NL8302228A - Meetstelsel voor het onder gebruikmaking van een op driehoeksmeting berustend principe, contactloos meten van een door een oppervlakcontour van een objectvlak gegeven afstand tot een referentieniveau. - Google Patents

Description

φ * ............. «

V

VO 4566

Meetstelsel voor het onder gebruikmaking van een op driehoeksmeting berustend principe, contactloos meten van een door een oppervlakcontour van een objectvlak gegeven afstand tot een referentieniveau.

De uitvinding heeft betrekking op een meetstelsel voor het onder gebruikmaking van een op driehoeksmeting berustend principe, contactloos meten van een door een oppervlakcontour van een objectvlak gegeven afstand tot een referentieniveau, omvattende: een zendgedeelte 5 met een stralingsbron voor het uitzenden van meetstraling en meetstra-ling geleidende middelen die een meetstralingsbundel vormen, alsook een zendtransmissiepad bepalen, waarlangs de meetstralingsbundel op het te onderzoeken objectvlak wordt geprojecteerd; en een ontvang-gedeelte met reflectiestraling geleidende middelen en een voor reflec-10 tiestraling gevoelige detector die daardoor ontvangen reflectiestraling omzet in een daarmee corresponderend signaal van een andere soort, welke reflectiestraling geleidende middelen reflectiestraling afkomstig van een stralingsvlek die door de projectie van de meetstralingsbundel op het objectvlak is ontstaan, vormen tot een reflec-15 tiestralingsbundel, alsook een ontvangtransmissiepad bepalen waarlangs zulk een reflectiestralingsbundel wordt geprojecteerd op genoemde voor reflectiestraling gevoelige detector.

Een meetstelsel van bovenomschreven soort is bijvoorbeeld bekend uit DE-OS 3.122.712 Al. In deze literatuur wordt tevens beschre-20 ven het algemene op driehoeksmeting berustende principe (triangulatie) met behulp waarvan de afstand tussen een bepaald punt van een oppervlakcontour van een te onderzoeken objectvlak en een referentievlak, contactloos kan worden gemeten. Fig. 1 is illustratief voor dit principe. De meetstralingsbundel wordt geprojecteerd op een bepaalde plaats 25 van een te onderzoeken objectvlak dat door een arcering schematisch is aangeduid. De te meten afstand Λ z tussen dit punt van de oppervlakcontour en een referentievlak aangeduid door Z = O, is dan gegeven door de volgende uitdrukking δ = Δ z.M.sin Θ waarin Θ de kijkhoek voorstelt waaronder een op het referentievlak geprojecteerde stralingsvlek 30 vanuit een voor reflectiestraling gevoelige detector D wordt waargenomen; M de optische vergrotingsmaatstaf voorstelt; en δ een maat is waarover de met het referentieniveau corresponderende vlek op de detector is verschoven wanneer'hst desbetreffende punt van het objectvlak wordt gemeten.

8302228 -2- , » t

Met de in deze literatuur aangegeven voorstellen is beoogd om onder toepassing van een zogenaamde golf lengt e-markeertechniek, de meetsnelheid te verhogen, zonder dat variaties in het reflecterend vermogen van een te onderzoeken obj ectoppervlak fouten in het meet-5 resultaat introduceren en zonder dat de meetresultaten dubbelzinnig zijn.

Daartoe wordt gebruik gemaakt van een meetbundel van straling die ten minste twee verschillende golflengten bevat; daarbij wordt op het te onderzoeken objectoppervlak een door deze golflengten gekarak-10 teriseerd rasterpatroon geprojecteerd en de daarvan afkomstige reflec-tiestraling wordt via gescheiden golflengtegevoelige ontvangkanalen geleid naar afzonderlijke voor de desbetreffende golflengte gevoelige detectoren. Aan deze bekende techniek kleven de volgende bezwaren; de metingen zijn in sterke mate afhankelijk van omgevingsstraling, 15 hetgeen een ongunstige signaal-ruisverhouding meebrengt ten aanzien van het van de detectoren afgeleide uitgangssignaal; het is noodzakelijk gebruik te maken van ten minste twee afzonderlijke detector-eenheden die elk wat hun gevoeligheid betreft zijn aangepast aan één van de verschillende golflengten die voor de meting zijn gekozen; en 20 de metingen zijn gevoelig voor kleurveranderingen van het te onderzoeken objectoppervlak.

Het DE-OS 3.110.644 Al beschrijft eveneens het algemene principe van triangulatiemeting als middel om de afstand tussen een referentie-vlak en een bepaald punt van een objectvlak, contactloos te kunnen 25 meten. Met de in deze literatuur beschreven voorstellen is beoogd een oplossing beschikbaar te stellen voor het probleem dat ontstaat wanneer de optische as van de meetstralingsbundel als gevolg van drift wordt verschoven, zodat de plaats waar deze bundel het objectvlak treft eveneens wordt verschoven. Door een dergelijke verschuiving worden meet-30 fouten geïntroduceerd aangezien bij deze bekende techniek de afstand tussen een eerste op. de detector geprojecteerde vlek die correspondeert met het nulniveau of referentieniveau en een tweede op deze detector geprojecteerde vlek die correspondeert met het te meten punt van het objectvlak, de enige beschikbare meetinformatie is. De essentie van 35 de uit deze literatuur .bekende techniek is daarin te zien dat een fout-signaal wordt afgeleid dat representatief is voor de grootte van de 8302228 t * Λ -3- verschuiving die de optische as van de meetstralingsbundel ondergaat, waarbij met gebruikmaking van zulk een foutsignaal het van de detector · afgeleide meetsignaal wordt gecorrigeerd. Deze bekende techniek geeft echter geen voorstellen die er toe leiden dat de invloed van valse 5 reflecties op het meetresultaat doeltreffend wordt geëlimineerd.

De firma Selcom heeft een meetsysteem ontwikkeld voor het contactloos meten van gegevens betreffende een objectoppervlak. Bij dit bekende meetsysteem wordt eveneens gebruik gemaakt van het triangu- latieprincipe. Ook bij deze bekende techniek bestaat het bezwaar dat 10 het systeem in sterke mate gevoelig is voor omgevingsstraling, hetgeen * voor het detectoruitgangssignaal een ongunstige signaal-ruisverhouding betekent- Hierbij bestaat het bezwaar dat het laterale oplossend vermogen, d.i. het oplossend vermogen in vlakken loodrecht op de meetstralingsbundel, betrekkelijk gering is.

15 Met de uitvinding is beoogd om bovengeschetste bezwaren op te heffen. Meer in het bijzonder is met de uitvinding beoogd een meet-stelsel van de in de aanhef beschreven soort beschikbaar te stellen, waarbij de storende invloed op de meetresultaten van omgevingsstraling in aanzienlijke mate kan worden verminderd, zodat de signaal-ruisver-20 houding van het detectoruitgangssignaal dienovereenkomstig wordt verbeterd.

Een meetstelsel volgens de uitvinding steunt op de gedachte om de stralingsgevoeligheid van het ontvanggedeelte in hoofdzaak te beperken tot een ruimtelijk volume dat de vorm heeft van een zo slank mo-25 gelijke bundel die in hoofdzaak loodrecht staat op een te onderzoeken obj ectoppervlak.

Een basisuitvoeringsvorm is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat genoemde detector uitsluitend over een in hoofdzaak lijnvormig gebied stralingsgevoelig is? en uitsluitend rechtstreeks door 30 de meetstralingsbundel, althans een zich over een meetgebied uitstrekkend lengtegedeelte daarvan, belichte objectoppervlakte-elementen,als daarmee corresponderende, gefocusseerde vlekken op het genoemde lijnvormige stralingsgevoelige gebied van de detector worden afgeheeld.

M.a.w. wordt een aldus belicht objectpunt als een scherp gedefinieerd 35 punt op dit detectorgebied afgeheeld.

8302228 -4- * *

Bij een diergelijk meetstelsel. geeft elke straling die afkomstig is vanuit een oppervlaktegebied dat zich bevindt buiten de meet-stralingsbundel, in beginsel geen aanleiding tot een door de detector teweeggebracht,als stoorsignaal te beschouwen uitgangssignaal.

5 Wanneer nl. straling afkomstig is vanuit een oppervlaktegebied dat zich in hoofdzaak bevindt in het "vlak" zoals bepaald door de in hoofdzaak lijnvormige meetstralingsbundel en het in hoofdzaak lijnvormige stralingsgevoelige gebied van de detector, echter buiten deze meetstralingsbundel, wordt een door zulk oppervlaktegebied gegeven stralings-10 vlek op de detector of een denkbeeldig vlak waarin deze detector zich bevindt, af geheeld als een gedefocusseerde vlek, die aan de detectoruitgang geen signaal van betekenis doet ontstaan. Hierbij is de defocussering sterker naarmate de plaats van waaruit de straling afkomstig is verder van de meetstralingsbundel is verwijderd. Tevens geldt dat wanneer stra-15 ling afkomstig is vanuit een oppervlaktegebied dat zich buiten het in het voorafgaande genoemde "vlak" bevindt, de door zulk een oppervlaktegebied gegeven stralingsvlek op het genoemde denkbeeldige detectorvlak, echter buiten het genoemde lijnvormige stralingsgevoelige detector-gebied, al dan niet gedefocusseerd wordt afgebeeld, zodat ook zulk 20 een stralingsvlek aan de detector geen als stoorsignaal te beschouwen signaal doet ontstaan.

Een verbeterde uitwerking van dit beginsel geeft een meetstelsel dat volgens de uitvinding daardoor is gekenmerkt dat een van de meet-straling geleidende middelen deeluitmakende focusseerlens de meet-25 stralingsbundel zodanig focusseert dat de doorsnede daarvan over het meetgebied als functie van de langs de bundelrichting beschouwde afstand verloopt, met dien verstande dat alle binnen dit meetgebied gevormde objectvlekken, op genoemde voor reflectiestraling gevoelige detector worden afgebeeld als vlekken met een in hoofdzaak dezelfde 30 grootte. Meer in het bijzonder heeft de focusseerlens een zodanige sterkte dat de omvang van elke binnen het meetgebied door de meetstralingsbundel gevormde objectvlek toeneemt naarmate de desbetreffende objectvlek zich op een grotere afstand van de focuseerlens verwijderd bevindt. Aldus wordt de in hoofdzaak lineaire variatie van de door 35 het detectorobjectiefselsel geïntroduceerde verkleiningsmaatstaf, d.w.z. de mate waarin een objectvlek verkleind wordt afgebeeld op de 8302228 -5- s detector/ gecompenseerd. Zulks betekent dat bij een gegeven stand van de meetstralingsbundel een opeenvolging van daardoor gedefinieerde obj ectvlekken, op de detector wordt afgeheeld als een opeenvolging van gefocusseerde vlekken met in hoofdzaak dezelfde grootte. Hierbij 5 is de door het detectorobjectiefstelsel geïntroduceerde verkleinings-maatstaf bij voorkeur zodanig gekozen dat de omvang van een met een objectvlek corresponderende detectorvlek in hoofdzaak overeenkomt met de omvang van enkele detectorelementen. Aldus wordt bereikt dat over het gehele meetgebied de beeldscherpte en het laterale oplossend 10 vermogen optimaal zijn. Aangezien verder zoals in het voorafgaande is uiteengezet, elke straling afkomstig vanuit een oppervlaktegebied dat zich buiten de meetstralingsbundel bevindt, geen detectoruitgangs-signaal van betekenis tot gevolg heeft, wordt een zeer gunstige signaal-ruisverhouding verkregen.

15 Een meetstelsel volgens de uitvinding leent zich bijzonder goed voor toepassing in situaties waarin wordt gewerkt met sterke storende lichtbronnen. Zulks is bijvoorbeeld het geval wanneer het meetstelsel moet worden gebruikt in een geautomatiseerd lasproces, waarbij het meetstelsel dan immuun moet zijn voor sterke lichtstraling die van de 20 lasboog uitgaat. In een voor dergelijke situaties met voordeel toe te passen meetstelsel wordt dan bij voorkeur gebruik gemaakt van een stralingsbron, zoals een laser, die monochromatische straling uitzendt.

Volgens de uitvinding is de golflengte van deze straling zodanig gekozen dat deze een waarde heeft die zich bevindt in een gedeelte van 25 het spectrum waar de intensiteit van golflengtecomponenten van ongewenste omgevingsstraling die kan worden verwacht, gering is; en binnen de ruimtelijke waarnemingshoek van de detector een optisch, banddoorlatend filter is aangebracht, waarvan een golflengte van de doorlaatband, bij voorkeur een middengolflengte daarvan correspondeert met de golflengte 30 van genoemde monochromatische straling. In de praktijk blijkt een He-Ne-laser goed te voldoen.

Tevens is de uitvinding met voordeel toepasbaar wanneer van een te onderzoeken objectoppervlak, één of meerdere oppervlaktecontouren of oppervlakteprofielen moeten worden gemeten. Een voor dergelijke 35 toepassingen geschikt meetstelsel is volgens de uitvinding daardoor 8302228 -6- gekenmerkt dat de meetstraling geleidende middelen zijn gekoppeld met een aandrijfinrichting die is ingericht om de meetstralingsbundel een aftast-beweging in een meetvlak te doen uitvoeren; en genoemde reflectiestraling geleidende middelen zijn ingericht om de tijdens een aftastbeweging 5 door deze meetstralingsbundel belichte objectvlekken, op een in hoofdzaak rechtlijnig stralingsgevoelig gebied van de detector af te beelden als isochroon daarmee mee bewegende en op dit stralingsgevoelige gebied gefocusseerde vlekken.

Het is een verder doel van de uitvinding om een meetstelsel van 10 de in de aanhef beschreven soort beschikbaar te stellen waarbij met behulp van een eenvoudige constructie de storende invloed van valse reflecties kan worden geëlimineerd. Valse reflecties betekenen in het algemeen die reflectiestraling die op de desbetreffende detector wordt afgebeeld en die is ontstaan doordat de op een desbetreffende 15 plaats van het objectoppervlak invallende meetstralingsbundel via andere zich binnen of vlak buiten het volume van de meetstralingsbundel bevindende oppervlaktegebiedselementen, naar deze detector is gereflecteerd.

Een daartoe dienende uitvoeringsvorm is volgens de uitvinding 20 in beginsel daardoor gekenmerkt, dat genoemde reflectiestraling geleidende middelen behalve het genoemde ontvangtransmissiepad een ander ontvangtransmissiepad bepalen dat in combinatie met het eerstgenoemde ontvangtransmissiepad een met betrekking tot een meetbundelvlak, d.i. een vlak dat de meetstralingsbundel bevat, spiegelbeeld syrame-25 trische configuratie vormt, waarbij dit andere ontvangtransmissiepad daarlangs geleide reflectiestraling afkomstig van de desbetreffende stralingsvlek projecteert op een afzonderlijke, andere voor reflectiestraling gevoelige detector; en de uitgangen van deze beide voor reflectiestraling gevoelige detectoren zijn gekoppeld met een 30 comparator voor het zodanig vergelijken van de door deze detectoren teweeggebrachte uitgangssignalen dat reflectiestraling die is ontstaan als gevolg van enkelvoudige reflectie van de meetstralingsbundel tegen het objectvlak, een bruikbaar uitgangssignaal oplevert.

35 -Door de beide aan de uitgangen van de afzonderlijke detectoren 8302228 -7- ontwikkelde uitgangssignalen bijvoorbeeld door vermeningvuldiging met elkaar te correleren is het mogelijk om een door een valse reflectie op de detector geprojecteerde vlek te onderscheiden vein een door een "goede" reflectie op de detector geprojecteerde 5 vlek.

Een verbeterde uitvoering van een meetstelsel volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat de genoemde reflectie-straling geleidende middelen behalve het eerstgenoemde ontvang-transmissiepad, een ander ontvangtransmissiepad bepalen waarvan 10 een begingedeelte dat van een desbetreffende objectvlek uitgaat, in combinatie met een corresponderend begingedeelte van het eerstgenoemde ontvangtransmissiepad, een met betrekking tot een meetbundelvlak, d.i. een vlak dat de meetstralingsbundel bevat, spiegelbeeld symmetrische configuratie vormt, waarbij dit andere 15 ontvangtransmissiepad daarlangs geleide reflectiestraling afkomstig van de desbetreffende objectvlek, eveneens afbeeldt op genoemde voor reflectiestraling gevoelige detector; -en de uitgang van deze detector is gekoppeld met een signaal-behandelingsinrichting voor het behandelen van de detector-20 uitgangssignalen en wel zodanig dat in responsie op reflectiestraling die is ontstaan door een enkelvoudige reflectie van de meetstralingsbundel tegen het objectvlak, een bruikbaar signaal teweeg wordt gebracht.

Met een dergelijke uitvoering kan worden uitgekomen met een 25 enkele detector, hetgeen een belangrijke besparing en technische vereenvoudiging betekent.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een dergelijk meetstelsel is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat een gedeelte van het genoemde andere ontvangtransmissiepad zodanig afwijkend 30 van een corresponderend gedeelte van het eerstgenoemde ontvangtransmissiepad is georiënteerd, dat de van eenzelfde objectvlek zoals gegeven door de doorsnijding van het meetbundelvlak en het desbetreffende objectvlak,afkomstige reflectiestraling,via het ene ontvangtransmissiepad op genoemde detector wordt afgebeeld als een 35 detectorvlek die op een vaste afstand is verwijderd van de 8302228 -3- detectorvlek die op deze detector via het andere ontvangtransmissiepad wordt afgebeeld als beeld van dezelfde objectvlek; en genoemde signaal-behandelingsinrichting is ingericht om een auto-correlatiefunctie te vervullen ten aanzien van het detectoruitgangssignaal dat twee discrete 5 signaalcomponenten bevat met een onderlinge afstand die correspondeert met genoemde vaste afstand.

Een eerste uitwerking van een dergelijk meetstelsel is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat genoemde rsflectiestraling geleidende middelen twee prisma's omvatten die met een gemeenschappelijk 10 prismavlak aan elkaar zijn bevestigd, waarbij dit gemeenschappelijke prismavlak reflectiestraling die via het ene ontvangtransmissiepad wordt geleid gedeeltelijk ongebroken doorlaat in de richting van de genoemde detector, terwijl reflectiestraling die via het andere ontvangtransmissiepad wordt geleid, voor een gedeelte in de richting 15 van genoemde detector wordt gereflecteerd.

Een tweede uitwerking van een meetstelsel volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat het genoemde gemeenschappelijke prismavlak ten opzichte van het genoemde meetbundelvlak is gekanteld, waarbij de kantelhoek bepalend is voor genoemde vaste afstand.

20 Ter verdere beveiliging tegen eventuele valse reflecties dia voldoen aan het door de eerdere uitvoeringen vastgelegde discrimina-tiecriterium, is een meetstelsel volgens de uitvinding verder daardoor gekenmerkt dat zowel het ene, alswel het andere ontvangtransmissiepad een reflectorvlak omvat dat is ingericht om van het objectvlak afkom-25 stige reflectiestraling te richten op het genoemde gemeenschappelijke prismavlak; en elk van deze reflectorvlakkan is gekanteld over eenzelfde hoeK zm eer. iasnenreffsnda van twee :an zpzrchna van hen nsec-bundeivlak spiegelbeeld symmetrische, elkaar snijdende assen; en de meetstralingsbundel is gericht langs de snijlijn van twee vlakken via 20 welke deze meetbundel langs het ene en het andere ontvangtransmissiepad op genoemde detector wordt afgebeeld.

Een constructief eenvoudige uitvoeringsvorm van een meetstelsel is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat zowel het ene alswel het andere ontvangtransmissiepad een reflectorvlak omvat dat dient 35 om van het objectvlak afkomstige reflectiestraling te richten op het 8302228 -9 - genoemde gemeenschappelijke prismavlak; en elk van deze reflector-vlakken samen met het genoemde gemeenschappelijke prismavlak, een van de genoemde twee prisma's vormt.

Een alternatieve uitvoeringsvorm van een meetstelsel volgens 5 de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat genoemde reflectiestraling geleidende middelen behalve het eerstgenoemde ontvangtransmissiepad een ander ontvangtransmissiepad bepalen waarvan een begingedeelte dat van een desbetreffende objectvlek uitgaat in combinatie met een corresponderend begingedeelte van het eerstgenoemde ontvangtransmissie-10 pad een met betrekking tot een meetbundelvlak, d.i. een vlak dat de meetstralingsbundel bevat, een spiegelbeeld symmetrische configuratie vormt, waarbij zowel in het ene begingedeelte alswel in het andere begingedeelte van deze spiegelbeeld symmetrische configuratie, een periodiek werkende lichtstralingsschakelaar is opgenomen die het des-15 betreffende optische pad achtereenvolgens blokkerend en doorlatend doet zijn, één en ander zodanig dat reflectiestraling volgens een opeenvolging van tijdgleuven die een eerste tijdkanaal en een tweede tijdkanaal definiëren, via het ene ontvangtransmissiepad en het andere ontvangtransmissiepad afwisselend aan genoemde voor reflectie-20 straling gevoelige detector wordt aangeboden; en de uitgang van deze detector is gekoppeld met een signaalbehandelingsinrichting die is voorzien van een demodulator die de naar de tijd verdeelde signalen van het eerste tijdkanaal en van het tweede tijdkanaal omzet in twee ruimtelijk gescheiden signalen; en van een comparator voor het met 25 elkaar vergelijken van genoemde twee ruimtelijk gescheiden signalen zodanig dat reflectiestraling die is ontstaan als gevolg van enkelvoudige reflectie van de meetstralingsbunde1 tegen het objectvlak, een bruikbaar uitgangssignaal oplevert.

Een verder criterium op grond waarvan een onderscheid kan 30 worden gemaakt tussen "goede" en "valse" reflecties kan volgens de uitvinding worden verkregen door in de meetbundel een voorafbepaald gegeven kenmerk te introduceren. Met behulp van bijvoorbeeld een planparallelle plaat kan worden bereikt dat de intensiteitsverdeling van de meetbundel asymmetrisch wordt gemaakt. Een op dit beginsel 35 gebaseerde uitvoeringsvorm is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat het zendgedeelte is voorzien van bundelvervormende middelen dienende om een desbetreffend objectvlak te bestralen met een asymme- 8302228 β

J.CL

trische meetbunde 1-intensiteitsverdeling,· en het ontvanggedeelte een signaalverwerker omvat dienende om van een daaraan aangeboden detec-toruitgangssignaal slechts die signaaldelen door te laten die corres-oonderen met beeldvlekken die een door de meetbundelintensiteitsver-5 deling gegeven asymmetrische afbeelding op de detector zijn van een zich in het meetbundelvlak bevindend objectpuntgebied. Bij deze uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van de omstandigheid dat "goede" reflecties in het detectoruitgangssignaal een asymmetrische golf-vorm opleveren die wat vorm betreft is gespiegeld met betrekking 10 tot een golfvorm in dit detectoruitgangssignaal die correspondeert met een "valse" reflectie die in feite betekent dat de meetbundel tweemaal tegen het objectoppervlak is gereflecteerd.

Ter nadere toelichting van de uitvinding zullen in het onderstaande enige uitvoeringsvoorbeelden daarvan worden beschreven met 15 verwijzing naar de tekening. Vanzelfsprekend is de uitvinding niet beperkt tot de beschreven uitvoeringsvoorbeelden. In de tekening is: fig. 1 een schema ter illustratie van het op driehoeksmeting berustend principe voor het meten van een afstand tussen een object-vlakpunt en een referentieniveau; 20 fign 2aen 2b schema's ter illustratie van een uitvoeringsvorm van een meetstelsel volgens de uitvinding waarbij de meetgevoeligheid voor omgevingsstraling sterk is verminderd; fig. 3 een schema ter illustratie van een langsdoorsnede van een gefocusseerde meetstralingsbundel ter plaatse van het meetgebied, 25 en welke vorm gunstig is om een in hoofdzaak uniforme afbeelding van objectstralingsvlekken, op de detector te vormen; fig. 4 een schema van een uitvoeringsvorm van een meetstelsel volgens de uitvinding waarin via twee afzonderlijke optische kanalen wordt gemeten; 30 fig. 5 een schema ter illustratie van de wijze waarop volgens de uitvinding met behulp van een uitvoeringsvorm volgens fig. 4 valse reflecties kunnen worden geëlimineerd; fig. 6 een schema van een vereenvoudigde uitvoeringsvorm van een meetstelsel volgens de uitvinding; en 35 fig. 7 een schema van een variant van de uitvoeringsvorm volgens fig. 6.

8302228 -11-

In fig. 2a is schematisch weergegeven een basisuitvoeringsvorm van een meetstelsel volgens de uitvinding waarvoor kenmerkend is dat storende omgevingsstraling geen responsie van de detector geeft, en uitsluitend straling afkomstig vanuit een door de meetstralingsbundel 5 belichte objectvlek, optimaal gefocusseerd op een tot een lijn beperkt stralingsgevoelig gebied van de detector wordt afgebeeld. De meetstralingsbundel MB is hierbij schematisch aangegeven als een volgens de Z-richting verlopende rechte lijn. Het door MG aangeduide meetgebied is een in het YZ-vlak begrensde strook waarin de "diepte” van object-10 oppervlaktegebieden bij "belichten" door de meetstralingsbundel kan worden gemeten. In fig. 2a zijn bij wijze van voorbeeld twee van dergelijke objectvlekken 01 en 02 ontstaan wanneer twee objectoppervlakte-elementen op verschillende "diepten" worden belicht door een volgens de Z-as gerichte meetstralingsbundel, getekend. Bij een meetstelsel volgens 15 de uitvinding worden uitsluitend objectvlekken, zoals 01 en 02, m.a.w. objectvlekken gegeven als objectoppervlaktegebieden die rechtstreeks door de meetstralingsbundel zijn belicht, via een schematisch weergegeven objectieflensstelsel OL, op een detectorvlak DV als gefocusseerde vlekken 01' en 02' afgebeeld. Zulks betekent dat 20 in beginsel al die zich binnen het meetgebied bevindende objectvlekken die zijn gegeven als objectoppervlaktegebieden die door de meetstralingsbundel kunnen zijn belicht, op het detectorvlak DV worden afgebeeld langs een in hoofdzaak rechtlijnig gebied dat schematisch is aangeduid door DG. Volgens een aspect van de onderhavige uitvinding is de detector 25 uitgevoerd als een in hoofdzaak lijnvormige configuratie van detectorele-menten, waarbij bij voorkeur een in hoofdzaak rechtlijnig stralingsgevoelig gebied van detectorelementen wordt gebruikt. Bij een tot een dergelijk in hoofdzaak lijnvormig stralingsgevoelig gebied beperkte detector zal elke straling afkomstig van een oppervlaktegebied dat zich bevindt 30 a) in het "vlak" zoals bepaald door de in hoofdzaak lijnvormige meetstralingsbundel en het volgens een rechte lijn verlopende stralingsgevoelige detectorgebied, en b) buiten de meetstralingsbundel op of in het verlengde van dit stralingsgevoelige detectorgebied worden afgebeeld. Het objectief lensstelsel OL is zodanig geconstrueerd dat dergelijke straling, voor 35 zover deze afkomstig is vanuit gebiedselementen die zich bevinden binnen de waamemingshoek zoals bepaald door de lengte van het stralingsgevoelige detectorgebied en de lensopening, echter buiten de meetstralingsbun- 8302228 -12- del als gedefocusseerde vlekken op het stralingsgevoelige detectorgebied DG wordt afgeheeld, b.v. Bl wordt afgeheeld als Bl* terwijl wanneer straling afkomstig is uit plaatsen die zich. bevinden in bovenbedoeld "vlak", echter buiten genoemde waarnemingshoek, deze straling in het verlengde 5 en buiten het stralingsgevoelige gebied wordt geprojecteerd, zoals b.v. B2 als B2’. In geen van deze beide gevallen wordt door de detector een als stoorsignaal te beschouwen uitgangssignaal teweeggebracht.

Zulks zal ook gelden ten aanzien van straling afkomstig vanuit oppervlak-tegebieden die zich buiten het bovenbedoelde "vlak" bevinden. Bijvoor-10 beeld zal het oppervlaktegebied Al of A2 dat zich buiten het bovenbedoelde vlak, in fig.2a het XZ-vlak, bevindt, via het objectief lensstelsel OL als een al dan niet gedefocusseerde vlek Al' of A2' worden geprojecteerd, d.w.z. buiten en terzijde van het stralingsgevoelige detectorgebied DG.

Al die stralingsgebieden zoals Al, die zich buiten het bovenbedoelde 15 vlak, het XZ-vlak bevinden, zullen steeds buiten en terzijde van het stralingsgevoelige detectorgebied DG worden geprojecteerd en afhankelijk van de ruimtelijke positie al dan niet sterk gedefocusseerd op het vlak DV worden afgeheeld. Daardoor is de feitelijke detector DG ongevoelig voor dergelijke stoorstralingsbronnen.

20 Doordat de door de meetstralingsbundel belichte objectoppervlakte— gebieden, in afhankelijkheid van de te meten "diepte" in de Z-richting, onder verschillende hoeken zoals Θ vanuit de detector worden waargenomen, en over het meetgebied M beschouwd, de afbeeldingsmaatstaf, d.w.z. de mate waarin een door de meetstralingsbundel belichte objectvlek ver-25 kleind op de detector wordt afgeheeld, eveneens als functie van de Z-coördinaat varieert, is het detectorvlak DG en daarmee de feitelijke detector DG onder een zekere hoek ten opzichte van de optische as 01-P daarvan opgesteld.

Volledigheidshalve is zulks nader geïllustreerd in fig. 2b, 30 waarin de in het XZ-vlak volgens fig. 2a geldende situatie is weergegeven. Door een dergelijke opstelling wordt bereikt dat de focusserende werking van het objectieflensstelsel OL ten aanzien van al die objectvlek-ken die zijn ontstaan door belichting van de meetstralingsbundel, in hoofdzaak uniform is, zodat zulke objectvlekken ongeacht de positie 35 in de Z-richting in dezelfde mate, en wel sterk gefocusseerd, op het lijnvormige stralingsgevoelige detectorgebied zullen worden afgebeeld.

8302228 4 -13-

Bij een meetstelsel volgens de uitvinding is er tevens naar gestreefd om het over het meetgebied beschouwde laterale scheidend vermogen, dat wil zeggen het scheidend vermogen in vlakken dwars op de meetbundel, zo groot mogelijk te doen zijn, met dien verstande 5 dat een objectvlek op de detector wordt af geheeld als een beeldvlek waarvan de doorsnede onafhankelijk van de plaats vanwaaruit de objectvlek binnen de meetbundel is ontstaan, een grootte-orde heeft overeenkomend met enige, bijvoorbeeld 2-4, detectorcellen. (Een detectorcel heeft bijvoorbeeld afmetingen van 25 x 26 ^um). Door de dimensionering van een 10 focusseerlens die in het optische pad van de meetstralingsbundel is opgesteld, kan worden bereikt dat tussen de twee vereisten, i.c. een zo slank, mogelijke meetbundel enerzijds en een in hoofdzaak uniforme afbeelding op de detector van de objectvlekken anderzijds, een gunstig compromis wordt verkregen. In fig. 3 is bij wijze van voorbeeld een gun-15 stige meetbundelvorm in langsdoorsnede weergegeven. Zoals uit deze figuur blijkt zal de meetbundel in de stralingsrichting beschouwd in hoofdzaak divergerend zijn. Aldus wordt bij een dergelijk meetstelsel volgens de uitvinding bereikt dat de in hoofdzaak lineaire variatie van de afbeeldingsmaatstaf als functie van de in de Z-asrichting variërende 20 afstand tussen de objectieflens voor de meetbundelstraling en een desbetreffende objectvlek die is ontstaan door belichting van een object-oppervlakteé'lement en deze meetbundel, wordt gecompenseerd door de als gevolg van de gekozen bundelvorm verkregen variatie van de objectvlekgrootte als functie van die afstand. Naarmate de vergrotings-25 maatstaf als functie van de Z-richtingsafstand kleiner wordt is de objectvlekgrootte als gevolg van gekozen meetstralingsbundelvorm dienovereenkomstig groter. Aldus is het mogelijk over het gehele meetgebied door de meetstralingsbundel belichte objectoppervlakte-elementen met een in hoofdzaak constante grootte op het stralingsgevoelige detector-30 gebied af te beelden.

In de voorafgaande figuurbeschrijving is slechts sprake geweest van een A z-meting uitgevoerd bij een enkele stand van de meetstralingsbundel zodat slechts de diepte van objectoppervlakte-elementen die door die bundel worden belicht kunnen worden gemeten. Veelal is het 35 echter gewenst om dergelijke metingen uit te voeren voor verschillende standen van de meetstralingsbundel teneinde aldus objectoppervlakte- 830222Θ -14- prof ielen of -contouren te kunnen meten. Daarbij is het veelal gewenst om per tijdseenheid een groot aantal van verschillende objectoppervlakte— elementen te kunnen meten, b.v. meer dan 1000 metingen per seconde. Volgens een verder aspect van de uitvinding is het zendgedeelte van het 5 meetstelsel ingericht om te bewerkstelligen dat de meetbundel over het objectvlak verplaatsbaar is, bij voorkeur volgens een opeenvolging van zwaaibewegingen in onderling evenwijdige vlakken, b.v. vlakken evenwijdig aan het YZ-vlak volgens fig. 2a. Daartoe wordt na een zwaaibeweging de meetbundel zodanig verschoven b.v. volgens fig.2a in 10 de X-richting dat een volgende zwaaibeweging wordt uitgevoerd in een meetbundelvlak dat evenwijdig verloopt aan het tijdens de eerdere zwaaibeweging doorlopen meetbundelvlak, enz. Aldus kan een objectvlak systematisch worden af getast, bijvoorbeeld met een meetsnelheid van 115Δz-metingen per zwaai en een frequentie van 10 zwaaien per seconde.

15 Het ontvanggedeelte van het meetstelsel is daarbij zodanig ingericht dat de reflectiestraling geleidende middelen de tijdens een zwaaibeweging van de meetbundel achtereenvolgens belichte objectoppervlakte-elementen, als isochroön daarmee verschuivende en corresponderende vlekken op het stralingsgevoelige detectorgebied afbeelden. M.a.w. bij 20 elke hoekstand die de meetbundel tijdens een zwaaibeweging inneemt wordt de daarbij belichte objectvlek op het stralingsgevoelige detectorgebied scherp afgebeeld als een daarmee corresponderende en goed gedefinieerde _.vlek.

In een voor bovenomschreven doeleinden geschikte uitvoeringsvorm, 25 wordt de gewenste zwaaibeweging van de meetbundel verkregen door middel van een om een as kantelbaar gemonteerde meetbundelspiegel, waarop de via een vast opgestelde focusseerlens en stralingsbron gevormde meet-stralingsbundel is gericht. Deze as is gekoppeld met een aandrijfmechanisme dat is ingericht om deze as en daarmee de meetbundelspiegel, 30 een heen en weer gaande zwaaibeweging over een gewenste zwaaihoek te laten uitvoeren. Aldus kan de meetbundel over een gewenste hoekafstand worden gezwaaid b.v. bij de opstelling volgens fig. 2a in het YZ-vlak.

Een voorkeursuitvoeringsvorm omvat een eveneens om genoemde as kantelbare voor het ontvangen van reflectiestraling dienende ontvangspiegel die 35 met betrekking tot de genoemde meetbundelspiegel zodanig aan deze as is bevestigd dat wanneer de aandrijf inrichting in werking is de meetbundelspiegel en deze ontvangspiegel isochroon heen en weer zwaaien.

8302228 * t < ' » -15-

Aldus worden de door de meetbundelspiegel belichte objectoppervlakte-elementen door de ontvangspiegel waargenomen waarbij de van deze object-vlekken afkomstige reflectiestraling via deze ontvangspiegel en via een vast opgestelde objectieflens naar de eveneens vast opgestelde 5 detector wordt geleid. Verder omvat de inrichting een meetbundel-standsensor die standsignalen teweegbrengt die representatief zijn voor de instantane meetbundelstand. Uit dergelijke standsignalen worden gegevens die voor de desbetreffende oppervlakteprofielmeting noodzakelijk zijn afgeleid. Met de in het voorafgaande beschreven 10 voorkeursuitvoeringsvorm worden de tijdens de zwaaibeweging door de meetbundel belichte objectvlekken door het ontvanggedeelte isochroon gevolgd zodat met de desbetreffende objectvlekken corresponderende vlekken op de detector worden af geheeld. Aldus is tijdens de aftast-procedure bij voortduring bekend vanuit welk volumegebied in de ruimte 15 een responsie is te verwachten, waarbij er voor is gezorgd dat het ontvanggedeelte vrijwel uitsluitend gevoelig is voor reflectiestraling die afkomstig is vanuit het door de meetbundel begrensde volume in de ruimte. M.a.w. bronnen van storende lichtstraling die zich buiten dit volumegebied bevinden hebben vrijwel geen effect op de meting. Zulks 20 betekent dat het meetstelsel een zeer gunstige signaal-ruis-verhouding heeft.

Het is niet noodzakelijk om zoals bij bovenomschreven uitvoeringsvorm het geval is, een of meer onderdelen van het ontvanggedeelte, i.c. de genoemde opvangspiegel, met de meetbundel mee te 25 laten bewegen tijdens een aftastprocedure. In principe kan hetzelfde worden bereikt wanneer een vast in de ruimte opgesteld ontvanggedeelte wordt gebruikt zonder bewegende onderdelen. Teneinde een goede signaal-ruis-verhouding te verkrijgen is het noodzakelijk gebruik te maken van een twee-dimensionale detector met een bijbehorende besturings-30 inrichting die is ingericht om te bereiken dat een tot een lijn beperkt stralingsgevoelig detectorgebied isochroon met de meetstralings-bundel in dit twee-dimensionale detectorvlak wordt verschoven.

Indien het meetstelsel moet worden toegepast in de nabijheid van sterke stoorlichtbronnen, zoals bijvoorbeeld het geval is wanneer 35 het meetstelsel volgens de uitvinding moet worden toegepast in een geautomatiseerd lasproces, kan het voordeel bieden verdere voorzieningen 8302228 t -16- te treffen waardoor de invloed van dergelijke stoorstraling op de detector wordt geëlimineerd. Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt gebruik gemaakt van de omstandigheid dat in het spectrum van stoorlichtstraling "dalgebieden" voorkomen en monochromatische 5 stralingsbronnen beschikbaar zijn die juist straling uitzenden met een golflengte die correspondeert met zulk een dalgebied. Volgens de uitvinding wordt een He-Ne-laser als monochromatische stralingsbron gebruikt waarbij binnen de ruimtelijke waarnemingshoek van de detector een optisch bandoorlatend filter, zoals bijvoorbeeld een interferentie-10 filter is aangebracht. De doorlaatband van dit filter bevat de golflengte die overeenkomt met de golflengte van de door de laser uitgezonden straling. Op deze wijze kan de storende straling doeltreffend worden geëlimineerd.

Bij de in het voorafgaande behandelde uitvoeringsvormen wordt 15 op een bepaald tijdstip beschouwd de reflectiestraling via een enkel optisch transmissiepad geleid naar de detector. Daardoor is het mogelijk dat zogenaamde valse reflecties die ontstaan doordat de meetbundel meerdere malen tegen het objectoppervlak wordt gereflecteerd in de richting van de detector, het meetresultaat verstoren. Daarom verdient het 20 aanbeveling de in het voorafgaande behandelde uitvoeringsvormen zodanig te wijzigen dat de invloed van dergelijke valse reflecties doeltreffend teniet kan worden gedaan. In het onderstaande zijn verschillende voorbeelden behandeld van voor dat doel geschikte uitvoeringsvormen.

De in fig. 4 schematisch weergegeven uitvoeringsvorm van een 25 meetstelsel volgens de uitvinding omvat een bron 1 voor het teweegbrengen van meetstraling. Alhoewel de uitvinding daartoe niet is beperkt wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van optische straling, meer in het bijzonder straling afkomstig van een laser. In de onderstaande beschrijving wordt eenvoudigheidshalve aangenomen dat van optische 30 straling gebruik wordt gemaakt. De door de bron 1 uitgezonden meet-straling, d.i. lichtstraling, wordt via een optisch stelsel 2 dat een, focusseerlens en lichtgeleidende middelen omvat, als een meetbundel 3 gericht naar en geprojecteerd op een te onderzoeken objectvlak Z. Hiervan is een gedeelte door het gearceerde oppervlak in de figuur 35 aangegeven. In deze figuur is verder door Z = O aangeduid het referentie-niveau ten opzichte waarvan de desbetreffende afstandzirmoet worden 8302228 -17- gemetenf terwijl de grootte van het meetgebied door MG is voorgesteld. De meetbundel veroorzaakt op de door P van het objectvlak aangegeven plaats een lichtvlek. Het meetstelsel omvat verder een eerste reflectielicht-transmissiekanaal 4 en een tweede reflectielicht-transmissiekanaal 5. Elk 5 van deze reflectielicht-transmissiekanalen is optisch gekoppeld met de ont-vangzijde van een bijbehorende voor reflectielicht gevoelige detector 6 resp. 7 die in staat is om ontvangen reflectielicht om te zetten in een dienovereenkomstig signaal van een andere vorm, bij voorkeur een elektrisch signaal. Deze beide transmissiekanalen zijn identiek en definiëren een 10 lichtpadconfiguratie die met betrekking tot een denkbeeldig, de meetbundel bevattend "meetbundelvlak" dat loodrecht op het vlak van tekening is gericht, spiegelbeeld symmetrisch is. Aldus wordt bereikt dat een meetlicht-vlek waarvan de plaats P is gegeven door de doorsnijding van het meetbundelvlak en het objectvlak, op de beide detectoren 6 en 7 wordt af geheeld 15 als een detectorvlek S ^ resp. £ ^ waarvan de afstand tot de detector-vlekpositie 2^ resp. voor 3e beide detectoren gelijk is. De uitgang van de detector 6 resp. 7 is verbonden met de eerste respectievelijk tweede ingang van een comparator 8. Bij wijze van voorbeeld is aangenomen dat elk van de detectoren 6 rasp. 7 is uitgevoerd als een ladinggekoppelde inrichting 20 (CCD) met een gegeven aantal van detectorcellen. Tijdens het meetproces, d.w.z. het meten van de afstand Δz, wordt de inhoud van deze beide CCD's serieel uitgeschoven, zodat aan de uitgang van de desbetreffende detector een tijdfunctiesignaal ontstaat waarin de lichtvlelqpositie zoals resp.

§ p2 is gegeven als een tijdafstand. De comparator is ingericht om de daar-25 aan aangeboden, gesynchroniseerde detectorsignalen, met elkaar te vermenigvuldigen. Zulks betekent dat een objectvlak-lichtvlek die is gelegen in het meetbundelvlak, i.c. het symmetrievlak, een uitgesproken uitgangssignaal aan de uitgang van de comparator doet ontstaan. Bij een meetstelsel dat op de bovenomschreven wijze is uitgevoerd, is er in feite voor gezorgd dat vrij-30 wel uitsluitend objectlichtvlekken die door het meetbundelvlak, ofwel het symmetrievlak, worden doorsneden, op de beide detectoren worden afgeheeld als onderling gecorreleerde beeldvlekken die door hun plaats op het desbetreffende detectorvlak informatie geven omtrent de te meten afstand Δζ.

Üit dergelijke plaatsfunctiesignalen worden dan aan de desbetreffende detec-35 toruitgangen tijdfunctiesignalen afgeleid wanneer elk van deze detectoren wordt uitgelezen. De twee aan de uitgangen van deze twee detectoren ontwikkelde tijdfunctiesignalen zullen eveneens zijn gecorreleerd. Zulks betekent dat een door de comparator uitgevoerde vermeningsvuldigingsoperatie van de beide daaraan aangeboden detectoruitgangssignalen, resulteert in een produkt- 8302228 -18- * signaal waarbij uit de golfvorm daarvan kan worden ongemaakt, dat de des betreffende Δ. z-meting "goed" is met andere woorden het meetresultaat is gerelateerd aan een in het bovenbedoelde symmetrievlak georiënteerde objectlichtvlek, terwijl de tijdplaats van het desbetreffende signaal extreem informatie geeft omtrent, de gemeten afstand Δ z.

5 In fig. 5 is schematisch geïllustreerd een situatie waarin niet alleen een objectlichtvlek P die zich in het meetbundelvlak (loodrecht op het vlak van tekening en de meetbundel MB bevattend) , ofwel het symmetrievlak bevindt, maar tevens een valse reflectie R, ofwel een storingsvlek, die zich buiten dit symmetrievlak bevindt, op 10 de beide detectoren Dl en D2 als een beeldvlek wordt, geprojecteerd via het desbetreffende ontvangtransmissiepad 071 xen OT2. Van de na uitlezing van de beide detectoren verkregen uitgangssignalen zijn de met de beeldvlekken en <5^ (de projecties van de obj ectlichtvlek P) corresponderende gedeelten, onderling gecorreleerd, terwijl de met de 15 beeldvlekken en <5r2 (de projecties van de valse reflectie R) corresponderende signaalgedeelten, onderling niet zijn gecorreleerd.

Met andere woorden de vermenigvuldigingsoperatie die wordt uitgevoerd op de beide aan de comparator aangeboden detectoruitgangssignalen, levert aan de uitgang van deze comparator een produktsignaal op waar-20 van het signaalgedeelte corresponderende met het produkt van de beeldvlekken <5p^ en <Sp2 zich duidelijk onderscheidt ten opzichte van het resterende produktsignaalgedeelte. Met andere woorden bij de in het voorafgaande geschetste configuratie bestaat een discriminerend vermogen ten aanzien van valse reflecties of stoorsignalen die zijn ont-25 staan uit objectvlakken die zich buiten het desbetreffende symmetrievlak bevinden.

De 'in verband met de fign. 4 en 5 beschreven uitvoeringsvorm kan volgens een verder aspekt van de uitvinding worden vereenvoudigd, in dia cir dan in claans van rwee afzonder lijke iacaczcrsn siechzs 30 een enkele detector wordt gebruikt. Fig. 5 geeft een schema van een dergelijke een enkele decaczor omvaruande basisuxrvoeringsvorm van een meetstelsel volgens de uitvinding. In principe is deze uitvoeringsvorm gelijk aan die welke in fig. 4 is weergegeven. Evenals de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 omvat de uitvoeringsvorm volgens fig. 5 een eerste 35 ontvangtransmissiepad en een"tweede ontvangtransmissiepad die zodanig zijn ingericht en met betrekking tot het meetbundelvlak ofwel symmetrie- 8302228 -19 - vlak georiënteerd, dat in wezen een spiegelbeeld symmetrische configuratie is gevormd. Meer in het bijzonder omvat het eerste respectievelijk tweede transmissiepad een ingangslichtgeleider IG1 respectievelijk IG2 met een lichtreflectorvlak RVI resp. RV2, waardoor vanaf het 5 objectvlak afkomstige reflectiestraling wordt ontvangen en afgebogen in de richting van een bijbehorende objectieflens OU resp. 0L2.

Deze beide objectieflenzen zijn verder optisch gekoppeld met een bundel-splitser BS. Deze bundelsplitser is samengesteld uit twee prisma's PRl en PR2 die met een gemeenschappelijk prismavlak aan elkaar zijn 10 vastgekit. Dit gemeenschappelijke prismavlak is voor reflectiestraling afkomstig van de objectieflens 0L1 gedeeltelijk reflecterend, en voor reflectiestraling afkomstig van de objectieflens OL2 gedeeltelijk doorlatend. De opstelling is zodanig gekozen dat zowel door dit gemeenschappelijke prismavlak gereflecteerde straling alswel door dit vlak 15 doorgelaten straling zijn gericht naar de voor beide ontvangtransmissie-paden gemeenschappelijke detector GD. Wanneer deze uitvoering een in wezen volkomen spiegelbeeld symmetrische configuratie is, wordt reflectiestraling vanaf elke objectievlek die zich in het meetbundelvlak ofwel symmetrievlak bevindt, via de twee ontvangtransmissiepaden op 20 deze detector afgebeeld als een enkele vlek, die zich door zijn intensiteit onderscheidt ten opzichte van eventuele andere op deze detector gevormde beeldvlekken die corresponderen met valse reflecties of stoorsignalen. In principe is hiermee een discriminerend vermogen gegeven waardoor "goede" reflecties van valse reflecties of storingen 25 kunnen worden onderscheiden. Een dergelijke discrimineerfunctie kan echter meer doeltreffend en praktisch worden vervuld, indien volgens een verder aspekt van de uitvinding een geringe asymmetrie wordt geïntroduceerd in de door de beide ontvangtransmissiepaden gevormde configuratie. Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 6 kan een dergelijke 30 asymmetrie worden verkregen door de objectieflenzen OL1 en OL2 op een zodanige vaste optische afstand van de gemeenschappelijke detector GD aan te brengen dat reflectiestraling afkomstig vanuit een objectpunt dat zich in het symmetrievlak bevindt op de detector steeds wordt afgebeeld als twee afzonderlijke beeldvlekken met een vaste onderlinge 35 afstand. Reflectiestraling of stoorstraling afkomstig uit elk punt dat zich buiten dit symmetrievlak bevindt wordt althans wanneer deze 8302228 -20-.

valt binnen de "veldhoek" van de detector, daarop afgeheeld als een of meerdere beeldvlekken waartussen bedoelde vaste afstandsrelatie niet bestaat. Het door uitlezing van de detector verkregen uitgangs-singaal moet nu worden vermenigvuldigd met een voorafbepaalde filter-5 functie die de vorm heeft van het te verwachten detectorsignaal, d.i. een signaal met twee signaalpieken met een vaste onderlinge afstand. Zulks kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door het uitgangssignaal van de detector aan te bieden aan de ingang van een schuifregister met een gegeven aantal geheugenposities, waarbij een hulpsignaalbeeld 10 gedurende de verblijfstijd van het uitgelezen detectorsignaal in dit schuifregister daaraan wordt aangeboden zodat het uit dit uitgangs-register geschoven signaal een produktsignaal is met een duidelijk herkenbaar signaalextreem dat indicatief is voor een "goede” reflectie. Met andere woorden kan het detectoruitgangssignaal door een auto-15 correlatie-operatie optimaal worden gefilterd. Daartoe wordtin feite het detectorsignaal f(x) vermenigvuldigd met het signaal f(χ+ΔΤ) en wel voor ieder signaalsegment, waarbij door integratie van deze produkten dan een signaal resulteert dat een functie van ΔΤ is. Hierdoor kunnen valse reflecties en storingen worden onderscheiden van goede reflec-20 ties aangezien dergelijke valse reflecties door deze auto-correlatie-operatie worden onderdrukt.

Onder bijzondere omstandigheden blijken valse reflecties van een bepaalde soort, nl. die welke een detectoruitgangssignaal doen ontstaan met twee pieken die door genoemde vaste afstand van elkaar 25 zijn gescheiden, voor te kunnen komen, die niettegenstaande de bovenomschreven discrimineerfunctie, een als goed of waardevol te kwalificeren eindsignaal opleveren. Teneinde aan dit bezwaar te ontkomen kunnen bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 6 de beide reflectorvlak-ken RVI en RV2, die bij de in fig. 4 geschetste situatie loodrecht 30 staan op het vlak van tekening, over eenzelfde hoek gekanteld worden opgesteld. Wanneer fig. 6 wordt beschouwd zijn de desbetreffende kantelassen gegeven als de snijlijn van het desbetreffende reflector-vlak en het vlak van tekening. Door een dergelijke schuine opstelling van de reflectorvlakken is in wezen een zich in de' ruimte uitstrek-35 kende rechte lijn gedefinieerd, meer in het bijzonder een rechte lijn in het meetbundelvlak en een scherpe hoek met het vlak van tekening 8302228 “•21- ins lui tend. Uitsluitend vanuit een dergelijke rechte lijn kan reflec-tiestraling de detector via beide ontvangtransmissiepaden belichten. Met andere woorden wordt door een dergelijke schuine opstelling van de beide reflectoren bereikt dat het gebied van waaruit reflectie-5 straling via de beide ontvangtransmissiepaden de detector kan bereiken, in sterke mate verkleind. Vanzelfsprekend wordt hierbij de meetbundel langs genoemde rechte lijn gericht.

De in verband met fig. 6 beschreven uitvoeringsvorm heeft het praktische bezwaar dat wanneer de componenten IG1, IG2, 0L1, 0L2 en 10 BS tot een geheel worden verenigd een betrekkelijk omvangrijk onderdeel wordt verkregen. Zulks in verband met het door het triangulatie-principe gestelde vereiste dat de hoek waaronder het objectvlak wordt waargenomen een zekere minimale breedte van de basis zoals gegeven door de beide ingangslichtgeleiders meebrengt. Bovendien is bij deze 15 uitvoeringsvorm volgens fig. β in elk ontvangtransmissiepad een objectieflens vereist-

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij aan de bovengeschetste bezwaren van de uitvoeringsvorm volgens fig. 6 tegemoet wordt gekomen, is schematisch weergegeven in fig. 7. Wat werking 20 betreft is deze uitvoeringsvorm equivalent met de uitvoeringsvorm volgens fig. 6. Reflectiestraling zoals schematisch aangeduid door R en T afkomstig van elk objectpunt dat in het meetbundelvlak is galeven, treedt onder een vaste openingshoek 2 δ uit uit het samengestelde prisma waarin de functies van de in fig. 4 weergegeven compo-25 nenten, de detector en de beide objectieflenzen uitgezonderd, in een geheel zijn verenigd. Door keuze van de enkele objectieflens en de afstand daarvan tot de detector kan worden bereikt dat elk tweetal uit het samengestelde prisma tredende reflectiestralingsbundels behorende bij een objectpunt dat in het meetbundelvlak is gelegen, 30 op het detectorvlak worden geprojecteerd als twee beeldvlekken met * een vaste onderlinge afstand. Bij deze uitvoeringsvorm is de door A aangeduide hoek gelijk aan 45 + δ terwijl de door A aangeduide hoek gelijk is aan 45 - δ.

Bij de in het voorafgaande in verband met de fign. 6 en 7 35 beschreven uitvoeringsvormen is in beginsel gebruik gemaakt van een "ruimte-verdelingsprincipe" om een onderscheid te kunnen maken tussen 8302228 - 22- goede en valse reflecties. In beginsel is het ook mogelijk om voor datzelfde doel gebruik te maken van een "tijd-verdelingsprincipe".

Bij de uitvoeringsvorm volgens de fign. 6 en 7 zou dan gebruik moeten worden gemaakt van een tweetal optische schakelaars aangebracht in 5 de optische transmissiepaden tussen de ingangslichtgeleiders en het desbetreffende objectoppervlak. Deze optische schakelaars worden dan in tegenfase bediend zodat wanneer de ene optische schakelaar straling doorlaat de andere optische schakelaar straling blokkeert. Aldus kan de via de beide transmissiekanalen naar de detector gerichte reflec-10 tiestraling aldaar worden aangeboden in de vorm van een naar de tijd verdeeld optisch signaal met tijdgleuven voor een ene tijdkanaal corresponderende met het ene transmissiepad en tijdgleuven voor een tweede tijdkanaal corresponderende met het andere transmissiepad.

De beide tijdkanalen worden dan afwisselend asui de detector aangeboden 15 zodat een enkel detectoruitgangssignaal naar de tijd gescheiden informatie van de beide transmissiepaden bevat. De met de detectoruitgang verbonden signaalverwerker bevat een demodulator die uit het enkelvoudige elektrische signaal dat daaraan wordt aangeboden twee ruimtelijk gescheiden elektrische signalen kan vormen waarbij het ene elek-20 trische signaal correspondeert met het ene transmissiepad en het andere elektrische signaal correspondeert met het andere transmissiepad. Deze beide naar de ruimte gescheiden elektrische signalen kunnen dan via een comparator met elkaar worden vergeleken zodat goede en valse reflecties van elkaar kunnen worden onderscheiden.

25 In een alternatieve uitvoeringsvorm van een meetstelsel vol gens de uitvinding kan gebruik worden gemaakt van een meetbundel waarin een voorafbepaald, gegeven kenmerk is ingevoerd, in combinatie met een goIfvormgevoelig filter, zoals bijvoorbeeld een zogenaamd "matched filter", als component van de middelen voor het verwerken 30 respectievelijk filteren van de detectoruitgangssignalen. Normaliter is de intensiteitsverdeling van de meetbundel te karakteriseren door een Gauss-kromme. Door in het optische pad van de meetbundel bijvoorbeeld een bepaald masker aan te brengen kan een asymmetrische intensiteitsverdeling volgens een gewenste verdelingskromme worden verkre-35 gen. Het "matched filter" is hierbij zodanig gedimensioneerd dat de door laat go lfvorm daarvan overeenkomt met de signaalgolfvorm die is te verwachten wanneer een door een dergelijke "asymmetrische" meetbundel 8302228 -23- gevormde objectvlek op de detector wordt af geheeld. Meer in het bijzonder zal een objectvlek afkomstig van het symmetrievlak, dat wil zeggen een objectvlek die representatief is voor een goede reflectie, een detectorvlek en daarmee een detectoruitgangssignaal geven met een 5 uitgesproken asymmetrische piekvorm. Objectvlekken die zich buiten het symmetrievlak i.c. het meetbundelvlak bevinden geven reflectie-straling die wanneer deze op de detector wordt afgebeeld signaal-golfvormen aan de detectoruitgang doet ontstaan die niet corresponderen met de doorlaatkarakteristiek van het matched filter. Aangezien 10 een valse reflectie in de regel een 2-voudige reflectie van de meet-bundel tegen het objectvlak betekent, zal een dergelijke valse reflectie een detectorvlek respectievelijk een detectoruitgangssignaal opleveren met een piekvorm die ten opzichte van de piekvorm behorende bij een goede reflectie "gespiegeld" verschijnt. Hierdoor is een 15 duidelijk criterium gegeven op grond waarvan met eenvoudige middelen kan worden vastgesteld of een detectoruitgangssignaal representatief is voor een goede of een valse reflectie. Aldus kunnen dergelijke valse reflecties op doeltreffende wijze worden onderscheiden van goede reflecties.

20 Alhoewel in het voorafgaande enige specifieke uitvoeringsvormen zijn beschreven, zal het duidelijk zijn dat door de gemiddelde vakman op dit gebied van de techniek talrijke wijzigingen of andere uitvoeringsvormen kunnen worden ontworpen zonder het kader van de uitvinding en zoals aangegeven door de bijgaande conclusies te verlaten.

25 Vanzelfsprekend kunnen de voorzieningen voor het zendgedeelte en het ontvanggedeelte en waardoor het meetstelsel geschikt is gemaakt om op de in het voorafgaande beschreven wijze een objectoppervlakteprofiel of -contour te meten, ook worden toegepast op de uitvoeringsvormen die zijn behandeld in verband met de figuren 4 t/m 7.

8302228

Claims (13)

1. Meetstelsel voor het onder gebruikmaking van een op driehoeksmeting berustend principe, contactloos meten van de afstand tussen een bepaald punt van een objectvlak en een referentieniveau, omvattende; een zendge-deelte met een stralingsbron voor het uitzenden van meetstraling en 5 meetstraling geleidende middelen die een meetstralingsbundel vormen, alsook een zendtransmissiepad bepalen, waarlangs de meetstralingsbundel op het te onderzoeken objectvlak wordt geprojecteerd; en een ontvangge-deelte met reflectiestraling geleidende middelen en een voor reflectie-straling gevoelige detector die daardoor ontvangen reflectiestraling om-10 zet in een daarmee corresponderend signaal van een andere soort, welke reflectiestraling geleidende middelen reflectiestraling afkomstig van een stealings vlek, i-c. een objectvlek, die door de projectie van de meetstralingsbundel op het desbetreffende objectvlak is ontstaan, vormen tot een reflectiestralingsbundel, alsook een ontvangtransmissiepad bepalen 15 waarlangs zulk een ref lectiestralingsbundel wordt geprojecteerd op genoemde voor reflectiestraling gevoelige detector, met het kenmerk, dat van genoemde detector het stralingsgevoelige gebied is beperkt tot een in hoofdzaak lijnvormig gebied; en genoemde reflectiestraling geleidende middelen zodanig zijn ingericht dat uitsluitend door de meetstralingsbun-20 del, althans een zich over een meetgebied uitstrekkend lengtegedeelte daarvan, belichte objectoppervlakte-elementen, als gefocusseerde vlekken op het genoemde lijnvormige stralingsgevoelige gebied van de detector worden afgeheeld.

2. Meetstelsel volgens conclusie 1, waarbij genoemde meetstraling-25 geleidende middelen een focusseerlens omvatten, met het kenmerk, dat deze focusseerlens de meetstralingsbundel zodanig focusseert dat de doorsnede daarvan over het meetgebied als functie van de langs de bundel-richting beschouwde afstand verloopt, met dien verstande dat alle binnen dit meetgebied gevormde objectvlekken, op genoemde voor reflectiestraling 30 gevoelige detector worden afgeheeld als vlekken met een in hoofdzaak dezelfde grootte.

3. Meetstelsel volgens de conclusies 1 of 2, waarbij de stralingsbron monochromatische straling uitzendt, met het kenmerk, dat de golflengte van deze straling een waarde heeft die zich bevindt in een gedeelte van 8302228 -25- ï het spectrum waar de intensiteit van golflengtecomponenten van ongewenste omgevingsstraling die kan worden verwacht, gering is; en binnen de ruimtelijke waamemingshoek van de detector een optisch, bandi-doorlatend · filter is aangebracht, waarvan een golflengte van de door-5 laatband, bij voorkeur de middengolflengte daarvan, correspondeert met de golflengte van genoemde monochromatische straling.

4. Meetstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat de meetstraling geleidende middelen zijn gekoppeld met een aandrijfinrichting die is ingericht om de meetstralingsbundel 10 een aftastbeweging in een meetvlak te doen uitvoeren; en genoemde reflec-tiestraling geleidende middelen zijn ingericht om de tijdens een aftastbeweging door deze meetstralingsbundel belichte objectvlekken, op een in hoofdzaak rechtlijnig stralingsgevoelig gebied van de detector af te beelden als isochroon daarmee mee bewegende en op dit stralingsgevoelige 15 gebied gefocusseerde vlekken.

5. Meetstelsel vólgens één van de voorafgaande conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat genoemde reflectiestraling geleidende middelen behalve het genoemde ontvangtransmissiepad, een ander ontvangtransmissie-pad bepalen dat in combinatie met het eerstgenoemde ontvangtransmissie- 20 pad een met betrekking tot een meetbundelvlak, d.i. een vlak dat de meetstralingsbundel bevat, spiegelbeeld symmetrische configuratie vormt, waarbij dit andere ontvangtransmissiepad daarlangs geleide reflectiestraling afkomstig van een desbetreffende objectvlek afbeeldt op een afzonderlijke, andere voor reflectiestraling gevoelige detector; en de 25 uitgangen van deze beide voor reflectiestraling gevoelige detectoren zijn gekoppeld met een comparator voor het zodanig vergelijken van de door deze detectoren teweeggebrachte uitgangssignalen, dat reflectiestraling die is ontstaan als gevolg van een enkelvoudige reflectie van de meetstralingsbundel tegen het objectvlak, een bruikbaar uitgangssignaal oplevert.

6. Meetstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat de genoemde reflectiestraling geleidende middelen behalve het eerstgenoemde ontvangtransmissiepad, een ander ontvangtransmissiepad bepalen waarvan een begingedeelte dat van een desbetreffende objectvlek uitgaat, in combinatie met een corresponderend 8302228 τ· f -26- begingedeelte van het eerst genoemde ontvangtransmissiepad, een met betrekking tot een meetbundelvlak, d.i. een vlak dat de meetstra-bngsfcundel bevat, spiegelbeeld symmetrische configuratie vormt, waarbij dit andere ontvangtransmissiepad daarlangs geleide reflectiestra-5 ling afkomstig van de desbetreffende objectvlek, eveneens afbeeldt op genoemde voor reflectiestraling gevoelige detector; en de uitgang van deze detector is gekoppeld met een signaalbehandelingsinrichting voor het behandelen van de detectoruitgangssignalen en wel zodanig dat in responsie op reflectiestraling die is ontstaan door een enkel-10 voudige reflectie van de meetstralingsbundel tegen het objectvlak, een bruikbaar signaal teweeg wordt gebracht.

7. Meetstelsel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat een gedeelte van het genoemde andere ontvangtransmissiepad zodanig afwijkend van een corresponderend gedeelte van het eerstgenoemde ontvangtrans- 15 missiepad is georiënteerd, dat de- van eenzelfde objectvlek zoals gegeven door de doorsnijding van het meetbundelvlak en het desbetreffende objectvlak, afkomstige reflectiestraling, via het ene ontvangtransmissiepad op genoemde detector wordt afgebeeld als een detectorvlek die op een vaste afstand is verwijderd van de detectorvlek die op deze 20 detector via het andere ontvangtransmissiepad wordt afgebeeld als beeld van dezelfde objectvlek? en genoemde signaalbehandelingsinrichting is ingericht om een auto-correlatiefunctie te vervullen ten aanzien van het detectoruitgangssignaal dat twee discrete signaalpieken bevat met een onderlinge afstand die correspondeert met genoemde vaste 25 afstand.

8. Meetstelsel volgens de conclusies 6 of 7, met het kenmerk, dat genoemde reflectiestraling geleidende middelen twee prisma's omvatten die met een gemeenschappelijk prismavlak aan elkaar zijn bevestigd, waarbij dit gemeenschappelijke prismavlak reflectiestraling die via 30 het ene ontvangtransmissiepad wordt geleid, voor een gedeelte ongebroken doorlaat in de richting van de genoemde detector, terwijl reflectiestraling die via het andere ontvangtransmissiepad wordt geleid voor een gedeelte in de richting van genoemde detector wordt gereflecteerd.

9. Meetstelsel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat zowel het 35 ene, alswel het andere ontvangtransmissiepad een reflectorvlak omvat dat is ingericht om van het objectvlak afkomstige reflectiestraling % 8302228 -27- r te richten op het genoemde gemeenschappelijke prismavlak; en elk van deze reflectorvlakken is gekanteld over eenzelfde hoek om een desbetreffende van twee ten opzichte van het meetbundelvlak spiegelbeeld symmetrische, elkaar snijdende assen; en de meetstralingsbundel is 5 gericht langs de snijlijn van twee vlakken via welke deze meetbundel langs het ene en het andere ontvangtransmissiepad op genoemde detector wordt afgebeeld.

10. Meetstelsel volgens de conclusies 8 of 9, met het kenmerk, dat het genoemde gemeenschappelijke prismavlak ten opzichte van het meet- 10 bundelvlak is gekanteld, waarbij de kantelhoek bepalend is voor genoemde .afstand.

11. Meetstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies 8 t/m 10, met het kenmerk, dat zowel het ene, alswel het andere ontvangtrans-missiepad, een reflectorvlak omvat dat dient om van het objectvlak 15 afkomstige reflectiestraling te richten op het genoemde gemeenschappelijke prismavlak; en elk van deze reflectorvlakken samen met het genoemde gemeenschappelijke prismavlak, één van de genoemde twee prisma's vormt.

12. Meetselsel volgens één van de voorafgaande conclusies 1 t/m 4 20 of 6, met het kenmerk, dat genoemde reflectiestraling geleidende middelen behalve het eerstgenoemde ontvangtransmissiepad een ander ontvangtransmissiepad bepalen waarvan een begingedeelte dat van een desbetreffende objectvlek uitgaat in combinatie met een corresponderend begingedeelte van het eerstgenoemde ontvangtransmissiepad, 25 een met betrekking tot een meetbundelvlak, d.i. een vlak dat de meetstralingsbundel bevat, een spiegelbeeld symmetrische configuratie vormt, waarbij zowel in het ene begingedeelte alswel in het andere begingedeelte van deze spiegelbeeld symmetrische configuratie, een periodiek werkende lichtstralingsschakelaar is opgenomen die het des-30 betreffende optische pad achtereenvolgens blokkerend en doorlatend doet zijn, één en ander zodanig dat reflectiestraling volgens een opeenvolging van tijdgleuven die een eerste tijdkanaal en een tweede tijdkanaal definiëren, via het ene ontvangtransmissiepad en het andere ontvangtransmissiepad afwisselend aan genoemde voor reflectiestraling 35 gevoelige detector wordt aangeboden; en de uitgang van deze detector is gekoppeld met een signaalbehandelingsinrichting die is voorzien 8302228 A -28- Γ van een demodulator die de naar de tijd verdeelde signalen van het eerste tijdkanaal en van het tweede tijdkanaal omzet in twee ruimtelijk gescheiden signalen; en van een comparator voor het met elkaar . vergelijken van genoemde twee ruimtelijk gescheiden signalen zodanig 5 dat reflectiestraling die is ontstaan als gevolg van enkelvoudige reflectie van de meetstralingsbundel tegen het objectvlak, een bruikbaar uitgangssignaal oplevert.

13. Meetstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies 1 t/m 12, met het kenmerk, dat het zendgedeelte is voorzien van bundelvervormen-10 de middelen dienende om een desbetreffend objectvlak te bestralen met een asymmetrische meetbunde1-intensiteitsverdeling; en het ontvang-gedeelte een signaalverwerker omvat dienende om van een daaraan aangeboden detectoruitgangssignaal slechts die signaaldelen door te laten die corresponderen met beeldvlekken die een door de meetbundel-15 intensiteitsverdeling gegeven asymmetrische afbeelding op de detector zijn van een zich in het meetbundelvlak bevindend objectpuntgebied. 8302228