Kalibrierung von Autokollimatoren bei räumlichen Winkeln und in variablen Abständen

Der Spatial Angle Autocollimator Calibrator (SAAC) der PTB erweitert die Kalibrierung von Autokollimatoren vom ebenen auf räumliche Winkel bis zu 2500×2500 arcsec² und Abstände bis zu 1,8 m. Er basiert auf einer kartesischen Anordnung des Kalibriergegenstands und zweier Referenzautokollimatoren, welche auf einen Reflektorkubus gerichtet sind. Diese erlaubt es, den räumlichen Winkel mittels zweier ebener Winkel zu realisieren und ermöglicht so dessen Rückführung auf das nationale Normal, den WMT 220.

Die Bestimmung der Winkeljustagen der opto-mechanischen Komponenten des SAAC in situ und deren Korrektur ist ein integraler Bestandteil der Datenanalyse [1]. Damit verbleibt die Messunsicherheit der Referenzautokollimatoren als der signifikante Unsicherheitsbeitrag. Die Standardmessunsicherheit des SAAC beträgt aktuell 7,5·10^-3 arcsec. Die Validierung des Messunsicherheitsbudgets erfolgte u.a. mittels eines Fehlertrennverfahrens, welches auf redundanten Messungen unter verschiedenen Orientierungen des Kalibriergegenstands relativ zum SAAC beruht. Es wurde auch ein Verfahren entwickelt, um den Unsicherheitsbeitrag der Interpolationsfehler der Referenzautokollimatoren auf kleinen Winkelskalen künftig erheblich zu reduzieren [2].

Mit dem SAAC konnte der Einfluss des Luftdrucks auf die Winkelmessung mit Autokollimatoren charakterisiert werden. Die Verbesserung der Formmessung von Synchrotron- und XFEL-Optiken mittels Autokollimatoren mit internationalen Partnern ist ein weiteres Anwendungsgebiet.


Abb. 1: Kartesische Anordnung des zu kalibrierenden Autokollimators und der zwei Referenzautokollimatoren des SAAC, welche an einem Granitwinkel befestigt sind. Die Autokollimatoren sind den Seiten eines Reflektorkubus zugewandt, der auf einer Zweiachsen-Kippeinheit montiert ist. Der Abstand des Kalibriergegenstandes zum Kubus kann mittels einer Linearführung von 300 mm (dargestellte Konfiguration) bis 1800 mm variiert werden.


Abb. 2: Messabweichung eines Autokollimators in beiden Messachsen. Die Pfeile geben Richtung und Betrag der Messabweichung an, der Betrag ist zusätzlich farbkodiert. Die Messabweichung ist von beiden Messachsen abhängig.

Referenzen

[1] M. Schumann, R.D. Geckeler, M. Krause, A. Just (2019), The Spatial Angle Autocollimator Calibrator: Optimised model, uncertainty budget and experimental validation, Metrologia 56 (1), S. 15011, DOI: 10.1088/1681-7575/aaee2e

[2] Patentantrag DE 428 der PTB, Aktenzeichen beim Europäischen Patentamt 17184994.6, Erfinder: M. Schumann, R.D. Geckeler