DE102022100120A1

DE102022100120A1 - Bilddetektionsvorrichtung und bilddetektionsverfahren

Info

Publication number: DE102022100120A1
Application number: DE102022100120.2A
Authority: DE
Inventors: Aimin Sha; Shiro Igasaki
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2022-07-21
Also published as: US20220229211A1; CN114764065A; JP2022109634A; JP7530305B2

Abstract

Eine Bilddetektionsvorrichtung beinhaltet ein optisches Bilddetektionssystem, beinhaltend eine Flüssigkeits-Resonanzlinse (14); einen Bilddetektor (2), welcher konfiguriert ist, um ein Bild (I) entsprechend einer Detektionsphase eines Antriebssignals (Cf) durch das optische Bilddetektionssystem zu detektieren; eine Bereichsbestimmungseinheit (621), welche konfiguriert ist, um eine erste Hälfte oder eine zweite Hälfte eines Zyklus des Antriebssignals (Cf) als einen bezeichneten erlaubbaren Bereich der Detektionsphase basierend darauf zu bestimmen, ob eine Phasenverzögerung, welche durch eine Änderungswellenform der Brennpunktposition gezeigt wird, positiv oder negativ ist; eine Detektionsphasen-Einstelleinheit (622), welche konfiguriert ist, um die Detektionsphase in dem bezeichneten erlaubbaren Bereich einzustellen; und eine Detektions-Regel- bzw. -Steuereinheit (623), welche konfiguriert ist, um einen Bilddetektions-Zeitpunkt durch den Bilddetektor (2) auf einen Zeitpunkt zu regeln bzw. zu steuern, welcher von der Detektionsphase um einen Winkel entsprechend der Phasenverzögerung versetzt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bilddetektionsvorrichtung, welche eine Flüssigkeits-Resonanzlinse beinhaltet, und auf ein Bilddetektionsverfahren.
STAND DER TECHNIK
Einige von typischen bekannten Linsenvorrichtungen mit variabler Brennweite beinhalten eine Flüssigkeits-Resonanzlinse (siehe beispielsweise Patentliteratur 1 ( JP 2020 - 106480 A )). Dieser Typ einer Linsenvorrichtung mit variabler Brennweite, in welcher ein Antriebssignal zyklisch zu der Flüssigkeits-Resonanzlinse eingegeben wird, erzeugt bzw. generiert eine stehende Welle in der Flüssigkeit im Inneren der Flüssigkeits-Resonanzlinse. Die Flüssigkeit in der Flüssigkeits-Resonanzlinse, welche konzentrische dichte und dünne Regionen darin aufweist, stellt eine Refraktions- bzw. Brechungsfähigkeit als eine Linse mit einer zyklisch variierenden Brennweite bzw. Fokaldistanz zur Verfügung.
Beispielsweise offenbart die Patentliteratur 1 eine Bilddetektionsvorrichtung, welche eine Flüssigkeits-Resonanzlinse beinhaltet. Diese Bilddetektionsvorrichtung, deren Brennpunkt- bzw. Fokusposition relativ zu einem Objekt bzw. Gegenstand zyklisch in Übereinstimmung mit der Brennweite bzw. dem Brennpunktabstand der Flüssigkeits-Resonanzlinse variiert, ist konfiguriert bzw. aufgebaut, um eine gepulste Beleuchtung an bzw. bei einer vorbestimmten Phase (Detektionsphase) eines Antriebssignals anzulegen bzw. anzuwenden, um ein Bild des Gegenstands zu detektieren bzw. zu erfassen, welches bei einer Brennpunktposition entsprechend der Detektionsphase fokussiert ist. Weiters misst die Bilddetektionsvorrichtung eine Verschiebung bzw. Verlagerung, ein Oberflächenprofil und dgl. des Gegenstands durch ein Detektieren einer Mehrzahl von Bildern an wechselweise bzw. gegenseitig unterschiedlichen Fokus- bzw. Brennpunktpositionen und ein Berechnen einer Höhe eines Zielabschnitts des Gegenstands in einer Form der Brennpunktposition von einem fokussierten der Bilder des Gegenstands.
Eine Phasenverzögerung in einer Änderungs- bzw. Variationswellenform der Brennpunktposition kann in der oben beschriebenen Bilddetektionsvorrichtung aufgrund des Effekts einer Temperaturänderung an der Flüssigkeits-Resonanzlinse bewirkt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, WELCHE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Die Phasenverzögerung wird auf bzw. an der Detektionsphase reflektiert, um den Bilddetektions-Zeitpunkt zu korrigieren. Eine derartige Korrektur kann jedoch den Bilddetektions-Zeitpunkt in einer Periode nahe zu einem Zyklusumschaltpunkt (360°) des Antriebssignals positionieren.
Es sollte festgehalten bzw. angemerkt werden, dass es in der oben beschriebenen Bilddetektionsvorrichtung erwünscht ist, dass ein Bilddetektionssignal für ein Regeln bzw. Steuern des Bilddetektions-Zeitpunkts (z.B. ein Beleuchtungssignal für ein Regeln bzw. Steuern der gepulsten Beleuchtung) nicht die Grenze zwischen Zyklen des Antriebssignals kreuzt bzw. überschreitet, um den Bilddetektions-Zeitpunkt mit dem Zyklus des Antriebssignals zu synchronisieren. Demgemäß wird das Bilddetektionssignal zwangsweise an dem Zyklusumschaltpunkt des Antriebssignals ausgeschaltet, so dass das Bilddetektionssignal nicht die Grenze zwischen den Zyklen des Antriebssignals überquert.
Derart wird, wenn der Bilddetektions-Zeitpunkt unmittelbar vor dem Zyklusumschaltpunkt angeordnet ist, da das Bilddetektionssignal zwangsweise an dem Zyklusumschaltpunkt ausgeschaltet wird, eine Pulsbreite des Bilddetektionssignals unzureichend und es tritt eine ungleichmäßige Beleuchtung auf, wodurch versagt wird, eine normale Bilddetektion durchzuführen. Im Gegensatz dazu kann, wenn der Bilddetektions-Zeitpunkt unmittelbar nach dem Zyklusumschaltpunkt angeordnet ist, das Bilddetektionssignal nicht eingeschaltet werden, wobei dies möglicherweise einen Fehler bzw. ein Versagen bei einem Regeln bzw. Steuern des Bilddetektions-Zeitpunkts bewirkt.
MITTEL FÜR EIN LÖSEN DES PROBLEMS (DER PROBLEME)
Eine Bilddetektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet: ein optisches Bilddetektionssystem bzw. optisches System einer Bilddetektion, beinhaltend eine Flüssigkeits-Resonanzlinse, wobei eine Fokus- bzw. Brennpunktposition des optischen Bilddetektionssystems zyklisch in Übereinstimmung mit einem Antriebssignal variiert, welches an die Flüssigkeits-Resonanzlinse eingegeben wird; einen Bilddetektor, welcher konfiguriert ist, um ein Bild entsprechend einer Detektionsphase des Antriebssignals durch das optische Bilddetektionssystem zu detektieren; eine Bereichsbestimmungseinheit, welche konfiguriert ist, um eine erste Hälfte oder eine zweite Hälfte eines Zyklus des Antriebssignals als einen bezeichneten bzw. bestimmten, erlaubbaren Bereich der Detektionsphase basierend darauf zu bestimmen, ob eine Phasenverzögerung, welche durch eine Änderungswellenform der Brennpunktposition gezeigt wird, positiv oder negativ ist; eine Detektionsphasen-Einstelleinheit, welche konfiguriert ist, um die Detektionsphase in dem bezeichneten erlaubbaren Bereich einzustellen bzw. festzulegen; und eine Detektions-Regel- bzw. -Steuereinheit, welche konfiguriert ist, um einen Bilddetektions-Zeitpunkt durch den Bilddetektor auf einen Zeitpunkt zu regeln bzw. zu steuern, welcher von der Detektionsphase um einen Winkel entsprechend der Phasenverzögerung versetzt ist.
Ein Bilddetektionsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird durchgeführt durch eine Bilddetektionsvorrichtung, beinhaltend: ein optisches Bilddetektionssystem, umfassend eine Flüssigkeits-Resonanzlinse, wobei eine Fokus- bzw. Brennpunktposition des optischen Bilddetektionssystems zyklisch in Übereinstimmung mit einem Antriebssignal variiert, welches in die Flüssigkeits-Resonanzlinse eingegeben wird; und einen Bilddetektor, welcher konfiguriert ist, um ein Bild entsprechend einer Detektionsphase des Antriebssignals durch das optische Bilddetektionssystem zu detektieren, wobei das Verfahren beinhaltet: ein Bestimmen einer ersten Hälfte oder einer zweiten Hälfte eines Zyklus des Antriebssignals als einen bezeichneten bzw. bestimmten, erlaubbaren Bereich der Detektionsphase basierend darauf, ob eine Phasenverzögerung, welche durch eine Änderungswellenform der Brennpunktposition gezeigt wird, positiv oder negativ ist; Einstellen bzw. Festlegen der Detektionsphase in dem bezeichneten erlaubbaren Bereich; und Regeln bzw. Steuern eines Bilddetektions-Zeitpunkts durch den Bilddetektor auf einen Zeitpunkt, welcher von der Detektionsphase um einen Winkel entsprechend der Phasenverzögerung versetzt wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Illustration, welche eine Bilddetektionsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, welches die Bilddetektionsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Graph, welcher zeitliche Änderungen in jedem eines Synchronisationssignals, eines Belichtungssignals, einer Brennpunktposition und eines Beleuchtungssignals in der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
4 ist eine schematische Illustration, welche ein Beispiel eines Kalibrierungswerkzeugs zeigt, welches in der Bilddetektionsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform angeordnet ist.
5 ist ein Graph, welcher ein Beispiel von Kalibrierungsdaten zeigt, welche in der beispielhaften Ausführungsform erhalten werden.
6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Bilddetektionsverfahren gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Graph, welcher eine Phasenverzögerung einer Änderungswellenform der Brennpunktposition in der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Graph, welcher ein Beispiel eines bezeichneten erlaubbaren Bereichs und einer Detektionsphase zeigt, wenn eine positive Verzögerung in der beispielhaften Ausführungsform bewirkt wird.
9 ist ein Graph, welcher ein Beispiel des bezeichneten erlaubbaren Bereichs und der Detektionsphase zeigt, wenn eine negative Verzögerung in der beispielhaften Ausführungsform bewirkt wird.
10 ist ein Graph, welcher ein Beispiel des Bilddetektions-Zeitpunkts zeigt, wenn eine positive Verzögerung in der beispielhaften Ausführungsform bewirkt wird.
11 ist ein Graph, welcher ein Beispiel des Bilddetektions-Zeitpunkts zeigt, wenn eine negative Verzögerung in der beispielhaften Ausführungsform bewirkt wird.
12 ist ein Graph, welcher ein Beispiel des Bilddetektions-Zeitpunkts und eines Beleuchtungssignals zeigt, wenn eine positive Verzögerung in der beispielhaften Ausführungsform bewirkt wird.
13 ist ein Graph, welcher ein Beispiel des Bilddetektions-Zeitpunkts und des Beleuchtungssignals zeigt, wenn eine negative Verzögerung in der beispielhaften Ausführungsform bewirkt wird.
14 ist ein Graph, welcher ein Beispiel des Bilddetektions-Zeitpunkts und des Beleuchtungssignals zeigt, wenn eine positive Verzögerung in einem Vergleichsbeispiel bewirkt wird.
15 ist ein Graph, welcher ein Beispiel des Bilddetektions-Zeitpunkts und des Beleuchtungssignals zeigt, wenn eine negative Verzögerung in einem anderen Vergleichsbeispiel bewirkt wird.

BESCHREIBUNG VON (EINER) AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben werden.
1 zeigt schematisch eine Struktur einer Bilddetektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. Die Bilddetektionsvorrichtung 1 detektiert ein Bild I eines Werkstücks W durch ein Abbilden des Werkstücks W durch eine Flüssigkeits-Resonanzlinse 14, deren Brennweite zyklisch variiert.
Anordnung der Bilddetektionsvorrichtung 1
Wie dies in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Bilddetektionsvorrichtung 1 ein optisches Bilddetektionssystem 10 bzw. ein optisches System einer Bilddetektion, welches auf einer optischen Achse A angeordnet ist, welche eine Oberfläche des Werkstücks W schneidet bzw. kreuzt, eine Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht, welche konfiguriert ist, um das Werkstück W mit einer gepulsten Beleuchtung zu beleuchten, eine Bildaufnahme- bzw. -erfassungseinheit 4, welche konfiguriert ist, um ein Bild des Werkstücks W durch das optische Bilddetektionssystem 10 aufzunehmen bzw. zu erfassen, eine Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6, welche konfiguriert ist, um einen Betrieb der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 zu regeln bzw. zu steuern, welche in dem optischen Bilddetektionssystem 10 enthalten ist, und einen Controller bzw. eine Regel- bzw. Steuereinrichtung 7, welche(r) konfiguriert ist, um die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 zu betreiben.
Das optische Bilddetektionssystem 10 beinhaltet eine Objektivlinse 11, eine abbildende bzw. Abbildungslinse 12, eine erste Relaislinse 13, eine Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 und eine zweite Relaislinse 15, welche in dieser Reihenfolge von einem Gegenstand bzw. Objekt (Vorderseite) angeordnet sind.
Die Objektivlinse 11, welche eine oder mehrere Linse(n) enthält, ist angeordnet, um zu dem Werkstück W gerichtet zu sein. Licht, welches durch das Werkstück W reflektiert wird, wird in einen parallelen Strahl von Licht durch die Objektivlinse 11 umgewandelt und der parallele Strahl von Licht bzw. parallele Lichtstrahl fällt auf die Abbildungslinse 12 ein.
Die Abbildungslinse 12, welche eine oder mehrere Linse(n) beinhaltet, ist konfiguriert, um den parallelen Strahl des Lichts zu konzentrieren, welcher durch die Objektivlinse 11 eingetreten ist, um ein Zwischenbild zu bilden.
Die erste Relaislinse 13 und die zweite Relaislinse 15 werden jeweils durch eine oder mehrere Linse(n) bereitgestellt. Die erste Relaislinse 13 und die zweite Relaislinse 15, welche ein Relaissystem bilden, sind konfiguriert, um das Zwischenbild weiterzuleiten bzw. zu übertragen, welches durch die Abbildungslinse 12 gebildet wird, und das Zwischenbild auf einer ein Bild erfassenden bzw. aufnehmenden Oberfläche der Bilderfassungseinheit 4 neu auszubilden. Es sollte festgehalten bzw. angemerkt werden, dass sich ein posteriorer bzw. hinterer Brennpunkt der Abbildungslinse 12 und ein anteriorer bzw. vorderer Brennpunkt der ersten Relaislinse 13 an derselben Position befinden.
Die Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 ist eine Zoomlinse bzw. ein Zoomobjektiv. Spezifisch beinhaltet die Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 ein zylindrisches Gehäuse, welches mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, und einen zylindrischen Oszillator, welcher aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist. Der Oszillator, welcher mit der Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 über eine Signalleitung verbunden ist, während er in der Flüssigkeit in dem Gehäuse bzw. der Ummantelung eingetaucht ist, ist konfiguriert bzw. aufgebaut, um in Übereinstimmung mit einem Antriebssignal Cf (sinusförmigen Wechselstromsignal) zu oszillieren, welches durch die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 eingegeben wird. Wenn die Frequenz des Antriebssignals Cf auf eine Resonanzfrequenz eingestellt ist bzw. wird, wird eine stehende Welle in der Flüssigkeit im Inneren der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 erzeugt bzw. generiert, wodurch eine zyklische Änderung in dem Brechungsindex der Flüssigkeit bewirkt wird.
Das Gehäuse bzw. die Ummantelung der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 ist mit einem Fenster für einen Durchtritt des Lichts dadurch versehen. Die zyklische Änderung in dem Brechungsindex der Flüssigkeit in dem Gehäuse resultiert in einer zyklischen Änderung in der Brennweite der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14. Die Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 stellt derart eine zyklische Änderung in einem Fokus- bzw. Brennpunktabstand Df von der Objektivlinse 11 zu einer Fokus- bzw. Brennpunktposition H, welche primär basierend auf der Brennweite bzw. der Fokaldistanz der Objektivlinse 11 bestimmt wird, in Übereinstimmung mit der Änderung in der Brennweite der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 zur Verfügung.
Es sollte festgehalten bzw. angemerkt werden, dass das optische Bilddetektionssystem 10 als ein telezentrisches optisches System vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt wird, wo ein anteriorer bzw. vorderer Hauptpunkt der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 konjugiert mit einer Austrittspupille der Objektivlinse 11 ist. Die oben beschriebene Anordnung, in welcher die Austrittspupille der Objektivlinse 11 in einer telezentrischen Weise weitergeleitet bzw. verschoben wird, stellt eine konstante Vergrößerung für das Bild, welches auf die Bilderfassungseinheit 4 auftrifft bzw. einfällt, unabhängig von der Änderung in der Brennpunktposition H zur Verfügung.
Es sollte auch festgehalten werden, dass eine Achse parallel zu der optischen Achse A als eine Z Achse in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform definiert ist bzw. wird, wo die Fokus- bzw. Brennpunktposition H durch eine Z Koordinate (Z Wert) repräsentiert wird.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht beinhaltet eine Lichtquelle 31, welche konfiguriert bzw. aufgebaut ist, um ein gepulstes Licht zu emittieren, und einen Strahlteiler 32, welcher konfiguriert ist, um das gepulste Licht, welches durch die Lichtquelle 31 ausgegeben bzw. emittiert wird, zu dem Werkstück W zu führen.
Die Lichtquelle 31 ist mit einem lichtemittierenden Element (z.B. einer LED) versehen. Die Lichtquelle 31 wird durch die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 geregelt bzw. gesteuert, um das gepulste Licht zu einem Zeitpunkt (Bilddetektions-Zeitpunkt) entsprechend einer vorbestimmten Phase (Detektionsphase θd) des Antriebssignals Cf zu emittieren.
Der Strahlteiler 32, welcher zwischen der Objektivlinse 11 und der Abbildungslinse 12 angeordnet ist, ist konfiguriert, um das gepulste Licht, welches durch die Lichtquelle 31 emittiert wird, in Richtung zu der Objektivlinse 11 zu reflektieren. Das Licht, welches durch den Strahlteiler 32 reflektiert wird, tritt durch die Objektivlinse 11 hindurch, um das Werkstück W zu beleuchten.
Weiters ist der Strahlteiler 32 konfiguriert, um das Licht zu transmittieren, welches durch das Werkstück W reflektiert wird und durch die Objektivlinse 11 hindurchgetreten ist.
Die Bilderfassungs- bzw. -aufnahmeeinheit 4 beinhaltet einen beliebigen Typ eines Bildsensors (z.B. einen bestehenden Bildsensor einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD)). Die Bilderfassungseinheit 4 wird durch die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 geregelt bzw. gesteuert, um das Bild des Werkstücks W zu detektieren und das Bild in einer Form eines Bilds I eines vorbestimmten Signalformats an die Regel- bzw. Steuereinrichtung 7 auszugeben.
Es sollte festgehalten werden, dass in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht und die Bilderfassungseinheit 4 einen Bilddetektor 2 für ein Detektieren des Bilds I entsprechend der Detektionsphase θd ausbilden (siehe 2) .
2 zeigt eine Anordnung der Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 und der Regel- bzw. Steuereinrichtung 7 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform.
Die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 ist eine Einheit, welche dazu bestimmt bzw. ausgebildet ist, um jede der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14, der Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht und der Bilderfassungseinheit 4 zu regeln bzw. zu steuern. Es sollte festgehalten werden, dass die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 durch eine Hardware bereitgestellt werden kann, welche eine Mehrzahl von ICs und dgl. verwendet, und alternativ hauptsächlich durch einen Computer bereitgestellt werden kann, welcher einen Speicher 64 und eine CPU beinhaltet, welche ein Programm ablaufen lässt, welches in dem Speicher 64 gespeichert ist.
Die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 beinhaltet eine Antriebs-Regel- bzw. -Steuereinheit 61, welche konfiguriert ist, um die Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 zu regeln bzw. zu steuern, eine Beleuchtungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 62, welche konfiguriert ist, um die Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht zu regeln bzw. zu steuern, eine Bilderfassungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 63, welche konfiguriert ist, um die Bilderfassungseinheit 4 zu regeln bzw. zu steuern, und den Speicher 64.
Die Antriebs-Regel- bzw. -Steuereinheit 61 ist konfiguriert, um das Antriebssignal Cf an die Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 auszugeben und einen Oszillationszustand Vf der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 zu detektieren, welcher basierend auf dem Antriebssignal Cf oszilliert. Die Antriebs-Regel- bzw. -Steuereinheit 61 ist konfiguriert, um die Frequenz des Antriebssignals Cf unter Bezugnahme auf den Oszillationszustand Vf der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 einzustellen, um die Frequenz des Antriebssignals Cf bei der gegenwärtigen Resonanzfrequenz der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 zu verriegeln.
Es sollte festgehalten werden, dass der Oszillationszustand Vf der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 spezifisch durch eine(n) oder eine Kombination einer Antriebsspannung, eines Antriebsstroms, einer effektiven Leistung, welche zu der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 durch das Antriebssignal Cf geliefert werden, und einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz (d.h. einer Phasendifferenz zwischen der Antriebsspannung und dem Antriebsstrom) detektierbar ist.
Weiters ist die Antriebs-Regel- bzw. -Steuereinheit 61 konfiguriert, um ein Synchronisationssignal Syn, welches mit dem Zyklus des Antriebssignals Cf synchronisiert ist, in die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 auszugeben. Das Synchronisationssignal Syn ist ein Pulssignal, welches beispielsweise zu einem Zeitpunkt eingeschaltet wird, bei welchem das Antriebssignal Cf ein 0 Niveau schneidet bzw. kreuzt (in 3 ein Zeitpunkt, in welchem bzw. damit eine Änderungswellenform Mf der Brennpunktposition H positiv einen Peak bzw. eine Spitze erreicht).
Die Beleuchtungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 62 gibt ein Beleuchtungssignal Ci in einer Form eines Pulssignals zu der bzw. an die Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht aus. Das Beleuchtungssignal Ci wird zu einem Bilddetektions-Zeitpunkt T entsprechend der Detektionsphase θd des Antriebssignals Cf eingeschaltet. Die Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht emittiert das Licht einer gepulsten Beleuchtung bzw. das gepulste Beleuchtungslicht auf das Werkstück W, während das Beleuchtungssignal Ci eingeschaltet ist.
Die Beleuchtungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 62 beinhaltet auch eine Bereichsbestimmungseinheit 621, welche konfiguriert ist, um einen bezeichneten bzw. bestimmten erlaubbaren Bereich Wd der Detektionsphase θd zu bestimmen, eine Detektionsphasen-Einstelleinheit 622, welche konfiguriert ist, um die Detektionsphase θd innerhalb des bezeichneten erlaubbaren Bereichs Wd einzustellen bzw. festzulegen, und eine Detektions-Regel- bzw. -Steuereinheit 623, welche konfiguriert ist, um den Bilddetektions-Zeitpunkt T basierend auf der Detektionsphase θd zu regeln bzw. zu steuern (siehe beispielsweise 8). Details von jeder der Funktionen der oben beschriebenen Komponenten werden später beschrieben werden.
Die Bilderfassungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 63 gibt ein Belichtungssignal Cc in einer Form eines Pulssignals an die Bilderfassungseinheit 4 aus. Die Bilderfassungseinheit 4 wird belichtet gehalten, während das Belichtungssignal Cc eingeschaltet ist, um das Bild I des Werkstücks W zu detektieren.
Wie dies in 3 gezeigt ist, wird das Beleuchtungssignal Ci wiederholt zu dem Bilddetektions-Zeitpunkt T entsprechend jeder der Detektionsphasen θd des Antriebssignals Cf für eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen des Synchronisationssignals Syn eingeschaltet und es bleibt das Belichtungssignal Cc über eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen des Synchronisationssignals Syn eingeschaltet. Mit anderen Worten legt bzw. wendet die Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht eine vorbestimmte Anzahl einer gepulsten Beleuchtung an, während die Bilderfassungseinheit 4 belichtet bzw. ausgesetzt beibehalten wird. Ein Rahmen des Bilds I entsprechend der Detektionsphase θd wird derart detektiert. Das Bild I entsprechend der Detektionsphase θd zeigt einen Fokus- bzw. Brennpunktzustand, wenn sich die Fokus- bzw. Brennpunktposition H an einer Detektions-Brennpunktposition Hd befindet.
Es sollte festgehalten werden, dass in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Beleuchtungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 62 konfiguriert ist, um zwangsweise das Beleuchtungssignal Ci an einem Zyklus-Umschaltpunkt (360° oder 0°) des Antriebssignals Cf auszuschalten, um zu verhindern, dass das Beleuchtungssignal Ci die Grenze zwischen den Zyklen des Antriebssignals Cf überschreitet bzw. kreuzt.
Die Regel- bzw. Steuereinrichtung 7, welche in 2 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung, welche durch einen Personal Computer für einen allgemeinen Zweck zur Verfügung gestellt wird, dessen arithmetische Schaltung (z.B. CPU) eine bestimmte Software lädt und durchführt bzw. ablaufen lässt, welche in einem Speicher gespeichert ist, um gewünschte Funktionen zu erzielen bzw. zu erhalten. Spezifisch dient die Regel- bzw. Steuereinrichtung 7 als eine Linsen-Betätigungseinheit 71, welche konfiguriert ist, um verschiedene Einstellungen an der Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 anzuwenden, eine Bildbearbeitungseinheit 72, welche konfiguriert ist, um das Bild I von der Bilderfassungseinheit 4 zu importieren und zu be- bzw. zu verarbeiten, und eine Analyseeinheit 73, welche konfiguriert ist, um eine Analyse basierend auf dem Bild I durchzuführen.
Die Regel- bzw. Steuereinrichtung 7 beinhaltet auch ein Betätigungs-Interface 74 (Benutzer-Interface). Das Betätigungs-Interface 74 beinhaltet beispielsweise eine Anzeigeeinheit (z.B. eine Monitoranzeige) und eine Regel- bzw. Steuereinheit (z.B. eine Tastatur).
Erhalt von Kalibrierdaten
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird, in Vorbereitung für das später beschriebene Bilddetektionsverfahren, ein Schritt eines Erhaltens bzw. Erfassens von Kalibrierdaten durchgeführt. Die Kalibrierdaten beziehen sich auf Daten, welche eine Korrespondenzbeziehung zwischen der Phase des Antriebssignals Cf und der Brennpunktposition H zeigen.
Es sollte festgehalten werden, dass das Verfahren für ein Erhalten der Kalibrierdaten, welches bekannt ist, wie dies in einem zugehörigen Stand der Technik (siehe beispielsweise JP 2020-106841 A ) geoffenbart ist, nur kurz nachfolgend beschrieben werden wird.
Einleitend wird, wie dies in 4 gezeigt ist, ein vorbestimmtes Kalibrierwerkzeug 9 in einem Bilddetektionsbereich der Bilddetektionsvorrichtung 1 eingestellt bzw. festgelegt. Das Kalibrierwerkzeug 9 weist eine Kalibrieroberfläche 91 auf, deren Neigungswinkel θ relativ zu der optischen Achse A bekannt ist. Die Kalibrieroberfläche 91 weist ein Beugungsgitter mit einem bekannten Abstand entlang einer Richtung orthogonal auf die Z Achse (z.B. X Achse) auf.
Die Bilddetektionsvorrichtung 1 legt Detektionsphasen θd bei jeweils 0,5° innerhalb eines Bereichs (von 0° bis 360°) der Phase des Antriebssignals Cf fest und detektiert die Bilder I bei bzw. zu Detektions-Zeitpunkten T, bei welchen die Phase des Antriebssignals Cf jede der Detektionsphasen θd erreicht. Derart werden insgesamt 720 Bilder I an voneinander verschiedenen Brennpunktpositionen H detektiert.
Nachfolgend führt die Analyseeinheit 73 eine Analyse basierend auf jedem der Bilder I durch, um die Kalibrierdaten zu erzeugen bzw. zu generieren, welche eine Korrespondenzbeziehung zwischen der Phase des Antriebssignals Cf und der Brennpunktposition H zeigen. Spezifisch detektiert die Analyseeinheit 73 einen Brennpunktbereich (beispielsweise fokussierten Gitterbereich auf der Kalibrieroberfläche 91) von jedem der Bilder I und berechnet einen Z Wert (d.h. die Brennpunktposition H) entsprechend jedem der Brennpunktbereiche basierend auf den Pixel- bzw. Bildpunktkoordinaten von jedem der Fokus- bzw. Brennpunktbereiche, einen Neigungswinkel θ des Kalibrierwerkzeugs 9 und dgl. Dann werden Datenpunkte basierend auf der Phase des Antriebssignals Cf entsprechend jedem der Bilder I und der Brennpunktposition H entsprechend jedem der Bilder I aufgezeichnet bzw. dargestellt, um eine angenäherte Kurve zu berechnen, wodurch die Kalibrierdaten erzeugt werden.
Ein Beispiel der Kalibrierdaten ist durch eine durchgehende Linie in dem Graph von 5 gezeigt. Wie dies durch die durchgehende Linie in 5 gezeigt ist, zeigt die Brennpunktposition H die Änderungswellenform Mf, welche zyklisch in Übereinstimmung mit der Phase des Antriebssignals Cf variiert.
Eine ideale Wellenform Mfi, welche basierend auf dem Antriebssignal Cf berechnet wird, ist durch eine punktierte bzw. strichlierte Linie in 5 gezeigt. Die Änderungswellenform Mf des Antriebssignals Cf weist einen gewissen Offset bzw. Versatz relativ zu der idealen Wellenform Mfi auf. Dieser Versatz wird allgemein durch eine Änderung in Linseneigenschaften der Flüssigkeits-Resonanzlinse 14 bewirkt, welche durch eine Temperaturänderung bewirkt wird.
Der Versatz der Änderungswellenform Mf des Antriebssignals Cf beinhaltet eine Abweichung B einer Amplitude D.
Die Analyseeinheit 73 berechnet einen variablen Bereich Rh der Brennpunktposition H basierend auf den Kalibrierdaten und korrigiert die Abweichung B durch ein Einstellen bzw. Festlegen eines Mittelpunkts des variablen Bereichs Rh bei einem 0 Wert der Z Achse.
Der Versatz der Änderungswellenform Mf des Antriebssignals Cf beinhaltet auch eine Phasenverzögerung. Details der Phasenverzögerung werden später beschrieben werden. 5 zeigt eine negative Verzögerung, welche in der Änderungswellenform Mf der Brennpunktposition H bewirkt wird.
Die Analyseeinheit 73 berechnet eine Phasenbreite θw von einer Zyklusstartphase (0°) des Antriebssignals Cf bis zu einem positiven Peak bzw. einer positiven Spitze der Änderungswellenform Mf basierend auf den Kalibrierdaten und speichert die Phasenbreite θw in einem Speicher (nicht gezeigt) der Regel- bzw. Steuereinrichtung 7. Die Phasenbreite θw wird in dem später beschriebenen Bilddetektionsverfahren verwendet, um zu bestimmen, ob die Phasenverzögerung der Änderungswellenform Mf positiv oder negativ ist.
Bilddetektionsverfahren
Das Bilddetektionsverfahren gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird unten unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm in 6 und auf Graphen in 7 bis 13 beschrieben werden. Es sollte festgehalten werden, dass ein Fall, wo m+1 Detektionsphasen θd_n (n = 0, 1, 2 ... m) festgelegt bzw. eingestellt sind bzw. werden und Bilder I (Bildgruppe) entsprechend jeweiligen Detektionsphasen θd_n detektiert werden, unten beschrieben werden wird. Weiters repräsentieren Ordinatenachsen in 7 bis 13 jeweils die Detektions-Brennpunktposition Hd in dem variablen Bereich Rh der Fokus- bzw. Brennpunktposition H (-1,0 ≤ Rh ≤ 1,0).
Einleitend speichert die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 in dem Speicher 64 die Phasenbreite θw, die Anzahl von Abständen m und einen Detektionsbereich (oberes Grenzverhältnis Pt, unteres Grenzverhältnis Pb), welche von der Regel- bzw. Steuereinrichtung 7 erhalten werden (Schritt S1). Die Phasenbreite θw ist ein Wert, welcher aus den oben beschriebenen Kalibrierdaten berechnet wird. Die Anzahl von Abständen m, das obere Grenzverhältnis Pt bzw. Verhältnis der oberen Grenze und das untere Grenzverhältnis Pb bzw. Verhältnis der unteren Grenze sind Werte, welche beispielsweise durch das Betätigungs-Interface bzw. die Betätigungs-Schnittstelle 74 eingegeben werden.
Es sollte festgehalten werden, dass die Anzahl von Abständen m die Anzahl von Abständen zwischen den Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n (n = 0, 1, 2 ... m) in der Z Achse repräsentiert. Der Detektionsbereich, welcher ein Teil des variablen Bereichs Rh der Brennpunktposition H ist, welcher mit den Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt wird, ist bzw. wird durch das obere Grenzverhältnis Pt und das untere Grenzverhältnis Pb definiert. Das obere Grenzverhältnis Pt ist bzw. wird auf einen gewünschten Wert in einem Bereich von 0 < Pt ≤ 1,0 eingestellt bzw. festgelegt. Das untere Grenzverhältnis Pb ist bzw. wird auf einen gewünschten Wert in einem Bereich von -1,0 ≤ Pb < 0 eingestellt.
Nachfolgend bestimmt die Bereichsbestimmungseinheit 621, ob die Phasenverzögerung der Änderungswellenform Mf des Antriebssignals Cf positiv oder negativ verzögert ist, basierend auf der Phasenbreite θw, welche in dem Schritt S1 erhalten bzw. erlangt wird. Dann bestimmt, basierend auf dem Bestimmungsresultat, die Bereichsbestimmungseinheit 621 den bezeichneten erlaubbaren Bereich Wd der Detektionsphase θd_n (Schritt S2; Bereichsbestimmungsschritt).
7 ist ein Graph, welcher die Phasenverzögerung der Änderungswellenform Mf des Antriebssignals Cf zeigt. In 7 sind eine Änderungswellenform Mf-A und eine Änderungswellenform Mf-B jeweils positiv verzögert (positive Phasenverzögerung) und negativ verzögert (negative Phasenverzögerung) relativ zu der idealen Wellenform Mfi.
Die Phasenbreite θw der Änderungswellenform Mf-A von der Zyklus-Startphase (0°) des Antriebssignals Cf bis zu dem positiven Peak der Änderungswellenform Mf-A ist bzw. liegt in einem Bereich von 0° ≤ θw ≤ 180°.
Im Gegensatz dazu ist bzw. liegt die Phasenbreite θw der Änderungswellenform Mf-B von der Zyklus-Startphase (0°) des Antriebssignals Cf bis zu der positiven Spitze der Änderungswellenform Mf-B in einem Bereich von 180° ≤ θw ≤ 360°.
Es sollte festgehalten werden, dass der Winkel (Verzögerungswinkel θp) entsprechend der Phasenverzögerung in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform θp = θw in dem Fall der positiven Verzögerung und θp = -(360° - θw) in dem Fall der negativen Verzögerung ist.
In dem Schritt S2 bestimmt die Bereichsbestimmungseinheit 621, dass die Änderungswellenform positiv verzögert ist, wenn die Phasenbreite θw in einem Bereich von 0° ≤ θw ≤ 180° ist bzw. liegt und legt eine erste Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf als den bezeichneten erlaubbaren Bereich Wd (z.B. den Bereich von 0° bis 180°) fest (siehe 8).
Im Gegensatz dazu bestimmt die Bereichsbestimmungseinheit 621, dass die Änderungswellenform negativ verzögert ist, wenn die Phasenbreite θw in einem Bereich von 180° < θw < 360° ist bzw. liegt und legt eine zweite Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf als den bezeichneten erlaubbaren Bereich Wd (z.B. den Bereich von 180° bis 360°) fest (siehe 9).
Es sollte festgehalten werden, dass 8 und 9 jeweils ein Beispiel der idealen Wellenform Mfi der Brennpunktposition H zeigen.
Nachfolgend legt die Detektionsphasen-Festlegungseinheit 622 eine Startphase θd₀ und eine Endphase θd_m fest, welche sich auf die Detektionsphase θd_n des Antriebssignals Cf für den bezeichneten erlaubbaren Bereich Wd beziehen (Schritt S3).
Beispielsweise sind bzw. werden, wenn der bezeichnete bzw. bestimmte erlaubbare Bereich Wd die erste Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf ist (d.h. die positive Verzögerung; siehe 8), die Startphase θd₀ und die Endphase θd_m jeweils berechnet durch die Formeln (1) und (2) unten. $θ d_{0} = \frac{180}{π} \times c o s^{- 1} (1 \cdot P t)$
$θ d_{m} = \frac{180}{π} \times c o s^{- 1} (- 1 \cdot P b)$
Im Gegensatz dazu werden, wenn der bezeichnete erlaubbare Bereich Wd die zweite Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf ist (d.h. die negative Verzögerung; siehe 9), die Startphase θd₀ und die Endphase θd_m jeweils berechnet durch die Formeln (3) und (4) unten. $θ d_{0} = 360 - \frac{180}{π} \times c o s^{- 1} (1 \cdot P t)$
$θ d_{m} = 360 - \frac{180}{π} \times c o s^{- 1} (1 \cdot P b)$
Es sollte festgehalten werden, dass Pt und Pb jeweils das obere Grenzverhältnis und das untere Grenzverhältnis des Detektionsbereichs repräsentieren, welche in Schritt S1 erhalten wurden.
Nachfolgend berechnet die Detektionsphasen-Festlegungseinheit 622 einen Detektionsabstand ΔH, welcher ein Abstand zwischen den Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n ist, welche benachbart zueinander bzw. anschließend aneinander in der Richtung der Z Achse sind (Schritt S4). Der Detektionsabstand ΔH ist bzw. wird entsprechend den Formeln (5) bis (7) unten berechnet. Es sollte festgehalten werden, dass in den Formeln (5) bis (7) unten Hdo und Hd_m die Detektions-Brennpunktpositionen Hd entsprechend jeweils der Startphase θd₀ und der Endphase θd_m sind. $H d_{0} = cos θ d_{0}$
$H d_{m} = cos θ d_{m}$
$Δ H = \frac{H d_{0} - H d_{m}}{m}$
Nachfolgend berechnet die Detektionsphasen-Festlegungseinheit 622 die Detektionsphasen θd_n entsprechend den Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n (Schritt S5). Jede der Detektionsphasen θd_n wird entsprechend den Formeln (8) bis (9) unten berechnet. $H d_{n} = H d_{0} - n Δ H$
$θ d_{n} = c o s^{- 1} H d_{n} = c o s^{- 1} {c o s θ d_{0} - \frac{n (c o s θ d_{0} - cos θ d_{m})}{m}}$
Die Detektionsphasen θd_n (n = 0, 1, 2 ... m), wie sie in 8 oder 9 gezeigt sind, werden durch die oben beschriebenen Schritte S3 bis S5 eingestellt bzw. festgelegt und werden in dem Speicher 64 gespeichert (Detektionsphasen-Festlegungsschritt).
Dann berechnet die Detektions-Regel- bzw. -Steuereinheit 623 die Anzahl von Verzögerungszeiteinheiten bzw. -takten Wc_n (n = 0, 1, 2 ... m) (Schritt S6). Es sollte festgehalten werden, dass die Anzahl von Verzögerungszeiteinheiten Wc_n die Anzahl von Zeiteinheiten bzw. Takten eines Zeiteinheiten- bzw. Uhrsignals in der Linsen-Regel- bzw. -Steuereinheit 6 ist, welches verwendet wird, um einen Zeitpunkt-Offset bzw. -Versatz von den Detektionsphasen θd_n durch eine Periode entsprechend dem Verzögerungswinkel θp zu bezeichnen.
Beispielsweise wird, wenn die erste Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf als der bezeichnete erlaubbare Bereich Wd (die positive Verzögerung; siehe 10) eingestellt bzw. festgelegt wird, die Anzahl von Verzögerungszeiteinheiten Wc_n durch eine Formel (10) unten berechnet. $W c_{n} = \frac{θ_{w} \frac{π}{180} + θ d_{n}}{2 π \cdot F c \cdot F t}$
Im Gegensatz dazu wird, wenn die zweite Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf als der bezeichnete erlaubbare Bereich Wd (die negative Verzögerung; siehe 11) festgelegt wird, die Anzahl von Verzögerungszeiteinheiten Wc_n durch eine Formel (10) unten berechnet. $W c_{n} = \frac{θ_{w} \frac{π}{180} - θ d_{n}}{2 π \cdot F c \cdot F t}$
Es sollte festgehalten werden, dass Fc und Ft in den obigen Formeln (10) und (11) die Frequenz [Hz] des Uhrsignals bzw. die Frequenz [Hz] des Antriebssignals Cf repräsentieren. Es wird angenommen, dass die Frequenz des Zeiteinheiten- bzw. Uhrsignals ausreichend höher als die Frequenz des Antriebssignals Cf ist.
Es sollte auch festgehalten bzw. angemerkt werden, dass 10 und 11 jeweils die ideale Wellenform Mfi der Brennpunktposition H, berechnet basierend auf dem Antriebssignal Cf, und eine tatsächliche phasenverzögerte Änderungswellenform Mf in einer durchgehenden Linie bzw. einer strichlierten Linie zeigen.
Nachfolgend führen die Detektions-Regel- bzw. -Steuereinheit 623 und die Bilderfassungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 63 eine Bilddetektionsregelung bzw. -steuerung für ein Detektieren der Bilder In entsprechend den jeweiligen Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n durch (Schritt S7; Detektions-Regel- bzw. -Steuerschritt).
Beispielsweise schaltet die Detektions-Regel- bzw. -Steuereinheit 623 das Beleuchtungssignal Ci zu einem Zeitpunkt ein, bei welchem das Antriebssignal Cf nach vorne von der Zyklus-Startphase (0°) um die Anzahl von Verzögerungszeiteinheiten Wc_n vorgestellt ist. Derart wendet bzw. legt die Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht die gepulste Beleuchtung zu einem Zeitpunkt (Bilddetektions-Zeitpunkt T_n) an, wo der Verzögerungswinkel θp an bzw. auf der Detektionsphase θd_n reflektiert wird (siehe 12 oder 13). Weiters behält die Bilderfassungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 63 die Bilderfassungseinheit 4 belichtet bei, während eine vorbestimmte Anzahl von gepulster Beleuchtung angewandt wird.
Im Schritt S7 wird der oben beschriebene Regel- bzw. Steuerprozess wiederholt von n = 0 bis n = m durchgeführt. Dementsprechend werden die Bilder In (Bildgruppe), welche bei jeweiligen Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n (n = 0, 1, 2 ... m) fokussiert sind, detektiert.
Der Prozess, welcher durch das Flussdiagramm in 6 gezeigt wird, ist bzw. wird derart beendet.
Nachfolgend analysiert die Analysiereinheit 73 die Bildgruppe, welche durch das oben beschriebene Bilddetektionsverfahren detektiert wird, um eine Höhe eines Zielabschnitts und/oder ein Oberflächenprofil des Werkstücks W zu messen. Es sollte festgehalten werden, dass das Messverfahren, welches dasselbe wie dasjenige in dem Stand der Technik ist, hierin nicht beschrieben werden wird.
Vorteil(e) der beispielhaften Ausführungsform
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform, in welcher der Bilddetektions-Zeitpunkt T entsprechend der Detektionsphase θd unter Berücksichtigung der Phasenverzögerung der Änderungswellenform Mf der Brennpunktposition H korrigiert wird, erlaubt eine genaue Detektion des Bilds, welches bei der Detektionsphase θd angenommen wird. Weiters ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, da die Detektionsphase θd in dem bezeichneten erlaubbaren Bereich Wd eingestellt bzw. festgelegt wird, welcher basierend darauf bestimmt wird, ob die Phasenverzögerung positiv oder negativ ist, der Bilddetektions-Zeitpunkt T, welcher durch ein Reflektieren der Phasenverzögerung an der Detektionsphase θd korrigiert wird, nicht in einem Bereich nahe zu dem Zyklus-Umschaltpunkt (360°) des Antriebssignals Cf angeordnet (siehe 10 oder 11).
Ein Phasenbereich DB, in welchem es schwierig ist, normal das Bild I zu detektieren, ist in dem Bereich nahe zu dem Zyklus-Umschaltpunkt des Antriebssignals Cf vorhanden. Der Phasenbereich DB ist ein vorbestimmter Phasenbereich, welcher den Zyklus-Umschaltpunkt beinhaltet. Beispielsweise ist die Breite des Phasenbereichs DB in einem Teil vor dem Zyklus-Umschaltpunkt im Wesentlichen dieselbe wie die Pulsbreite des Beleuchtungssignals Ci. Im Gegensatz dazu ist die Breite des Phasenbereichs DB in einem Teil nach dem Zyklus-Umschaltpunkt im Wesentlichen dieselbe wie die Periode, welche erforderlich ist, um das Beleuchtungssignal Ci auszuschalten.
14 und 15 sind Graphen, welche Vergleichsbeispiele der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zeigen.
14 zeigt ein Vergleichsbeispiel, in welchem die Detektionsphase θd(r) in der zweiten Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf festgelegt wird, während die Änderungswellenform Mf der Brennpunktposition H positiv verzögert ist bzw. wird. In diesem Vergleichsbeispiel wird, da der Bilddetektions-Zeitpunkt T(r) an einer Periode in dem Phasenbereich DB vor dem Zyklus-Umschaltpunkt angeordnet ist und das Beleuchtungssignal Ci zwangsweise an dem Zyklus-Umschaltpunkt ausgeschaltet wird, eine Pulsbreite des Beleuchtungssignals Ci unzureichend, wodurch eine ungleichmäßige Beleuchtung bewirkt wird, wodurch versagt wird, normal das Bild I zu detektieren.
15 zeigt ein anderes Vergleichsbeispiel, in welchem die Detektionsphase θd(r) in der ersten Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf festgelegt wird, während die Phasenbreite θw negativ verzögert ist. In diesem Vergleichsbeispiel kann, da der Bilddetektions-Zeitpunkt T(r) an einer Periode in dem Phasenbereich DB unmittelbar nach dem Zyklus-Umschaltpunkt angeordnet ist, das Beleuchtungssignal Ci nicht eingeschaltet werden, wobei dies möglicherweise ein Versagen bei einem Regeln bzw. Steuern des Bilddetektions-Zeitpunkts T(r) bewirkt.
Verglichen mit den oben beschriebenen Vergleichsbeispielen ist der Bilddetektions-Zeitpunkt T der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform nicht in der Periode nahe zu dem Zyklus-Umschaltpunkt des Antriebssignals Cf angeordnet (d.h. nicht in dem Phasenbereich DB angeordnet, in welchem die normale Detektion des Bildes I schwierig ist). Demgemäß kann eine normale Detektion des Bilds I zuverlässig in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform durchgeführt werden.
Weiters ist bzw. wird ein Fall in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben, wo eine Mehrzahl von Bildern I detektiert wird (Bildgruppe), während monoton die Detektions-Brennpunktposition Hd_n (n = 0, 1, 2 ... m) variiert bzw. geändert wird. In diesem Fall kann, da die erste Hälfte oder die zweite Hälfte des Zyklus des Antriebssignals Cf als der bezeichnete erlaubbare Bereich Wd in Abhängigkeit davon bestimmt wird, ob die Phasenverzögerung negativ oder positiv ist, ein breiterer Phasenbereich, welcher nicht den Phasenbereich DB überlappt und die monotone Änderung in der Detektions-Brennpunktposition Hd_n erlaubt, als der Detektionsbereich sichergestellt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird eine Mehrzahl von Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n (n = 0, 1, 2 ... m), welche an gleichmäßigen Intervallen bzw. Abständen in dem variablen Bereich Rh der Brennpunktposition H angeordnet sind, berechnet und es wird die Phase des Antriebssignals Cf entsprechend jeder der Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n als die Detektionsphase θd_n (n = 0, 1, 2 ... m) bestimmt. Der Bilddetektions-Zeitpunkt T_n wird basierend auf der Detektionsphase θd_n geregelt bzw. gesteuert, um die Bildgruppe mit einem gleichmäßigen Abstand zwischen den Detektions-Brennpunktpositionen Hd_n zu detektieren.
Der Abstand zwischen den Detektions-Brennpunktpositionen, welcher typischerweise ungleichmäßig ist, da das Bild bei gleichen Phasenintervallen bzw. -abständen detektiert wird, wird derart in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ausgeglichen bzw. vergleichmäßigt, wodurch eine Messung höherer Genauigkeit der Verlagerung, des Oberflächenprofils und dgl. des Werkstücks W erlaubt wird.
Modifikationen
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform beschränkt bzw. begrenzt, sondern beinhaltet Modifikationen bzw. Abwandlungen und dgl., solange derartige Modifikationen und dgl. mit einem Ziel bzw. Gegenstand der Erfindung kompatibel sind.
Beispielsweise sind in der beispielhaften Ausführungsform die Detektions-Brennpunktpositionen Hd in gleichen Intervallen in dem variablen Bereich Rh der Brennpunktposition H angeordnet und es ist bzw. wird die Detektionsphase θd basierend auf jeder der Detektions-Brennpunktpositionen Hd bestimmt. Jedoch ist die Erfindung nicht notwendigerweise wie in der beispielhaften Ausführungsform konfiguriert bzw. aufgebaut. Spezifisch kann die Mehrzahl von Detektionsphasen θd an gewünschten Intervallen (z.B. an Intervallen gleicher Phase bzw. gleichen Phasenintervallen) in der beispielhaften Ausführungsform angeordnet sein.
Obwohl eine Mehrzahl von Detektionsphasen θd eingestellt bzw. festgelegt wird, um eine Serie von Bildgruppen in der beispielhaften Ausführungsform zu detektieren, ist die Erfindung für den Zweck eines Einstellens bzw. Festlegens einer einzelnen Detektionsphase θd anwendbar. Beispielsweise kann, nach einem Bestimmen des bezeichneten erlaubbaren Bereichs Wd in dem oben beschriebenen Schritt S2, wenigstens eine Detektionsphase θd in dem bezeichneten erlaubbaren Bereich Wd festgelegt werden.
In der Erfindung kann, anstelle der Bereichsbestimmungseinheit 621, die Analysiereinheit 73, ob die Phasenverzögerung positiv oder negativ ist, basierend auf der Phasenbreite θw bestimmen, und das Bestimmungsresultat der Bereichsbestimmungseinheit 621 zur Verfügung stellen.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die gepulste Beleuchtung verwendet, um das Bild I entsprechend der Detektionsphase θd zu detektieren. Jedoch muss die Erfindung nicht notwendigerweise wie in der beispielhaften Ausführungsform konfiguriert sein.
Beispielsweise kann eine kontinuierliche Beleuchtungseinrichtung anstelle der Beleuchtungseinrichtung 3 für gepulstes Licht in einer Modifikation verwendet werden. In der Modifikation wird die Bilderfassungseinheit 4, welche einen Hochgeschwindigkeitsverschluss beinhaltet, welcher fähig ist, eine extrem kurze Belichtungszeit zur Verfügung zu stellen, zu dem Bilddetektions-Zeitpunkt T belichtet, wodurch das Bild I entsprechend der Detektionsphase θd detektiert wird. In der Modifikation dient die Bilderfassungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 63 als die Bereichsbestimmungseinheit, die Detektionsphasen-Festlegungseinheit und die Detektions-Regel- bzw. -Steuereinheit der Erfindung anstelle der Beleuchtungs-Regel- bzw. -Steuereinheit 62.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2020 [0002]
JP 106480 A [0002]
JP 2020106841 A [0041]

Claims

Bilddetektionsvorrichtung (1), umfassend: ein optisches Bilddetektionssystem (10), umfassend eine Flüssigkeits-Resonanzlinse (14), wobei eine Brennpunktposition (H) des optischen Bilddetektionssystems (10) zyklisch in Übereinstimmung mit einem Antriebssignal (Cf) variiert, welches an die Flüssigkeits-Resonanzlinse (14) eingegeben wird; einen Bilddetektor (2), welcher konfiguriert ist, um ein Bild (I) entsprechend einer Detektionsphase (θd) des Antriebssignals (Cf) durch das optische Bilddetektionssystem (10) zu detektieren; eine Bereichsbestimmungseinheit (621), welche konfiguriert ist, um eine erste Hälfte oder eine zweite Hälfte eines Zyklus des Antriebssignals (Cf) als einen bezeichneten erlaubbaren Bereich (Wd) der Detektionsphase (θd) basierend darauf zu bestimmen, ob eine Phasenverzögerung, welche durch eine Änderungswellenform (Mf) der Brennpunktposition (H) gezeigt wird, positiv oder negativ ist; eine Detektionsphasen-Einstelleinheit (622), welche konfiguriert ist, um die Detektionsphase (θd) in dem bezeichneten erlaubbaren Bereich (Wd) einzustellen; und eine Detektions-Regel- bzw. -Steuereinheit (623), welche konfiguriert ist, um einen Bilddetektions-Zeitpunkt (T) durch den Bilddetektor (2) auf einen Zeitpunkt zu regeln bzw. zu steuern, welcher von der Detektionsphase (0d) um einen Winkel (θp) entsprechend der Phasenverzögerung versetzt ist.
Bilddetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Detektionsphasen-Einstelleinheit (622) konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Detektions-Brennpunktpositionen (Hd) zu berechnen, welche an gleichmäßigen Intervallen in einem variablen Bereich (Rh) der Brennpunktposition (H) angeordnet sind, und eine Phase des Antriebssignals (Cf) entsprechend jeder der Detektions-Brennpunktpositionen (Hd) als die Detektionsphase (θd) einzustellen.
Bilddetektionsverfahren, welches durch eine Bilddetektionsvorrichtung (1) durchgeführt wird, umfassend: ein optisches Bilddetektionssystem (10), umfassend eine Flüssigkeits-Resonanzlinse (14), wobei eine Brennpunktposition (H) des optischen Bilddetektionssystems (10) zyklisch in Übereinstimmung mit einem Antriebssignal (Cf) variiert, welches in die Flüssigkeits-Resonanzlinse (14) eingegeben wird; und einen Bilddetektor (2), welcher konfiguriert ist, um ein Bild (I) entsprechend einer Detektionsphase (θd) des Antriebssignals (Cf) durch das optische Bilddetektionssystem (10) zu detektieren, wobei das Verfahren umfasst: ein Bestimmen einer ersten Hälfte oder einer zweiten Hälfte eines Zyklus des Antriebssignals (Cf) als einen bezeichneten erlaubbaren Bereich (Wd) der Detektionsphase (θd) basierend darauf, ob eine Phasenverzögerung, welche durch eine Änderungswellenform (Mf) der Brennpunktposition (H) gezeigt wird, positiv oder negativ ist; Einstellen bzw. Festlegen der Detektionsphase (θd) in dem bezeichneten erlaubbaren Bereich (Wd); und Regeln bzw. Steuern eines Bilddetektions-Zeitpunkts (T) durch den Bilddetektor (2) auf einen Zeitpunkt, welcher von der Detektionsphase (θd) um einem Winkel (θp) entsprechend der Phasenverzögerung versetzt wird.