DE2601369C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufzeichnung von Oberflächen-Unregelmäßigkeiten eines sich in Richtung längs der Oberfläche kontinuierlich vorwärts bewegenden Gegenstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzeichnung von Oberflächen-Unregelmäßigkeiten eines sich in Richtung längs der Oberfläche kontinuierlich vorwärts bewegenden Gegenstandes, z. B. eines bahnförmigen Materials, unter Verwendung eines auf dem Gegenstand erzeugten Lichtmusters und dessen Abbildung sowie mittels Lichtgitter auf einem photographischen Film erzeugten,

die Umriß- bzw. Konturlinien der Oberflächen-Unregelmäßigkeiten kenntlichmachenden Moireeffekt-Interferenzmuster.

Es ist bereits bekannt, mit Hilfe von Moireeffekt-Interferenzmustern topographische Aufzeichnungen von Gegenstänüen anzufertigen, wie etwa aus der DT-OS 21 32 269 oder der Zeitschrift Applied Optics, Juni 1970, Seiten 1467 bis 1472 bekannt ist. Mit diesen bekannten Verfahren können jedoch lediglich Momentaufnahmen eines Gegenstandes hergestellt werden.

In der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 49-69160/1974 wurde auch bereits ein Verfahren beschrieben, bei dem die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten eines sich bewegenden Gegenstandes aufgezeichnet werden können. Bei diesem Verfahren tritt jedoch das Problem auf, daß zusammen mit den Oberflächen-Unregelmäßigkeiten, die eigentlich abgebildet werden sollen, die Schwingungen der Oberfläche in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche oder die Bewegung der Oberfläche als Rauschen aufgezeichnet werden. Handelt es sich bei der Oberfläche um die Oberfläche einer flexiblen, biegsamen Bahn, die in einer Richtung vorwärts bewegt wird, wie es beispielsweise bei einer Anlage zur Herstellung von Filmen der Fall ist so kann die biegsame Bahn leicht in Schwingungen geraten oder nach oben und unten flattern. Sogar be einem relativ starren Material führen die Schwingunger eines solchen Bahnmaterials zu einem Rauschen bei dei Messung der Oberflächen-Unregelmäßigkeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb dit Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzeichnung und Messung der Oberflächen-Unre gelmäßigkeiten eines in einer Richtung bewegtet Gegenstandes ohne Beeinträchtigung durch Schwin gungen senkrecht zur Oberfläche des Gegenstandes zi schaffen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahrei der eingangs erwähnten Art erfindunggemäß dadurcl gelöst, daß mittels eines ersten optischen Systems eii Spaltbild auf die Oberfläche des Gegenstandes senk recht zu dessen Bewegungsrichtung projiziert wird, dal weiterhin das Spaltbild mittels eines zweiten optische! Systems auf ein Gitter fokussiert wird, um ei Lichtschnitt-Moire-Element zu bilden, wobei die opti sehen Achsen der beiden optischen Systeme in einer Winkel zueinander geneigt sind und die Spaltelement des Gitters parallel zu dem Spaltbild auf der Gegenstand verlaufen, daß ferner eine Abbildung de Lichtschnitt-Moiro-Elementes durch eine Kondensoi

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linse und ein anamorphotisches Objektiv durch einen senkrecht zu dem Spaltbild verlaufenden Spalt auf einen synchron mit dem Gegenstand in Richtung des Spaltes vorwärtsbewegten photograph'?chen Film erzeugt wird, wobei das anamorphotische Objektiv das Lichtschnitt-Moire-Element in der Vorschub-Richtung des Films derart ausdehnt, daß eine Linie von hellen Punkten in Abständen auf dem Film aufgezeichnet wird, welche die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten des Gegenstandes darstellen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Projektionsobjektiv das eine Kondensorlinse und einen Spalt durchsetzende Licht einer Lichtquelle als Spaltbild auf den Gegenstand senkrecht zu dessen Bewegungs- |₅ richtung projiziert, daß weiterhin ein Fokussierobjektiv das Spaltbild auf ein Gitter projiziert, dessen Gitterspalte sich parallel zu dem Spaltbild erstrecken, und daß ferner eine Kondensorlinse und ein anamorphotisches Objektiv das auf dem Gitter erzeugte Lichtschnitt-Moire-Element durch einen sich parallel zu der Richtung des Gitters erstreckenden zweiten Spalt auf einen photographischen Film abbildet, wobei dessen Spalt senkrecht zu dem auf dem Gegenstand erzeugten Spaltbild verläuft und der Film synchron mit der Bewegung des Gegenstandes in der seitlichen Richtung des zweiten Spaltes kontinuierlich durchläuft.

Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, mit der die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten eines sich bewegenden Gegenstandes in der Form von Umrißlinien aufgezeichnet werden können. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere darin, daß eine Bewegung des Gegenstandes oder Schwingungen des Gegenstandes in einer Richtung senkrecht zu seiner Oberfläche nicht als Oberflächen-Unregelmäßigkeiten aufgezeichnet werden.

Das Lichtschnitt-Moire-Element besteht aus einer Linie von hellen Punkten bzw. Stellen, welche die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten des Gegenstandes darstellen; durch das anamorphotische Objektiv wird das Lichtschnitt-Moire-Element in der Vorschubrichtung des Films ausgedehnt, so daß eine Linie von Punkten auf den Film aufgezeichnet wird; die Punkte sind in Abstanden angeordnet, welche die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten des Gegenstandes darstellen. Der Film wird synchron mit der Bewegung des Gegenstandes zugeführt, so daß die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten kontinuierlich in Form von Umrißlinien, welche die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten des Gegenstandes darstellen, auf den Film aufgezeichnet werden. In der Nähe des Gitters ist ein zur Lichtablenkung dienendes Element vorgesehen, das ein Ablenkprisma oder eine Glasfaserplatte aufweist; dadurch kann die Parallaxe kompensiert werden, die von dem optischen System erzeugt wird, durch welches das Spaltbild auf dem Gegenstand unter einem schrägen Blickwinkel betrachtet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugaufnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des optischen Aufbaus der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der w^fljgCTgnHpn FrfinHtjnir

Fig.2 ein Diagramm von verschiedenen Beispielen für das Lichtschnitt-Moire-Element, das gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird,

Fig.3 ein Diagramm mit verschiedenen Beispielen für das Lichtschnitt-Moire-Element, das in der seitlichen Richtung des bei der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Spaltes ausgedehnt ist, und

Fig.4 ein Diagramm mit einem Beispiel für die schließlich erhaltenen Umrißlinien, welche die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten eines Gegenstandes darstellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgezeichnet werden.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wird ein flexibles bzw. biegsames bahnartiges Material 1, wie beispielsweise ein Filmschichtträger bzw. eine Unterlage eines Films, kontinuierlich in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung zugeführt. Licht von einer Lichtquelle 2 wird durch eine Kondensorlinse 3, einen Spalt 4 und ein Projektionsobjektiv 5 als Spaltbild 6 auf die flexible Bahn 1 projiziert. Der Spalt 4 erstreckt sich in der seitlichen Richtung der flexiblen Bahn 1, um auf der Bahn J ein Spaltbild 6 zu erzeugen, das senkrecht zu der Vorschubrichtung der Bahn 1 verläuft.

Das auf der Bahn 1 erzeugte Spaltbild 6 wird mittels einer Fokussierlinse bzw. eines Fokussierobjektivs 7 auf ein Gitter 8 projiziert; die optische Achse 70 der Fokussierlinse 7 ist in bezug auf die optische Achse 50 des Projektionsobjektivs 5 in einem Winkel Θ geneigt. Der Winkel θ wird in bezug auf das Spaltbild 6 auf der Bahn 1 als Scheitel bestimmt, so daß das Spaltbild 6 deformiert erscheinen kann, um die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten der Bahn 1 darzustellen, wenn es längs der optischen Achse 70 der Fokussierlinse 7 betrachtet wird. Das Gitter 8 weist eine Anzahl von parallelen, ein Gitter bzw. eine Strichplatte bildenden Spaltelementen auf, die sich parallel zu dem Spaltbild 6 erstrecken, das auf der Bahn 1 erzeugt wird. Das Gitter 8 erstreckt sich senkrecht zu der optischen Achse 70, so daß ein Lichtschnitt-Moire-Element durch das Gitter 8 entsteht, wenn die Abbildung des Spaltbildes 6 auf der Bahn 1 darauf fokussiert wird.

Beispiele für das Lichtschnitt-Moire-Element sind in F i g. 2 dargestellt. Das Lichtschnitt-Moire-Element weist eine Vielzahl von hellen Punkten bzw. Stellen auf, die in einer gebogenen bzw. gekrümmten Linie angeordnet sind, welche die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten der Bahn 1 darstellt; die hellen Punkte werden durch die Wechselwirkung des Gitters 8 und der Abbildung des Spaltbildes 6 erzeugt, das auf das Gitter 8 fokussiert wird.

Unmittelbar hinter dem Gitter 8 befindet sich ein das Licht ablenkendes Element 9, um die Parallaxe zu korrigieren, die durch die schräge Betrachtung des auf der Bahn 1 erzeugten Spaltbildes verursacht wird. Als Lichtablenkelement 9 können beispielsweise ein Ablenkprisma oder eine Glasfaserplatte verwendet werden. Das Ablenkelement 9 dient dazu, die Krümmung bzw. die Kurve des Lichtschnitt-Moire-Elementes, die durch das Gitter 8 in der seitlichen Richtung des Spaltbildes erzeugt wird, um l/sin Θ zu vergrößern, damit die Parallaxe, die durch die schräge Betrachtung bei einem Winkel von θ (θ<90°) auftritt, ausgeglichen und die Darstellung somit dem Fall θ = 90° äquivalent wird. Zweckmäßigerweise wird eine Glasfaserplatte und kein Ablenkprisma verwendet, da sich auf diese Weise die chromatische Aberration vermeiden läßt.

Hinter dem Gitter 8 und dem Ablenkelement 9 befindet sich eine Kondensorlinse 10. hinter der ein anamorphotisches Objektiv 11 angeordnet ist. Das anamorphotische Objektiv 11 ist eine Zylinderlinse, welche das Licht in einer Richtung in einer Ebene vergrößert bzw. verstärkt, die senkrecht zu der

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optischen Achse 70 ist. Hinter dem anamorphotischen Objektiv 11 ist ein Spalt 12 vorgesehen, der senkrecht zu dem auf der Bahn 1 erzeugten Spaltbild 6 verläuft. Deshalb erzeugen das anamorphotische Objektiv 11 und die Kondensorlinse 10 eine Zahl von parallelen Linien, wie in F i g. 3 dargestellt ist, indem die jeweiligen hellen Stellen bzw. Punkte in der seitlichen Richtung des Spaltbildes an dem Spalt 12 vergrößert werden. Wie in Fig.3 weiter dargestellt ist, werden die parallelen Linien 20 durch den Spalt 12 gekreuzt, so daß eine Zeile von Punkten bzw. Flecken auf einen Film 13 aufgezeichnet werden kann, der sich hinter dem Spalt 12 befindet, wie in F i g. 1 dargestellt ist. Aus den F i g. 2 und 3 geht weiter hervor, daß der Abstand zwischen Linien von Punkten, die auf den Film 13 aufgezeichnet werden, ein Maß für Oberflächen-Unregelmäßigkeiten der Bahn 1 darstellt. Der Film 13 wird kontinuierlich hinter dem Spalt 12 synchron mit der Vorwärtsbewegung der Bahn 1 zugeführt, wodurch die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten der Bahn 1 auf den Film 13 in Form von Umrißlinien aufgezeichnet werden, welche praktisch die Höhenschnittlinien der Oberfläche der Bahn 1 darstellen, wie sich F i g. 4 entnehmen läßt.

Wenn sich beispielsweise die Bahn 1 in Längsrichtung vorwärtsbewegt, ändert sich das Lichtschnitt-Moire-Element in Fig. 2 von 1 zu 12. Die kontinuierliche Änderung des Moire-Elementes erzeugt auf dem Film 13 ein Moire-Muster, wie es in Fig.4 dargestellt ist, wenn die Bahn 1 und der Film 13 kontinuierlich synchron zueinander vorwärtsbewegt werden.

Das zur Lichtablenkung dienende Element 9 ist nicht

ίο unbedingt erforderlich. Außerdem muß der Winkel der optischen Achsen 50 und 70 nicht unbedingt den obigen Angaben entsprechen, sondern kann auch umgekehrt oder geändert werden. So können beispielsweise die beiden optischen Achsen in einem Winkel in bezug auf

lj die Linie geneigt sein, die senkrecht zu der Oberfläche der Bahn 1 ist. Weiterhin muß das Objekt bzw. der Gegenstand nicht unbedingt ein bahnartiges Material sein, sondern es kann ein Gegenstand mit beliebiger Form oder aus beliebigem Material sein, solange es sich

*> um ein Material mit einer Oberfläche handelt, die sich in einer Richtung längs der Oberfläche vorwärtsbewegt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

26 Oi 369 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufzeichnung von Obc hen-Unregelmäßigkeiten eines sich in Richtung .gs der Oberfläche kontinuierlich vorwärts bewegenden Gegenstandes, z. B. eines bahnförmigen Materials, unter Verwendung eines auf dem Gegenstand erzeugten Lichtmusters und dessen Abbildung sowie mittels Lichtgitter auf einem photographischen Film erzeugten, die Umriß- bzw. Konturlinien der Oberflächen-Unregelmäßigkeiten kenntlichmachenden Moireeffekt-Interferenzmuster, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines ersten optischen Systems (3, 4, 5) ein Spaltbild (6; auf die Oberfläche des Gegenstandes (1) senkrecht zu dessen Bewegungsrichtung projiziert wird, daß weiterhin das Spaltbild (6) mitteis eines zweiten optischen Systems (7) auf ein Gitter (8) fokussiert wird, um ein Lichtschnitt-Moire-Element zu bilden, wobei die optischen Achsen (50, 76) der beiden optischen Systeme in einem Winkel (Θ) zueinander geneigt sind und die Spaltelemente des Gitters (8) parallel zu dem Spaltbild (6) auf dem Gegenstand (1) verlaufen, daß ferner eine Abbildung des Lichtschnitt-Moire-Elementes durch eine Kondensorlinse (10) und ein anamorphotisches Objektiv (11) durch einen senkrecht zu dem Spaltbild (6) verlaufenden Spalt (12) auf einen synchron mit dem Gegenstand in Richtung des Spaltes (12) vorwärtsbewegten photographischen Film (13) erzeugt wird, wobei das anamorphotische Objektiv das Lichtschnitt-Moire-Element in der Vorschub-Richtung des Films derart ausdehnt, daß eine Linie von hellen Punkten in Abständen auf dem Film (1.1) aufgezeichnet wird, welche die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten des Gegenstandes (1) darstellen.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Projektionsobjektiv (5) das eine Kondensorlinse und einen Spalt (4) durchsetzende Licht einer Lichtquelle (2) als Spaltbild (6) auf den Gegenstand (1) senkrecht zu dessen Bewegungsrichtung projiziert, daß weiterhin ein Fokussierobjektiv (7) das Spaltbild (6) auf ein Gitter (8) projiziert, dessen Gitterspalte sich parallel zu dem Spaltbild (6) erstrecken, und daß ferner eine Kondensorlinse (16) und ein anamorphotisches Objektiv (11) das auf dem Gitter (8) erzeugte Lichtschnitt-Moire-Element durch einen sich parallel zu der Richtung des Gitters (8) erstreckenden zweiten Spalt (12) auf einen photographischen Film (13) abbildet, wobei dessen Spalt (12) senkrecht zu dem auf dem Gegenstand (1) erzeugten Spaltbild (6) verläuft und der Film (13) synchron mit der Bewegung des Gegenstandes (1) in der seitlichen Richtung des zweiten Spaltes (12) kontinuierlich durchläuft.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (50) des Projektionsobjektivs (5) senkrecht zu der Oberfläche des sich bewegenden Gegenstandes (1) steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des Projektionsobjektivs (5) im Winkel zu der Oberfläche des sich bewegenden Gegenstandes (1) steht.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gitter (8) und dem auf dem Film (13) angebrachten Spalt (12) ein Licht ablenkendes Element (9) zum Korrigieren der durch die schräge Betrachtung des auf dem Gegenstand (1) erzeugten Spaitbildes (6) verursachten Parallaxe vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement (9) aus einer Glasfaserplatte besteht.