DD157829A1

DD157829A1 - Verfahren zur beruehrungslosen pruefung sphaerischer flaechen

Info

Publication number: DD157829A1
Application number: DD22880981A
Authority: DD
Inventors: Reiner Hofmann; Volker Eberhardt; Humbert Scholze; Volker Guyenot
Original assignee: Reiner Hofmann; Volker Eberhardt; Humbert Scholze; Volker Guyenot
Priority date: 1981-04-01
Filing date: 1981-04-01
Publication date: 1982-12-08

Abstract

Bei einem Verfahren zur beruehrungslosen Pruefung sphaerischer Flaechen wird die Formgenauigkeit der zu pruefenden Flaeche und ihre Abbildungsqualitaet innerhalb eines optischen Bauteiles quantitativ erfasst. Dazu wird mittels eines Abbildungssystemes mindestens eine lateral verschiebbar und drehbar angeordnete Testmarke mit aenderbaren Intensitaeten und unterschiedlichen Wellenlaengen beleuchtet und auf die zu pruefende Flaeche projiziert. Durch Fokussierung auf dem Kruemmungsmittelpunkt bzw. auf den Brennpunkt der Sphaere werden die Reflexbilder der Testmarke mit einer im Okular eingebrachten Strichmarke verglichen. Das Verfahren kann in der Produktion bei der Pruefung sphaerischer Flaechen mit geringem pruef- und geraetetechnischem Aufwand angewendet werden.

Description

Titel der Erfindung:

Verfahren zur berührungslosen Prüfung sphärischer Flächen

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein "Verfahren zur berührungslosen Prüfung sphärischer Flächen mittels eines optischen Abbildungssystems durch Reflexion einer Testmarke von der .zu prüfenden Fläche«, Das Verfahren kann unter Produktionsbedingungen zur Prüfung der Abweichung der Sphäre von einer Oberflächenpasse, der Schichtqualität von Anspreng- bzw. Kittschichten,'der optischen Sauberkeit der zu prüfenden Fläche_s der Qualität der reflexmindernden Schichten, sowie zur quantitativen Ermittlung von Radienänderungen bzw. sich auf der Sphäre ausgebildeten Radienzonen angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen?

Bekannt sind Verfahren zur'Prüfung der Formtreue sphärisch brechender Flächen, die auf berührende und nichtberührende Weise erfolgen.

Berührende Verfahren basieren auf dem Prinzip der Antastung der sphärischen Fläche mit geeigneten Taste leinen— - ten, die mit gekoppelten Meßsystemen verbunden sind und die unterschiedliche Tasthöhe erfassen.

. Ein wesentlicher Nachteil dieser Methode ist der hohe prüf-

technische Aufwand, da für eine genaue Erfassung der Form™

abweichung.eine Vielzahl von Abtastungen notwendig sind* Weiterhin ist bekannt, daß die Formabweichung mit Hilfe eines Probeglases, dessen Flächenform der zu prüfenden Fläche entspricht j ermittelt werden kann* Dazu wird das Probeglas auf die Prüffläche aufgelegt und die Formabweichung über die dabei entstehenden Interferenzringe erfaßte.

Dieser Methode haften die lachteile an, daß einmal an die Prüfarbeitskraft eine hohe Qualifikationsanforderung gestellt werden muß und zum anderen für jeden zu prüfenden Radius ein spezielles Probeglas, dessen Herstellung sehr problematisch ist_s verwendet werden muß» Weiterhin kann es bei der Prüfung sehr dünner Linsen, durch Aufbringen eines bestimmten Mindestdruckes auf die zu prüfende Fläehe j zu Deformationen und somit auch zu Verfälschungen der Informationen kommen»

Bekannte berührungslose Verfahren zur Prüfung der Formtreue sphärischer Oberflächen sind interferometrische Methoden, u*a_o· mit dem Einsatz der Lasertechnik (ζ,Β* US 3 833 301; DD-WP 116 928; SU 507 771). Diese Methoden " sind sehr kostenintensiv, äußerst schwingungsempfindlich, kompliziert in der Justierung und für den Werkstatteinsatz ungeeignet

In DE-OS 25 30 085 wird ein Verfahren zur berührungslosen Prüfung der Kugelform einer Augenlinse beschrieben. Diese Methode basiert auf der optischen Abbildung eines Beleuchtungsringes, wobei aber die Genauigkeit der Sphärenabweichung den·Anforderungen, wie sie beispielsweise an optische Bauelemente im wissenschaftlichen Gerätebau gestellt werden, nicht erreicht wird.

Ziel der Erfindung?

Ziel der Erfindung ist,ein Verfahren für den Werkstatteinsatz zur berührungslosen Prüfung sphärischer Flächen zu entwickeln, das es ermöglicht, mit geringem prüf- und gerätetechnischem Aufwand ohne 'besondere Qualifikations-

anforderung an den Prüfer, quantitativ die Portntreue und Abbildungsqualität sphärisch brechender Flächen, insbesondere Linsenflachen mit endlichen und unendlichem Radius» mit einer sehr hohen Genauigkeit zu erfassen,

Darlegung des V/es ens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Prüfung sphärischer Flächen zu entwickeln, das es ermöglicht, neben der Formtreue sphärischer Flächen, wie Abweichung der Sphäre von der Ober- flächenpasse j Radienveränderungen -bzw. sich auf der Sphä-' re ausgebildete Radienzonen, auch Schichtqualitäten von Anspreng- bzw» Kittschichten und die optische Sauberkeit der Sphäre zu erfassen

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur berührungslosen Prüfung sphärischer Flächen mittels eines optischen Ab-. bildungssystems durch Reflexion einer Testmarke von der zu prüfenden Fläche erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine lateral verschiebbar und drehbar angeordnete Testmarke mit änderbaren Intensitäten beleuchtet auf die zu prüfende Fläche projiziert wird und die Abbildungsqualität des durch Fokussierung auf dem Krümmungsmittelpunkt der zu prüfenden Fläche entstehenden Reflexbildes der Testmarke mit einer im Okular eingebrachten Strichmarke verglichen.wird.

Dabei ist es vorteilhaft zur Auswertung des Reflexbildes der Testmarke auf den Brennpunkt der zu prüfenden Fläche zu fokusieren.

Weiterhin ist es vorteilhaft, bei Verwendung mehrerer Testmarken Strahlengänge mit unterschiedlichen Wellenlängen zu verwenden.

Bedingt durch die in zwei Koordinaten verschiebbar und drehbar angeordnete Testmarke werden einmal verschiedene : Azimute der zu prüfenden Fläche erfaßt und zum anderen lassen.sich durch die -Möglichkeit der Veränderung des Lichtspaltes verschiedene Abbildungsmaßstäbe realisieren»

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B'ei einer Abweichung der zu prüfenden Fläche von der -Sphäre wird die Abbildung der Testmarke entsprechend beeinflußt« Passefehler wirken sich so aus, daß die Testmarke in verschiedenen Azimuten unterschiedlich scharf erscheint*

Die Prüfung der sphärischen Form von Ansp-reng- bzw«, Kittschichten läßt bei Vorhandensein einer keiligen Verbindungszone, beispielsweise bei Kittschichten Ausbildung von Kittkeilen, ein Doppelbild d.es Testmarkenstrichkreuzes erkennen, so daß die Schichtqualität zusätzlich geprüft v/erden kann» . · Durch Fokussierung auf die "scharfen"Bildorte ist bei Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabes an der vorhergehenden Fläche ein quantitativer Rückschluß auf die Schichtfehlergröße möglich«

Bei Drehung der Testmarke bzw« des Prüflings und Fokus-• sierung auf die zu prüfende Fläche ist die Radienänderung der Sphäre über eine Veränderung der Strichbreite der Testmarke quantitativ erfaßbar. Gleichzeitig können durch Ausblenden bestimmter Abbildungsstrahlen Radienzonen auf dem Prüfling erfaßt werden«

Die zu prüfenden Flächen sind zum Teil.mit reflexmindernden.Belägen versehen, dadurch ist die Reflexion an diesen Flächen sehr schwach«,

Aus diesem Grund wird eine geeignete Wellenlänge verwendet, die in der Regel nicht der -Korrektionowellenlänge des Prüflings entspricht und für die der Belag nicht reflexmindernd wirkt»

Ausführungsbeispiel: '

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Mittels einer Linse 3 wird eine Lichtquelle 1 in eine verstellbare Blende·4 abgebildet. Ein Wärmeschutzfilter 2 dient zur Vermeidung der Aufheizung des nachfolgenden Beleuchtungssystems«, Eine Linse 6 bildet die Blende 4 '.

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telezentrisch abc Innerhalb der Brennweite der Linse 6 ist eine weitere Blende 5 zum -Ausblenden eventueller Randstrahlen angeordnet. Die Linse 6 wird vorteilhaft "als korrigierte Optik ausgebildet, um eine -weitgehende - 5 telezentr-ische Abbildung zu erreichen« Eine weitere Blende 7 wird im Brennpunkt der Linse 6 in Richtung einer zu prüfenden sphärischen Fläche 18 angeordnet. Diese Blende 7 ist als Lochblende mit verschiedenen Lochdurchmessern ausgebildet, zum Beispiel als planparallele

Glasplatte mit ausgeätzten Ringen aus einer reflektierenden Metallschicht. Mittels eines Teilerspiegels 8 erfolgt eine Strahlenteilung_s so daß sowohl eine Testmarke 14 als auch über einen Umlenkspiegel 9 eine Testmarke 15 beleuchtet wird. Die vor den Testmarken 14 und 15 angeordne-' ten interferenzfilter 12 und 13 dienen zur Erreichung einer monochromatischen Beleuchtung, Über einen Umlenkspiegel 10 und einen Teilerspiegel 11 erfolgt die Strahlenzusammenführung zu einem gemeinsamen. mittleren Strahlengang. Es entsteht ein Gemisch von zwei bestimmten Wellenlängen. Die drehbar angeordneten und entsprechend lateral verschiebbaren Testmarken 14 und 15 werden über ein auswechselbares Objektiv 17 an die zu prüfende Fläche 18 abgebildet* Wechselobjektive v/erden so ausgewählt, daß der Radius der zu prüfenden Fläche angenähert der Brennweite-des verwendeten Objektives 17 entspricht. Die Reflexbilder der Testmarken 14 und 15 werden über ein Betrachtungssystem_f welches in vereinfachter Weise durch einen Teilerspiegel 16, ein Objektiv 19 und ein mit einer Strichmarke versehenen Meßokular 20 dargestellt ist, erfaßt.

Zur Prüfung der sphärischen Fläche 18 erfolgt zunächst ihre Zentrierung, so daß die Achse der zu prüfenden Fläche 18 mit der optischen Achse des Beleuchtungssystems identisch ist. Anschließend erfolgt mittels der Objektive 17 und 19 die Fokussierung auf dem Krümmungsmittelpunkt c

der zu prüfenden sphärischen Fläche 18« Zur genauen Erfassung der Abbildungsqualität und Formabweichung der sphärischen Fläche 18 wird zusätzlich nach Entnahme des Objektives 17 aus dem Strahlengang ' auf den Brennpunkt f der zu prüfenden Fläche 18 fo-' kusoiert»

Die Reflexbilder der Te at marken 14 und .15 werden mit einer im Meßokular 20 eingebrachten Strichmarke, welche auf den Abbildungsmaßstab des Betrachtungssystems

}0 mit der zu prüfenden Fläche 18 abgestimmt ist, verglichen_? so daß bei idealer Fläche 18 die Reflexbilder der Testmarken 14 und 15 mit dem Strichkreuz im Meßokular 20 identisch ist* Breitenänderungen der Reflexbilder der Testmarken 14 und 15 können gut erfaßt und quantitativ ausgewertet werden.

Durch die lateral verschiebbar und drehbaren Testmarken 14 und 15 lassen sich verschiedene Zonen der zu prüfenden Fläche 18 erfassen* An Stelle der visuellen Betrachtung kann auch ein geeigneter fotoelektrischer Empfänger angeordnet werden, der die Breitenänderungen der Reflexbilder erfaßt«

Claims

1. Verfahren zur berührungslosen Prüfung sphärischer Flächen mittels eines optischen Abbildungssystems durch Reflexion einer Testmarke von der zu prüfenden Fläche, dadurch gekennzeichnet _s daß mindestens eine lateral verschiebbar und drehbar angeordnete Testmarke mit änderbaren Intensitäten beleuchtet auf die . zu prüfende Fläche projiziert wird und die Abbildungsqualität des durch Fokussierung auf den Krümmungsmittelpunkt der zu prüfenden Fläche entstehenden Reflexbildes der Testmarke mit einer im Okular eingebrachten Strichmarke verglichen wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung des .Reflexbildes der Testmarke die Fokussierung auf den Brennpunkt der zu prüfenden Fläche erfolgt.

3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Testmarken Strahlengänge mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden.

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