DE29924968U1

DE29924968U1 - Device to measure deformations on object surface, especially diffusely reflecting object surface; has interferometer, electric image sensor to measure interference pattern and several laser diodes to form common light spot on object

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Publication number: DE29924968U1
Application number: DE29924968U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2009-12-24

Abstract

The device has a measuring head (8), which includes an interferometer (14) to generate an interference pattern. An electronic image sensor is arranged in the beam path of the interferometer, to measure the interference pattern. An illumination unit (E) has a group of laser diodes (2,3), which are arranged so that they generate a common light spot on the object to be tested. An independent claim is included for a method for using the device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Untersuchen von Objekten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Untersuchung von an Objekten mit diffus streuender Oberfläche auftretenden Verformungen.The The invention relates to a device for inspecting objects. In particular, the invention relates to a device for examination of deformations occurring on objects with a diffusely scattering surface.

Nicht zerstörende Objektprüfungen sind insbesondere dort praktisch interessant, wo Qualitätsprüfungen an Werkstücken oder anderweitigen Arbeitsobjekten vorzunehmen sind. Beispielsweise stellt sich in der Praxis die Aufgabe, Reifen auf Fehlstellen zu untersuchen.Not destructive detailed inspections are especially interesting where quality checks are made workpieces or other work objects. For example In practice, the task of examining tires for defects.

Dazu ist es aus der DE 42 31 578 C2 bekannt, die Oberfläche eines Prüflings mit Laserdioden zu beleuchten. Die Beobachtung des Prüflings erfolgt mittels eines Interferometers, das an einem Bildsensorsystem ein Interferenzbild erzeugt. Ein Spiegel des Interferometers ist beweglich angeordnet. Die erzeugten Interferenzbilder sind 2π-moduliert; dies bedeutet, dass Phasendrehungen, die den Wert 2π überschreiten, von einer entsprechenden, um 2π verminderten Phasendrehung nicht ohne weiteres unterscheidbar sind. Dadurch kann ein Punkt- oder Linienmuster erzeugt werden, das die Verformung der Oberfläche kennzeichnet. Zur Beleuchtung der Objektoberfläche werden mehrere Laserdioden eingesetzt, die jeweils einen Leuchtfleck erzeugen. Die Leuchtflecke grenzen aneinander und überlappen sich allenfalls in Randzonen. Die beleuchteten Teilflächen setzen die Gesamtfläche zusammen. Die Abbildungsqualität der Einrichtung ist eingeschränkt.It is from the DE 42 31 578 C2 known to illuminate the surface of a specimen with laser diodes. The observation of the test object is carried out by means of an interferometer, which generates an interference image on an image sensor system. A mirror of the interferometer is movably arranged. The generated interference images are 2π-modulated; that is, phase rotations exceeding 2π are not readily distinguishable from a corresponding 2π decreased phase rotation. This can create a dot or line pattern that marks the surface's deformation. To illuminate the object surface, a plurality of laser diodes are used, each of which generates a light spot. The luminescent spots adjoin one another and at most overlap in peripheral zones. The illuminated partial surfaces combine the total area. The imaging quality of the device is limited.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Beobachten von Objektoberflächen zu schaffen, die eine verbesserte Bildqualität aufweist.From that Based on the object of the invention, a device for observing of object surfaces to create, which has an improved image quality.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 19 definiert.These The object is achieved with the device according to claim 1. preferred Embodiments of the invention are in the claims 2 to 19 defined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Messkopf auf, der anhand des von der Objektoberfläche rückgestreuten Lichts ein Interferenzbild erzeugt. Ein elektronischer Bildsensor, der in den Messkopf integriert sein kann, erfasst das Interferenzbild und wandelt es in entsprechende elektrische Signale um, die dann weiter auswertbar sind.The inventive device has a measuring head, which is based on the backscattered from the object surface Light creates an interference pattern. An electronic image sensor, which can be integrated into the measuring head, detects the interference pattern and converts it into corresponding electrical signals, which then can be further evaluated.

Das von dem Messkopf erfasste Bildfeld wird von einer Beleuchtungseinheit beleuchtet, die mehrere Laserdioden aufweist. Diese sind so angeordnet, dass sie einen gemeinsamen Leuchtfleck bilden. Dieser ist gleichmäßig ausgeleuchtet, so dass innerhalb des Leuchtflecks nur geringe Helligkeitsunterschiede anzutreffen sind. Dies wird durch eine relativ große Überlappung der aus den einzelnen Laserdioden austretenden Lichtbündel erreicht. Der gemeinsame Leuchtfleck ist nicht in Einzelleuchtflecke unterteilt. Bevorzugt beleuchten mehrere Laserdioden die Gesamtfläche des Leuchtflecks so, dass die von jedem Punkt zurückgestreute Strahlung inkohärent ist. Die Laserdioden sind bevorzugt so angeordnet, dass die zurückgestreute Gesamtstrahlung jeder Teilfläche der beobachteten Gesamtfläche bei gleichzeitigem Betrieb der Laserdioden größer ist als beim Betrieb jeweils nur einer Laserdiode.The from the measuring head detected image field is from a lighting unit illuminated, which has a plurality of laser diodes. These are arranged that they form a common spot of light. This is evenly lit, so that within the light spot only slight differences in brightness can be found. This is due to a relatively large overlap reaches the light beam emerging from the individual laser diodes. The common spot is not subdivided into single spot spots. Preferably, several laser diodes illuminate the total area of the Light spots so that the radiation scattered back from each spot is incoherent. The laser diodes are preferably arranged so that the backscattered Total radiation of each partial area the observed total area with simultaneous operation of the laser diodes is greater than during operation respectively only one laser diode.

Die Überlappungszonen der von den Laserdioden jeweils beleuchteten Bereiche sind vorzugsweise größer als die nicht überlappenden Zonen. Dies ermöglicht die Erzielung einer gleichmäßigen Lichtverteilung. Es wird darüber hinaus bevorzugt, keine Zone zuzulassen, die nur von einer Laserdiode be leuchtet ist. Um sicherzustellen, dass keine Teilfläche von nur einer Lichtquelle (Laserdiode) beleuchtet ist, können Laserdioden auch gruppenweise zusammengefasst werden und in Gruppen von zwei oder mehr Laserdioden auf eine gewählte Teilfläche ausgerichtet werden.The overlapping zones each of the laser diodes illuminated areas are preferably greater than the non-overlapping Zones. this makes possible the achievement of a uniform light distribution. It will about it In addition, it is preferable not to allow a zone which lights only by a laser diode is. To ensure that no partial area of only one light source (Laser diode) is illuminated Laser diodes can also be combined in groups and in groups be aligned by two or more laser diodes on a selected subarea.

Durch die gleichmäßige Ausleuchtung der zu untersuchenden Objektoberfläche wird trotz fehlender Kohärenz der einzelnen die Oberfläche treffenden Lichtanteile eine erhöhte Bildqualität erreicht. In dem erzeugten Interferenzbild sind sowohl in Bildmitte als auch an den Bildrändern die gewünschten Verformungen gut zu erkennen.By the uniform illumination the object surface to be examined, despite the lack of coherence of the single the surface an increasing proportion of light picture quality reached. In the generated interference pattern are both in the middle of the picture as well as at the edges of the picture the desired To recognize deformations well.

Die Lichtbündel der Laserdioden können so stark überlappen, dass mehr als die Hälfte der Fläche des Leuchtflecks Licht von zwei Laserdioden erhält. Dabei können ausgedehnte Bereiche vorliegen, die von dem Licht mehrerer Laserdioden mit etwa gleicher Intensität beleuchtet werden. Die Leuchtflecken einzelner Laserdioden können nahezu das gesamte zu beleuchtende Feld einnehmen.The light beam the laser diodes can overlap so much that more than half the area of the Light spot receives light from two laser diodes. There may be extensive areas, illuminated by the light of several laser diodes with approximately the same intensity become. The light spots of individual laser diodes can almost occupy the entire field to be illuminated.

Es werden schmale Saumzonen, in denen Leuchtflecken aneinander anschließen und in denen sich eine ungleichmäßige Lichtverteilung ergeben könnte, vermieden.It become narrow seam zones in which light spots connect to each other and in which there is an uneven distribution of light could result avoided.

Außerdem können mehrere Bereiche vorhanden sein, die von dem Licht von mehr als zwei Laserdioden getroffen werden. Die Ausrichtung wird zweckmäßigerweise in den meisten Fällen auf gleichmäßige Helligkeitsverteilung ausgerichtet. Dabei ist es auch möglich, nahezu die gesamte Fläche des Leuchtflecks von mehr als zwei Dioden und auch von unterschiedlich vielen Dioden beleuchten zu lassen.In addition, several can Areas may be present that are from the light of more than two laser diodes to be hit. The orientation is expediently in most cases to uniform brightness distribution aligned. It is also possible to use almost the entire surface of the Luminous spots of more than two diodes and also of different to light many diodes.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden alle Punkte des Leuchtflecks, die von der Kamera oder einer anderen Bilderfassungseinrichtung erfasst werden, von wenigstens zwei Laserdioden beleuchtet. Das Licht ist somit in dem gesamten von der Kamera erfassten Bereich inkohärent. Ferner können auch dann ordentliche Messergebnisse erhalten werden, wenn eine Laserdiode ausgefallen ist.In an advantageous embodiment, all points of the light spot, which he from the camera or other image capture device be illuminated, illuminated by at least two laser diodes. The light is therefore incoherent in the entire area covered by the camera. Further, proper measurement results can be obtained even if a laser diode has failed.

Es werden von unabhängigen, zueinander nicht kohärenten, aber annähernd gleichgerichteten Lichtquellen mehrere sich überdeckende Specklefelder erzeugt und gleichzeitig auf einem Bildsensor abgebildet. Das resultierende, überlagerte Specklefeld wird aufgenommen und zur Berechnung der Objektdeformation verwendet.It are independent, noncoherent to one another, but almost rectified light sources produces several overlapping speckle fields and simultaneously displayed on an image sensor. The resulting, superimposed Specklefeld is recorded and used to calculate the object deformation used.

Es ist möglich, die Laserdioden der gesamten Gruppe gleichzeitig, vorzugsweise im Dauerbetrieb, leuchten zu lassen. Bei einer abgewandelten Ausführungsform können die Laserdioden pulsierend betrieben werden. Dadurch ist eine höhere Lichtausbeute für den Moment der Bildaufnahme möglich, wodurch entweder das beobachtete Objektfeld vergrößert oder die Beleuchtungsleistung verkleinert oder die Belichtungszeit verkürzt werden kann.It is possible, the laser diodes of the entire group at the same time, preferably in Continuous operation, to light up. In a modified embodiment can the laser diodes are operated pulsating. This results in a higher light output for the Moment of image capture possible, causing either the observed object field increases or the illumination power reduced or the shutter speed can be shortened.

Es ist vorteilhaft, wenn die einzelnen Lichtquellen untereinander zwar nicht kohärent sind, aber nur geringfügig voneinander abweichende Lichtwellenlängen besitzen. Außerdem sollten sich die Einstrahlwinkel (Winkel, unter dem der Lichtstrahl auf das Objekt trifft) der einzelnen Lichtquellen nicht zu stark unterscheiden.It is advantageous if the individual light sources with each other though not coherent are, but only slightly have different wavelengths of light. In addition, should the angle of incidence (angle at which the light beam strikes the Object meets) of the individual light sources do not differ too much.

Es ist auch möglich, sich etwas mehr unterscheidende Lichtwellenlängen, zum Beispiel λ₁, λ₂ vorzusehen. Bei Verwendung von zwei Gruppen von Lichtquellen errechnet sich die resultierende Empfindlichkeit dann zu: λres = (λ1·λ2)/(λ1+λ2). It is also possible to provide slightly more distinctive wavelengths of light, for example λ ₁ , λ ₂ . When using two groups of light sources, the resulting sensitivity is then calculated as: λ res = (λ 1 · λ 2 ) / (Λ 1 + λ 2 ).

Jeder Wellenlängenanteil sollte hier mit möglichst gleicher Intensität vorliegen.Everyone Wavelength component should be here with as possible same intensity available.

Alternativ ist es möglich, die Laserdioden derart anzusteuern oder beispielsweise mit einer Shuttervorrichtung derart anzuordnen, dass das Licht der Laserdioden der Gruppe zeitlich versetzt auf die Objektoberfläche trifft. Die entstehenden Einzelinterferogramme können an dem Bildsensor überlagert und summiert (integriert) oder, je nach Hardware, einzeln aufgenommen und in einem Rechner miteinander kombiniert werden. Wie bei Dauerbeleuchtung ergibt sich insgesamt ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Feld. Die Laserdioden können ruhend oder bewegt angeordnet sein.alternative Is it possible, to drive the laser diodes such or, for example, with a shutter device to arrange such that the light of the laser diodes of the group in time offset on the object surface meets. The resulting Einzelinterferogramme can be superimposed on the image sensor and summed (integrated) or, depending on the hardware, recorded individually and combined in a computer. As with continuous lighting results altogether a uniformly illuminated Field. The laser diodes can be arranged dormant or moved.

Der Bildsensor ist vorzugsweise an eine Bildauswerteeinrichtung angeschlossen, die anhand mehrerer aufgenommener Interferenzbilder eine Verformung der Objektoberfläche bestimmt. Dies ist insbesondere in Fällen zweckmäßig, bei denen die Struktur oder Form der unverformten Objektoberfläche ohne Interesse ist. Solche Messungen sind beispielsweise bei der Werkstück- oder Materialprüfung zweckmäßig. Zum Beispiel können sie dazu eingesetzt werden, Fehlstellen an Reifen zu erkennen. Die zu untersuchende Reifenoberfläche wird dabei bei zwei voneinander verschiedenen Umgebungsdrücken aufgenommen. Entstehende Verformungen werden sichtbar gemacht.Of the Image sensor is preferably connected to an image evaluation device, based on multiple recorded interference images deformation the object surface certainly. This is particularly useful in cases where the structure or shape of the undeformed object surface is of no interest. Such Measurements are useful, for example, in workpiece or material testing. To the Example can they are used to detect imperfections on tires. The too examining tire surface is recorded at two different ambient pressures. Emerging deformations are made visible.

Das Interferometer kann ohne direkten Referenzstrahl arbeiten. Dies ist möglich, wenn der von dem Objekt rückgestreute Strahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, von denen einer einer Phasenverschiebung unterworfen wird. Die Phasenverschiebung ist vorzugsweise steuer- oder kontrollierbar. Dazu dient vorteilhafterweise eine Einrichtung zur Phasenverschiebung, beispielsweise ein Spiegel, der von einem Piezo-Aktuator verstellt wird. Es ist möglich, als Interferometer ein Michelson-Interferometer zu verwenden. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform nutzt jedoch als Interferometer eine Anordnung, bei der der Objektlichtstrahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, die auf unterschiedlichen Wegen zu dem Bildsensor gelangen und sich erst dort wieder treffen. Dies hat den Vorteil, dass Lichtverluste, wie sie beim Michelson-Interferometer beim Zusammenführen der Teilstrahlen im Strahlteiler auftreten, vermieden werden.The Interferometer can work without direct reference beam. This is possible, if the backscattered from the object Beam is divided into two sub-beams, one of which is a Phase shift is subjected. The phase shift is preferably controllable or controllable. This is advantageously used a means for phase shifting, for example, a mirror, the is adjusted by a piezo actuator. It is possible as Interferometer to use a Michelson interferometer. A special advantageous embodiment but uses as an interferometer an arrangement in which the object light beam is divided into two sub-beams, in different ways get to the image sensor and meet again there. This has the advantage that light losses, as in the Michelson interferometer when merging the partial beams occur in the beam splitter can be avoided.

Der Bildsensor ist an eine Bildauswerteeinrichtung angeschlossen, die vorzugsweise eine Recheneinheit aufweist. Die Recheneinheit, beispielsweise ein entsprechend leistungsfähiger Computer, arbeitet ein Programm ab, das die Bildverarbeitung bewerkstelligt. Dabei wird beispielsweise aus mehreren, von dem ruhenden Objekt mit gegeneinander verschobener Phasenlage aufgenommenen Bildern ein Phasenbild berechnet. Die Phasenlagen einzelner Bildpunkte sind in der Regel stochastisch verteilt und geben keinen direkten Aufschluss über das Objekt. Wird die Objektoberfläche jedoch verformt oder um einen geringen Betrag auf den Messkopf hin oder von diesem weg verschoben und wird in diesem Zustand, beispielsweise durch Verknüpfung mehrerer, durch Phasenverschiebung veränderter Interferenzen untereinander, ein Phasenbild erhalten, kann aus beiden erhaltenen Phasenbildern ein Phasendifferenzbild bestimmt werden. Das Phasendifferenzbild gibt Aufschluss über lokale Verschiebungen oder Verformungen und kann zur Anzeige gebracht werden. Dazu wird dem jeweiligen Phasendifferenzwinkel des Bildpunkts ein Grauwert zugeordnet, der auf einer Wiedergabeeinrichtung an der betreffenden Stelle angezeigt wird. Beispielsweise wird einem Phasendifferenzwinkel von Null der Anzeigewert schwarz und dem Phasendifferenzwinkel von 2π der Grauwert weiß zugeordnet.Of the Image sensor is connected to an image evaluation, the preferably has a computing unit. The arithmetic unit, for example a correspondingly more efficient Computer, works off a program that does the image processing. In this case, for example, from several, of the dormant object with pictures shifted against one another Calculated phase image. The phase positions of individual pixels are usually stochastically distributed and give no direct information about that Object. Becomes the object surface however deformed or by a small amount on the measuring head or moved away from this and will be in that state, for example by linking several, by phase shifting changed interference among themselves, obtain a phase image can be obtained from both phase images a phase difference image can be determined. The phase difference image gives Information about local displacements or deformations and can be displayed become. For this purpose, the respective phase difference angle of the pixel associated with a gray scale, which is displayed on a display device the relevant job is displayed. For example, a phase difference angle from zero the display value black and the phase difference angle of 2π the gray value white assigned.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung werden die Phasendifferenzwinkel, bevor sie zur Anzeige gebracht werden, 2π/n-moduliert. Dazu werden die Differenzwinkel des Phasendifferenzbildes punktweise einer Modulo 2π/n-Division unterworfen. Dies bedeutet, dass der Phasendifferenzwinkel durch 2π/n dividiert wird und der verbleibende Rest den Ergebniswert bil det. Dieser Ergebniswert wird mit dem Faktor n multipliziert und ergibt den 2π/n-modulierten Wert, der im Wertebereich von Null bis 2 π/n mit Grauwerten zwischen schwarz und weiß zur Anzeige gebracht wird. Bedarfsweise kann auch eine farbige Anzeige gewählt werden. Der Faktor n ist dabei vorzugsweise eine ganze Zahl größer 1. Dies ergibt eine Verstärkung der in dem Phasendifferenzbild vorhandenen und sichtbaren Objektverformungen und somit eine deutlichere Erkennbarkeit von Fehlstellen an dem Objekt.at In an advantageous embodiment of the device, the phase difference angles, before being displayed, 2π / n modulated. These are the Differential angle of the phase difference image pointwise a modulo Subjected to 2π / n division. This means that the phase difference angle is divided by 2π / n and the remainder will form the result. This result value is multiplied by the factor n and gives the 2π / n-modulated Value ranging from zero to 2 π / n with gray values between black and know Display is brought. If necessary, a colored display chosen become. The factor n is preferably an integer greater than 1. This gives a gain the existing in the phase difference image and visible object deformations and thus a clearer recognizability of defects on the Object.

Es ist alternativ möglich, die Phasendifferenz oder die 2π/n-modulierten Werte der Phasendifferenzen mit einer Sinusfunktion zu modulieren und den erhaltenen Wert zur Anzeige zu bringen. Es ergibt sich dann ein Streifenmuster, das die Objektverformung kennzeichnet. Je höher n gewählt wird, desto höher ist die Auflösung, das heißt desto mehr Streifen entfallen auf eine bestimmte Objektverformung. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Bediener den Faktor n durch geeignete Eingabemittel wählen kann. Der Faktor kann beispielsweise auch nach einer Bildaufnahme umgeschaltet werden, um ein und denselben Testlauf, das heißt die gleiche Objektverformung, mit unterschiedlichen Modulationen darstellen zu können.It is alternatively possible the phase difference or the 2π / n modulated To modulate values of the phase differences with a sine function and to display the value obtained. It then arises a stripe pattern that identifies the object deformation. The higher n is selected, the higher is the resolution, this means the more stripes account for a given object deformation. in this connection it is useful if the operator can select the factor n by means of suitable input means. Of the For example, factor can also be switched after image acquisition be to one and the same test run, that is, the same object deformation, with to represent different modulations.

Die Erfindung ist für Prüfobjekte mit diffus streuender Oberfläche geeignet und ergibt eine bildhafte Darstellung von Phasendifferenzwinkeln. Dies gestattet dem Bediener ein leichtes Erkennen von Strukturfehlern im vermessenen Objekt. Dabei ist die Erfindung für beliebige Prüfobjekte beziehungsweise Fehlergrößen anwendbar und erfordert einen geringen Rechenaufwand, so dass die Ergebnisdarstellung quasi in Echtzeit gewährleistet ist.The Invention is for Test objects with diffuse scattering surface suitable and gives a pictorial representation of phase difference angles. This allows the operator to easily detect structural errors in the measured object. The invention is for any test objects or error sizes applicable and requires a small amount of computation, so that the result representation virtually guaranteed in real time is.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der anzuzeigende Wert so skaliert, dass der darstellbare Grauwertbereich des Bildverarbeitungssystems vollständig ausgenutzt wird. Zur Verbesserung der Sichtbarkeit von Fehlstellen kann der einem Winkel der Größe Null entsprechende Grauwert oder Farbwert vom Benutzer interaktiv eingestellt werden.at a further advantageous embodiment of the invention is the value to be displayed so scaled that the displayable gray value range the image processing system is fully utilized. For improvement The visibility of imperfections may be that of an angle of zero size corresponding gray value or color value interactively set by the user become.

Das 2π/n-modulierte Phasendifferenzbild kann auch unmittelbar aus den phasenverschobenen Intensitätsbildern einer ersten Aufnahmeserie bei einem ersten Objektzustand und einer zweiten Serie phasenverschobener Aufnahmen (Intensitätsbildern) bei einem zweiten Objektzustand gewonnen werden. Die Gleichungen zur 2π/n-Modulation werden dazu in die Gleichungen zur Erzeugung der Phasendifferenzbilder aus den Intensitätsbildern eingesetzt.The 2π / n-modulated Phase difference image can also directly from the phase-shifted intensity images a first series of photographs at a first object state and a second series of out of phase (intensity) images a second object state can be obtained. The equations to 2π / n modulation are added to the equations for generating the phase difference images from the intensity images used.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:In The drawings are exemplary embodiments of the subject invention. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung von Verformungen an einer Objektoberfläche in schematisierter Darstellung; 1 a device according to the invention for determining deformations on an object surface in a schematic representation;

2 eine Beleuchtungseinheit und eine von dieser beleuchtete Objektoberfläche zur interferometrischen Auswertung von Oberflächenverformungen in schematisierter Prinzipdarstellung; 2 a lighting unit and an illuminated by this object surface for the interferometric evaluation of surface deformations in a schematic principle representation;

3 eine Objektoberfläche mit einem auf sie fallenden Leuchtfleck einer Beleuchtungseinheit nach 2; 3 an object surface with a falling light spot of a lighting unit after 2 ;

4 einen Messkopf der Vorrichtung nach 1 in schematisierter gesonderter Darstellung; 4 a measuring head of the device according to 1 in a schematic separate representation;

5 Grauwerte G in Abhängigkeit von Phasendifferenzwinkeln Δφ bei unterschiedlichen Modulationen; 5 Gray values G as a function of phase difference angles Δφ for different modulations;

6 ein 2π-moduliertes Bild einer Objektoberfläche; 6 a 2π-modulated image of an object surface;

7 ein 2π/n-moduliertes Fehlstellenbild der gleichen Objektoberfläche mit n = 4, 7 a 2π / n-modulated defect image of the same object surface with n = 4,

8 ein sinustransformiertes moduliertes Phasendifferenzbild und 8th a sinusoidally-modulated modulated phase difference image and

9 eine weitere Ausführungsform des Messkopfes in schematischer Darstellung. 9 a further embodiment of the measuring head in a schematic representation.

In 1 ist ein Messsystem zur Verformungsmessung an einem Prüfobjekt 1 mittels Shearing-Interferometrie dargestellt. Zur Beleuchtung des Prüfobjekts 1, das beispielsweise ein Reifen, anderweitige Gummiteile oder ein sonstiger Gegenstand sein kann, dient eine Beleuchtungseinheit E, die mehrere Laserdioden 2, 3 aufweist. In 2 ist dabei die Beleuchtung der Oberfläche des Prüfobjekts 1 näher veranschaulicht. Die schematisch dargestellte Beleuchtungseinheit E weist außer den Laserdioden 2, 3 weitere Laserdioden 4, 5, 6 auf, die jeweils für sich einen Lichtkegel 2a, 3a, 4a, 5a, 6a erzeugen. Die Lichtkegel 2a bis 6a fließen ineinander, so dass sie sich an der Objektoberfläche 1 mehrfach überlappen. Es entsteht insgesamt ein Leuchtfleck 7, der weitgehend gleichmäßig ausgeleuchtet ist. Eine willkürlich herausgegriffene Stelle S wird von mehreren Lichtkegeln 4a, 5a, 6a beleuchtet, die gleiche oder auch unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen können. Das Licht der betreffenden Laserdioden 4, 5, 6 hat im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge, ist jedoch zueinander nicht kohärent. Gleiches gilt für das rückgestreute Licht.In 1 is a measuring system for deformation measurement on a test object 1 represented by shearing interferometry. To illuminate the test object 1 , which may be for example a tire, other rubber parts or other object, is a lighting unit E, the plurality of laser diodes 2 . 3 having. In 2 is the illumination of the surface of the test object 1 illustrated in more detail. The schematically illustrated lighting unit E has except the laser diodes 2 . 3 further laser diodes 4 . 5 . 6 on, each for itself a beam of light 2a . 3a . 4a . 5a . 6a produce. The light cone 2a to 6a flow into each other so that they attach to the object surface 1 overlap several times. It creates a total of light spot 7 , which is largely uniformly illuminated. An arbitrarily selected point S is made up of several cones of light 4a . 5a . 6a illuminated, may have the same or different opening angle. The light of the respective laser diodes 4 . 5 . 6 has in Essentially the same wavelength, but is not coherent to each other. The same applies to the backscattered light.

Zur Beobachtung der Oberfläche des Prüfobjekts 1 dient ein Messkopf 8, der an einer Bildauswerteeinheit 9 angeschlossen ist. Zu dieser gehören ein Computer 10 und ein Monitor 11 sowie eine Eingabeeinrichtung, beispielsweise eine Tastatur 12. Der Messkopf 8 enthält ein Interferometer 14, das über ein Objektiv 15 von der Objektoberfläche rückgestreute Lichtstrahlung erhält.To observe the surface of the test object 1 serves a measuring head 8th , which is an image evaluation unit 9 connected. This includes a computer 10 and a monitor 11 and an input device, such as a keyboard 12 , The measuring head 8th contains an interferometer 14 that has a lens 15 receives backscattered from the object surface light radiation.

In 3 ist nochmals ein Leuchtfleck 7 veranschaulicht, der aus mehreren, sich gegenseitig stark überlappenden Teilleuchtflecken 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i gebildet ist. Teile des Leuchtflecks 7 sind von bis zu vier unterschiedlichen Laserdioden beleuchtet. Die Strahlauffächerung kann auch größer gewählt werden, so dass jede Laserdiode nahezu den gleichen Leuchtfleck 7 ausleuchtet. Die Ausleuchtung kann dabei aus unterschiedlichen Raumwinkeln heraus vorgenommen werden, so dass sich eine gleichmäßige Verteilung gestreuten Lichts im Raum und eine gleichmäßige Fleckausleuchtung ergibt.In 3 is another light spot 7 illustrated, which consists of several, mutually strongly overlapping partial luminous spots 7a . 7b . 7c . 7d . 7e . 7f . 7g . 7h . 7i is formed. Parts of the light spot 7 are illuminated by up to four different laser diodes. The beam fanning can also be chosen larger, so that each laser diode almost the same spot 7 illuminates. The illumination can be made from different solid angles out, so that there is a uniform distribution of scattered light in the room and a uniform spot illumination.

Das in 4 veranschaulichte Interferometer 14 ist als Michelson-Interferometer ausgebildet. Das Objektiv 15 weist einen Öffnungswinkel α auf, mit dem die Objektoberfläche aufgenommen wird. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass der Leuchtfleck 7 das Gesichtsfeld des Objektivs 15 relativ genau ausfüllt. Bedarfsweise können jedoch auch Abweichungen vorhanden sein. Das Objektiv 15 enthält vorzugsweise eine Blende und ein nachgeordnetes Linsensystem 17, um aus dem von der Objektoberfläche rückgestreuten Licht ein Lichtbündel auszubilden. Dieses wird einem Strahlteiler 18 zugeleitet, der im Strahlengang des Linsensystems 17 angeordnet ist. Der Strahlteiler 18 teilt den ankommenden Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen auf, die nahezu rechtwinklig auf Spiegel 19, 20 treffen. Diese sind so angeordnet, dass sie den jeweiligen Teillichtstrahl im Wesentlichen in sich selbst zurückreflektieren, wobei eine gewisse Verkippung zulässig oder zur Erzeugung von Shearing-Abbildungen erforderlich ist.This in 4 illustrated interferometer 14 is designed as a Michelson interferometer. The objective 15 has an opening angle α, with which the object surface is recorded. In this case, the arrangement is preferably made such that the light spot 7 the field of view of the lens 15 relatively accurately fills. If necessary, however, deviations may also be present. The objective 15 preferably includes a diaphragm and a subjacent lens system 17 in order to form a light beam from the light backscattered by the object surface. This becomes a beam splitter 18 fed in the beam path of the lens system 17 is arranged. The beam splitter 18 divides the incoming light beam into two sub-beams, which are almost at right angles to mirrors 19 . 20 to meet. These are arranged so that they reflect the respective partial light beam substantially back into itself, whereby a certain tilting is permitted or necessary for the generation of shearing mappings.

Der Spiegel 19 ist ortsfest gelagert, während der Spiegel 20 durch eine, beispielsweise aus 1 ersichtliche Piezoantriebseinrichtung 21 in und gegen Strahlrichtung verstellbar ist. Der Piezoaktuator 21 ist dabei von dem Computer 10 gesteuert und dazu eingerichtet, den Spiegel 20, bezogen auf die Lichtwellenlänge, beispielsweise in λ/4-Schritten zu verstellen.The mirror 19 is stored stationary while the mirror 20 by one, for example 1 apparent piezo drive device 21 is adjustable in and against the beam direction. The piezoactuator 21 is from the computer 10 controlled and set up the mirror 20 , based on the wavelength of light, for example, in λ / 4-steps to adjust.

Der Strahlteiler 18 führt die von den Spiegeln 19, 20 reflektierten Teilstrahlen wieder zusammen und über ein Abbildungsobjektiv 23 einer Kamera 24 zu. Die Kamera 24 enthält als Bildsensor eine CCD-Matrix 25 und die entsprechenden Elektronikbausteine zur Ansteuerung derselben. Die Kamera 24 ist mit dem Computer 10 verbunden.The beam splitter 18 leads from the mirrors 19 . 20 reflected sub-beams together again and via an imaging lens 23 a camera 24 to. The camera 24 contains as image sensor a CCD matrix 25 and the corresponding electronic components for controlling the same. The camera 24 is with the computer 10 connected.

Das insoweit beschriebene Messsystem arbeitet wie folgt:
Zur Bestimmung von Objektfehlstellen wird das Prüfobjekt 1 vor dem Messkopf 8 platziert und mit den Laserdioden 2, 3, 4, 5, 6 beleuchtet. Die Laserdioden 2, 3, 4, 5, 6 können dabei im Dauerbetrieb betrieben werden, das heißt gleichzeitig dauernd leuchten. Auf dem Prüfobjekt 1 wird dadurch der Leuchtfleck 7 erzeugt, der auf den auf Fehlstellen zu untersuchenden Bereich fällt. Ohne dass das Prüfobjekt 1 in irgendeiner Weise merklich bewegt würde, werden nun mehrere Bilder von der Objektoberfläche aufgenommen. Dazu wird bei gegebener Positionierung der Spiegel 19, 20 zunächst ein erstes Bild aufgenommen und abgespeichert. Das von dem Bildsensor 25 erfasste Bild ist ein Interferenzmuster der Objektoberfläche, das stochastisch verteilte helle, dunkle und graue Bereiche, so genannte "Speckles" enthält. Ist das Bild aufgenommen, steuert der Computer 10 den Spiegel 20 so an, dass er um einen bekannten Betrag verschoben wird. Es ergibt sich eine definierte Phasenverschiebung zwischen den beiden Teilstrahlen der Spiegel 19 und 20. Das Speckle-Bild ändert sich dabei, indem die einzelnen Speckles geänderte Helligkeit annehmen. Die Speckle bleiben selbst jedoch am gleichen Ort.The measuring system described so far works as follows:
For the determination of object defects, the test object becomes 1 in front of the measuring head 8th placed and with the laser diodes 2 . 3 . 4 . 5 . 6 illuminated. The laser diodes 2 . 3 . 4 . 5 . 6 can be operated in continuous operation, that means at the same time constantly light up. On the test object 1 becomes the light spot 7 generated, which falls on the area to be examined for defects. Without that the test object 1 would be noticeably moved in any way, now several images are taken from the object surface. For this purpose, given the positioning of the mirror 19 . 20 first a first image was taken and saved. That of the image sensor 25 captured image is an interference pattern of the object surface containing stochastically distributed light, dark and gray areas, called "speckles". Once the picture is taken, the computer controls 10 the mirror 20 so that it is moved by a known amount. This results in a defined phase shift between the two partial beams of the mirror 19 and 20 , The speckle image changes as the individual speckles change their brightness. The speckle, however, remain in the same place.

Ist das Bild aufgenommen, wird eine weitere Verstellung des Spiegels 20 aufgenommen, um ein drittes Bild aufzunehmen. Ist das dritte Bild aufgenommen, wird nach einer nochmaligen Verstellung des Spiegels 20 um einen bekannten Phasenbetrag ein viertes Bild aufgenommen. Aus den vier unterschiedlichen Speckle-Bildern berechnet der Computer 10 die für jeden Speckle oder jeden Pixel gültigen Phasenwinkel.Once the picture is taken, there will be a further adjustment of the mirror 20 taken to take a third picture. If the third picture is taken, after a further adjustment of the mirror 20 a fourth image is taken around a known phase amount. From the four different Speckle images calculates the computer 10 the phase angles valid for each speckle or pixel.

Ist auf diese Weise das erste Phasenbild erzeugt, wird das zu prüfende Objekt 1 beispielsweise mit einer Prüfkraft beaufschlagt. Dies kann im Falle von Reifen dadurch geschehen, dass der Umgebungsdruck geändert wird. Es ergeben sich dadurch an der Oberfläche des Prüfobjekts 1 charakteristische Verformungen, die insbesondere an Fehlstellen größer sind als die Verfor mung der Umgebung. Ist das Prüfobjekt 1 verformt, werden wiederum mehrere, durch Verstellung des Spiegels 20 phasenverschobene Speckle-Bilder aufgenommen, aus denen dann die geänderten Phasenwinkel pixelweise berechnet werden. Es ergibt sich ein zweites Phasenbild. Zur Bestimmung der Oberflächenverformung wird aus beiden erhaltenen Phasenbildern nun ein Phasendifferenzbild erzeugt. Dies erfolgt bildpunkt- oder pixelweise. Es wird die Phasenwinkeldifferenz zwischen verformtem und unverformtem Zustand für jeden Bildpunkt bestimmt. Ist auf diese Weise das Phasendifferenzbild erhalten, kann es auf dem Monitor 11 zur Anzeige gebracht werden. Ein nach diesem Verfahren erzeugtes Phasendifferenzbild oder Fehlstellenbild ist in 6 wiedergegeben.If the first phase image is generated in this way, the object to be tested becomes 1 For example, subjected to a test force. In the case of tires this can be done by changing the ambient pressure. This results in the surface of the test object 1 characteristic deformations that are greater in particular at defects than the deformation of the environment. Is the test object 1 deformed, turn several, by adjusting the mirror 20 phase-shifted speckle images are taken, from which then the changed phase angles are calculated pixel by pixel. This results in a second phase image. To determine the surface deformation, a phase difference image is now generated from the two phase images obtained. This is done pixel by pixel or pixel by pixel. It becomes the phase angle difference determined between deformed and undeformed state for each pixel. If the phase difference image is obtained in this way, it can be displayed on the monitor 11 be displayed. A phase difference image or flaw image generated by this method is shown in FIG 6 played.

Eine Betonung der Fehlstellen wird erhalten, wenn der Computer 10 die Phasendifferenzbilder nachbearbeitet, indem aus den Phasenbildern ein 2π/n-moduliertes Phasendifferenzbild erzeugt wird. Dazu wird für jeden Bildpunkt folgende Gleichung abgearbeitet: φdiff(x,y) = n·(Δφ(x,y)MOD(2π/n))·soder: φdiff(x,y) = n·((φ2(x,y) – φ1(x,y))MOD(2π/n))·smit

Δφ(x,y):: Phasendifferenzwinkel am Punkt (x,y)
φ₁(x,y):: Phasenwinkel am Punkt (x,y) im Zustand 1
φ₂(x,y):: Phasenwinkel am Punkt (x,y) im Zustand 2
φ_diff(x,y):: Phasendifferenzwinkel mit 2π/n-Modulation am Punkt (x,y)
n:: ganze Zahl größer gleich 1
s:: Umrechnungsfaktor von Phasendifferenzwinkel in Grauwert
MOD:: Modulo-Operator.

An emphasis on the imperfections is obtained when the computer 10 postprocessing the phase difference images by generating a 2π / n modulated phase difference image from the phase images. For this purpose, the following equation is processed for each pixel: φ diff (x, y) = n · (Δφ (x, y) MOD (2π / n)) · s or: φ diff (x, y) = n · ((φ 2 (x, y) - φ 1 (X, y)) mod (2π / n)) · s With

Δφ (x, y):: Phase difference angle at the point (x, y)
φ ₁ (x, y):: Phase angle at point (x, y) in state 1
φ ₂ (x, y):: Phase angle at point (x, y) in state 2
φ _diff (x, y):: Phase difference angle with 2π / n modulation at point (x, y)
n:: integer greater than or equal to 1
s:: Conversion factor of phase difference angle in gray value
MOD:: Modulo operator.

Diese Operation ist in 5 veranschaulicht. Das Diagramm veranschaulicht die Zuordnung eines Grauwerts G zu einem Phasendifferenzwinkel Δφ an einen ausgewählten Punkt (x,y). Ohne Nachbearbeitung werden Phasendifferenzwinkelwerte zwischen Null und 2π Grauwerten entsprechend einer Geraden 30 zugeordnet. Bei einer Nachbearbeitung mit beispielsweise n = 4 werden die Phasendifferenzwinkel Δφ auf die entsprechend steileren Geraden 31, 32, 33, 34 abgebildet. Dies erfolgt, indem die vorhandenen Phasendifferenzwinkel Δφ jeweils in den von der Geraden 31 eingenommenen Bereich projiziert werden. Dazu wird der vorhandene Phasendifferenzwinkel Δφ, beispielsweise 3π/4, durch 2π/4 geteilt. Der verbleibende Divisionsrest beträgt π/4 und stellt das Ergebnis der Modulo 2π/4-Division dar. Der Divisionsrest wird nun mit n multipliziert, wobei n der Faktor ist, der den gegenüber der Geraden 30 vergrößerten Anstieg der Geraden 31 kennzeichnet. Bei dieser Darstellung wird dem Phasendifferenzwinkel π/4 der gleiche Grauwert zugeordnet wie den Phasendifferenzwinkeln 3π/4, 5π/4 und 7π/4. Das entstehende Monitorbild ist in 7 veranschaulicht. Die Fehlstelle ist als heller beziehungsweise dunkler Fleck deutlich hervorgehoben zu erkennen. Dies ermöglicht eine sichere und präzise Darstellung von Fehlstellen und vermeidet die Gefahr, dass bei der Inspektion des Objekts strukturelle Fehler wegen verwaschener Darstellung übersehen werden.This operation is in 5 illustrated. The diagram illustrates the assignment of a gray value G to a phase difference angle Δφ at a selected point (x, y). Without post-processing, phase difference angle values between zero and 2π gray values corresponding to a straight line 30 assigned. In a post-processing with, for example, n = 4, the phase difference angle Δφ on the correspondingly steeper straight line 31 . 32 . 33 . 34 displayed. This is done by the existing phase difference angle Δφ respectively in the line 31 projected area. For this purpose, the existing phase difference angle Δφ, for example 3π / 4, is divided by 2π / 4. The remainder of the remainder is π / 4 and represents the result of the modulo 2π / 4-division. The remainder of the remainder is now multiplied by n, where n is the factor that is opposite to the line 30 increased increase in the straight line 31 features. In this illustration, the phase difference angle π / 4 is assigned the same gray value as the phase difference angles 3π / 4, 5π / 4 and 7π / 4. The resulting monitor image is in 7 illustrated. The defect is clearly highlighted as a bright or dark spot. This allows a safe and accurate representation of defects and avoids the risk of overlooked structural errors due to blurred appearance when inspecting the object.

Außerdem ist es möglich, die erhaltenen Phasendifferenzwinkel Δφ oder die 2π/n-modulierten Phasendifferenzwinkel φ_diff als Argument in eine Sinusfunktion einzusetzen, um eine Sinustransformation durchzuführen. Dies muss wiederum punktweise geschehen. Die Transformation lautet: φ(x,y) → sin(φ(x,y)). In addition, it is possible to use the obtained phase difference angle Δφ or the 2π / n-modulated phase difference angle φ _diff as an argument in a sine function to perform a sine transform. This must be done point by point. The transformation is: φ (x, y) → sin (φ (x, y)).

Die Amplitude der Interferenzlinien ist normiert, das heißt die Amplitude der Sinusmodulation ist im Bild unabhängig vom Ort überall konstant. Es ergibt sich ein gut lesbares Bild, insbesondere Fehlstellenbild (8). Die Anzahl der Interferenzlinien wird mit größer werdendem n ebenfalls größer.The amplitude of the interference lines is normalized, that is, the amplitude of the sine modulation is constant everywhere in the image regardless of location. The result is a good readable image, especially flaw image ( 8th ). The number of interference lines also increases with increasing n.

Die Bildverarbeitungseinrichtung 9, das heißt das auf dem Computer 10 laufende Programm, kann so beschaffen sein, dass die Wahl der Modulation beispielsweise durch Eingabe des Faktors n möglich ist. Außerdem kann das Programm so beschaffen sein, dass zwischen der Wiedergabe der Phasendifferenzwinkel (mit und ohne Modulation) und der Wiedergabe eines sinustransformierten Bildes umgeschaltet werden kann.The image processing device 9 that means on the computer 10 running program, may be such that the choice of modulation, for example, by entering the factor n is possible. In addition, the program may be such that between the reproduction of the phase difference angle (with and without modulation) and the playback of a sinustransformierten image can be switched.

In 1 ist ein Messkopf 8 mit Michelson-Interferometer zugrundegelegt. Abweichend davon kann ein Messkopf 8 mit einem Interferometer 14 zur Anwendung kommen (9), bei dem ein Lichtstrahl in Teilstrahlen A, B aufgeteilt wird, die erst an der CCD-Matrix 25 zu einem Interferenzbild vereinigt werden. Dies hat den Vorteil einer deutlich lichtstärkeren Abbildung. Das Interferometer 14 weist ein Aufnahmeobjektiv 41 auf, das einen Lichtstrahl auf einen Strahlteiler 42 leitet. Hier entstehen die Teilstrahlen A und B. Der Teilstrahl A wird zu einem Kippspiegel 43 weitergeleitet und etwa im rechten Winkel abgelenkt. Der Teilstrahl B trifft zunächst auf einen mit einem Antrieb, beispielsweise einem Piezoantrieb, verschiebbar gelagerten Spiegel 44, um im spitzen Winkel reflektiert zu werden. Er trifft dann auf einen weiteren, etwa parallel zu dem Spiegel 44 angeordneten Spiegel 45, so dass der Teilstrahl B, ausgehend von dem Spiegel 45, im spitzen Winkel zu dem Teil des Teilstrahls A verläuft, der von dem Kippspiegel 43 ausgeht. Beide Teilstrahlen A, B werden durch ein Abbildungsobjektiv 46 geleitet und treffen auf einen zweiachsigen Spiegel 47. Der zweiachsige, als Winkelspiegel ausgebildete Spiegel 47 lässt nun beide Teilstrahlen A, B auf ein und dieselbe Stelle 48 des Bildsensors 25 fallen. Das hier durch Interferenz der Teilstrahlen A und B entstehende Muster wird von dem Bildsensor 25 erfasst und an den Computer 10 weitergeleitet. Der Computer 10 steuert außerdem den Antrieb des verschiebbaren Spiegels 44, um eine Phasenmodulation herbeizuführen, was der Aufnahme der phasenverschobenen Bilder dient.In 1 is a measuring head 8th based on Michelson interferometer. Deviating from this, a measuring head 8th with an interferometer 14 to be used ( 9 ), in which a light beam is split into partial beams A, B, the first at the CCD matrix 25 be combined into an interference image. This has the advantage of a much brighter picture. The interferometer 14 has a taking lens 41 put a beam of light onto a beam splitter 42 passes. Here are the partial beams A and B. The partial beam A is a tilting mirror 43 forwarded and distracted at about the right angle. Partial beam B first strikes a mirror displaceably mounted with a drive, for example a piezo drive 44 to be reflected at an acute angle. He then meets another, approximately parallel to the mirror 44 arranged mirrors 45 , so that the partial beam B, starting from the mirror 45 , at an acute angle to the part of the partial beam A, that of the tilting mirror 43 emanates. Both partial beams A, B are illuminated by an imaging objective 46 headed and meet a biaxial mirror 47 , The biaxial mirror designed as an angular mirror 47 now lets both partial beams A, B on one and the same place 48 of the image sensor 25 fall. The pattern resulting here by interference of the partial beams A and B is from the image sensor 25 captured and sent to the computer 10 forwarded. The computer 10 also controls the drive of the sliding mirror 44 to one Phase modulation to bring, which serves to record the phase-shifted images.

Das Messsystem dient insbesondere der Erfassung von Fehlstellen an Prüfobjekten. Das Prüfobjekt 1 wird dazu mit einer Beleuchtungseinheit E, die mehrere Laserdioden 2, 3, 4, 5, 6 enthält, gleichmäßig ausgeleuchtet. Die Lichtkegel 2a, 3a, 4a, 5a, 6a der einzelnen Laser überlappen sich stark, was eine homogene Beleuchtung auch bei großen Aufnahmewinkeln und sich ändernden Abbildungsverhältnissen durch unterschiedliche Objektgrößen und Abstände erbringt. Das Prüfobjekt 1 wird interferometrisch beobachtet. Aus einzelnen Bildern werden Phasendifferenzbilder ermittelt. Diese werden 2π/n-moduliert, wodurch insbesondere im Bereich von Fehlstellen Phasensprünge entstehen, die besonders gute Kontraste ergeben.The measuring system is used in particular for the detection of defects on test objects. The test object 1 This is done with a lighting unit E, which has several laser diodes 2 . 3 . 4 . 5 . 6 contains, evenly lit. The light cone 2a . 3a . 4a . 5a . 6a The individual lasers overlap strongly, which provides homogeneous illumination even with large exposure angles and changing imaging conditions due to different object sizes and distances. The test object 1 is observed interferometrically. From individual images phase difference images are determined. These are 2π / n-modulated, which in particular in the range of defects phase jumps arise, which give particularly good contrasts.

11: PrüfobjektUUT
22: Laserdiodelaser diode
2a2a: Lichtkegellight cone
33: Laserdiodelaser diode
3a3a: Lichtkegellight cone
44: Laserdiodelaser diode
4a4a: Lichtkegellight cone
55: Laserdiodelaser diode
5a5a: Lichtkegellight cone
66: Laserdiodelaser diode
6a6a: Lichtkegellight cone
77: Leuchtfleckspot
7a-i7a-i: TeilleuchtfleckenPart luminous spots
88th: Messkopfprobe
99: Bildauswerteeinheitimage evaluation
1010: Computercomputer
1111: Monitormonitor
1212: Tastaturkeyboard
1414: Interferometerinterferometer
1515: Objektivlens
1717: Linsensystemlens system
1818: Strahlteilerbeamsplitter
1919: Spiegelmirror
2020: Spiegelmirror
2121: PiezoantriebseinrichtungPiezo drive device
2323: Abbildungsobjektivimaging lens
2424: Kameracamera
2525: CCD-Matrix/BildsensorCCD matrix / image sensor
30–3430-34: Geradenstraight
4141: Aufnahmeobjektivtaking lens
4242: Strahlteilerbeamsplitter
4343: Kippspiegeltilting mirror
4444: Spiegelmirror
4545: Spiegelmirror
4646: Abbildungsobjektivimaging lens
4747: Spiegelmirror
4848: Stelle auf BildsensorJob on image sensor
AA: Teilstrahlpartial beam
BB: Teilstrahlpartial beam
Ee: Beleuchtungseinheitlighting unit
GG: Grauwertgray value
SS: Stelle auf PrüfobjektJob on test object
ΔφΔφ: PhasendifterenzwinkelPhasendifterenzwinkel
φ_diff φ _diff: 2π/n-modulierter Phasendifferenzwinkel2π / n-modulated Phase difference angle
αα: Öffnungswinkelopening angle
λλ: Wellenlängewavelength

Claims

Device for determining deformations on the surface of an object to be tested ( 1 ), in particular a diffusely scattering surface, a lighting unit (E) which is a group of laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ), each for itself a light cone ( 2a . 3a . 4a . 5a . 6a ), the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) are arranged so that the light cone ( 2a . 3a . 4a . 5a . 6a ) flow into each other and on the surface of the object to be tested ( 1 overlap several times to a common, largely uniformly illuminated spot ( 7 ) on the surface of the object to be tested ( 1 ) having at least a portion of the light from more than two laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) is illuminated; a measuring head ( 8th ), which is an interferometer ( 14 ), whereby by the interferometer ( 14 ) from the surface of the object to be tested ( 1 ) backscattered light an interference image can be generated, and an electronic image sensor ( 25 ) located in the beam path of the interferometer ( 14 ) is arranged so that the interference image from the image sensor ( 25 ) is detectable.

Device according to claim 1, characterized in that the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) are arranged so that more than half the area of the light spot ( 7 ) of at least two laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) is illuminated.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) are arranged so that each point of the light spot ( 7 ) in the region of at least two laser diodes detected by the image sensor ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) is illuminated.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light spot ( 7 ) has a plurality of regions exposed to light from more than two laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ).

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the of the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) emitted light has approximately the same wavelength but is not coherent.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) are controllable such that they shine simultaneously, preferably in continuous operation.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) are controllable such that they pulsate.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) are arranged or controllable such that the light of the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) offset in time to the surface of the object to be tested ( 1 ) meets.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the laser diodes ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) are arranged in groups.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the image sensor ( 25 ) to an image evaluation device ( 9 ), which uses a plurality of recorded interference images to deform the surface of the object to be tested ( 1 ) certainly.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the interferometer ( 14 ) An institution ( 19 . 20 . 43 . 44 . 45 ) to the phase shift of two partial beams (A, B) against each other.

Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the image evaluation device ( 9 ) a computing unit ( 10 ) arranged to consist of a plurality of objects ( 1 ) to calculate a phase image recorded in different phase phasing.

Apparatus according to claim 12, characterized in that the arithmetic unit ( 10 ) is set up from at least two different phase images, preferably obtained in different object states, a phase difference image by subtracting the phase angle φ ₁ (x, y) of a pixel (x, y) associated with a first object state from the phase angle φ _{2 associated} with a second object state (x, y) of the same pixel (x, y) to determine.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the arithmetic unit ( 10 ) divides the phase difference angles Δφ (x, y) point by point modulo 2π / n and multiplies the result by a factor n and holds the obtained value.

Device according to claim 14, characterized in that that n is an integer greater than or equal to 1.

Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the arithmetic unit ( 10 ) uses the phase difference angle Δφ (x, y) or the 2π / n-modulated phase difference angle φ _diff as an argument in a sine function and holds the obtained value.

Device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the arithmetic unit ( 10 ) with a display device ( 11 ) is connected, through which the held value can be displayed.

Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the interferometer ( 14 ) is constructed in the manner of a Michelson interferometer.

Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the interferometer ( 14 ) a beam splitter ( 18 ), which detects the surface of the object to be tested ( 1 ) dividing the light into two partial beams (A, B), preferably the partial beams (A, B) up to the image sensor ( 25 ) through different paths and on the image sensor ( 25 ) to generate an interference pattern.