FI88204B - Anordning foer bestaemning av ytformen av foeremaolet - Google Patents

Description

1 8 8 2 C 4

LAITE KOHTEEN PINNAN MUODON MÄÄRITTÄMISEKSI -ANORDNING FÖR BESTÄMNING AV YTFORMEN AV FÖREMÄLET

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa määritelty laite.

Entuudestaan tunnetaan julkaisusta US 4 764 016 laite pinnan muodon mittaamiseksi. Laitteeseen kuuluu valonlähde, joka on järjestetty lähettämään valokeila kohteen pintaan. Edelleen laitteeseen kuuluu 10 optiset välineet, joilla valokeila fokusoidaan kohteen pinnalle. Laitteeseen kuuluu edelleen paikkaherkkä ilmaisin, jolla pinnasta siroavan valokeilan kuvan paikka voidaan ilmaista. Toiset optiset välineet on järjestetty siroavan keilan suuntaamiseksi ilmaisimeen. 15 Valonlähde, optiset välineet ja ilmaisin on kiinnitetty runkoon, jota siirtolaite on järjestetty siirtämään eri mittauspisteisiin pinnan suhteen siten, että siroavan keilan kuva aina on esim. ilmaisimen kuva-alan keskellä, ' jolloin rungon siirtymät ovat suoraan verrannollisia 20 pinnan muotoon. Vielä laitteeseen kuuluu tietojenkäsit-telylaite rungon siirtymien rekisteröimiseksi pinnan muodon määrittämistä varten. Mittaaminen tapahtuu perät-täisesti kussakin kohteen pinnan kohdassa ja siirtolaitteella siirretään runkoa ja siihen kiinnitettyjä kom-25 ponentteja pinnan suhteen. Julkaisun mukaisessa laitteessa on vain yksi valoherkkä ilmaisin. Mittalaitteen . .. karkea kohdistus suoritetaan mittalaitteen okulaarin avulla.

Ongelmana entuudestaan tunnetussa laitteessa 30 on, että haluttaessa hyvin tarkkaa pinnan muodon mittausta laite on vietävä hyvin lähelle mitattavaa pintaa, koska em. toisissa optisissa välineissä on käytettävä suurta suurennussuhdetta. Tunnetuissa tarkkaan mittaukseen soveltuvissa laitteissa mittausetäisyys pinnasta 35 on tavallisesti vain muutamien millimetrien suuruusluokkaa. Pieni mittausetäisyys ja suuri suurennussuhde muodostuu ongelmaksi myös sen vuoksi, että kuvan etsiminen 2 8 8 2 C -i paikkaherkän ilmaisimen kuva-alaan on hankalaa ja vaatii sen vuoksi suuren kuva-alan ilmaisimeen tai sitten okulaarin, jonka avulla kohdetta tähystetään ihmissilmällä ja jonka avulla karkeapaikoitus suoritetaan. Näin 5 ollen karkeapaikoitusta ei voida suorittaa automaattisesti. Edelleen pieni mittausetäisyys aiheuttaa laitteen ja mitattavan pinnan keskinäisen törmäämisen vaaran.

Lisäksi ongelmana tunnetuilla hyvin tarkoilla mittalaitteilla on, että niiden profiilisyvyyden roit-10 tausalue on hyvin kapea.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin laite, jolla voidaan^mitata pinnan muoto hyvin 15 tarkasti suhteellisen suuren etäisyyden päästä pinnasta.

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin laite, jolla pinnan muodon mittaus voidaan suorittaa hyvin tarkasti ja automaattisesti.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomais-20 ta se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen kuuluu valonlähde, joka on järjestetty lähettämään valokeila kohteen pintaan; ensimmäiset optiset välineet valokeilan fokusoimiseksi kohteen pinnalle olennaisesti pistemäi-25 seksi; paikkaherkkä ilmaisin pinnasta siroavan valokeilan kuvan paikan ilmaisemiseksi; toiset optiset välineet siroavan keilan suuntaamiseksi ilmaisimeen; runko, johon valonlähde, optiset välineet ja ilmaisin on kiinnitetty; ja siirtolaite, joka on järjestetty siirtämään 30 runkoa pinnan suhteen eri mittauspisteisiin siten, että pinta on kussakin mittauspisteessä aina valonlähteen lähettämän valokeilan fokuksessa ja siroavan keilan kuva on ilmaisimen kuva-alan ennaltaroäärätyllä alueella, edullisesti kuva-alan keskellä, jolloin rungon siirtymät 35 ovat suoraan verrannollisia pinnan muotoon; ja tietojen-käsittelylaite rungon siirtymien rekisteröimiseksi pinnan muodon määrittämistä varten; ja valokeilan opti- 3 88204 nen akseli ja havainnointisuunnan optinen akseli ovat kulmassa, edullisesti suorassa kulmassa, toisiinsa nähden. Keksinnön mukaisesti paikkaherkkään ilmaisimeen kuuluu ensimmäinen paikkaherkkä ilmaisin ja toinen 5 paikkaherkkä ilmaisin, joka on kaksiulotteinen; laitteeseen kuuluu säteenjakaja kohteen pinnasta siroavan keilan jakamiseksi ensimmäiseksi keilaksi ensimmäiselle ilmaisimelle ja toiseksi keilaksi toiselle ilmaisimelle; suurennusoptiikka toisen keilan kuvan suurentami-10 seksi ja toisen ilmaisimen kuva-alan muodostamiseksi suurennusoptiikan suurennuksen määräämäksi osaksi ensimmäisen ilmaisimen kuva-alasta; toinen ilmaisin, säteenjakaja ja suurennusoptiikka on kiinnitetty runkoon; ensimmäinen ilmaisin on järjestetty karkeapaikantimeksi 15 toisen keilan kuvan kohdistamiseksi toisen ilmaisimen kuva-alaan yhteistoiminnassa siirtolaitteen kanssa; ja tietojenkäsittelylaite on järjestetty määrittämään toisen ilmaisimen kuva-alasta toisen keilan kuvan keski-pisteen paikan, ja sen perusteella laskennallisesti 20 edelleen tarkentamaan mittauksen tuloksen siirtolaitteesta saatua arvoa tarkemmaksi.

Laitteen eräässä sovellutuksessa ensimmäinen ilmaisin on kaksiulotteinen paikkaherkkä ilmaisin.

Laitteen eräässä sovellutuksessa siirtolaittee-25 seen kuuluu yksi tai useampi siirrin.

Laitteen eräässä sovellutuksessa valonlähde on laser, kuten puolijohdelaser. Valonlähde voi luonnollisesti olla mikä tahansa muukin soveltuva säteilylähde.

Laitteen eräässä sovellutuksessa säteenjakaja 30 on puoliläpäisevä peili, säteenjakoprisma tai sen tapainen, josta osa säteilystä heijastuu ja osa pääsee läpi.

Keksinnön etuna on, että voidaan käyttää suurta, esim. senttimetrien suuruusluokkaa olevaa mittaus-etäisyyttä, mitattavaan kohteeseen ja samalla kuitenkin 35 päästään hyvin suureen mittaustarkkuuteen.

Edelleen keksinnön etuna on, että pinnan muodon mittaus voidaan suorittaa täysin automaattisesti.

4 88204

Lisäksi keksinnön etuna on, että toisten optisten välineiden suurennus voidaan muodostaa suhteellisen suureksi.

Lisäksi keksinnön etuna on, että laitteen mit-5 tausalue on hyvin laaja, 'ts. laitteella voidaan mitata sekä karkeahkoja että hyvin pieniä pinnan muodon muutoksia, mikä soveltuu erityisesti konepajaolosuhteissa tehtäviin erilaisten työkalujen pintojen muotojen mittauksiin.

10 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskoh taisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää kaaviomaisesti sivulta keksinnön mukaisen laitteen erästä sovellutusta; kuva 2 esittää kuvan 1 sovellutuksen ensimmäi-15 sen ilmaisimen kuva-alaa; ja kuva 3 esittää kuvan 1 sovellutuksen toisen ilmaisimen kuva-alaa.

Kuvassa 1 on laite kohteen pinnan muodon mittaamiseksi. Laitteeseen kuuluu valonlähde 1, joka 20 on esim. puolijohdelaser, joka on järjestetty lähettämään valokeila kohteen pintaan. Kohteena voi luonnollisesti olla mikä tahansa pinta, jota halutaan tarkastella.

Laitteeseen kuuluu ensimmäiset optiset väli-25 neet 2, joiden tehtävänä on fokusoida valokeilan kohteen pinnalle olennaisesti pistemäiseksi täpläksi. Laitteeseen kuuluu edelleen paikkaherkkä ilmaisin 3. Ilmaisin 3 on järjestetty ilmaisemaan pinnasta siroavan valokeilan kuvan paikka. Vielä laitteeseen kuuluu toiset 30 optiset välineet 4 siroavan keilan suuntaamiseksi ilmaisimeen 3. Valonlähde 1, optiset välineet 2 ja ilmaisin 3 on kiinnitetty yhteiseen runkoon 5.

Siirtolaite 6 on järjestetty siirtämään runkoa ja pitämään kohteen pinnan ja rungon 5 keskinäinen etäi-35 syys vakiona eri mittauspisteissä ja siirtämään runkoa 5 pinnan suhteen siten, että pinta on kussakin mittauspisteessä aina valonlähteen 1 lähettämän valokeilan 5 8 8 2 C -: fokuksessa ja siroavan keilan kuva on ilmaisimen kuva-alan ennaltamäärätyllä alueella, edullisesti kuva-alan keskellä, jolloin rungon siirtymät ovat suoraan verrannollisia pinnan muotoon.

5 Siirtolaitteeseen 6 kuuluu runkoa 5 kolmidimen- sionaalisesti siirtävät siirtimet, jotka siirtävät hyvin pienin askelin, suuruusluokkaa esim. 1 μπι. Laitteeseen kuuluu vielä tietojenkäsittelylaite 7 rungon 5 siirtymien rekisteröimiseksi pinnan muodon määrittämistä 10 varten. Valokeilan optinen akseli 8 ja havainnointi-suunnan optinen akseli 9 ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden.

Paikkaherkkään 3 ilmaisimeen kuuluu ensimmäinen paikkaherkkä ilmaisin 31 ja toinen paikkaherkkä 15 ilmaisin 3a. Laitteeseen kuuluu säteenjakaja 10, joka on puoliläpäisevä peili tai säteenjakoprisma, kohteen pinnasta siroavan keilan jakamiseksi ensimmäiseksi keilaksi 11 ensimmäiselle ilmaisimelle 3X ja toiseksi keilaksi 12 toiselle ilmaisimelle 3a.

20 Laitteeseen kuuluu edelleen suurennusoptiikka 13, joka on järjestetty suurentamaan toisen keilan kuva ja muodostamaan toisen ilmaisimen kuva-ala suurennusop-tiikan 13 suurennuksen määräämäksi osaksi ensimmäisen ilmaisimen 3X kuva-alasta. Ensimmäinen ilmaisin 3X ja 25 toinen ilmaisin 3a, säteenjakaja 10 ja suurennusoptiikka 13 on kaikki kiinnitetty runkoon 5.

Ensimmäinen ilmaisin 31 on järjestetty karkea-paikantamaan toisen keilan 12 kuva toisen ilmaisimen 3a . . kuva-alaan yhteistoiminnassa siirtolaitteen 6 kanssa.

30 Tietojenkäsittelylaite 7 on järjestetty määrittämään toisen ilmaisimen 3a kuva-alasta toisen keilan 12 kuvan paikka kuvatasossa, ja sen perusteella laskennallisesti edelleen tarkentamaan muodon mittauksen tulosta siir-tolaitteesta saatua arvoa tarkemmaksi.

35 Kuvassa 2 on ensimmäisen paikkaherkän ilmaisi men 31 kuva-ala. Ilmaisin 31 on kaksiulotteinen ilmaisin eli esim. CCD-kenno. Kuvassa näkyy tilanne, jossa koh- 6 8 8 2 C 4 teen pinnasta CCD-kennolle kuvautuva pistemäinen täplä on siirtolaitteen avulla runkoa 5 siirtämällä asetettu CCD-kennon keskelle. Kuva säädetään kuva-alan keskelle, jolloin pinnasta siroavan valonsädekimpun kuvan inten-5 siteettipiikki on kapeimmillaan ja terävimmillään. Ilmaisin 31 on karkeapaikannin, jonka keskiosaan katkoviivoilla piirretty suorakaiteenmuotoinen pieni alue vastaa toisen ilmaisimen 3a kuva-alaa, joka on esitetty kuvassa 3. Kun täplän kuva on asetettu ko. alueelle 10 niin se näkyy myös toisen ilmaisimen 3a kuva-alassa suurennettuna kuvana, jonka suurennuksen määrää suuren-nusoptiikan 13 suurennussuhde. Ensimmäisen ilmaisimen 31 kuva-alassa olevan täplän koko on vain muutaman pikselin suuruusluokkaa, joten siitä sen keskipisteen 15 tarkkaa paikkaa ja täplän muotoa on mahdotonta analysoida millään kuvankäsittelytekniikalla. Sen sijaan ko. analysointi suoritetaan toisen ilmaisimen 3a avulla, josta digitaalisilla kuvankäsittelytekniikoilla kuvaa voidaan halutusti analysoida ja täplän keskipisteen 20 tarkka paikka ja täplän muoto voidaan määrittää. Voidaan myös tutkia onko mitattavan kohteen pinnalle muodostunut kuva kelvollinen tarkkoihin mittauksiin. Kuvankäsittely-menetelmät voivat olla hyvinkin monipuolisia, sillä ilmaisimelle 3a saadun kuvan suuri suurennus antaa tähän 25 erinomaiset mahdollsuudet.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (5)

7 882C4

1. Laite kohteen pinnan muodon mittaamiseksi, johon laitteeseen kuuluu valonlähde (1) , joka on jär-5 jestetty lähettämään valokeila kohteen pintaan; ensimmäiset optiset välineet (2) valokeilan fokusoimiseksi kohteen pinnalle olennaisesti pistemäiseksi; paikka-herkkä ilmaisin (3) pinnasta siroavan valokeilan kuvan paikan ilmaisemiseksi; toiset optiset välineet (4) 10 siroavan keilan suuntaamiseksi ilmaisimeen; runko (5), johon valonlähde, optiset välineet ja ilmaisin on kiinnitetty; ja siirtolaite (6), joka on järjestetty siirtämään runkoa pinnan suhteen eri mittauspisteisiin siten, että pinta on kussakin mittauspisteessä aina valonläh-15 teen lähettämän valokeilan fokuksessa ja siroavan keilan kuva on ilmaisimen kuva-alan ennaltamäärätyllä alueella, edullisesti kuva-alan keskellä, jolloin rungon siirtymät ovat suoraan verrannollisia pinnan muotoon; ja tietojen-käsittelylaite (7) rungon siirtymien rekisteröimiseksi ... 20 pinnan muodon määrittämistä varten; ja valokeilan opti nen akseli (8) ja havainnointisuunnan optinen akseli (9) ovat kulmassa, edullisesti suorassa kulmassa, toisiinsa nähden, tunnettu siitä, että paikkaherk-kään ilmaisimeen (3) kuuluu ensimmäinen paikkaherkkä 25 ilmaisin (31) ja toinen paikkaherkkä ilmaisin (3a), joka on kaksiulotteinen; että laitteeseen kuuluu säteen-jakaja (10) kohteen pinnasta siroavan keilan jakamiseksi ensimmäiseksi keilaksi (11) ensimmäiselle ilmaisimelle (31) ja toiseksi keilaksi (12) toiselle 30 ilmaisimelle (3a) ; suurennusoptiikka (13) toisen keilan kuvan suurentamiseksi ja toisen ilmaisimen kuva-alan muodostamiseksi suurennusoptiikan suurennuksen määrää-mäksi osaksi ensimmäisen ilmaisimen kuva-alasta; että säteenjakaja ja suurennusoptiikka on kiinnitetty runkoon 35 (5); että ensimmäinen ilmaisin (31) on järjestetty karkeapaikantimeksi toisen keilan (12) kuvan kohdistamiseksi toisen ilmaisimen (3a) kuva-alaan yhteistoi- s 88204 minnassa siirtolaitteen (6) kanssa; ja että tietojenkä-sittelylaite (7) on järjestetty määrittämään toisen ilmaisimen (3a) kuva-alasta toisen keilan (12) kuvan paikan, ja sen perusteella laskennallisesti edelleen 5 tarkentamaan mittauksen tuloksen siirtolaitteesta saatua arvoa tarkemmaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäinen ilmaisin (3X) on kaksiulotteinen paikkaherkkä ilmaisin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että siirtolaitteeseen (6) kuuluu yksi tai useampi siirrin.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että valonlähde (1) on 15 laser, kuten puolijohdelaser.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että säteenjakaja (10) on puoliläpäisevä peili, säteenjakoprisma tai sen tapainen, josta osa säteilystä heijastuu ja osa pääsee läpi. 9 882G4