SE515711C2 - Anordning och förfarande för uppmätning hos ytojämnheter hos ett mätobjekt - Google Patents

Description

u» u, » e .n f' »v m u - »v .1 f u vu c 1 n. ~ »f . n- .. i . » . - n a 1 .., .. . .. --~ v f u i u f \| n nu n u u 1 v u a . u .~ .. ...- 2 Ändamålet uppnås genom en anordning enligt kännetecknande delen av patentkravet 1 och ett förfarande enligt den kännetecknande delen av patentkravet 8. Genom att med en mönsterprojektor generera en mönstermatris skapas kännedom om mätobj ektets form och placering i förhållande till mönsterprojektor och kamera. Ett användbart mönster för denna applikation är ett rutmönster vilket projiceras på objektet. Mönstrets projektion på objektet beskriver mätobjektets yta och läge , där storleken på rutorna kan nyttjas för att bestämma avståndet från proj ektom och avvikelsen från linearitet bestämmer mätobj ektets form. När form och läge hos mätobjektet är kända fastställer evalueringsorganet ytmikrostrukturen hos mätobjektet.

F IGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer nedan att beskrivas i detalj med hänvisningar till bifogade ritningsfigurer, där fig. 1 visar en principskiss for funktionen hos en släpljusprofilmeter, fig.2 visar en utfóringsforrn av uppfinningen och BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL _ i 5 1 5 »7 1 1 J z u: “l fisufsiiffisasxslf-faflkel matade: som testats i detta arbete. Ojämnheter i ytan skuggas olika da.- ytan bélyäésfliïiliåolllêaiti š å vinklar med två punktforrniga ljuskällor. Genom att samla in bilder, med dessa två belysningsvinklar, kan information om ytans profil erhållas. Frågeställningen var om denna enkla metod ger tillräckligt säkra mätvärden Û Geometrin för en godtycklig bildpunkt (x,y) visas i figuri Kamerans bildpunkt (pixel) upptar vinkeln çóC och "ser" sträckan di x -riktningen på provytan. Man kan visa att Ijuseffekten R-(x, y), som infaller på kameran från ytans bildpunkt (x, y) vid belysning från lampa nr i (i = 1,2) , är I~(X,y) R~( , ) Sifl( (x,y) -0-'( , )) Pl_(x,y)=øc2_lc2_Qc_ 12 _ lxy _' Å xy [W] (1) 1,- (x,y) ill-(x,y) Sm(ßc(x,y) - w(x,y)) där çóc [rad] är den vinkel som en kamera-”pixel” upptar, lc [m] är avståndet mellan kameran och provytan, QC [srad] är kamerans insamlings-rymdvinkel, I,- [W/srad] är ljusintensiteten från lampa nrí till bildpunkten (x,y), l, [m] är avståndet mellan lampa nr i och bildpunkten (x,y) , Rí [-] är ytans reflektans i punkten (x, y) , 9,- [srad] är ytans sprídningsrymdvinkel i punkten (x,y) mot kameran vid belysning av lampa nr i , ß- [rad] är vinkeln från bildpunkten (x,y) till lampa nr i , ßc [rad] är vinkeln från bildpunkten (x,y) till kameran, a [rad] är ytans deformationsvinkeln i bildpunkten (x, y) .

För att erhålla vinkeln a(x,y) för alla bildpunkter (x,y) på ytan är det lämpligt att bilda en normerad skillnad A av de två bilderna 1°1(x,y) och P2 (x,y) enligt _ k2(x>y)' P2(x1y)_k1(x9y) ' *P1(x9y) AW) k2-P2+k1-Pi (2) 324m) man _ ” ”z” (3) f}(x,y) är uppmätta, där k¿(x,y) Il-(x, y) är kända geometriska storheter, 1,- (x,y) är kända genom kalibrering, Q» . , äri princip olika för olika vinklar och riktningar. På grund av i ' s symmetrin i uppställningen (figurí) kan kvoten för i = 1 förväntas bli tämligen lika kvoten för i = 2, med detta måste undersökas närmare.

För helt diffus yta blir kvoten = rr/reflektans. .. m. y - t, ,, ,. .0 ; -. ~fr t t. | 1 .-~ » . -= . .f , , . - - t u f t . J i 12 Å í |. f f . -. H . .- l-GHCU- Under förutsättning att Q1(x,y) _ Qztmf) _ bl' 121 (m) 122 (m) " _ sin(ß2 (xvy) _ açxvy» _ (xvy) _ abcay» ' sin<ß2-acw»+sin<ß1-a> (4) A(x,y) Eftersom vinklama ß1 och ßg är kända geometriska storheter kan ytans deformationsvinke! a(x, y) beräknas ur de uppmätta bilderna P1 (x, y) och P2 (x, y) med hjälp av ekv. 2 - 4.

Om ß1(x,y) z rr -ßz (x,y) z ß och a(x,y) << 1 kan a(x,y) approximeras som acw) = :mm - A Om dessutom kl (x, y) = k; (x, y) blir P2(x2y)_*P1(-x9y) Pzßny) + 1°1(x,y) (6) amy) = fan(ß)~ Énlffil &-_& _.. ...21...- _L_ _! 1"' . | - a . n 515 711 5 I figur 2 visas en anordning 1 för uppmätning hos ytojämnheter hos ett mätobjekt 2.

Anordningen 1 innefattar en ljuskälla 3 anordnad att belysa mätobjektet från åtminstone två skilda lägen med liten infallsvinkel mot objektet. I det visade utföringsexemplet är 8 blixtlampor monterade på ett sådant sätt att blixtlamporna bildar hömen i ett rätblock. Genom denna montering erhålles enklare beräkningsrutiner för ett evalueringsorgan 4 vilket är anordnat att beräkna ytmikrostrukturen på objektet 2 ur indata givna av en kamera 5. Kameran 5 är anordnad att uppmäta ytmikrostrukturen ur av blixtlampoma 3 genererade skuggbildningen. Evalueringsorganet 4 fastställer ytmikrostrukturen ur den genererade skuggbildningen genom Signalbehandling av en insignal från nämnda kamera 5 enligt den princip som förklarats med hänvisning till figur 1. Vidare innefattar anordningen en mönsterprojektor 6 vilken är avsedd att generera en mönstermatris på mätobjektet 2.

Mönsterrnatrisen kan företrädesvis utgöras av ett rutmönster vilket projiceras på objektet.

Mönstrets projektion på objektet beskriver mätobjektets yta och läge , där storleken på rutoma kan nyttjas för att bestämma avståndet från projektom och avvikelsen från linearitet bestämmer mätobjektets fonn.

Evalueringsorganet 4 är anordnad att uppmäta mätobjektets 2 form ur mönsterrnatrisens proj ektion på mätobjektet 2, van/id evalueringsorganet 4 är anordnat att nyttja information om mätobjektets 2 form beräknad ur mönstermatrisens proj ektion vid fastställande av ytmikrostrukturen hos mätobj ektet.

När form och läge hos mätobj ektet 2 är kända fastställer evalueringsorganet 4 ytmikrostrukturen hos mätobj ektet.

Genom att genomföra ett åtminstone två belysningar av mätobjektet 2 kan systemet kompensera för variationer av reflektansen hos mätobjektet. Om ytterligare belysningar görs kan ett vinkelberoende spridningsmönster kompenseras för. För att kompensera för den vinkelberoende spridningen är det fördelaktigt att montera lampoma på olika höjd över objektet. Dock måste en parameterrnodell för spridningsvariationen först genereras. Därefter kan parametrarnas värde beräknas. 515- 711 v . . . @ f u n u s m. c a u s u 4 1 .n 1- v .e a v m - . s» 1 1 . , . . . nu »w p. »q uu» n . I 1 a u .u n .n u u - . . 1 . . .. n ~ . . . .- För att åstadkomma ett gott mätresultat kan vinkeln på den infallande strålen inte göras för stor, för den skull är det behövligt med en uppsättning ljuskällor då mätobj ekt med icke plan geometri skall uppmätas.

Vid mätning med anordningen genomgås i förekommande fall ett kalibreringssteg. Detta steg innefattar att data om inbördes lägen mellan kamera, lampor kontrolleras och inmatas i evalueringsorganet; att lampoma kalibreras med avseende på ljusintensitet och riktning; att kameran kalibreras i varje bildpunkt; och att mönsterprojektom kalibreras mot en plan yta.

Ovan nämnda kalibreringssteg behöver inte genomgås vid varje mätning. Det är dock av vikt för resultatet att anordningen är rätt kalibrerad.

När mätningen skall utföras genomlöps enligt en utföringsform följ ande steg: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 3) En bakgrundsbild samlas in; En bild från varje lampa samlas in och bakgrundsbilden subtraheras bort; Mätobjektets form mäts med hjälp av mönsterprojektorn; För varje bildpunkt beräknas ytans lutningsvinkel ot i x- och y-led ur norrnerade differenser enligt vad som angivits i samband med ovan angivna förklaring av princip.

För de erhållna preliminära ot-värdena beräknas ljusspridningens vinkelberoende. ot-värdena justeras så att ljusspridningens vinkelberoende optimeras.

Höj dprofilen integreras fram ur ot-värdena och sammanslås med mätobjektets form.

Resultatet presenteras.

.H n.

Claims (1)

1. 515 71 1 7 PATENTKRAV 1) 2) 3) 4) Anordning för uppmätning hos ytojämnheter hos ett mätobjekt, vilken anordning innefattar åtminstone en ljuskälla anordnad att belysa mätobjektet från åtminstone två skilda lägen med liten infallsvinkel mot objektet, en kamera anordnad att uppmäta den vid ovan nämnda belysning av ytmikrostrukturen genererade skuggbildningen och ett evalueringsorgan för fastställande av ytmikrostrukturen ur den genererade skuggbildningen genom Signalbehandling av en insignal från nämnda kamera k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen vidare innefattar en mönsterproj ektor vilken är avsedd att generera en mönstermatris på mätobjektet och att evalueringsorganet är anordnad att uppmäta mätobjektets form ur mönstennatrisens projektion på mätobjektet, varvid evalueringsorganet är anordnat att nyttja information om mätobjektets form beräknad ur mönstermatrisens projektion vid fastställande av ytmikrostrukturen hos mätobj ektet. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda åtminstone en ljuskälla är anordnad att belysa mätobjektet från ett flertal olika lägen med skilda vinkellägen i förhållande till mätobjektet, att nämnda kamera är anordnad att uppmäta skuggbildningen vid nämnda skilda vinkellägen och att nämnda evalueringsorgan är anordnat att ur nämnda uppmätta skuggbildning generera information om mätobjektets reflektans. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda åtminstone en ljuskälla är anordnad att belysa mätobjektet från ett flertal olika lägen med skilda vinkellägen i förhållande till mätobjektet, att nämnda kamera är anordnad att uppmäta skuggbildningen vid nämnda skilda vinkellägen och att nänmda evalueringsorgan är anordnat att ur nämnda uppmätta skuggbildning generera information om vinkelberoende av ljusspridning hos mätobjektet. Anordning enligt krav 2 och 3, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ljuskälla är anordnad att belysa mätobj ektet från åtminstone tre olika lägen med parvis skilda vinkellägen i förhållande till mätobjektet, varvid vid fastställande av 5) 6) 7) 3) 515 711 ytmikrostrukturen hos mätobjektet, kompensation medges för vinkelberoende och reflektans. Anordning enligt något av kraven l - 4, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda åtminstone en ljuskälla är anordnad att belysa mätobj ektet från ett flertal olika lägen med skilda vinkellägen, varvid belysning med liten infallsvinkel mot objektet åstadkommes även för ett mätobjekt med icke plan geometri. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda åtminstone en ljuskälla utgörs av parvis punktforrniga uppsättningar blixtlampor placerade med olika vinkel i förhållande till objektet. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ljuskälla utgörs av en ortogonal matris med parvisa punktforrniga blixtlampor i x-led, y-led och z-led. Förfarande för uppmätning av ytojärnnheter hos mätobj ekt där mätobjektet belyses av en ljuskälla från ett första läge med liten infallsvinkel varvid mätobjektets ytmikrostruktur genererar en första skuggbildning, att en kamera uppmäter den av en ljuskälla från ett första läge genererade första skuggbildningen och lagrar information om den första skuggbildningen i ett minne, där mätobj ektet belyses av en ljuskälla från ett andra läge med liten infallsvinkel varvid mätobjektets ytmikrostruktur genererar en andra skuggbildning, att en kamera uppmäter den av en ljuskälla från ett andra läge genererade andra skuggbildningen och lagrar information om den andra skuggbildningen i ett minne , k ä n n e t e c k n at a v att en mönstennatris projiceras på mätobjektet av en mönsterprojektor, att mätobjektets förrn uppmätes av evalueringsorganet ur mönstermatrisens projektion på mätobjektet och att evalueringsorganet fastställer ytmikrostrukturen ur information om mönstermatrisens projektion på mätobjektet och nämnda skuggbildningar.