31.12.2004
Um die Form großer optischer Oberflächen zu messen, ist es oft unzweckmäßig oder zu teuer, ganzflächige Messgeräte, wie z. B. Fizeau-Interferometer, zu verwenden. Eine alternative Möglichkeit ist es, die Oberflächen mit subaperturigen Sensorsystemen in gewissen Rasterschritten zu scannen und die Informationen geeignet zusammenzufügen. Bei Interferometern wird ein solches Vorgehen oft als „Stitching“ bezeichnet.
Bei vielen Verfahren der Formmessung wirken sich allerdings die systematischen Fehlereinflüsse des Sensors und der Verschiebeeinheit verfälschend aus. Insbesondere der sphärische bzw. quadratische Anteil der Oberflächenform stellt ein Problem dar, da nicht unterschieden werden kann, ob entsprechende Formkomponenten des Messergebnisses vom Prüfling, der Verschiebeeinheit oder dem Sensor herrühren.
Um dieses Problem zu lösen wurde in einer Zusammenarbeit der Arbeitsgruppe Bildoptik mit der Arbeitsgruppe Messdatenanalyse und Messunsicherheit (Abteilung Medizinphysik und metrologische Informationstechnik) ein neuartiges Sensorprinzip entwickelt, das einen zusätzlichen Winkelsensor nutzt. Für lineare Scansysteme wurde ein geeignetes Auswerteverfahren entwickelt. Das System kann auf die Basisgrößen Länge und Winkel zurückgeführt werden und ist in erster Ordnung frei von Fehlereinflüssen der Führung und der Sensoren.
Prinzip eines rückführbaren Multisensor-Systems für geradlinige Scansysteme
Um die Leistungsfähigkeit des Messverfahrens zu überprüfen wurde ein erster Testaufbau mit einem kleinen flächenmessenden Interferometer und einem Autokollimationsfernrohr als Winkelmessgerät realisiert.
Kompaktinterferometer (Mitte) als Vielfach-Abstandssensor und Autokollimationsfernrohr (vorne rechts) als Winkelsensor messen einen Prüfling von ca. 170 mm Durchmesser
In theoretischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass für dieses System eine Topografieermittlung mit geringer Unsicherheit auch beim Vorhandensein typischer Rausch- und Fehleranteile des Sensors möglich ist und Messunsicherheiten im Nanometer- oder sogar sub-Nanometerbereich möglich sind.