentransformation von einer Zentralprojektion
auf eine Parallelprojektion aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4017299A DE4017299A1 (de) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | Verfahren und vorrichtung zur verzerrungsfreien abtastung von oberflaechen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4017299A DE4017299A1 (de) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | Verfahren und vorrichtung zur verzerrungsfreien abtastung von oberflaechen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4017299A1 true DE4017299A1 (de) | 1991-12-05 |
DE4017299C2 DE4017299C2 (de) | 1993-02-04 |
Family
ID=6407421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4017299A Granted DE4017299A1 (de) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | Verfahren und vorrichtung zur verzerrungsfreien abtastung von oberflaechen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4017299A1 (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3328753A1 (de) * | 1982-08-18 | 1984-02-23 | Novon, Inc., 01907 Swampscott, Mass. | Verfahren und vorrichtung zur abbildung von szenen und bereichen |
US4564295A (en) * | 1983-03-07 | 1986-01-14 | New York Institute Of Technology | Apparatus and method for projection moire topography |
DE3813692A1 (de) * | 1987-04-30 | 1988-11-17 | Eastman Kodak Co | Verfahren und vorrichtung zur digitalen moireprofilometrie, geeicht fuer die genaue umwandlung von phaseninformation in abstandsmessungen in einer vielzahl von richtungen |
-
1990
- 1990-05-30 DE DE4017299A patent/DE4017299A1/de active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3328753A1 (de) * | 1982-08-18 | 1984-02-23 | Novon, Inc., 01907 Swampscott, Mass. | Verfahren und vorrichtung zur abbildung von szenen und bereichen |
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Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
MEADOWS et al.: Generation of Surface Contours by MoirE Patterns. In: Applied Optics 1970, Vol.9, Nr.4, S.942-947 * |
TAKASAKI, Hiroshi: MoirE Topography. In: Applied Optics 1973, Vol.12, Nr.4, S.845-850 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4017299C2 (de) | 1993-02-04 |
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