DE3717274A1 - Optische fehlerinspektionsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Fehlerinspektionsvor­ richtung für spiegelnd reflektierende und/oder transparente, im wesentlichen ebene Oberflächen von Gegenständen, insbe­ sondere Bahnmaterial, mit einer auf den zu inspizierenden Be­ reich der Oberfläche gerichteten, ein Objektiv aufweisenden Kamera, in deren Bildebene sich eine sich wenigstens in einer Richtung erstreckend photoelektrische Diodenanordnung mit integrierter Ausleseelektronik befindet, die an eine Aus­ werteelektronik angeschlossen und auf der der zu inspizieren­ de Bereich abgebildet ist, und mit einer Beleuchtungsvor­ richtung für den zu inspizierenden Bereich, welche eine Lichtquelle, eine dieser folgende Kondensorlinse sowie ein dahinter angeordnetes, die Beleuchtungspupille bildendes Strahlquerschnitts-Begrenzungselement, auf das die Lichtquel­ le von der Kondensorlinse abgebildet wird, aufweist.

Bei derartigen optischen Inspektionsvorrichtungen werden die Einzeldioden der Diodenanordnung zyklisch und periodisch von der integrierten Ausleseelektronik daraufhin abgefragt, welche Lichtmenge während dieser Periode auf sie aufgetrof­ fen ist. Der in Hellfeld, Dunkelfeld oder einer anderen Kon­ trastierungsart auf die Diodenanordnung abgebildete zu inspi­ zierende Bereich kann so entsprechend der Abfragung der Ein­ zeldioden der Diodenanordnung systematisch abgetastet werden. In einer nachgeschalteten Auswerteelektronik werden aus diesen Bildsignalen dann Fehlersignale detektiert.

Ein Problem bei derartigen optischen Fehlerinspektionsvor­ richtungen besteht darin, daß z.B. durch Vibrationen verur­ sachte Winkelschwankungen der Oberfläche des Gegenstandes re­ lativ zur Diodenkamera zu Fehleranzeigen führen können, ohne daß örtliche Oberflächenfehler vorliegen.

Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine optische Fehlerinspektionsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der Fehler, die örtlich die Reflexionsrich­ tung des auftreffenden Lichts ändern oder das reflektierte Lichtbündel aufstreuen, ohne Störung durch in bestimmten Grenzen erfolgende Winkelkippungen der ganzen Oberfläche von der Auswerteelektronik erfaßt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das von der Beleuchtungspupille ausgehende Lichtbündel auf den zu inspizierenden Bereich gelenkt ist, dort von der Ober­ fläche zu einem Spiegelreflektor spiegelnd reflektiert und/oder hindurchgelassen wird, an dem das auftreffende Licht im wesentlichen in sich selbst zurückreflektiert wird und welcher allein oder in Zusammenwirkung mit einem anderen optischen Abbildungselement die Beleuchtungspupille auf eine im wesentlichen in der Objektivpupille angeordnete Kontra­ stierungsblende abbildet. Aufgrund der zweimaligen Reflexion am Objekt werden Winkeländerungen der Oberfläche des Gegen­ standes relativ zur Kamera voll kompensiert. Dadurch ist es möglich, in Reflexion auch Fehler mit geringer örtlicher Bün­ delablenkung oder -aufstreuung zu erfassen. Die Erfindung hat weiter den Vorteil, daß auch gröbere Wellungen der Ober­ fläche des Gegenstandes die Fehlermessung bzw. -bestimmung nicht störend beeinflussen.

Eine erste Ausführungsform kennzeichnet sind dadurch, daß das von der Beleuchtungspupille ausgehende Lichtbündel durch einen vor dem Kameraobjektiv angeordneten Umlenkspiegel in den Empfangsstrahlengang der Kamera eingespiegelt ist.

Hier überdecken sich also der Beleuchtungs- und der Empfangs­ strahlengang in vollem Umfang.

Dies kann z.B. dadurch praktisch realisiert werden, daß der Umlenkspiegel ein Strahlenteilerspiegel ist und davor als Strahlenquerschnitts-Begrenzungselement eine vorzugsweise im Öffnungsquerschnitt verstellbar ausgebildete Blende ange­ ordnet ist; oder es ist vorgesehen, daß der Umlenkspiegel ein die Ausmaße der Beleuchtungspupille aufweisender kleiner Planspiegel ist, der gleichzeitig als Dunkelfeldblende wirkt. Diese Ausführungsform setzt allerdings eine ohnehin bevorzugte Abbildung der Beleuchtungspupille in die Objektpu­ pille im Maßstab 1 : 1 voraus.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen läuft das Be­ leuchtungslichtbündel auf dem Hinweg über die gleiche Ober­ flächenstelle wie beim Rückweg, wo es diese Stelle für die Inspektion durch die Diodenkamera beleuchtet. Es werden daher nicht nur makroskopische Änderungen der Winkellage der Objektoberfläche kompensiert, sondern auch der Einfluß von Längs- oder Querwellen weitgehend ausgeschaltet.

Sollen jedoch z.B. Querwellen im Material als Fehler ange­ zeigt werden oder besitzt die Materialbahn keine derartigen Wellen, so kann die Beleuchtungsvorrichtung dadurch verein­ facht werden, daß der Hauptstrahl des von der Beleuchtungspu­ pille ausgehenden Lichtbündels ohne Umlenkung unter mög­ lichst kleinem Winkel zum Hauptstrahl des Empfangsstrahlen­ ganges verläuft und im geringen Abstand von dem auf die Dio­ denanordnung der Kamera abgebildeten Bereich auf die Oberflä­ che auftrifft.

Der Spiegelreflektor kann auf verschiedene Weise verwirk­ licht werden.

Nach einer ersten Ausführungsform ist der Spiegelreflektor ein sphärischer Hohlspiegel, dessen Krümmungsmittelpunkt etwa in der Beleuchtungspupille liegt.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Beleuchtungs- und Empfangsstrahlengang vor dem Objekt durch eine Linse oder einen Hohlspiegelstreifen telezentrisch gemacht, indem die Beleuchtungs- und Empfangspupille in der Brennebene dieses optischen Elements angeordnet ist. In diesem Falle muß der Spiegelreflektor ebenfalls telezentrisch wirken und besteht aus einer ebensolchen Linse oder einem Hohlspiegelstreifen, in dessen Brennebene ein Hohlspiegel angeordnet ist, dessen Krümmungsradius gleich der Brennweite dieser Linse bzw. dieses Hohlspiegelstreifens ist.

Bei Verwendung des Hohlspiegelstreifens ist jeweils ein planer Umlenkspiegelstreifen erforderlich, um den Strahlen­ gang in der ursprünglichen Richtung fortzusetzen.

Die Erfindung läßt sich sowohl bei streifenförmigen als auch bei rechteckigen zu inspizierenden Bereichen anwenden.

Wird mit einer Kamera gearbeitet, die eine Diodenzeile auf­ weist, so sieht die Erfindung zweckmäßigerweise vor, daß die Kondensorlinse eine sphärische Streifenlinse ist, welche den zu inspizierenden streifenförmigen Bereich, der parallel zur Diodenzeile verläuft, ausleuchtet und daß auch der Spiegel­ reflektor und ggfs. das weitere Abbildungselement parallel zum genannten Bereich streifenförmig sind.

Wird dagegen eine Kamera, die eine Diodenfläche, d.h. z.B. eine rechteckige Diodenanordnung aufweist, verwendet, so ist erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Kon­ densorlinse eine Rundlinse ist, welche den zu inspizierenden kreisförmigen Bereich ausleuchtet und daß auch der Spiegel­ reflektor und ggfs. auch das weitere Abbildungselement kreis­ förmig oder rechteckig ausgebildet sind.

Obwohl die Erfindung in Reflexion besondere Vorteile bietet, ist ohne weiteres auch eine Fehlermessung in Transmission möglich. Beide Fehlermeßmöglichkeiten können erfindungsgemäß auf einfache Weise dadurch verwirklicht werden, daß der Spie­ gelreflektor um den Schnittpunkt seiner optischen Achse mit der Oberfläche aus der Reflexionsstellung in die Transmis­ sionsstellung und umgekehrt schwenkbar ist.

Um z.B. Materialbahnen am laufenden Band untersuchen zu können, sieht die Erfindung vor, daß der bahnförmige Gegen­ stand parallel zu seiner Oberfläche und bei streifenförmi­ gem, zu inspizierendem Bereich senkrecht zur Streifenrich­ tung kontinuierlich vorgeschoben wird. Die Vorschubgeschwin­ digkeit wird dabei so gewählt, daß entsprechend der zykli­ schen und periodischen Abfragung der Dioden beispielsweise eine flächendeckende Abtastung der Oberfläche der Material­ bahn erzielt wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fehler­ inspektionsvorrichtung,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt nach Linie II-II in den Fig. 1, 4, 5, 6 und 7,

Fig. 3 eine schematische Ansicht nach Linie III-III in den Fig. 3, 4 und 5,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit einem besonderen Strahl­ querschnitts-Begrenzungselement,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit telezentrischem Sende- und Empfangsstrahlengang,

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer opti­ schen Fehlerinspektionsvorrichtung mit verein­ fachter Beleuchtungsvorrichtung die zusätzlich sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken­ den Querwellen erkennt,

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer Ausfüh­ rungsform mit zwischen einer Reflexionsstel­ lung R und einer Transmissionsstellung T ver­ schwenkbarem Spiegelreflektor,

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht einer opti­ schen Fehlerinspektionsvorrichtung mit einer eine Diodenfläche aufweisenden Diodenkamera zur Erfassung eines rechteckigen zu inspizie­ renden Bereiches,

Fig. 8a einen Schnitt nach Linie VIIIa-VIIIa in den Fig. 8, 9,

Fig. 9 eine ähnliche Anordnung wie Fig. 8 mit einan­ der vollständig überlagernden Sende- und Emp­ fangsstrahlengängen, die mit einer Feldlinse vor dem Objekt telezentrisch gemacht sind,

Fig. 10 eine schematische Ansicht einer optischen Feh­ lerinspektionsvorrichtung mit einer eine Dio­ denfläche aufweisenden Diodenkamera und einem in Reflexion arbeitenden Pol-Spiegelreflektor.

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechen­ de Bauelemente.

Nach Fig. 1 weist eine Kamera 22 innerhalb eines lichtdicht verschlossenen Gehäuses eine Diodenzeile 25 auf, die sich in Fig. 1 senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt und aus in Fig. 2 zu erkennenden Einzeldioden 32 besteht und mit ihrer Ausleseelektronik auf einem gemeinsamen elektronischen Bau­ stein 25 a montiert ist. Diese Ausleseelektronik fragt die Einzeldioden zyklisch und periodisch in schneller Folge ab und erzeugt so ein der Helligkeitsverteilung längs der Dio­ denzeile 25 entsprechendes analoges Videosignal. Aus diesem Videosignal werden in der angeschlossenen Auswerteelektronik 33 die Oberflächenfehler detektiert und am Ausgang 34 heraus­ gegeben. Gegenüber der Diodenzeile 25 ist im Gehäuse der Dio­ denkamera 22 ein Kameraobjektiv 19 angeordnet, in dessen Ob­ jektivpupille 17 eine Dunkelfeldblende 18 angeordnet ist. Die Kamera ist unter einem Winkel β von ca. 45° auf die ebene Oberfläche 14 eines Gegenstandes 35 gerichtet, dessen zu inspizierender streifenförmiger Bereich 13 durch das Kame­ raobjektiv 19 auf die Diodenzeile 25 abgebildet wird. Der streifenförmige, zu inspizierende Bereich 13 erstreckt sich ebenso wie die Diodenzeile 25 senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 und ist in Fig. 3 in Draufsicht zu erkennen.

Unmittelbar vor dem Kameraobjektiv 19 ist ein Strahlentei­ lerspiegel 20 angeordnet, welcher ein leicht divergierendes Beleuchtungslichtbündel 12 in den Empfangsstrahlengang 21 als diesen überlagerndes reflektiertes Beleuchtungslichtbün­ del 12′ einspiegelt. Das Beleuchtungslichtbündel 12 ent­ springt von einer Irisblende 23, welche die Beleuchtungspu­ pille 11 definiert. In die Beleuchtungspupille wird durch eine senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 streifenförmi­ ge Linse 28 eine Lichtquelle 29 abgebildet.

Aufgrund dieser Beleuchtungsvorrichtung wird auf der Oberflä­ che 14 der zu inspizierende Bereich 13 einschließlich eines ihn umgebenden Bereiches 36 (Fig. 3) ausgeleuchtet.

Das unter dem Winkel β auftreffende Beleuchtungslichtbündel 12′ wird an der Oberfläche 14 unter dem Reflexionswinkel zu einem Spiegelreflektor 15 reflektiert, der als sich sen­ krecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 erstreckender streifen­ förmiger sphärischer Hohlspiegel mit Krümmungsmittelpunkt in der Beleuchtungspupille 11 bzw. der Objektivpupille 18 ausge­ bildet ist. Der streifenförmige Hohl-Spiegelreflektor 15 ver­ läuft parallel zum streifenförmigen, zu inspizierenden Be­ reich 13 und ist relativ zum Einfallslichtbündel so gekippt, daß alle auf den Spiegelreflektor 15 auftreffenden Strahlen in sich selbst zurück zur Oberfläche 14 reflektiert werden. Bei fehlerfreier spiegelnd reflektierender Oberfläche 14 wird so die Beleuchtungspupille 11 auf die in der Objektivpu­ pille 17 liegende Dunkelfeldblende 18 abgebildet, so daß nor­ malerweise kein Licht zur Diodenzeile 25 gelangt.

Treten jedoch im zu inspizierenden Bereich 13 Fehler, z.B. Kratzer, auf, so wird ein Teil des auftreffenden Lichtes ab­ gelenkt und geht an der Dunkelfeldblende 18 vorbei, so daß an der entsprechenden Einzeldiode 32 der Diodenzeile 25 ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird, das in der Auswerteelektronik 33 zu einem Fehlersignal verarbeitet werden kann.

Aufgrund der beschriebenen Anordnung stören Kippungen der Oberfläche 14 beispielsweise um eine senkrecht auf der Zeich­ nungsebene der Fig. 1 stehende Achse die Fehlermessung nicht. Dagegen wird neben den aufstreuenden Fehlern auch jede Stelle der Oberfläche als Fehler erfaßt, deren Steigung innerhalb des beleuchtenden und abbildenden Bündels vari­ iert. Dazu zählen kleine Vertiefungen mit geneigten Rändern, z.B. Dellen sowie kleine Erhöhungen mit geneigten Rändern, z.B. Pocken.

Die Blende 23 kann als verstellbare Irisblende ausgebildet sein, wodurch auf einfache Weise eine Empfindlichkeitssteu­ erung möglich ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem nach den Fig. 1 bis 3 lediglich dadurch, daß statt der Irisblende 23 in Fig. 1 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unmittelbar vor dem Kameraobjektiv 19 auf der optischen Achse der Kamera 22 ein kleiner Flanspiegel unter einem Winkel zur optischen Achse angeordnet ist, auf den die wieder streifenförmige sphärische Kondensorlinse 28 die Lichtquelle 29 abbildet. Der Planspiegel 23′ übernimmt auf diese Weise die Aufgabe des Strahlquerschnitts-Begrenzungs­ elementes. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung des streifenför­ migen zu inspizierenden Bereiches 13 zu gewährleisten, weist der Planspiegel 23′ eine elliptische Form auf, wobei die lange Achse der Ellipsenform senkrecht auf der Zeichnungsebe­ ne der Fig. 4 steht.

Weiter wirkt der kleine Planspiegel 23′ als Dunkelfeldblende für das von der Oberfläche 14 zurückreflektierte Licht.

Wesentlich ist, daß der Abbildungsmaßstab der Beleuchtungspu­ pille 11 auf den Planspiegel 23′ etwas weniger als 1 : 1 be­ trägt, um ein ungestörtes Dunkelfeld zu erreichen.

Auch bei dieser Ausführungsform werden Fehler in der Oberflä­ che 14 des Gegenstandes 35 als helle Stellen sichtbar, was in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Die Empfindlich­ keit der Anordnung kann einfach durch Verändern des Beleuch­ tungs-Abbildungsmaßstabes eingestellt werden. Durch eine verkleinerte Abbildung der Beleuchtungspupille 11 auf dem kleinen Planspiegel 23′ wird die Empfindlichkeit herabge­ setzt, durch eine vergrößerte Abbildung erhöht.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 entspricht weitgehend dem nach Fig. 1, doch ist zwischen der Kamera 22 und der Oberfläche 14 des Gegenstandes 35 eine sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckende streifenförmige Linse 16 ange­ ordnet, deren Brennpunkt in der Beleuchtungspupille 11 bzw. der Objektivpupille 17 liegt.

Auf diese Weise tritt aus der Linse 16 ein Parallellichtbün­ del 12′′ aus, welches nach der spiegelnden Reflexion an der Oberfläche 14 als Reflexionsbündel 12′′′ von einer gleicharti­ gen streifenförmigen Linse 16′ auf einen runden sphärischen Hohlspiegel 15′ fokussiert wird. Dieser Hohlspiegel 15′ hat einen Krümmungsradius, der gleich der Brennweite der Linse 16′ ist, er bildet zusammen mit dieser einen telezentrischen Spiegelreflektor, der das telezentrische Beleuchtungsbündel über die zweite Reflexion an der Oberfläche 14 in sich selbst zurückspiegelt. So entsteht wieder - nach Durchtritt durch den Teilerspiegel 20 - ein Bild der Blende 11 in der Objektivpupille 17.

Bei dieser Ausführungsform sind also sowohl der Sende- als auch der Abbildungsstrahlengang telezentrisch, da die Objek­ tivpupille in der Brennebene der streifenförmigen Linse 16 liegt.

Die streifenförmige Linse 16 und 16′ können auch durch sphä­ rische Hohlspiegelstreifen ersetzt werden, welche dann aller­ dings relativ zum Beleuchtungsbündel 12 wie zum reflektier­ ten Beleuchtungsbündel 12′ gekippt angeordnet werden. Mit je einem planen Umlenkspiegelstreifen in Lichtrichtung hinter diesen Hohlspiegelstreifen wird die ursprüngliche Strahlrich­ tung wieder hergestellt, so daß insgesamt der Strahlengang der Fig. 5 gilt, in der lediglich jede streifenförmige Linse 16, 16′ durch je ein Paar Hohlspiegel plus Umlenkspiegel er­ setzt ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zeigt einen Beleuchtungs­ strahlengang, der durch eine neben der Diodenkamera 22 lie­ gende Beleuchtungsvorrichtung mit der Lichtquelle 29, der Kondensorlinse 28 und der die Beleuchtungspupille 11 definie­ renden Blende 23 besteht. Die Beleuchtungsvorrichtung er­ zeugt ein Lichtbündel 12 mit einem Hauptstrahl 26, der einen kleinen Winkel von ca. 5° mit dem Hauptstrahl des Empfangs­ strahlenganges 21 einschließt und in einem geringfügigen Ab­ stand a vom zu inspizierenden Bereich 13 auf der Oberfläche 14 des Gegenstandes 35 auftrifft. Der streifenförmige Hohl­ spiegel 15, welcher sich wieder senkrecht zur Zeichnungsebe­ ne der Fig. 6 erstreckt, ist um eine senkrecht auf der Zeich­ nungsebene stehende Achse derart im Uhrzeigersinn gekippt, daß das von ihm reflektierte Sendelicht zum zu inspizieren­ den Bereich 13 gelangt und von dort bei einwandfreier spie­ gelnder Oberfläche 14 zur Dunkelfeldblende 18 reflektiert wird.

Da die beiden Auftreffstellen des Beleuchtungslichtbündels 12 und des vom Spiegelreflektor 15 reflektierten Lichtes in Fig. 6 nebeneinander liegen, ist diese Anordnung nicht unemp­ findlich gegen sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken­ de Querwellen der Oberfläche 14, sondern ist im Gegenteil dazu geeignet, derartige Querwellen durch entsprechende Auf­ hellungen der Diodenzeile 25 zur Anzeige zu bringen.

Fig. 7 zeigt prinzipiell die gleiche Anordnung wie Fig. 6, wobei jedoch der hohlspiegelförmige Spiegelreflektor 15 um eine senkrecht auf der Zeichnungsebene der Fig. 7 stehende Achse aus der oberen Reflexionsstellung R in eine untere Transmissionsstellung T verschwenkbar ist. Der Radius der Schwenkbewegung ist die optische Achse 31 des Spiegelreflek­ tors 15. Die Schwenkbewegung ist durch einen Doppelpfeil in Fig. 7 angedeutet.

In der Reflexionsstellung R können spiegelnd reflektierende Oberflächen 14 auf Fehler untersucht werden, während in der Transmissionsstellung T transparente Gegenstände 35 auf Fehler untersucht werden können. Wesentlich bei allen Ausfüh­ rungsformen ist, daß mit dem sphärischen Hohl-Spiegelreflek­ tor 15 eine echte optische Abbildung der Beleuchtungspupille 11 in die Objektivpupille 17 erfolgt, wo sich die Dunkelfeld­ blende 18 oder eine andere Kontrastierungsblende befindet. Es ist somit eine Fehlererfassung im nahen Dunkelfeld nach der Schlierenmethode, im Phasenkontrast oder ähnlicher Kon­ trastierungen möglich.

Nach Fig. 8 und 8a wird die Lichtquelle 29 über eine kreis­ förmige Linse 28′ in die Mittelöffnung einer Blende 23 abge­ bildet, wodurch eine Beleuchtungspupille 11 definiert wird, von der aus ein im wesentlichen kreisförmiger Bereich 13′ auf der Oberfläche 14 eines transparenten Gegenstandes 35 gleichmäßig ausgeleuchtet wird.

Unterhalb des kreisförmigen Bereiches 13′ befindet sich ein runder sphärischer Hohlspiegel 15′′, dessen Mittelpunkt 27 sich zwischen der Beleuchtungspupille 11 und der Dunkelfeld­ blende 18 befindet, die unmittelbar vor dem Objektiv 19 der daneben angeordneten Diodenkamera 22 liegt. Auf diese Weise bildet der sphärische Hohlspiegel 15′′ die Beleuchtungspupil­ le 11 in die Dunkelfeldblende 18 ab, sofern sich in dem transparenten Material 35 keine Fehlstellen befinden.

Nach Fig. 8a ist in der Diodenkamera 22 anders als bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen eine rechteckige Dioden­ anordnung 25′ vorgesehen, die aus einer Vielzahl von Einzel­ dioden 32 besteht, die über die Ausleseelektronik 25′a an die Auswerteelektronik 33 angeschlossen sind.

Bei der beschriebenen Anordnung nach den Fig. 8, 8a ist die blendenseitige Apertur der Beleuchtungsvorrichtung so groß, daß der sphärische Hohl-Spiegelreflektor 15′′ ganz ausgeleuch­ tet wird. Der so im Objekt erzeugte beleuchtete Kreis 10 ist in Fig. 8a zu erkennen. Er überdeckt das Rechteck 25′ ganz.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 8a zur Inspek­ tion in zweimaliger Transmission mit Hilfe der Kamera mit flächenhafter Diodenanordnung sind keine Einschränkungen in Bildfeldgröße oder Bildwinkel zu beachten. Es sind jedoch nur Gegenstände mit geringer Aufstreuung von vereinzelten, kleinen Fehlern zu inspizieren. Als typisches Anwendungsbei­ spiel lassen sich Glasplatten für Masken nennen.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 mit seitlich bzw. winkelmäßig etwas versetzten Beleuchtungs- und Empfangs­ strahlengängen gearbeitet wird, zeigt Fig. 9 eine mit einer flächenhaften Diodenanordnung 25′ arbeitende Ausführungsform zur Fehlersuche in zweifacher Transmission, bei der durch Verwendung eines Strahlenteilerspiegels 20 Beleuchtungs- und Empfangsstrahlengang völlig ineinander liegen.

Statt des sphärischen Hohl-Spiegelreflektors 15′′ besitzt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 unmittelbar oberhalb der Oberfläche 14 eine kreisförmige Feldlinse 16′, in deren Bren­ nebene sich die Objektivpupille bzw. die Dunkelfeldblende 18 bzw. über den Strahlenteilerspiegel 20 die Beleuchtungspupil­ le 11 befindet. Unterhalb des Objektes ist ein ebener runder Spiegelreflektor 15′′′ angeordnet, der das auftreffende Licht in sich selbst zurückwirft. Durch die Feldlinse 16′ wird der beobachtbare Objektbereich und Bildwinkel auf etwa 150 mm eingeschränkt, ist jedoch im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 8 beleuchtungs- und beobachtungsseitig telezentrisch.

Mit diesem telezentrischen System nach Fig. 9 können auch strukturierte Objekte wie Masken inspiziert und ihre Geo­ metrie vermessen werden.

Auch Fig. 10 zeigt eine Anordnung mit einer flächenhaften Diodenanordnung 25′, wobei im Gegensatz zu den Ausführungs­ beispielen nach Fig. 8 und 9 in Reflexion am Gegenstand 35 gearbeitet wird. Die Anordnung entspricht derjenigen in Fig. 6, dort für eine Kamera mit Diodenzeile.

Der Krümmungsmittelpunkt 27 des oberhalb des Gegenstandes 35 angeordneten sphärischen Hohl-Spiegelreflektors 15′′ befindet sich unter Berücksichtigung der Reflexion an der Oberfläche 14 bei 27 zwischen der Beleuchtungspupille 11 und der Objek­ tivpupille 17. Die Beleuchtungspupille 11 wird von dem Hohl-Spiegelreflektor 15′′ durch zweimalige Reflexion an der spiegelnden Oberfläche 14 in die Objektivpupille 17 abgebil­ det, wo sich die Dunkelfeldblende 18 befindet. Damit die Be­ obachtungsachse senkrecht auf der ebenen Oberfläche 14 stehen kann, wird die Diodenkamera 22 mit einseitigem Bild­ feld benutzt, d.h., daß die Diodenfläche 25′ relativ zur op­ tischen Achse des Objektivs 19 in der aus Fig. 10 ersichtli­ chen Weise seitlich verschoben ist.

Während sich der Spiegelreflektor 15′′ auf der einen Seite der Diodenkamera 22 befindet, ist die Beleuchtungsvorrich­ tung 29, 28′, 23 auf der entgegengesetzten Seite unmittelbar neben der Diodenkamera 22 angeordnet, und zwar in der Weise, daß der zu inspizierende rechteckige Bereich 13′ von der im Objekt beleuchteten Kreisscheibe voll abgedeckt ist.

Andere Möglichkeiten bestehen darin, daß das Objektiv 19 ge­ kippt und die Diodenfläche nach der Scheimpflug-Bedingung an­ geordnet wird.

Als Lichtquelle 29 wird bei den mit einer Diodenfläche 25′ arbeitenden Ausführungsformen oft eine Stroboskop-Blitzlampe verwendet, die im Falle einer kontinuierlichen Bewegung des Gegenstandes 35 parallel zu seiner Oberfläche eine bildfeld­ weise Beleuchtung gestattet.

Claims (13)

1. Optische Fehlerinspektionsvorrichtung für spiegelnd reflektierende und/oder transparente, im wesentlichen ebene Oberflächen von Gegenständen, insbesondere Bahn­ material, mit einer auf den zu inspizierenden Bereich der Oberfläche gerichteten, ein Objektiv aufweisenden photoelektrischen Kamera, in deren Bildebene sich eine sich wenigstens in einer Richtung erstreckende photoelek­ trische Diodenanordnung mit integrierter Ausleseelektro­ nik befindet, die an eine Auswerteelektronik angeschlos­ sen und auf der der zu inspizierende Bereich abgebildet ist, und mit einer Beleuchtungsvorrichtung für den zu inspizierenden Bereich, welche eine Lichtquelle, eine dieser folgende Kondensorlinse sowie ein dahinter ange­ ordnetes, die Beleuchtungspupille bildendes Strahl­ querschnitts-Begrenzungselement, auf das die Lichtquelle von der Kondensorlinse abgebildet wird, aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß das von der Be­ leuchtungspupille ausgehende Lichtbündel (12, 12′) auf den zu inspizierenden Bereich (13, 13′) gelenkt ist, dort von der Oberfläche (14) zu einem Spiegelreflektor (15, 15′, 15′′, 15′′′) spiegelnd reflektiert und/oder hin­ durchgelassen wird, an dem das auftreffende Licht im wesentlichen in sich selbst zurückreflektiert wird und welcher allein oder in Zusammenwirkung mit einem anderen optischen Abbildungselement (16, 16′) die Beleuchtungspu­ pille (11) auf eine im wesentlichen in der Objektivpupil­ le (17) angeordnete Kontrastierungsblende (18, 18′) ab­ bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Be­ leuchtungspupille (11) ausgehende Lichtbündel (12) durch einen vor dem Kameraobjektiv (19) angeordneten Umlenk­ spiegel (20, 23′) in den Empfangsstrahlengang (21) der photoelektrischen Kamera (22) eingespiegelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspie­ gel ein Strahlenteilerspiegel (20) ist und davor als Strahlenquerschnitts-Begrenzungselement eine vorzugswei­ se im Öffnungsquerschnitt verstellbar ausgebildete Blende (23) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspie­ gel ein die Ausmaße der Beleuchtungspupille (11) aufwei­ sender kleiner Planspiegel (23′) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Planspiegel (23′) gleichzeitig eine Dunkelfeldblende bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt­ strahl (24) des von der Beleuchtungspupille (11) aus­ gehenden Lichtbündels (12) ohne Umlenkung unter mög­ lichst kleinem Winkel (α) zum Hauptstrahl (24) des Emp­ fangsstrahlenganges (21) verläuft und im geringen Ab­ stand (a) von dem auf die Diodenanordnung (25) der Kamera (22) abgebildeten Bereich (13, 13′) auf die Ober­ fläche (14) auftrifft.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel­ reflektor ein sphärischer Hohlspiegel (15) ist.

8. Optische Fehlerinspektionsvorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen zu­ sätzlichen, im Abstand seiner Brennweite von der Kamera­ pupille angeordneten Hohlspiegel der Beobachtungsstrah­ lengang wie der Beleuchtungsstrahlengang telezentrisch gemacht ist und daß das telezentrische Beleuchtungsbün­ del nach Reflexion am Objekt durch einen telezentrischen Spiegelreflektor in sich zurückgespiegelt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der abbildende Retroreflektor aus einem Hohlspiegelstreifen bzw. Linsen­ streifen (16′) und einem in dessen Brennebene angeordne­ ten Hohlspiegel (15′) besteht, dessen Krümmungsmittel­ punkt im Scheitel des Hohlspiegelstreifens bzw. im Lin­ senstreifen (16′) liegt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Kamera, die eine Diodenzeile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensor­ linse eine Streifenlinse (28) ist, welche den zu inspi­ zierenden streifenförmigen Bereich (13), der parallel zur Diodenzeile (25) verläuft, ausleuchtet und daß auch der Spiegelreflektor (15, 15′) und ggfs. das weitere Ab­ bildungselement (16) parallel zum genannten Bereich (13) streifenförmig sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Diodenkamera, die eine flächige Diodenanordnung auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensor­ linse eine Rundlinse (28′) ist, welche den zu inspizie­ renden kreisförmigen Bereich (13′) ausleuchtet und daß auch der Spiegelreflektor (15′′, 15′′′) und ggfs. auch das weitere Abbildungselement (16′) kreisförmig ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel­ reflektor (15) um den Schnittpunkt (30) seiner optischen Achse (31) mit der Oberfläche (14) aus der Reflex­ ions-Stellung (R) in die Transmissionsstellung (T) und umgekehrt schwenkbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand parallel zu seiner Oberfläche und bei streifenförmigem zu inspizierenden Bereich (13) senkrecht zur Streifen­ richtung vorgeschoben wird.