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Verbesserung der Subapertur-Interferometrie durch absolute Abstandsmessung

08.01.2015

In einem Projekt mit externen Partnern (ETALON AG und TEM Messtechnik GmbH) ist ein absolut messender Lasertracer entwickelt worden, der mehrere Abstände im Raum nacheinander hochgenau und absolut messen kann. Damit können speziell Subapertur-Interferometer verbessert werden, da jetzt Lage und Verkippung des Sensorkopfes exakt bestimmt werden können. 

Bei der Subapertur-Interferometrie werden Teile des Prüflings mit einem flächenmessenden Interferometer gemessen und anschließend werden die Einzeltopografien zu einer Gesamttopografie zusammengefügt. Es können sich jedoch dabei Fehler des Interferometers aufschaukeln. Dies kann man durch geeignete Zusatzmessgrößen verhindern, wie z.B. bei dem Traceable Multi Sensor – Verfahren [1]. Wichtige Zusatzinformationen sind z.B. die genaue Lage und Verkippung des Interferometers (genauer: des Sensorkopfes) während der Messungen. Zur Bestimmung dieser Größen eignen sich so genannte Lasertracer, mit denen der Abstand zwischen Sensorkopf und einer ortsfesten Referenz gemessen werden kann.

Der Lasertracer [2] beinhaltet ein Abstandsinterferometer, das den Abstand zwischen einer im Gerät befindlichen Kugel und einer externen Retroreflektorkugel misst. In der ursprünglichen Variante geschieht dies mittels eines inkrementell zählenden Interferometers, das jedoch bei einer Strahlunterbrechung seinen Bezug verliert. Bei der Weiterentwicklung, die im Rahmen eines Projektes im „Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)“ gefördert wurde, habe die Kooperationspartner ETALON AG, TEM Messtechnik GmbH und die PTB eine absolut messende interferometrische Technik in den Lasertracer integriert und getestet; Abb.1 zeigt den Testaufbau.

Abb. 1: Foto des absolut messenden Lasertracers im Test an einer Koordinatenmessmaschine. Links im Bild sind vier fest zu einander montierte Kugel zu sehen, die der Lasertracer nacheinander anvisieren kann.

Ein weiterer Aspekt der PTB-Arbeiten war die Untersuchung geeigneter Konstellationen, um einen Sensorkopf mit einem solchen Lasertracer in Position und Lage erfassen zu können. Hier wurden mittels Simulationen geeignete Konstellationen untersucht und gefunden, auch unter Einbeziehung von Umlenkspiegeln.

Ein Einsatz des Systems ist insbesondere an dem Asphären-Interferometer [3] der PTB geplant.

Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die Förderung des Projektes im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand.


Literatur:

[1] C. Elster, I. Weingärtner, M. Schulz, Coupled distance sensor systems for high-accuracy topography measurement: Accounting for scanning stage and systematic sensor errors, Prec. Eng. 30, 32-38 (2006)

[2] siehe z.B. http://www.etalon-ag.com/

[3] M. Schulz, R. Bergmans, G. Blobel, I. Fortmeier, S. Quabis, A. Wiegmann, Aktueller Stand des EMRP-Projektes zur absoluten Formmessung optischer Komponenten, DGaO Proc. (2014),
www.dgao-proceedings.de/download/115/115_a32.pdf