CN101023338A - 具有带镜面区的参考面的干涉测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种干涉测量系统，该系统包括：具有光源和照明镜组的用于形成照明光路的照明臂；具有参考元件的用于形成成像光路的物体臂，该参考元件用于测量具有要测量的物面的物体，其中要测量的物体具有直接照明不能到达的物面；具有参考元件的参考臂；具有探测器的探测器臂；和分光器，其中参考元件具有一个或多个镜面区。因此能够在唯一的测量过程中测量具有在照明方向上侧凹的面的部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种干涉测量系统，该系统包括：具有光源和照明镜组的用于形成照明光路的照明臂；具有参考元件的用于形成成像光路的物体臂，该参考元件用于测量具有要测量的物面的物体，其中要测量的物体具有直接照明不能到达的物面；具有参考元件的参考臂；和具有探测器和分光器的探测器臂。
此外，本发明涉及一种可利用所述装置执行的测量方法。
背景技术
为了保证相应部件的质量，精密部件的制造需要用于检测部件的几何形状和构造的测量方法。诸如图像采集和图像分析、干涉测量、尤其是白光干涉测量的光学测量方法在这里作出重要的贡献。
白光干涉仪的原理基于将短相干光源用于成像系统的照明。成像系统除了普通的成像镜组之外还拥有被入射光的一部分穿过的参考臂。如果光在物体臂中的行程∧0和在参考臂中的行程∧R具有小于光的相干长度IC的行程差，即
|∧R-∧o |＜IC(1)
则重新会聚的光场因此可能具有可测量的干涉。这一点通过以下方式被利用，即在测量期间限定性地通过物体或参考元件沿着光轴的移动来改变光场的行程差。同时在进行平面测量的通常为CCD摄像机的探测器上测量重新会聚的光场的强度。由于只能在白光源的相干长度之内实现建设性的或破坏性的干涉，所以对由干涉所产生的强度调制的逐像素的分析提供强度相关图、每个单个像素的明确的高度信息。针对整个像素场来实施，这导致物体的完整的高度信息。
商用白光干涉仪典型地具有以下规格：
高度分辨率Δz由光的所采用的平均波长λm、相干长度IC和相关图分析算法的类型来给定。例如λm＝600nm、IC＝2μm的典型参数能够实现Δz＝1nm的值。
横向分辨率δ与常规的成像系统的横向分辨率相似，并且原则上受λm和成像镜组的数值孔径NA限制。
δ≥0,61λm/NA (2)
最大的可测量的总高度差zmax由产生参考臂和物体臂的行程差的技术可行性决定，该行程差精确地通过整个线路。被调节的压电系统目前能够实现zmax≤400μm的值。
如果要测量的位置能够容易地到达并具有主要为平坦的几何形状，则能够将常规的干涉仪、尤其是白光干涉仪系统用于上述任务。如果情况不是如此，则具有与要测量的物体相匹配的特殊镜组的干涉仪得到采用。但是这些干涉仪的缺点是，测量物体上的侧凹位于照明的阴影区内，并且因此不能被检测。为了测量这些面，物体必须被拆卸，并且在第二测量过程中进行检测。
发明内容
本发明的任务是提供一种干涉测量系统，该系统允许以唯一一次摄取对具有难以到达的面的物体进行三维测量。
通过参考元件具有一个或多个镜面区来解决本发明的涉及装置的任务。由此实现，光束到达侧凹的面，因此这些侧凹的面在同一个测量过程中能够像其余的面那样来测量。尤其是能够确定侧凹的面相对于其余的面的位置。
任何形状的侧凹、甚至具有不平坦的面的这种侧凹都可以通过以下方式来测量，即如下使镜面区与物体相匹配，使得该镜面区在相对于成像光路的光轴的垂直线的各半角内像物面的要测量的子面那样被构造。
对像温度影响那样的环境影响特别不敏感的实施形式规定，将镜面区与参考元件整体连接。
如果镜面区被实施为分开的单元并且它例如通过粘接或螺钉与参考元件机械连接，则可以使该镜面区在一个分开的加工步骤中与物面的形状相匹配，并且必要时在同样的物体的情况下在另一个参考元件中被重新采用。
一种优选的实施形式规定，在参考元件中，除了镜面区之外，还构造有用于测量物面的第二参考面。由此实现，能够确定常用测量方法能到达的物面和通常不能到达的面的相对位置。
如果在参考元件中除了镜面区之外还构造有用于测量至少一个第二物面的至少一个第二参考面，则能够在深度扫描中确定所有感兴趣的物面相对于参考元件的位置。
通过以下方式来解决本发明的涉及方法的任务，即，使由物面所反射的光束与由所属的参考面所反射的光束产生干涉，而由直接照明不能到达的物面所反射的光束附加地通过镜面区被反射，并且然后与由所属的参考面所反射的光束产生干涉。由此实现，在唯一的测量过程中能够测量具有侧凹的部件，并且尤其是能够确定侧凹相对于其余的面的相对位置。
附图说明
以下借助图中所示出的实施例来更详细地阐述本发明。
图1示意地示出根据现有技术的白光干涉仪装置；
图2示意地示出本发明实施方案中的干涉测量系统；
图3示意地示出一种干涉测量系统，该系统适合于同时测量朝向和背向物镜的面。
具体实施方式
根据现有技术的图1中示意性地示出的白光干涉仪装置的干涉测量系统1包括物体41的要测量的表面所位于的物体臂40、具有光源21和由一个或多个透镜所构造的照明镜组22的照明臂20，该光源21和照明镜组22构成照明光路60。与照明臂20和物体臂40垂直地布置，干涉测量系统1包括具有参考元件11的参考臂10，该参考元件11与调节元件12、通常与压电系统机械耦合。探测器臂30位于参考臂10对面，该探测器臂30具有探测器31、通常进行平面测量的例如像CCD摄像机那样的探测器31，以及具有用于在成像光路70中使要分析的强度分布成像的透镜32。为了分析，存在(未更详细示出的)分析设备。
在此，分光器50分配不同的光束或将它们重新会聚，使得来自参考臂10的光束和来自物体臂40的光束能够在探测器臂30中在探测器31上以上述方式产生干涉。
在此，通过利用调节元件12使参考元件11移动或替代地通过利用同样的调节元件使物体41移动，能够实现对物体的扫描。
根据现有技术的干涉测量系统1的体系结构只允许测量物体41上的照明能够直接到达的面。物体41中的侧凹(Hinterschnitte)要求，将物体拆卸开并且在第二过程中测量这些面以及其它的物面，以便确定侧凹相对于在第一步骤中所测量的物面的位置。
与此相对，图2示意性示出一种干涉测量系统1，在该干涉测量系统1中根据本发明测量物体41上的直接照明不能到达的物面45。为此，物体41与具有至少一个镜面区46的参考元件42相连接。
来自这里没有示出的照明臂20的光通过透镜48朝物体41的方向射出。射中镜面区46的部分朝直接照明不能到达的物面45的方向被反射。该部分从该物面被反向反射，并且经由镜面区46穿过透镜48，并且通过这里没有示出的分光器50被输送给同样没有示出的探测器31。参考面47用作物面45的参考，该参考面47的反射光经过与由物面45所反射的光相同的光程长度，并且因此产生相同的干涉图案。
图3示出该干涉测量系统1的一种实施形式，该实施形式能够实现具有侧凹的完整物体41的测量。为此，在物体臂40中，将透镜48引到这里通过透镜49所示出的至少一个第二位置中。这导致对物体41的深度扫描。在透镜48的位置中物面43和所属的参考面44有助于干涉，而在透镜49的位置中借助镜面区46来测量物面45并且测量所属的参考面47。以此方式，物体41的所有感兴趣的面能够相对于彼此被测量。因此，在具有镜面区46的参考元件42的相应的扩展方案中，物体的所有感兴趣的面是可达的。
Claims (7)
1.干涉测量系统(1)，包括：
具有光源(21)和照明镜组(22)的用于形成照明光路(60)的照明臂(20)，
具有参考元件(42)的用于形成成像光路(70)的物体臂(40)，该参考元件(42)用于测量具有要测量的物面(45)的物体(41)，其中要测量的物体(41)具有直接照明不能到达的物面(45)，
具有参考元件(11)的参考臂(10)，
具有探测器(31)的探测器臂(30)，和
分光器(50)，
其特征在于，
所述参考元件(42)具有一个或多个镜面区(46)。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，如下使所述镜面区(46)与所述物体(41)相匹配，即所述镜面区(46)在相对于所述成像光路(70)的光轴的垂直线的各半角内像所述物面(45)的要测量的子面那样被构造。
3.按照权利要求1或2之一的装置，其特征在于，所述镜面区(46)与所述参考元件(42)整体连接。
4.按照权利要求1或2之一的装置，其特征在于，所述镜面区(46)被实施为分开的单元，并且例如通过粘接或螺钉与所述参考元件(42)机械连接。
5.按照权利要求1至4之一的装置，其特征在于，在所述参考元件(42)中，除了所述镜面区(46)之外，构造有用于测量所述物面(45)的第二参考面(47)。
6.按照权利要求1至5之一的装置，其特征在于，在所述参考元件(42)中，除了所述镜面区(46)之外，构造有用于测量至少一个第二物面(43)的至少一个第二参考面(44)。
7.用于运行干涉测量系统(1)的方法，该干涉测量系统(1)包括：
具有光源(21)和照明镜组(22)的用于形成照明光路(60)的照明臂(20)，
具有参考元件(42)的用于形成成像光路(70)的物体臂(40)，该参考元件(42)用于测量具有要测量的物面(45)的物体(41)，其中要测量的物体(41)具有直接照明不能到达的物面(45)，
具有参考元件(11)的参考臂(10)，
具有探测器(31)的探测器臂(30)，和
分光器(50)，
其特征在于，
使由物面(43)所反射的光束与由所属的参考面(44)所反射的光束产生干涉，而由直接照明不能到达的物面(45)所反射的光束附加地通过镜面区(46)被反射，并且然后与由所属的参考面(47)所反射的光束产生干涉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120118 Termination date: 20190718 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |