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3D-Rauheitsmesstechnik

Arbeitsgruppe 5.14

Streulichtverfahren

Wie empfindlich die Streuung von Licht auf Unregelmäßigkeiten auf glatten Oberflächen reagiert, kann jeder beobachten, der versucht einen Spiegel zu putzen, der von einer Halogenlampe mit streifendem Licht beleuchtet wird. Der Effekt der Lichtstreuung lässt sich auch quantitativ auswerten. Dabei müssen allerdings immer Annahmen gemacht werden. So liegt z.B. für die Auswertung der winkelaufgelösten Streulichtmessung und der Umrechnung in die Oberflächenkenngröße Rq das Modell zugrunde, dass die Oberflächenamplituden kleiner als λ/4 aber größer als λ/100 sind. Da Licht in einem großen Wellenlängenbereich zur Verfügung steht, haben sich die Streulichtmessverfahren zu einem empfindlichen und leistungsfähigen Verfahren der Oberflächenmesstechnik entwickelt, die je nach benutzter Wellenlänge einen großen Bereich von Oberflächenrauheit abdecken.

Bild: Streulicht-Messplatz

Der aufgeweitete Strahl des HeNe-Lasers (λ=633 nm) wird auf den Detektor fokussiert. Auf der Probe beträgt der Strahldurchmesser je nach verwendetem Aufweitungsobjektiv 3 mm oder 5 mm. Durch Drehen der Probe auf dem Goniometer kann der Einfallswinkel zwischen 0° und +85° variiert werden. Das von der Probe gestreute Licht wird von dem Empfänger unter dem Abtastwinkel β registriert. Der Abtastwinkel kann um 360° um die Probe herum variiert werden, so dass das Streulicht sowohl in Reflexion als auch im Durchlicht gemessen werden kann.
Gemessen werden kann die bidirektionale Streulichtverteilungsfunktion in Reflektion und Transmission (BRDF, BTDF) die Transmission und die Reflektivität einer Probe.
Aus der gemessenen Verteilungsfuntion kann die Leistungsdichtekurve (PSD) bestimmt und anschließend ein RMS-Wert für die Oberflächenrauheit berechnet werden.

Einige Kenngrößen des Streulicht-Messplatzes:

Wellenlänge: 632,8 nm
minimale auswertbare Rauheit in Rq: 0,1 nm
Polarisationsebene: bevorzugt s-polarisation, lasertypisch
der Aufbau verfügt über kein separates Polfilter
Winkelauflösung des Goniometers (Detektor): 0,001°
Blendendurchmesser am Detektor: 376 µm, 1524 µm, 3969 µm und 12903 µm
Dynamikbereich des Empfängers: Lock-in Technik mit Blendensteuerung
15 Dekaden

Die Probe befindet sich in einem x-y-Tisch der in x und y Richtung um jeweils ± 75 mm verfahren werden kann.