183582. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés tárgyak kontúrvonalának optikai letapogatásához és méretellenőrzéséhez
1 183 582 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés tárgyak kontúrvonalának programvezéreit optikai letapogatá sához és méretellenőrzéséhez elsősorban a gépiparban gyártott termékek és alkatrészek geometriai adatainak mérése céljából. Ismeretes, hogy a gépipari és finommechanikai technológiák fejlődése miatt egyre nagyobbak a követelmények különböző tárgyak, alkatrészek, munkadarabok geometriai jellemzőinek mérésére. Ezen belül is fokozódó jelentőségűek azok a módszerek, melyek segítségével a tárgy megérintése nélkül, vagyis a mikrodeformációkat okozó mérőnyomás kiküszöbölésével lehet a mérést elvégezni. Az érintésmentes módszerek közül az optikai módszerek terjednek leggyorsabban, mivel a lézer fényforrások megjelenése óta a kis keresztmetszetű párhuzamos nyaláboknak köszönhetően az ezekkel elérhető pontosság lényegesen megjavult. Az általános célú optikai méretellenőrző berendezésekben a mérendő kontúrvonal síkjára merőleges sugárral pásztázzák végig a teljes képmezőt és a tárgy mögött elhelyezett fényérzékelővel detektálják, hogy a tárgy a sugarat eltakarja-e vagy sem. A letapogatósugár a képmező síkjában bármely koordinátájú helyre eltérithető. E célra forgó vagy rezgőtükrös szerkezeteket, esetleg akuszto-optikai deflektorokat használnak. A letapogató berendezéshez általában mikroszámítógépes feldolgozó rendszer is csatlakozik. A megfelelő mérési pontosság érdekében sor és oszlopirányban egyaránt nagy felbontóképességet kell biztosítani, így a képmező képpontjainak száma elég nagyra (több millióra) adódik. Idő- és memóriatakarékosság céljából azonban célszerű a valóságos mérést ennél jóval kevesebb képpontra korlátozni, ami programvezéreit letapogatással érhető el. Ez azt jelenti, hogy pld. a tárgy sorirányú szélességét csak bizonyos oszlopirányú koordinátáknál mérik és a következő sor kijelölése a megelőző mérések eredményétől is függ. A programvezérlés azt a követelményt támasztja, hogy a letapogatósugár helyzetét a felbontóképességnek megfelelő pontossággal mindenkor ismerni kell. E pozícióérzékelésre többféle ismert megoldás van. Az egyik ilyen ismert megoldás szerint a sugáréiig^ vezérlőjeléből következtetnek a letapogatósugár ' f enyleges'helyzetéré.--Sajnos ez a megoldás a sugáreltérítő szerkezet nemlinearitásai és egyéb pontatlanságai miatt csak korlátozott felbontóképességet tesz lehetővé. A nagyobb felbontóképességet biztosító ismert megoldások közös alapgondolata az, hogy a letapogatósugár energiáját félig (ill. részlegesen) áteresztő tükör segítségével két részre bontják és igy két olyan sugarat kapnak, melyek térbeli mozgása egymás tükörképe. Az egyik ilyen sugarat a mérendő tárgy letapogatására használják, míg a másik referenciasugár mindenkori helyzetét fotóérzékelővel, ill. érzékelőkkel figyelik. E módszerek több változata ismeretes. Az egyik ilyen ismert változat szerint a referenciasugár tárgysíkjában fényérzékelőkből álló mátrixot helyeznek el pozícióérzékelés céljából. Sajnos az ilyen érzékelő mátrix költséges és felbontóképessége még mindig korlátozott, bár jobb, mint amit az eltérítő rendszer vezérlőjelei alapján el lehetne érni. Egy másik ismert változat szerint a referenciasugár tárgysíkjában egymásra merőleges vonalakból álló optikai rácshálózatot helyeznek el és a pozícióérzékelést az emögött levő fényérzékelők jeleinek elektronikus feldolgozása útján nyerik. A referenciasugár haladási irányára, ill. elmozdulásának előjelhelyes oszlop és sor irányú összetevőire a rácson keletkező különböző térbeli irányú diffrakciós rendek intenzitásváltozásaiból lehet következtetni. Sajnos ez a módszer kényes beállítást igénylő bonyolult optikai és elektronikus megoldásokhoz vezet, bár ennek árán nagy pontosságot és felbontóképességet lehet vele elérni. E módszer további ismert változatánál a referenciasugarat egy újabb félig áteresztő tükör segítségével hátrafelé csatolják és az így kapott egyik referenciasugár segítségével az oszlopirányú, míg a másikkal a sorirányú elmozdulást érzékelik. E módszernél a kereszthálózat helyett két darab közönséges transzmissziós optikai rács alkalmazható. A nem zérusrendű diffrakciós komponensek intenzitásváltozásait azonban itt is mérni kell és emiatt az elektronikus feldolgozás meglehetősen bonyolult és a berendezés kényes beállítást igényel. Célunk a fenti megoldások hátrányainak kiküszöbölése olyan eljárás alkalmazásával, melynél nincs szükség a referenciasugár újabb szétcsatolására és a sugár helyzetének meghatározásához elegendő a referenciasugár tárgysíkjában lévő optikai rács mögött elhelyezett egyetlen fényérzékelő jelének elektronikus számlálása. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha a letapogatósugarat minden egyes sor (ill. oszlop) letapogatása után a tárgysík origójába vezéreljük vissza, akkor az új programlépésben kijelölt sor (ill. oszlop) letapogatása úgy is lehetséges, hogy először oszlopirányban (ill. sorirányban) — mindig egyirányú mozgással — a sugarat a kijelölt sorig (ill. oszlopig) vezéreljük, majd az oszlopirányú (ill. sorirányú) mozgást megállítva sorirányú (ill. oszlopirányú) pásztázási végzünk és így egy alkalmas rajzolatú, egyik szélén az oszlopirányt (ill. sorirányt) keresztező, a felület többi részén pedig erre merőleges vonalhálózatot hordozó kombinált optikai rács mögött elhelyezkedő egyetlen fényérzékelő jeleinek számlálásával a referenciasugár pozicionálása megoldható. A programlépések között az origóba való visszatérítés gyakorlatilag nem okoz időveszteséget, mert két programlépés között úgyis a programvezérlő elektronika (pld. mikroszámítógép) programja fut és ennek időigénye hasonló nagyságrendű. A találmány tárgya eljárás tárgyak kontúrvonalának programvezéreit optikai letapogatásához és méretellenőrzéséhez, melynél a tárgy mérendő kontúrjának x—y síkjába fókuszált és az x—y irányokban — önmagában ismert módszerrel — mozgatható letapogatósugárból részlegesen áteresztő tükör segítségével kicsatolt és az eredeti letapogatósugár térbeli mozgását hűségesen utánzó referenciasugár helyzetét a programvezérlő elektronikához való visszacsatolás céljából optikai rács mögött elhelyezett fényérzékelő jeleinek számlálása útján érzékeljék és a tárgy mögött elhelyezett másik fényérzékelő segítségével detektáljuk, hogy a mérendő tárgy az adott pillanatban a letapogatósugarat eltakarja-e. A találmány abban van, hogy a letapogatási program minden újabb lépése, vagyis újabb sor (ill. oszlop) letapogatása előtt a letapogatósugarat az x—y sík 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
