DD226642B1

DD226642B1 - Einrichtung zum kippfehlerfreien messen von verschiebungen eines koerpers

Info

Publication number: DD226642B1
Application number: DD24634882A
Authority: DD
Inventors: Franz Klapper; Hans-Juergen Furchert
Original assignee: Univ Schiller Jena
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1988-03-16
Also published as: DE3346095A1; DD226642A1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Verschiebungen eines Korpers mittels einer lichtelektnschen Abtasteinheit und einer elektronischen Auswerteeinheit

Sie ist insbesondere geeignet zur Gewinnung eines Korrektursignals fur die Ruckstellung der bei einer zu messenden Verschiebung des Korpers auf einer Flache durch Verdrehen des Korpers um eine Flachennormale zwischen einem mit dem Korper fest verbundenen Kreuzraster und einem raumfesten Koordinatensystem hervorgerufenen Kippfehler

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Es wurde bereits eine Einrichtung zum Messen von Verschiebungen und Drehungen eines Korpers mittels einer lichtelektnschen Abtasteinheit und einer elektronischen Auswerteeinheit vorgeschlagen (DD 206424) Diese Einrichtung enthalt zur Vermeidung von Phasenfehlern Empfangerelemente, von denen die zu einer Phasenlage des Meßsignals gehörenden in jeweils zwei Gruppen zusammengefaßt sind, die weitestgehend symmetrisch zu einer den Gruppen aller Phasenlagen gemeinsamen Mittellinie der Empfangeranordnung liegen Kennzeichnend fur diese Einrichtung ist, daß zur Vermeidung von Amplitudenunterschieden zwischen den Signalen verschiedener Phasenlagen die Gruppen fur jede Phasenlage möglichst gleiche geometrische Entfernungen von der Mittellinie aufweisen, was insbesondere durch Hinzufugen weiterer Gruppen fur jede Phasenlage erreicht wird Es gelingt mit dieser Einrichtung, phasen- und amplitudenkomgierte Meßsignale zu erhalten, was fur die unverfälschte Bestimmung der Meßgroße von Bedeutung ist Die Einflüsse von Kippfehlern 1 und 2 Ordnung bleiben aber unberücksichtigt Das gilt sowohl fur eine Messung in einer Dimension, wie auch fur eine Verschiebung in einem zweidimensional Korrdinatensystem, wobei zwei lichtelektrische Abtasteinheiten vorgesehen sind, deren Mittellinien senkrecht aufeinander stehen

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen bekannt (DE 032543645, die insbesondere zur Ausrichtung von Halbleiterplattchen in bezug auf eine vorgegebene Sollposition angewendet werden soll Die Lage einer Kante im Objekt wird mit einer Photodiodenzelle kontrolliert Um die gemessenen Lageabweichungen unmittelbar in kartesischen Koordinaten angeben zu können, wobei auch die Große einer möglichen Winkelverdrehung gemessen werden kann, besteht die Vorrichtung aus zwei parallel und einer senkrecht dazu angeordneten Photodiodenzeile Diese Vorrichtung ist nur zur sogenannten Kantenerkennung und deren Lagekorrektur geeignet, bei größeren Verschiebungen in einem kartesischen Koordinatensystem ware der Aufwand fur eine logische Zuordnung von Lage und Meßsignal unvertretbar hoch

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Vervollkommnung einer Meßeinrichtung zur kippfehlerfreien Messung von Verdrehungen eines Korpers

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung I legt die Aufgabe zug runde, bei der Messung der zweidimensionalen Verschiebungeines Korpers auf einer Flache neben der Bestimmung der Lagekoordinaten auch Signale fur die Ruckstellung von Verdrehungen zur Vermeidung von Kippfehlern zu gewinnen

Die Losung dieser Aufgabe gelingt mit einer Einrichtung zum Messen von Verschiebungen eines Korpers auf einer Flache mittels zweier lichtelektnschen Abtasteinheiten, deren Mittellinien senkrecht aufeinander stehen und einer weiteren Abtasteinheit, die zu einer der beiden Abtasteinheiten parallel angeordnet ist sowie einer elektronischen Auswerteeinheit erfindungsgemaß

dadurch, daß zur Erfassung der Verdrehung einer Abtasteinheit und zur gleichzeitigen Erfassung eines Korrektursignals für die Rückstellung dieser Verdrehung zur Vermeidung von Kippfehlern die weitere Abtasteinheit in einer durch die gewünschte Verdreherfassungsempfindlichkeit bestimmten Entfernung zu einer der beiden Abtasteinheiten angeordnet ist.

Bei einer unbeabsichtigten Verdrehung des Körpers und der mit ihm starr verbundenen Abtasteinheiten kommt es zwischen einer der beiden senkrecht aufeinanderstellenden Abtasteinheiten und der weiteren Abtasteinheit zu unterschiedlichen Wegpositionen. Diese Differenz ist ein Maß für den Verdrehungswinkel.

Die Abtasteinheiten sind vorzugsweise integriert auf einen Träger untergebracht und bilden gemeinsam eine Empfängeranordnung. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, die Messung von Verschiebungen eines Körpers entlang beliebiger Wege in einem zweidimensionalen Koordiantensystem bzw. eine Vermessung von Bildpunkten eines Objektes kippfehlerfrei durchzuführen.

Ausführungsbeispiel

Das Wesen der Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: eine Anordnung zur Ausmessung von Objekten bzw. von Bildern von Objekten, Fig. 2: einen Schnitt durch diese Anordnung und Fig.3: die lichtelektrische Empfängeranordnung.

Ein Objekt 1 befindet sich auf einer verschiebbaren Objektträgerplatte 5, die auf einem Objekttisch 6 bewegt werden kann. Starr verbunden mit dem Objekt 1 bzw. der Objektträgerplatte 5 ist in möglichst geringer Entfernung ein Kreuzraster 2, das von einer an dem Objekttisch 6 befestigten Empfängeranordnung 3 abgetastet wird.

Das Kreuzraster wird von einer Lichtquelle? beleuchtet, eine Verschiebung des Kreuzrasters gemeinsam mit der Objektträgerplatte 5 erzeugt in der Empfängeranordnung ein entsprechendes Signal. Die Objektpunkte, deren Lage auf dem Objekt 1 bestimmt werden soll, werden mit Hilfe eines Mikroskops, von dem nur das Objektiv 4 in der Zeichnung dargestellt ist, anvisiert und erscheinen in der Bildebene in einer bestimmten Position des Gesichtsfeldes. Dort können sie einem zweidimensionalen Koordinatensystem zugeordnet werden. Die Lage aller im Gesichtsfeld des Mikroskops liegenden Punkte des Objekts sind bestimmt, wenn die Verschiebung eines im Koordinatensystem der Bildebene liegenden Punktes, beispielsweise des Koordinatennullpunktes, gemessen wird.

Außerdem ist die erfindungsgemäße Einrichtung als Bestandteil eines inkremental geregelten Flächenantriebes geeignet, bei dem die Meß- und Korrektursignale des Meßsystems mit den vorgegebenen Führungssignalen über spezielle elektronische Zähler verglichen werden und die Differenz zur Lageregelung der Objektträgerplatte einem elektronischen digitalen oder nach Digital-Analog-Umsetzung einem analogen Regler, vorzugsweise mit PID-Charakteristik für jede Koordinate und für die Korrektur der auftretenden Verdrehungen getrennt zugeführt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Empfängeranordnung 3 ist neben der Messung des Verschiebeweges in einem zweidimensionalen Koordinatensystem eine kleine Winkelverdrehung nachweisbar. Ist z. B. die lichtelektrische Abtasteinheit 8 zur Messung der x-Koordinate und die lichtelektrische Abtasteinheit 10 zur Messung der y-Koordinate vorgesehen, so ist es durch die Anordnung einer dritten lichtelektrischen Abtasteinheit 9 parallel zu der Abtasteinheit 8 möglich, eine Aussage über eine unbeabsichtigte Kippfehler verursachende Verdrehung zu gewinnen. Alle drei lichtelektrischen Abtasteinheiten sind vorzugsweise integriert auf einem Halbleiterchip untergebracht.

Bei Verdrehung des Körpers und damit des Kreuzrasters treten an den Abtasteinheiten 8 und 9 verschiedene Wegpositionen auf dem Kreuzraster auf, deren Differenz eine Aussage über den Verdrehungswinkel liefert. Die Empfindlichkeit für die Bestimmung der Verdrehung ist dabei von dem gegenseitigen Abstand der beiden Abtasteinheiten 8 und 9 abhängig. Um die durch die Verdrehung verursachten Kippfehler bei der Bestimmung der Lageposition eines Objektpunktes nicht größer als beispielsweise 0,1 μ,ιτι werden zu lassen, darf die Verdrehung der Objektträgerplatte 5 gegenüber dem Objekttisch 6 eine Größe von 0,5" nicht überschreiten. Das gilt, wenn der auszumessende Objektpunkt ca. 40mm vom Mittelpunkt der Empfängeranordnung entfernt liegt.

Claims

1. Einrichtung zum Messen von Verschiebungen eines Korpers auf einer Flache mittels zweier lichtelektrischer Abtasteinheiten, deren Mittellinien senkrecht aufeinander stehen und einer weiteren Abtasteinheit, die zu einer der beiden Abtasteinheiten parallel angeordnet ist sowie einer elektronischen Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Verdrehung einer Abtasteinheit und zur gleichzeitigen Erfassung eines Korrektursignals für die Ruckstellung dieser Verdrehung zur Vermeidung von Kippfehlern die weitere Abtasteinheit in einer durch die gewünschte Verdreherfassungsempfindlichkeit bestimmten Entfernung zu einer der beiden Abtasteinheiten angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrischen Abtasteinheiten gemeinsam integriert auf einem Trager untergebracht sind.