用于借助对菲涅尔衍射边界曲线的评估确定物体的至少一个边缘的位置的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘的位置的方法。这 样的条状体可以例如是线缆，其包括导体和包围所述导体的绝缘部。存在测量这样的条状 体、尤其是确定位置或直径的需要。对条形的物体的光学测量例如由EP 0 924 493 B1已 知，其中通过优选激光二极管的聚合的单色的光在没有成像的光学系统的情况下在光传感 器上投影出要测量的条状体的阴影。相比于以成像的光学系统工作的测量方法，利用该方 法在布置结构的相对小的尺寸的情况下可取得高的测量精度。基于光源的聚合的单色的辐 射在条状体的几何的阴影界限上产生衍射边界。由接收的衍射边界可以确定几何的阴影界 限。这例如通过与由衍射理论已知的参考衍射图案比较而成为可能。该参考图案的自由参 数、尤其是延伸和地点的移动变化这样长时间，直到产生参考衍射图案和测得的衍射边界 强度的曲线之间的优化的相关性。该相关性当然相对耗费计算时间，从而备选地评估衍射 边界的典型的特征点、例如局部的最大强度和最小强度的位置，并且由此可以推断出几何 的阴影界限的位置。
[0002] 相关法如提到的是非常耗费计算时间的，而对衍射边界的典型的特征点的评估是 快速并且在通常的使用情况中实现突出的测量精度。因为分析当然限制于衍射边界的典型 的特征点的限定的数量，可能发生有缺陷的结果，如果典型的特征点被干扰的话。例如在光 学系统的显著污染或在测量透明的或非常薄的条状体时会是这种情况。这样可以例如通过 穿过透明的待测量物料到达的光分量导致干扰衍射边界并且借此也导致干扰典型的特征 点。在非常薄的条状体中，可能出现基于两个衍射边界的相互影响的干扰。
【发明内容】
[0003] 因此从解释的现有技术出发，本发明的任务是，提供一种开头所述类型的方法，其 在衍射边界干扰时也提供可靠的测量结果并且在此实现高的测量和评估速度。
[0004] 本发明通过独立权利要求1、2和3解决该任务。有利的设计在从属权利要求、说 明书和附图中得出。
[0005] 本发明按照第一方面通过一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘的位 置的方法解决该任务，其具有步骤：
[0006]-利用至少一个聚合的光源的光照亮物体，其中，在由物体引起的阴影的两个几 何的界限上产生衍射边界，
[0007] _利用至少一个单行或多行的光学的传感器接收至少一个衍射边界的空间的强 度曲线，
[0008]-将所述至少一个接收的强度曲线按照位置微分并且关于二次的位置轴线描绘，
[0009] _将所述按照位置微分的并且关于二次的位置轴线记录的至少一个接收的强度 曲线与至少一个周期性的参考强度曲线比较，
[0010] -基于进行的比较确定所述物体的至少一个边缘的位置。
[0011] 本发明按照第二方面通过一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘的位 置的方法解决该任务，其具有步骤：
[0012] -利用至少一个聚合的光源的光照亮物体，其中，在由物体引起的阴影的两个几 何的界限上产生衍射边界，
[0013]-利用至少一个单行或多行的光学的传感器接收至少一个衍射边界的空间的强 度曲线，
[0014] _将所述至少一个接收的强度曲线按照位置微分，
[0015] _将所述按照位置微分的至少一个接收的强度曲线与至少一个参考强度曲线比 较，所述参考强度曲线如由周期性的函数得出，如果所述函数具有与位置成基本上反线性 相关性的周期长度的话，
[0016]-基于进行的比较确定物体的至少一个边缘的位置。
[0017] 本发明最后按照第三方面通过一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘 的位置的方法解决该任务，所述方法具有下述步骤：
[0018]-利用至少一个聚合的光源的光照亮物体，其中，在由物体引起的阴影的两个几 何的界限上产生衍射边界，
[0019]-利用至少一个单行或多行的光学的传感器接收至少一个衍射边界的空间的强 度曲线，
[0020] _将所述至少一个接收的强度曲线与至少一个参考强度曲线比较，如其由周期性 的函数得出的，如果所述函数具有与位置成基本上反线性的相关性的周期长度并且所述函 数关于位置积分的话，
[0021] -基于进行的比较确定物体的至少一个边缘的位置。
[0022] 几何的阴影界限构成关于物体位置的直接信息。物体位置的确定在此也包括例如 确定物体的仅一个边缘的位置。本发明利用如原则上由EP 0 924 493 B1已知的测量构造。 物体或者说条状体可以在横截面中大致为圆形。可以涉及线缆，尤其是涉及包括至少一个 导体和至少一个包围所述导体的绝缘包封部的线缆。所述至少一个聚合的光源可以在此尤 其是也发射单色的光。所述光源可以是激光器、尤其是二极管激光器。光学的传感器可以 例如是CCD或CMOS传感器、尤其是CCD或CMOS行传感器。
[0023] 按照本发明评估光强的菲涅尔衍射曲线，其在聚合的照明中在处于物体后面不太 远处的传感器上产生。这些衍射曲线能够通过菲涅尔积分数学地说明。当然对于所述积分 不存在由其能够简单计算衍射边界参考强度曲线的封闭的分析解法。如开头提到的，由EP 0 924 493 B1已知相关法，其中测量的衍射边界曲线与参考曲线比较。然而该方法对于亚 微米范围中的测量精度是不切实际的，因为要存储非常大的数量的参考曲线。
[0024] 物体的位置的确定按照本发明基于至少一个接收的强度曲线和至少一个参考强 度曲线之间的比较或相关联进行。参考强度曲线可以例如经验地配置有确定的几何的阴影 界限和物体的借此确定的位置。本发明的所有三个方面基于共同的认识，即，接收的衍射边 界曲线的周期持续时间与使用的传感器上的位置坐标具有反线性的或几乎反线性的相关 性。亦即周期持续时间随lAx-x gJ减小，其中x是位置并且xgM是几何的阴影界限的位 置。测得的强度曲线因此可以与参考强度曲线比较，所述参考强度曲线同样具有其周期持 续时间与位置坐标的这样的逆线性的或几乎反线性的相关性。在参考强度曲线的函数的自 变量中，这时位置坐标X尤其是以二次出现。
[0025] 本发明按照所有三个方面此外共同的认识是，一方面由在边缘上引起的接收的衍 射边界曲线I (X)通过按照位置的微分或求导和另一方面关于二次的x轴线的记录，能够产 生尤其是非常好地接近正弦函数的周期性的函数。后一种行为（关于二次的位置轴线的记 录提供周期性的曲线）导致，在周期性的函数的自变量中的位置x以二次出现，因 此适用V(x) =x2。因此对于在边缘上求导的衍射边界曲线适用通过正弦函数的近似：
[0026]
[0027] 对应地可以通过正弦函数产生参考曲线IRrf(x)，所述参考曲线非常好地对应于接 收的强度曲线。为此在正弦函数的自变量中的位置x以二次设置并且随后所述函数值关于 位置积分：
[0028]
[0029] 在本发明的第一方面中，两个以上列举的运算（按照位置的微分和关于二次的位 置轴线的记录）应用到接收的强度曲线上并且所述接收的强度曲线直接与周期性的函数、 例如正弦函数比较。在本发明的第二方面中，两个运算中的第一运算、即按照位置的微分应 用到接收的强度曲线上。这样获得的强度曲线与参考强度曲线比较，如其例如由正弦函数 产生的，在所述正弦函数的自变量中，位置x以二次出现。因此参考强度曲线在该情况中是 如下曲线，所述曲线的周期长度与位置具有反线性的相关性。在本发明的第三方面中，不同 于第二方面，在产生参考强度曲线时对接收的强度曲线按照位置的微分通过关于位置的积 分代替。因此在第三方面中，参考强度曲线对应于方程（1)产生。本发明的所述三个方面 接着参考图6至8进一步解释。
[0030] 明显的是，所有三个方面基于相同的认识。区别仅在于，测量的强度曲线在比较之 前是否经历并且经受多少运算、尤其是数学的运算。对应地然后选择用于比较考虑的参考 强度曲线。当然，参考强度曲线尤其是在本发明的第二和第三方面中不是必须实际上经受 第一和第二运算的所述一个或两个反运算。而是它们可以对于按照本发明的方法已经作为 存储的参考曲线存在。但它们对应于如下函数，所述函数由周期性的函数、例如周期性的正 弦函数出发通过使用一个或两个数学的反函数可能产生。当然还有，本发明的一些或全部 的方法步骤按照一个或多个、尤其是全部的三个方面也可以平行地、即局部或完全同时地 实施。
[0031] 周期性的函数、例如正弦函数比其他函数可显著更简单地评估，尤其是在透明的 或非常薄的物体中，其方式为，所述至少一个接收的强度曲线与周期性的参考强度曲线、尤 其是正弦形的参考强度曲线比较或相关。尤其是当最初接收的强度曲线具有显著的可能使 评估变得困难或甚至成为不可能的干扰时，能够通过强度曲线的按照位置的一阶导数和关 于二次的位置轴线的记录产生如下曲线，所述曲线能够非常好地接近正弦曲线。所述正弦 曲线的重要信息、如相位和频率，也能够在存在强烈干扰的接收的衍射边界曲线时被提取。 如解释的，本发明基于如下认识，即，在边缘的菲涅尔衍射图案中的强度波动的周期持续时 间关于位置并且尤其是关于与几何的阴影界限的距离反线性地改变。基于该认识，能够在 运行时间