NL8102813A

NL8102813A - Non-kontaktmeting van het profiel van een oppervlak.

Info

Publication number: NL8102813A
Application number: NL8102813A
Authority: NL
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1980-06-11
Filing date: 1981-06-11
Publication date: 1982-01-04
Also published as: JPS5724810A; IT1139362B; IL62959A0; FR2484633B1; US4349277A; GB2078944A; GB2078944B; IT8122186A0; JPH0330802B2; CA1164094A; IL62959A; DE3122712A1; FR2484633A1

Description

ƒ P & c

* I N 2348-1137 Ned.M/EvF

Non-kontaktmeting van het profiel van een oppervlak.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het meten van het profiel van een oppervlak door het gebruik van kleuren en met een zekere relatieve immuniteit voor het terugkaatsings-vermogen en de ruwheid van het oppervlak.

5 Het is al vele jaren bekend dat optische triangulatie een nauwkeurige kennis van het oppervlakprofiel kan verschaffen. Het grondprincipe is weergegeven in figuur 1. De verschuiving in waargenomen positie, 5, van de invallende potlooddunne straal bij snijding met het oppervlak, maakt de berekening mogelijk van de verschuiving in positie van 10 het oppervlak ten opzichte van het referentievlak (z=0). Dat wil zeggen δ = ΔδΜ Sin Θ waarin M = de optische vergroting 15 0 = de parallax hoek Δζ = de verschuiving in positie van het oppervlak, en δ = de verschuiving in de positie van de waargenomen plek.

Deze basisgedachte is toegepast in grote verscheidenheid bij metrologische sensoren, maar bezit een aantal nadelen. De meting verschaft 20 slechts één punt per keer en de maximale snelheid is 10.000 punten/sec.

Grote accuratesse bij het laten zwiepen van de invallende straal moet worden gehandhaafd. Een hogere zwaaisnelheid is mogelijk indien er verscheidene invallende stralen zijn, maar dan bestaat er het gevaar van dubbelzinnigheid ten aanzien van de vraag: welke gereflecteerde straal is welke 25 op de sensorrangschikking? Het resultaat is afhankelijk van het reflectie-vermogen van het oppervlak, dat verscheidene grootte orden kan variëren in vergelijking met metalen oppervlakken.

Bij de toepassing van oppervlaktopografie heeft het gebruik van' parallaxfotografie (fotogrammetrie) het eerste van deze bezwaren overwonnen. 30 In dit geval is elk punt in één van de beide opnamen van een oppervlak gecorreleerd met de corresponderende omgeving in de andere opname. De ligging van de correlatiepiek maakt de berekening mogelijk van de verschuiving tussen de beide opnamen, welke op haar beurt leidt tot het oppervlak-profiel. Deze aanpak heeft het nadeel dat de correlatie op een dure manier 35 berekend moet worden en leidt tot een zekere dubbelzinnigheid indien er ongecorreleerde ruis aanwezig is in de beelden.

Een laatste van belang zijnde aanpak is de zogenaamde Moire-randtechniek. Een streepjespatroon wordt geprojecteerd op het te meten 81 02 8 1 3 -2-- » .1 oppervlak. Het oppervlak wordt waargenomen door een soortgelijk streepjesmasker. Dit leidt tot interferentieranden, die de variatie aangeven in oppervlakprofiel. Het nadeel is dat de zijdelingse resolutie niet de afstanden in het streepjespatroon kan overschrijden. Daar komt bij dat de 5 variatie in reflectievermogen van het oppervlak de randformatie verstoort.

De parallaxmethode met golflengte-etikettering brengt met zich mee het projecteren op het oppervlak van een terugkaatsend voorwerp, van een kleurenpatroon van tenminste twee golflengten of golflengtebanden van licht, in het ultraviolette, zichtbare of infrarode gebied. Dit patroon 10 verschaft een goed gedefinieerde ruimtelijke variatie, zodat verschuivingen van gereflecteerd licht als gevolg van variaties in profiel gemakkelijk kunnen worden bespeurd. Het gebruik van verschillende golflengten verschaft immuniteit tegen variaties in het terugkaatsingsvermogen van het oppervlak doordat verschuivingen corresponderen met profielafwijkingen. 15 Het verdient de voorkeur een complementair kleurenpatroon te bezitten, dat gevormd wordt door het onttrekken van banden van gelijke energie aan een lichtbron. De positie van elk punt in het geprojecteerde patroon wordt op unieke wijze geïdentificeerd door de relatieve hoeveelheden vermogen, dat van elke golflengte op het oppervlak valt. Ter verkrijging 20 van dieptegevoeligheid, dient de vermogensvariatie steil te zijn; periodieke zaagtand- of cosinus lichttransmissies voldoen aan dit vereiste.

Het gebruik van golflengte-etikettering maakt de identificatie van verschuivingen ongecompliceerd. Gereflecteerd licht wordt afgetast bij een gegeven parallaxhoek en de verschillende golflengtén of golflengte-25 banden worden afzonderlijk gedetecteerd alsmede de verschuivingspositie op de detectorrangschikking afhankelijk van de diepte vanaf het voorwerps-vlak tot een referentievlak. Afzonderlijke sensorsignalen worden opgewekt overeenkomend met de gedetecteerde lichtintensiteit van elke golflengte-band. De sensorsignalen worden gecombineerd in de kleurpatroonontkoppelings-30 schakeling van een signaalbewèrker, en een genormaliseerd signaal wordt daaraan onttrokken, dat in hoofdzaak onafhankelijk is van variaties in terugkaatsingsvermogen en ruwheid van het oppervlak. De faseverschuiving van het genormaliseerde signaal ten opzichte van een referentie wordt bepaald en aldus dieptegegevens, waaruit het oppervlakprofiel in kaart 35 gebracht kan worden.

De optische sensor, die in detail gegeven wordt,.bezit een zender met een multi-spectrale lamp, twee-kleurenspiegels voor het extraheren van zichtbare en infrarode banden, condensorlenzen en een 81 02 8 1 3 I ,1 - 3 - spiegel met een streepjespatroon dat de golflengtebanden combineert en een periodiek complementair kleurenpatroon projecteert. De optische ontvanger bezit twee-kleurenfilters voor het extraheren van de zichtbare en infrarode banden uit het gereflecteerde licht en afzonderlijke lineaire 5 fotodiodedetectorrangschikkingen. Het genormaliseerde signaal wordt berekend met de vergelijking (V '/V -V, '/V, ), a a b b waarin V ' en V ' = de eerste afgeleiden van sensorsignalen V en V, .

a b a b

Een piek en nuldetector en een interpolator bepalen periodiek de faseverschuiving, en dieptegegevens worden geproduceerd overeenkomend 10 niet de faseverschuiving.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van enige in de figuren der bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

Figuur 1 geeft een schema, zoals bekend in de stand der techniek, 15 van het grondprincipe van een enkel punt optische triangulatie; figuur 2 geeft het principe weer van de parallaxwerkwijze met golflengte-etikettering; p figuur 3 toont een lineaire hellende betrekking van _λΐ totale vermogen 20 als functie van de plaats; figuur 4 toont de genormaliseerde lineaire hellende lijn met een afwijking als gevolg van een profielstapje; figuur 5 is een grafiek van complementaire "zaagtand"lichttransmissies voor golflengten en λ^; 25 figuur 6 geeft een vereenvoudigd diagram van de voorkeurs uitvoeringsvorm van de optische sensor voor het opwekken en projecteren van een complementair kleurenpatroon op een draagprofieldeel, en voor het afzonderlijk detecteren van de ontvangen kleurenbanden;.

figuur 7 is een grafiek van de energieverdeling van een wolfraam- 3Q lichtbron; figuur 8 geeft een bovenaanzicht van een met een patroon uitgeruste spiegel in figuur 6; figuur 9 illustreert de twee lineaire fotodioderangschikkingen met betrekking tot de condensorlenzen en de met een patroon uitgeruste 35 spiegel; figuur 10 is een golfvormdiagram van complementair "cosinusiodaal" zichtbare en infrarode lichttransmissies; figuren 11 en 12 tonen de verschoven zichtbare én infrarode ontvangen lichtgolfvormen; 81 02 8 1 3 ) i - 4 - figuur 13 toont een blokschema van de non-kontaktprofielsensor (de scheurtjesdetector maakt geen deel uit van deze uitvinding); figuren 14a en 14b zijn gedetailleerde blokschema's van de voorkeursuitvoeringsvorm van de kleurenpatroonontkoppelingsschakeling 5 en de schakeling voor de overgang van de signaalvorm naar het in kaart brengen van het profiel; figuur 15 is een diagram als toelichting op de kleurenpatroon-ontkoppelingsschakeling; figuur 16 is een golfvormdiagram van het genormaliseerde signaal 10 ter illustratie van de faseverschuiving vanaf het verwachte signaal als gevolg van een verandering in oppervlakprofiel; figuur 17 is een diagram als toelichting op de piekdetector-schakeling; en figuur 18 wordt gebruikt bij het in kaart brengen van het 15 profiel voor het bepalen van z, zijnde de diepte- of profielgrootheid, bij gegeven x, zijnde de faseverschuivingsgrootheid.

De voornaamste moeilijkheid bij elke parallaxtriangulatie-methode is de ligging van paspunten in het geprojecteerde en het afgetaste lichtpatroon. Door een enkelvoudig punt te gebruiken wordt het 20 probleem geëlimineerd ten koste van de snelheid. De in figuur 2 geïllustreerde golflengte-etiketteertechniek verschaft vele punten, die parallel gelegen zijn zonder enige dubbelzinnigheid. Hier worden twee invallende stralen verschaft, L en L'. De stralen worden onderscheidend gemaakt door het verschaffen van verschillende kleuren, zeg blauw en rood, 25 en gereflecteerde stralen R en R' worden gefocusseerd door een objectief-lens 20 op een detectorrangschikking 21. De beelden van de vlek worden nu duidelijk indien de detector bestaat uit twee rangschikkingen met kleurscheidende filters. Een ander voordeel wordt gemakkelijk verkregen, namelijk gevoeligheid voor variaties in reflecterend vermogen. Kleur 30 is de van belang zijnde parameter en deze kan worden ontleend aan de beide detectorsignalen onafhankelijk van het absolute signaalniveau. De enige overblijvende ongewenste gevoeligheid is die ten aanzien van kleurvariaties van het te meten oppervlak. Dit is voor vele objecten niet van groot belang, zoals bij draagprofieldelen, die in het algemeen 35 gelijkmatiger eigenschappen bezitten ten aanzien van het reflecterend vermogen voor golflengten. In elk geval zijn de kleurvariaties minder frequent en meer voorspelbaar dan variaties in het reflecterend vermogen. De gedachte is geldig voor tweè of meer kleuren of voor een continue variatie van golflengten.

81 02 8 1 3 - 5 -

De volgende stap is het beschouwen van een eenvoudige ruimtelijke variatie in golflengte. Veronderstel dat twee discrete golflengten, A^ en λ2 , aanwezig zijn in de belichtingsbron en dat, zoals weergegeven in figuur 3, deze dan worden gecombineerd. De som van de beide golflengte- 5 vermogens wordt konstant verondersteld, en de verhouding

P P

Al _ A2 totaal vermogen totaal vermogen is continu variabel en is lineair. De positie van elk punt in het licht-patroon wordt op unieke wijze geïdentificeerd door de relatieve hoeveel-10 heden vermogen, die voor elke golflengte invallen op het oppervlak. Aannemende dat de detectorrangschikkingen gevoelig zijn vooor slechts één der golflengten, is het mogelijk een verhouding te berekenen van de gedetecteerde lichtsignalen en een unieke kleurpositie te verkrijgen.

De verhouding van het verschil in hun signalen tot de som is rechtstreeks 15 gerelateerd aan de ruimtelijke variatie van bovenstaande verhouding. De eenvoudigste manier om dit te laten zien is als volgt: Ρχ1 = kx/W Ρχ2 = k(l-x/W) 20 PA1 + PA2 = k PA1 " PA2 -- = 2x/W-l P + P Al λ 2 25

Dit laatste verwijst naar het ontvangen lichtvermogen en staat bekend als het genormaliseerde signaal. Het genormaliseerde signaal, V , is grafisch uitgezet in figuur 4 en zal een rechte lijn zijn, indien het oppervlak, waarvan het profiel gemeten dient te worden, vlak zou zijn. Een stapvormige verandering in het oppervlak zorgt voor een vertraging in de golfvorm ^ met een zeker bedrag.

Aldus leidt de afwijking en positie op de sensor van een bepaalde verhouding van golflengtevermogens rechtstreeks tot verschuiving in oppervlaktepositie. Aangezien de belichting een continue variatie produceert van vermogensverhoudingen, kan het profiel worden gemeten in elk punt 35 in de sensor. Een belangrijke bijzonderheid is dat kan worden aangetoond door een soortgelijke mathematische behandeling, dat het genormaliseerde signaal onafhankelijk is van het terugkaatsingsvermogen van het oppervlak, zodat variaties in dit terugkaatsingsvermogen en in de oppervlakteruwheid 81 02 8 1 3 I i - 6 - niet de resulterende meting van de verschuiving nadelig beïnvloeden. Dit veronderstelt dat het terugkaatsingsvermogen onafhankelijk is van de golflengte. Het terugkaatsingsvermogen treedt op zowel in de verschil-als in de somtermen en valt tegen elkaar weg wanneer de verhouding wordt 5 genomen.

De golflengte-etiketteertechniek, die gebruik maakt van een enkele variatie in de lineaire hellende lijn van golflengtevermogens, bezit twee beperkingen, die niet beide tegelijk kunnen worden bevredigd.

Een lineaire variatie is gewenst en tevens een hoge gevoeligheid voor 10 veranderingen in profiel, maar deze twee zijn onverenigbaar. Een hoge gevoeligheid voor veranderingen in profiel vraagt een grote steilte, maar dan wordt de maximale breedte W, die per keer kan worden gemeten, klein. De zaagtand of het equilaterale driehoeklichttransmissiepatroon in figuur 5 bezit een goede dieptegevoeligheid en per keer kan een 15 groter gezichtsveld bestreken worden. Dit is een periodiek, complementair kleurpatroon; in elk punt x is het totale uitgezonden vermogen, + P·^' konstant. Er is een grens gesteld aan hoe dicht de perioden elkaar kunnen opvolgen, want de periode kan niet te kort worden omdat dan het probleem van dubbelzinnigheid opnieuw ontstaat.. In het ontvangen licht-20 patroon verschuiven de pieken als reactie op veranderingen in profiel, en de pieken beginnen elkaar te kruisen indien de periode te kort is. Anderzijds dient de periode niet te groot te zijn omdat een steile helling gewenst is. Er moet dan gezocht worden naar een compromis wat betreft dubbelzinnigheid en dieptegevoeligheid, en de steilheid van de helling 25 van het als zaagtand uitgezonden lichtpatroon wordt met dit in gedachte geselecteerd. Het zaagtandvormige complementaire kleurenpatroon kan worden gerealiseerd maar kan goed gecollimeerde lichtbundels vereisen zoals die worden geproduceerd door laserlichtbronnen.

De voorkeursuitvoeringsvorm van de optische sensor is weer-30 gegeven in figuur 6. Deze sensor werd ontwikkeld om een aantal specifieke gedragsdoeleinden te bereiken in overeenstemming met de vereisten voor de inspectie van metaaloppervlakken, in het bijzonder de profielmeet-nauwkeurigheden, die betrokken zijn bij vliegtuig-draagprofielonderdelen, of turbineschoepen. De techniek is toepasbaar op vele reflecterende 35 oppervlakken en de sensor geeft een algemene oplossing weer voor het probleem van profielmeting. Na het oppervlakprofiel bepaald te hebben wordt het vervolgens mogelijk te kijken naar lokale afwijkingen in het oppervlak, zoals putjes, breuken, deuken, kerven en verkleuringen. De gedragsdoel- 81 02 8 1 3 * ί - 7 - einden zijn, dat het gewenst is variaties in oppervlakprofiel te bespeuren van 25 micrometer over een gezichtsveld van 25, 4 mm. Oppervlaktegebreken met zijdelingse dimensies vanaf 0,25 mm en groter dienen te worden bespeurd. Het terugkaatsingsvermogen van deeloppervlakken mag een grootte 5 orde variëren als gevolg van deklagen en een oppervlakte-eindbewerkingslaagje. Sensorgegevenssnelheden van 10^ stipjes/sec.:dienen verschaft te worden.

Deze optische sensor die de golflengte etiketteertechniek realiseert, voldoet aan al deze specificaties.

In figuur 6 bevat de sensor een optische zender 22 en een optische 10 ontvanger 23. De parallaxhoek is zorgvuldig gekozen, en 26° is een goed compromis; bij deze hoek is er een geschikte gevoeligheid voor profiel-veranderingen, en een verminderde gevoeligheid voor plaatselijke ruwheids-variaties in het oppervlak. De lichtbron 24 is een wolfraamgloeidraadlamp, die een multi-spectrale bron is, die licht geeft in het zichtbare en in 15 het infrarode gebied. Het infrarode gedeelte van de belichting (λ > 8000 8) geeft ongeveer 50% weer van het beschikbare vermogen, en ter bereiking van een maximaal belichtingsrendement moet deze energie worden gebruikt.

De elliptische reflector 25 is geselecteerd om alle golflengten uitgezonden door de bron te reflecteren. De spectrale distributie van de wolfraamlamp 20 kan op geschikte wijze gesplitst worden in twee gelijke golflengte-banden door gemakkelijk verkrijgbare twee-kleurenreflectoren en het is gewenst gelijke vermogens te hebben in beide golflengtebanden.

Onder verwijzing naar figuur 7 wordt daarin weergegeven de licht-verdeling van de wolfraambron, waarbij blijkt dat er vele keuzen mogelijk 25 zijn, één in het zichtbare gebied en de andere in het infrarode gebied, die beantwoorden aan het vereiste, dat de banden kunnen worden gescheiden door beschikbare optische filtertechnieken en dat de vermogens gelijk zijn. Een ander vereiste is dat de bron en lichtdetector goed op elkaar afgepast zijn. De vermogensverdeling van de wolfraamlamp is goed aangepast aan de 30 vaste stofdetector.

Een twee-kleurenspiegel 26, figuur 6, reflecteert de infrarode spectrale componenten en laat de zichtbare componenten door. Een tweede twee-kleurenspiegel 27 bezit een licht absorberende ondergrond 28 en reflecteert alleen de geëxtraheerde infrarood golflengteband naar een a-sferische 35 condensorlens 29. Het zichtbare licht wordt gereflecteerd door een andere twee-kleurenspiegel 30, die een licht absorberende ondergrond 31 bezit, en de geëxtraheerde zichtbare golflengteband loopt door een a-sferische condensorlens 32. Een spiegel 33 bezit een streepjespatroon 34 op het ene 81 02 8 1 3 - 8 - oppervlak, dat uitvoeriger is weergegeven in figuur 8. Streepjes 34 hebben gelijke breedten en zijn op dezelfde afstand van elkaar gelegen, en kunnen gevormd worden door gemetalliseerde stroken. De infrarode band wordt doorgelaten door de ruimten tussen de strepen, figuur 6, en de 5 zichtbare band wordt gereflecteerd door de strepen. De infrarode en de zichtbare band wisselen elkaar af en het licht wordt geregistreerd en geprojecteerd in dezelfde richting. Een objectieflens 35 focusseert het complementaire kleurpatroon 36 op het oppervlak van het draagprofiel-deel 37.

10 Het doorgelaten complementaire kleurpatroon wordt weergegeven in figuur 10, waar men kan waarnemen dat de golfvormen van de zichtbare band en van de infrarode band "cosinusoidaal" zijn, een konstante amplitude hebben, en 180° uit fase zijn. Men zou kunnen verwachten dat het staafpatroon 34 een als rechthoekige golf geprojecteerd lichtpatroon 15 zou produceren met afwisselende zichtbare en infrarode strepen, maar in werkelijkheid wordt de cosinusgolfverdeling van de twee banden geproduceerd wegens het uitspreidingseffect van de a-sferische lenzen 29 en 32. De optiek van de projector produceert een cirkelvormig belichtings-patroon, maar het bruikbare deel van het patroon is een centrale rechthoek, 20 die 25,4 mm lang bij 3,2 mm breed is. Het vermogen van elke golflengte in het geprojecteerde kleurenpatroon, figuur 10, varieert continu en het totale golflengtevermogen is bij benadering konstant in elk punt. Zoals het geval was met de zaagtandbelichting is de positie van elk punt in het geprojecteerde patroon op unieke wijze geïdentificeerd door de relatieve 25 hoeveelheden vermogen die van elke golflengte op het oppervlak valt. Het complementaire kleurenpatroon doet meer dan belichting leveren omdat daarenboven een signaal wordt doorgelaten door het projectie-optiek.

De optische ontvanger 23 bezit een objectieflens 38 en een IR reflecterende twee-kleurenspiegel 39, die de zichtbare golflengtebanden 30 van het teruggekaatste lichtpatroon doorlaat. Deze banden worden doorgelaten door een doorlaatfilter 40 voor zichtbaar licht en worden afgetast door een lineaire fotodioderangschikking 41, waarvan de individuele elementen sensorsignalen opwekken die corresponderen met de gedetecteerde lichtintensiteit. De IR golflengtebanden worden teruggekaatst naar een IR 35 doorlaatfilter 42 en worden afgetast door een tweede lineaire fotodioderangschikking 43, die orthogonaal is op en uitgericht is met de eerste rangschikking 41. Figuur 9 toont de afzonderlijke detectorrangschikkingen 41 en 43 en (zie figuur 8) hun relatie met de van een patroon voorziene spiegel 33 en condensorlens 29 en 32. De detectorrangschikkingen hebben 81 02 8 1 3 » l - 9 - beide 512 dioden om het vereiste gezichtsveld te realiseren, en zijn in de handel verkrijgbare componenten zoals de lineaire dioderangschikking scanner van Reticon Corporation, die men elektrisch laat zwiepen met een kloksnelheid van 1 MHz. De elementen van de rangschikking worden sequentieel 5 bemonsterd op de wijze van een. rasterscan en de individuele fotodioden wekken een analogonsignaal op dat evenredig is met het licht dat valt op dat element. Afzonderlijke zichtbare en IR sensor videosignalen worden opgewekt.

Zodra de scanning uitgevoerd is, bewegen het draagprofiel werkstuk 10 37 en de optische sensor 22, 23 relatief ten opzichte van elkaar teneinde alle oppervlakken van het onderdeel te scannen. Het ene einde van het werkstuk wordt mechanisch geklemd en vervolgens het andere einde zodat informatie over het profiel verkregen wordt van het gehele werkstuk..

Het kleurbelichtingspatroon valt bij benadering loodrecht op het opper-15 vlak op ieder moment, en de optische zender 22 en de optische ontvanger 23 worden ten opzichte van elkaar gefixeerd zodat de parallaxhoek ongewijzigd blijft. Veranderingen in de diepte van het oppervlak veroorzaken een corresponderende verandering in fase tussen het uitgezonden en het ontvangen lichtpatroon. In de optische ontvanger verschuiven de zichtbare 20 en de IR golflengteband in positie op de detectorrangschikkingen 41 en 43 afhankelijk van de diepte vanaf het oppervlak van het werkstuk", tot een referentieoppervlak, welk referentieoppervlak zich bevindt in de optische sensor. Figuren 11 en 12 illustreren verschuivingen in de pieken van het zichtbare en het IR gedetecteerde licht of ontvangen vermogensgolfvormen 25 als gevolg van variaties in profiel. De verschuiving is dezelfde bij beide golfvormen in elke willekeurig gegeven positie. De dubbelkoppige pijlen geven aan dat de verschuivingen van de pieken bij andere x-posities afhangen van de profielvariatie bij die punten.

Alvorens verder te gaan zullen alternatieve aanpakken voor het 30 realiseren van het complementaire kleurenpatroon worden genoemd.

Laser- en booglichtbronnen zijn eveneens geschikt. Lasers produceren vrijwel een belichting van een enkelvoudige golflengte zodat twee verschillende lasers vereist zijn. Lasers van het argon ion en neodymiun yag type hebben het vereiste energieniveau, maar vereisen boogbuisexcitatie en 35 bijkomstige complexe vermogenstoevoerinstallaties. Het probleem van spikkeling kan worden overwonnen, maar de bronnen zijn fysisch te ingewikkeld om rechtstreeks te kunnen worden gemonteerd in het sensorkop-samenstel. De het gemakkelijkst beschikbare booglichtbron voor de onderhavige aanvrage is het indiumlargonsysteem. Deze lamp heeft een geschikte golf- 81 02 8 1 3 I \ - 10 - lengteverdeling en een meer dan adequaat belichtingsvermogen, maar heeft een onvoldoende levensduur en heeft behoefte aan afkoeling. In plaats van een van een patroon voorziene spiegel 33, kunnen ruimtelijke film-patronen worden gebruikt. Twee van dergelijke patronen zijn geprepareerd 5 en de transmissies van de filmpatronen zijn complementair. Een uitgangs-bundelsplitser recombineert de golflengtebanden, en een nadeel is het vereiste dat de beide filmpatronen en de bundelsplitser op één lijn uitgericht moeten zijn. Een ander nadeel is de film zelf; de werkelijke amplitudevariatie hangt af van filmbelichting en ontwikkel-voorwaarden 10 en deze zijn moeilijk te beheersen.

Spiegelpatronen worden geprepareerd door het opdampen van een aluminiumfilm op een glassubstraat en vervolgens door de film selectief te etsen onder gebruikmaking van fotolithografische technieken. Indien een discreet lijnenpatroon aanwezig is op een schaal die kleiner is dan 15 de resolutie van het bron-ontvangeroptiek, zal de functie gerelateerd zijn aan de ruimtelijk gemiddelde lijnenafstand en lijnenbreedte. Dit kan gemakkelijk worden gevarieerd op continue wijze teneinde een zaagtand-transmissiepatroon te realiseren. Een spiegel met ruitvormig patroon is gebaseerd op het gebruik van cilindrische lenselementen. De grondgedachte 20 is goed gecollimeerde bundels uit te zenden en te reflecteren tegen het spiegelpatroon. Het uittredende spectrale mengsel wordt tot focussering gebracht op het werkstukoppervlak door een cilindrische lens. Het ruitenpatroon verschaft een lineaire zaagtandvariatie wanneer alle stralen in een lijn loodrecht op de cilinderas bij elkaar gebracht worden. 25 Het schema vereist dat de stralen invallend op het spiegelpatroon goed gecollimeerd worden en dit veronderstelt dat het ruitenpatroon het meest toepasbaar is op de laserbron.

Figuur 13 is een vereenvoudigd blokschema van de non-kontakt-profièlsensor. Sensorsignalen en gelegen respectievelijk in het 30 zichtbare en in het IR bandspectrum worden toegevoerd aan een signaal-bewerker, die diepte- of profielgegevens opwekt op het reële tijdstip en met een snelheid van 10^ punten/sec. Een kleurenpatroonontkoppelings-schakeling 45 combineert het paar sensorsignalen en V^, ontkoppelt de kleurpatroongegevens van de oppervlakfunctiegegevens en extraheert 35 een enkelvoudig genormaliseerd signaal, dat in hoofdzaak onafhankelijk is van variaties in het reflecterend vermogen en de ruwheid van het oppervlak. Het genormaliseerde signaal wordt toegevoerd aan een schakeling 46, waarin de overgang geschiedt van signaalvorm naar het in kaart brengen 81 02 8 1 3 - 11 - van het profiel; de faseverschuiving van de pieken en nuldoorgangen van het genormaliseerde signaal ten opzichte van een referentie wordt vastgesteld, en de informatie overdeze faseverschuiving wordt omgezet in diepte- of profielgegevens, waaruit het oppervlakteprofiel in kaart kan 5 worden gebracht. Een scheurtjesdetector 47, welke geen deel uitmaakt van de onderhavige uitvinding, herkent en identificeert plaatselijke afwijkingen in het oppervlakteprofiel, zoals putjes, breuken, deuken, etc., welke een basis vormen voor verwerping van het werkstuk.

De theorie, die ten grondslag ligt aan ontkoppeling van het 10 kleurenpatroon wordt uiteengezet alvorens de hardware-instrumentatie van figuur 14a, waaraan de voorkeur gegeven wordt, wordt besproken.

V = A a α

V = B

15 b 6 waarin A en B = modellen van de lichtverstrooiing van het oppervlak, en α en β = modellen van het etiketteringsschema. Deze termen kunnen plaatselijk als polynomen worden uitgeschreven: 20 A = Aq + A^x 2 a = o,q + oijX + a^x B = Bq + B^x 3 = 30 + β1χ + β2χ2 25

Wanneer we de polynomen vermenigvuldigen, verkrijgt men: 2 3

Va =? AqOIq + (AjOig + AgOï^ix + (A^ + AqO^)* + (A^a^x 30 Vb - Vo + (B160 + WX + <Vl + V2)x2 + (Β1β2)χ3

Bovenstaande uitdrukkingen zijn reeksontwikkelingen volgens Taylor en men kan aantonen dat: 35 V = Vo + Vl h + ^

Va A0a0 A0 a0 V Vo + Vl \ h vb " Vo " Bo + β0 81 02 8 1 3 - 12 - waarin V ' en V ' = eerste afleiden om het relatieve punt x = 0. a b wanneer men deze twee vergelijkingen van elkaar aftrekt, ontstaat: / / v v K h + hi h 5 Va Vb ' K B0 “0 60 , ' / \ '

De eerste term tussen haken gaat naar nul omdat het oppervlak hetzelfde is en de oppervlaktefuncties identiek zijn. De kleuretiketterings-gegevens die na aftrekking overblijven, worden: 10 V V aj_ fi

Va ' Vb ' “0 60

Deze techniek is algemener dan die welke eerder werd gegeven, het berekenen 15 van de verhouding van het verschil van de sensorsignalen tot de som van deze signalen, omdat dit laatste veronderstelt gelijk golflengtebandvermogens.

Het bovenstaande is goed voor gelijke of ongelijke golflengtebandvermogens.

Onder verwijzing naar figuur 14a worden onzichtbare en in het IR bandenspectrum gelegen detectorvideosignalen V en V, , in digitale vorm, cl o 20 toegevoerd aan een circuit 48 voor verwijdering van detectorrangschikkings-ruis en vandaar naar een geheugen 49. Beide detectorrangschikkingen 41 en 43 worden elektrisch gescand met hoge snelheid en de tot een serie aaneen geregen gegevens aan beide lijnen worden continu toegevoerd aan de schakeling 45 voor het ontkoppelen van het kleurenpatroon. De gegevens voor vijf 25 punten of pixels worden gelijktijdig door vier operatoren 50-53 uitgelezen. Deze operatorcircuits zijn alle identiek en zijn toegerust met een grootschalige geïntegreerde vermenigvuldiger-accumulatorplak (zoals het TRW-type TDC1009J) en een geheugen om een stel coëfficiënten op te slaan voor elk van de vijf punten. Een willekeurig gegeven sectie van de cosinusgolf 30 wordt benaderd door een polynoom van de tweede orde. De operatoren berekenen de polynoom welke op grond van de kleinste kwadraten past op een aantal punten om een gegeven pixel. Punten 1-5 in figuur 15 zijn typerend voor de gegevens die worden afgetast. Het probleem om de cosinusgolf 54 vast te stellen is dat de beste kleinste kwadraten passen, d.w.z.

35 de som van de kwadraten van de verschillen tussen de kromme en elk gegevenspunt moet een minimum zijn. In elke operator 50-53 worden de opgeslagen coëfficiënten sequentieel vermenigvuldigd door de afgetaste pixelgegevens en de som voor alle vijf punten berekend. Met betrekking tot de normalisatievergelijking (va'/va - 1), berekenen operatoren 81 02 8 1 3 - 13 - I en I de afgeleiden van het polynoom in elk gegeven punt, en operatoren X X, a b B en I berekenen de waarden van de polynoom in elk willekeurig gegeven

^ jO

punt. Circuit 55 en 56 voeren de aangegeven delingen uit en het aftrekker- circuit 57 genereert het genormaliseerde signaal V . Deze operatoren worden 5 toegepast bij elke stipjes-positie successievelijk op de wijze van een

raster scanningserie. De resulterende waarden van I # I # 1 en I

B B. X X.

, , , a b a b zijn de gewenste functie (waarde en afgeleide) van de polynome aanpassing volgens de kleinste kwadraten ( van voorgeselecteerde orde) om het evaluatiestipje.

10 Veronderstellende dat het gemeten wordende oppervlak vlak is, is het verwachte genormaliseerde signaal weergegeven met stippellijnen in figuur 16 een periodieke cosinusgolf en zijn de perioden aan elkaar gelijk.

Een verandering in het profiel Δζ, leidt tot een faseverschuiving van de gedetecteerde cosinusgolf, die met getrokken lijnen is weergegeven. De 15 faseverschuiving bij de piek van de cosinusgolf, en eveneens bij de nul- doorgang, is evenredig met de diepte- of profielverandering Δζ. De symbolen p+ en p , die aangeven de positieve en negatieve piek van de golf, en Z+ en Z , die de positieve resp. negatieve helling aangeven bij de nul- doorgangen van de cosinusgolf, zijn aangeduid in figuur 16. Het genormali- 20 seerde signaal, het wordt nog eens benadrukt, is onafhankelijk van variaties in het reflectievermogen en de ruwheid van het oppervlak.

De wiskundige basis voor piekdetectie zal worden toegelicht onder verwijzing naar figuur 17. Twee tegengesteld hellende zijden en van een kromme ontmoeten elkaar in het piekpunt x^. De volgende drie functies ..

25 hebben de neiging naar nul te gaan bij de piek en hun som is een minimum bij de piek, F . , -^ 0.

piek

Fl: -£· (P(x )) ->0

dX U

30

In de piek is de top vlak en de partiële afgeleide van het polynoom P nadert bij naar nul.

F2: P(S1(xQ)) - P(S2(xQ)) ->0 35

De polynome benadering van beide zijflanken en voorspelt hetzelfde punt.

F3: helling (P(S^)) + helling (PiS^)) —-) 0.

81 02 8 1 3 - 14 -

De helling van beide zijflanken is bij benadering gelijk en tegengesteld.

De piek is gelegen wanneer de som van de absolute waarde van deze drie functies, genomen in vele punten x^, een minimum is.

Thans terugkerende naar figuur 14b heeft het genormaliseerde 5 signaal, ofschoon afgevlakt door het patroon-ontkoppelingsproces, nog steeds gelokaliseerde schommelingen en onregelmatigheden, en kan zelfs in sommige gevallen valse nuldoorgangen en pieken bevatten. Het genormaliseerde signaal wordt toegevoerd aan een geheugenketen 60, en verzamelingen van negen gegevenspunten worden achter elkaar uitgelezen en 10 gepresenteerd aan een piek- en nuldoorgangdetector 61. Lineaire operatoren 62-64 zijn identiek aan circuits 50-54; zij berekenen respectievelijk de functies Fl, F2 en F3 en hun absolute som wordt in de keten 65 berekend en doorgevoerd naar de minimumdetector 66 door selector 67, die bepaald of er een piek of een nuldoorgang wordt bespeurd. Deze bepaling wordt 15 gemaakt door de uitgang van de piekdetectorcomponenten 62-65 te vergelijken met de nuldoorgangendetectorcomponenten 69 en 70 en het signaal te selecteren met de kleinere amplitude. Dit signaal wordt dan gevolgd totdat het een minimumwaarde bereikt, in welk punt de piekwaarde of nuldoorgang dan bestaat. Wanneer een positieve of negatieve piek in het genormaliseerde 20 signaal wordt herkend, wordt het indexnummer van het fotodioderangschik-kingselement (1 tot 512) uitgelezen in het geheugen 68.

Een verzameling van vijf gegevenspunten wordt eveneens gepresenteerd aan de operator 69, die identiek is aan de operatoren 50 en 52. Deze operator, I , bepaalt de cosinusgolf die de beste benadering is volgens de 25 methode van de kleinste kwadraten. Het absolute waardecircuit 70 is in wezen een gelijkrichter en zendteen uitgangssignaal naar de minimumdetector 66, wanneer een nuldoorgang in het genormaliseerde signaal wordt geïdentificeerd. De indexgetallen, die corresponderen met de signaal nuldoorgangen worden uitgelezen in het geheugen 68. Een interpolator 71 staat parallel 30 aan de piek- en nuldoorgangdetector 61, die grosso modo de ligging van de pieken en nuldoorgangen bepaalt. Deze interpolator maakt een onderverdeling van het faseverschuivingsstipjesinterval in 32 delen en verkrijgt aldus de pieken of nuldoorgangen tussen de meetpunten. De toegevoegde toename Δ nul wordt berekend door het genormaliseerde signaal te delen door de 35 eerste afgeleide '; de toegevoegde toename Δ piek wordt berekend door Vn' te delen door V'n", de tweede afgeleide. De verzameling van negen gegevenspunten wordt parallel aan circuits 72-74 toegèvoerd, die identiek zijn aan operator 69. De operator I levert de beste benadering volgens

B

81 02 8 1 3 - 15 - de methode van de kleinste kwadraten met de cosinusgolf in een willekeurig punt, de operator I levert de eerste afgeleide van het polynoom in het gegeven punt, en de operator I berekent de tweede afgeleide in dat punt.

De aangegeven delingen worden uitgevoerd door blokken 75 en 76, en de 5 Δ nul of Δ piek-toename wordt gepoort door een selector 77.

Een classificatieketen 78 identificeert de vier cosinusgolfklassen of eigenschappen P+, P , Z+ en Z (zie figuren 14B en 16) en degene, die gekozen wordt, hangt af van het teken van I en I . De klasse-informatie

B X

wordt toegevoerd aan de selector 77 en hetzij het geïnterpoleerde nul-10 doorgang of geïnterpoleerde piekgegeven wordt doorgegeven aan een subsysteem 79 voor het in kaart brengen van het profiel. De schakeling 79 voor het in kaart brengen van het profiel heeft een zodanig stel geheugens dat, gegeven de klasse, toegang wordt verkregen tot een bijzonder geheugen, en het diepte- of profielgegeven z, corresponderend met de faseverschuiving, 15 kan worden uitgelezen. De noodzaak voor vier geheugens, één voor elk der klassen Z+, P+, Z en P kan worden ingezien in figuur 18, waar wordt weergegeven dat de vier klassen elkaar overlappen. In elk van de vier horizontale stellen schuine lijnen, die elk beginnen waar de voorafgaande ophoudt, correspondeert het aantal schuine lijnen met het aantal perioden 20 in het complementaire kleurpatroon. Slechts twee ervan zijn weergegeven teneinde ruimte te besparen. Er is een bekende relatie tussen fase-verschuiving en gemeten diepte, en gegeven de faseverschuiving voor een speciale klasse en periode, wordt het diepte- of profielgegeven opgeslagen in dit geheugen. Het indexnummer (zie figuur 14b) wordt eveneens overgedragen 25 naar een opzoektabel 80 èn een corresponderènd x-positiegegeven wordt uitgelezen. Deze positie is simpel de ligging van de gegeven label ten opzichte van een vast refèrentiefreem zoals het label overbrengorgaan. Een complete identificatie van het profiel- of dieptegegeven vereist waarden van zowel x als z.

30 Een meer algemene methode voor het reconstrueren van het opper vlak kan worden uitgevoerd door het definiërèn van een meer verfijnde labelstructuur gebaseerd op de vorm van het originele lichtsignaal. In het bijzonder indien de vorm van het genormaliseerde signaal cosinusoidaal is, dan kan de faseverschuiving worden gereconstrueerd in elk meetpuntje in 35 het signaal door eenvoudig de verschuiving te bepalen van het corresponderende punt in een referëntiesignaal. Dit proces wordt beperkt door de ruis in het signaalnormalisatieproces, die wordt geïntroduceerd door drie bronnen: de hardware óf machine, het signaalmodel en het optiek.

81 02 8 1 3 - 16 -

Het hierboven gegeven normalisatieschema kan een geschikt signaal verschaffen voor het reconstrueren op het niveau van meetpunten. Het pieken nuldoorgangdetectorschema wordt vervangen door een geschikt schalings-en correlatiecircuit voor aanpassing van het genormaliseerde signaal aan 5 een referentiesignaal verkregen uit een vlak oppervlak (z=0). Deze correlatie vereist het aanpassen van amplituden als functie van index en dus is enigszins beperkt tot de piek van de signalen aangezien de helling laag is. Een combinatie van het piekdetectorschema met het correlatie-schema verschaft een verbeterde responsie in deze gebieden ten koste van 10 een zekere afvlakking.

Samenvattend is een verbeterd concept voor de niet-kontaktmeting van het profiel van een oppervlak geopenbaard. Een nieuw aspect is de specifieke aanpak, die het mogelijk maakt een profiel vast te stellen op alle punten in het gezichtsveld. Daarenboven zijn deze metingen 15 relatief immuun voor het reflectievermogen en de ruwheid van het oppervlak. Het kleurbelichtingspatroon kan worden samengesteld uit ultraviolet, zichtbaar of infrarood licht.

Ofschoon de uitvinding in het bijzonder weergegeven en beschreven is met verwijzing naar voorkeursuitvoeringsvormen ervan zal het duidelijk 20 zijn aan een deskundige op dit vakgebied dat de voorafgaande en andere wijzigingen in vorm en detail daarin kunnen worden aangebracht zonder buiten de beschermingsomvang van de uitvinding te geraken.

25 30 81 02 8 1 3

Claims

1. Werkwijze voor het meten van een oppervlakteprofiel, waarbij men de straal van een optische zender laat zwiepen over een voorwerp, welke straal op het oppervlak van het voorwerp een kleurverlichtings- 5 patroon werpt bestaande uit tenminste twee verschillende golflengten licht; terwijl gereflecteerd licht afgetast wordt onder een bekende parallaxhoek en de verschillende golflengten afzonderlijk gedetecteerd worden met verschuivingspositie op een detectorrangschikking afhankelijk van de diepte van het voorwerpsvlak ten opzichte van een referentievlak, 10 en afzonderlijke elektrische sensorsignalen worden opgewekt, die corresponderen met de lichtintensiteiten bij verschillende gedetecteerde golflengten; en de sensorsignalen bewerkt worden teneinde dieptegegevens te omtrekken waaruit het oppervlakprofiel kan worden bepaald.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kleuren-15 patroon wordt geprojecteerd zodanig dat het vermogen van elke golflengte die invalt op het oppervlak, continu varieert.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kleuren-patroon wordt geprojecteerd zodanig dat de relatieve hoeveelheden vermogen van elke golflengte die valt op het oppervlak, continu varieert, 20 waardoor de positie van elk punt in het geprojecteerde kleurenpatroon kan worden geïdentificeerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het totale golflengtevermogen bij benadering konstant is in ieder plant in het geprojecteerde patroon.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat elke golf- lengtevermogen periodiek varieert.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kleuren pa troon een complementair patroon is, dat slechts uit twee golflengten of golflengtebanden van licht is samengesteld.

7. Werkwijze'volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het bewerken van de sensorsignalen het afleiden omvat van een genormaliseerd signaal, dat in hoofdzaak onafhankelijk is van variaties in het reflectievermogen en de ruwheid van het oppervlak.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het Tcenmerk, dat de signaal-35 bewerking voorts omvat het bepalen van de faseverschuiving tussen het genormaliseerde signaal en een referentie èn het verkrijgen van dieptegegevens uit deze faseverschuiving.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de faseverschuiving bepaald wordt door de pieken en nuldoorgangen van het ge- 8102813 - 18 - normaliseerde signaal te lokaliseren.

10. Werkwijze voor het meten van het profiel van een oppervlak, met het kenmerk, dat men op het oppervlak van een voorwerp een kleur-belichtingspatroon werpt, dat bestaat uit tenminste twee verschillende 5 golflengtebanden van licht, waarbij van elk het vermogen continu varieert; terwijl men het gereflecteerde licht aftast onder een gegeven parallaxhoek en de golflengtebanden onttrekt en afzonderlijk detecteert, welke ver-schuivingspositie afhangt van de diepte vanaf het oppervlak van het object naar een referentievlak, en afzonderlijke elektrische sensorsignalen 10 worden opgewekt die corresponderen met de gedetecteerde lichtintensiteit van elke golflengteband; waarbij het oppervlak van het voorwerp gescand wordt met het geprojecteerde kleurenpatroon tijdens het opwekken van de sensorsignalen; en waarbij men de sensorsignalen bewerkt teneinde een genormaliseerd signaal te onttrekken dat in hoofdzaak onafhankelijk is van 15 variaties in het reflectievermogen en de ruwheid van het oppervlak, en het genormaliseerde signaal bewerkt voor het leveren van dieptegegevens waaruit het profiel van het oppervlak kan worden vastgesteld.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het ge projecteerde patroon een complementair kleurenpatroon is, samengesteld uit 20 twee golflengtebanden van licht.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het kleurenpatroon wordt geprojecteerd onder een parallaxhoek teneinde de gevoeligheid voor profielveranderingen maximaal te maken, terwijl tezelfdertijd de variaties in gereflecteerd licht als functie van oppervlakte- 25 ruwheid optimaal gemaakt worden.

13. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het kleurenpatroon geproduceerd wordt door de golflengtebanden te extraheren door optisch filteren van de uitgezonden golflengten van een multi-spectrale lichtbron, en het recombineren van de golflengtebanden door 30 het gebruik van een ruimtelijk patroon.

14. Werkwijze voor het meten van het profiel van een oppervlak, met het kenmerk, dat men een straal van een optische zender laat zwiepen over een voorwerp, welke zender op het oppervlak van het voorwerp een complementair kleurenpatroon werpt bestaande uit tweè verschillende golf- 35 lengtebanden van licht, die periodiek zich combineren ter verkrijging van een continue variatie van vermogensverhoudingen; waarbij men het gereflecteerde licht aftast met een optische ontvanger bij een gegeven parallaxhoek en de golflengtebanden extraheert en afzonderlijk detecteert, 81 02 8 1 3 I I - 19 - welke in positie verschuiven op een paar lineaire detectorrangschikkingen, een voor elke golflengteband, afhankelijk van de diepte vanaf het voor-werpsoppervlak naar een referentievlak, en het opwekken van eerste en tweede elektrische sensorsignalen, die elk corresponderen met de gedetec-5 teerde lichtintensiteit van de betreffende golflengteband; en waarbij men de eerste en de tweede sensorsignalen bewerkt voor het afleiden van een genormaliseerd signaal, dat in hoofdzaak onafhankelijk is van variaties in het reflectievermogen en de ruwheid van het oppervlak, en het genormaliseerde signaal verwerkt wordt voor het opleverén van dieptegegèvens, waaruit 10 het oppervlakteprofiel lan worden vastgesteld.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het geprojecteerde complementaire kleurenpatroon geproduceerd wordt door de golflengtebanden te extraheren uit een enkelvoudige multispectrale lichtbron, welke golflengtebanden voorts bij benadering gelijke vermogens bezitten, 15 en waarbij men de golflengtebanden recómbiheert door het gebruik van een ruimtelijk patroon.

16. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de eerste en tweede sensorsignalen worden verwerkt door het berèkenen van de uitdrukking (V '/V ) - (V '/V, ), waarin V ' en V, ' = de eerste afgeleiden aa b b a b 20 van sensorsignalen V en V ter verkrijging van het genormaliseerde signaal. cl iD

17. Werkwijze volgens conclusie 16, net het kenmerk, dat het genormaliseerde signaal wordt bewerkt door het vaststellen van de fase-verschuiving tussen het genormaliseerde signaal en een referentie door de pieken en nuldoorgangen van het genormaliseerde signaal te lokaliseren, 25 waardoor men het dieptegegeven verkrijgt uit de faseverschuiving.

18. Inrichting voor het uitvoeren van metingen aan het profiel van een oppervlak, bevattende een optische sensor voor het aftasten van het oppervlak van een voorwerp, waarbij de sensor een optische zender bevat voorzien van een eerste optisch systeem voor het levéren van tenminste 30 twee golflengten licht, die worden gecombineerd teneinde een kleurenpatroon te werpen op het oppervlak van het voorwerp; waarbij de sensor voorts een optische zender bevat voor het aftasten van het gereflecteerde licht onder een voorafbepaalde parallaxhoek en een tweede optisch systeem bezit voor het onttrekken van de golflengten van licht, en voorts omvat een 35 detectorrangschikking, waarop de verschuivingspositie van de golflengten afhangt van de diepte vanaf het oppervlak haar een referentievlak, terwijl de detectorrangschikking afzonderlijke elektrische sensorsignalen opwekt die overeenkomen met de gedetecteerde lichtintensiteit van elke golflengte; en 81 02 8 1 3 * l ) f - 20 - een signaalbewerker voor het afleiden van dieptegegevens uit de sensorsignalen, uit welke gegevens het oppervlakprofiel in kaart kan worden gebracht.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat het 5 kleurenpatroon bij benadering loodrecht op het oppervlak wordt geprojecteerd, en de parallaxhoek wordt gefixeerd bij ongeveer 26° teneinde de gevoeligheid door lokale schommelingen in oppervlakteruwheid te reduceren.

20. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de signaalbewerker een kleurpatroonontkoppelingsschakeling bezit voor het 10 aan de sensorsignalen onttrekken van een genormaliseerd signaal dat in hoofdzaak onafhankelijk is van variaties in het reflectievermogen en de ruwheid van het oppervlak, en middelen om het genormaliseerde signaal te bewerken teneinde de dieptegegevens op te leveren.

21. Inrichting voor het uitvoeren van metingen van het profiel 15 van een oppervlak bevattende een optische sensor voor het aftasten van het oppervlak van een voorwerp; welke sensor een optische zender bevat voorzien van een multi-spectrale lichtbron, een eerste subsysteem voor het onttrekken van twee golflengtebanden met bij benadering gelijk vermogen uit de uitgezonden golflengte van de lichtbron, en een tweede 20 subsysteem voor het recombineren van de golflengtebanden en voor het werpen op het oppervlak van een periodiek complementair kleurenpatroon; waarbij de sensor voorts een optische ontvanger bevat voor het aftasten van gereflecteerd licht bij een vooraf bepaalde parallaxhoek en voorzien van een derde subsysteem voor het scheiden van de golflengtebanden en 25 een paar detectorrangschikkingen, waarop de golflengtebanden in positie verschuiven afhankelijk van de diepte vanaf het voorwerpoppervlak tot een referentievlak, waarbij de detectorrangschikkingen een paar elektrische sensorsignalen opwekken, die corresponderen met de intensiteiten van het gedetecteerde licht van de beide golflengtebanden; en een signaal-30 bewerker bevattende een kleurenpatroon-ntkoppelingsschakeling voor het bewerken van de sensorsignalen, het onttrekken van een genormaliseerd signaal dat in hoofdzaak onafhankelijk is van variaties in het reflectievermogen en de ruwheid van het oppervlak, en middelen voor het bewerken van het genormaliseerde signaal teneinde de faseverschuiving op te leveren 35 tussen het genormaliseerde signaal en een referentie en vandaar dieptegegevens waaruit het profiel van het oppervlak in kaart kan worden gebracht.

22. Inrichting volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het eerste subsysteem een verzameling twee-kleurenspiegels omvat en het tweede sub- 8102813 ' l I ' - 21 - systeem een condensorlens bevat voor elke golflengteband en een van een patroon voorziene spiegel, die één golflengteband doorlaat en de andere terugkaatst.

23. Inrichting volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de van 5 een patroon voorziene spiegel een staafpatroon van reflecterend materiaal bezit.

24. Inrichting volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de lichtbron een wolfraamgloeidraadlamp is en de golflengtebanden zich bevinden in het zichtbare en het infrarode deel van het spectrum.

25. Inrichting volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het derde subsysteem een twee-kleurenspiegel omvat en doorlaatfilters, en dat de detectorrangschikkingen, één voor elke golflengteband, lineaire fotodioderangschikkingen zijn.

26. Inrichting volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de 15 patroonontkoppelingsschakeling de uitdrukking (Va'/Va ~ V^'/V ) berekent, waarin V^' en V^1 = de eerste afgeleiden van sensorsignalen en voor het leveren van het genormaliseerde signaal.

27. Inrichting volgens conclusie 26, met het kenmerk, dat de middelen voor het bewerken van het genormaliseerde signaal een piek- 20 en nuldoorgangdetectorketen bevat voor het realiseren van de faseverschuiving in elke periode tussen het genormaliseerde signaal en de referentie en waarmee een interpolator verbonden is.

28. Inrichting volgens conclusie 27, met het kenmerk, dat de piek-detector drie functies berekent voor een kromme met twee zijflanken 25 en S^, die elkaar ontmoeten in het punt x^ dat de neiging heeft om nul te zijn wanneer er een piek is, de absolute waarden van de drie functies sommeert, en een uitgang produceert wanneer een minimale som wordt bespeurd.

29. Inrichting volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat de functies 30 zodanig zijn dat de afgeleide van een polynoom benadering bij naar nul gaat, dat de polynome benadering van beide zijflanken hetzelfde punt voorspelt, en dat de hellingen bij benadering gelijk zijn in grootte en tegengesteld van teken. 35 81 02 8 1 3