DD234727A1

DD234727A1 - METHOD FOR MEASURING THE LINEAR SHIFTING OF REFLECTIVE PANEL SURFACES

Info

Publication number: DD234727A1
Application number: DD27335085A
Authority: DD
Inventors: Peter Kruegel
Original assignee: Steremat Veb
Priority date: 1985-02-18
Filing date: 1985-02-18
Publication date: 1986-04-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Messtechnik. Es liegt ein Verfahren vor, das Messungen mit hoher Zuverlaessigkeit und Genauigkeit ermoeglicht, einen geringen fertigungstechnischen und oekonomischen Aufwand aufweist, wartungsfrei ist und Messungen unter extremen Bedingungen ermoeglicht. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Strahlungsquelle auf die reflektierende Planoberflaeche unter beliebigem Winkel zum Lot gerichteter, gebuendelter Strahl auf einer entfernungsunabhaengig, beliebig angeordneten, strahlungsempfindlichen Sensoranordnung, gemaess der Linearverschiebung der Planoberflaeche, linear eine Abbildung mit einem Korrekturfaktor entsprechend der Winkel, gestattet. Bei einem Einfallswinkel von 30 zum Lot der Planoberflaeche wird eine Gleichseitendreiecksverschiebung ausgenutzt, so dass eine Verschiebung des reflektierten Strahls zur Linearverschiebung der Planoberflaeche im Verhaeltnis 1:1 entsteht. Die Erfindung kann auf dem Gebiet der Elektronikindustrie bei der Einkristallzuechtung, in der Schiffsbautechnik bei der Montage grosser Stahlplatten, in der chemischen Industrie bei Messung von Niveauveraenderungen von Fluessigkeiten in Druckbehaeltern, in der Labortechnik beim beruehrungslosen Messen, zum Messen von linearen Bewegungsablaeufen in der Robotertechnik, angewendet werden. Fig. 1The invention relates to the field of metrology. There is a method that allows measurements with high reliability and accuracy, has a low manufacturing and economic cost, is maintenance-free and allows measurements under extreme conditions. The inventive method is characterized in that a directed from a radiation source on the reflective planar surface at any angle to Lot, gebuendelter beam on a distance independent, arranged arbitrarily, radiation-sensitive sensor array, according to the linear displacement of the planar surface, a linear mapping with a correction factor corresponding to the angle , allowed. At an angle of incidence of 30 to the perpendicular of the planar surface, a straightening of the equilateral triangle is utilized, so that a displacement of the reflected beam to the linear displacement of the planar surface in the ratio 1: 1 arises. The invention can be applied in the field of single crystal growth in the electronics industry, in shipbuilding in the assembly of large steel plates, in the chemical industry in the measurement of level changes of liquids in pressure vessels, in laboratory technology in contactless measuring, for measuring linear movements in robotics, be applied. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Linearverschiebung reflektierender Planoberflächen unter Verwendung einer Strahlungsquelle und einer strahlungsempfindlichen Sensoranordnung, das überall dort angewandt werden kann, wo direkte Messungen nicht möglich oder zweckmäßig sind.The invention relates to a method for measuring the linear displacement of reflecting plan surfaces using a radiation source and a radiation-sensitive sensor arrangement, which can be used wherever direct measurements are not possible or expedient.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannt sind Verfahren, bei denen das Interferometerprinzip genutzt wird, wobei ein Laserstrahl über einen halbdurchlässigen Spiegel auf eine Oberfläche gerichtet, reflektiert und mit dem Ursprungsstrahl überlagert wird. Die Ausmessung erfolgt mit einem Fotoelement. Nachteile sind der komplizierte feinmechanische Aufbau und Störanfälligkeit bei auftretenden Schwingungen.Methods are known in which the interferometer principle is used, wherein a laser beam is directed onto a surface via a semitransparent mirror, reflected and superposed with the original beam. The measurement is carried out with a photoelement. Disadvantages are the complicated precision mechanical structure and susceptibility to interference occurring vibrations.

In der BRD-OS 3110773 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem der Helligkeitsvergleich des reflektierten Lichts zur Entfernungsmessung genutzt wird. Nachteilig hierbei ist ein hoher Aufwand an Elektronik.In the Federal Republic of Germany 3110773 a method is described in which the brightness comparison of the reflected light is used for distance measurement. The disadvantage here is a high cost of electronics.

Weiter bekannt ist ein Mehrachsenmeßverfahren, bei dem ein Laser zum Sensor reflektiert wird, wobei die Sensoren, das Meßobjekt und der Laser in vorher genau festgelegten Winkelverhältnissen angeordnet sein müssen. Dieses Verfahren ist nur eingeschränkt nutzbar, weil es eine genaue Vormontage des Meßobjektes erfordert.Also known is a multi-axis measuring method, in which a laser is reflected to the sensor, wherein the sensors, the object to be measured and the laser must be arranged in previously defined angular proportions. This method is only limited use because it requires an accurate pre-assembly of the DUT.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Mit der Erfindung wird eine Messung mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit ermöglicht, der fertigungstechnische und ökonomische Aufwand ist gering. Das Verfahren ist wartungsfrei und gestattet eine Messung unter extremen Bedingungen, z. B. Hitze.With the invention, a measurement with high reliability and accuracy is possible, the production engineering and economic cost is low. The process is maintenance-free and allows measurement under extreme conditions, eg. Heat.

Explanation of the essence of the invention

Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Messung der Linearverschiebung reflektierender Planoberflächen dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Strahlungsquelle auf die reflektierende Planoberfläche unter beliebigem Winkel zum Lot gerichteter, gebündelter Strahl auf einer entfernungsunabhängig, beliebig angeordneten, strahlungsempfindlichen Sensoranordnung, gemäß der Linearverschiebung der Planoberfläche, linear eine Abbildung mit einem Korrekturfaktor entsprechend der Winkel, gestattet. Bei einem Einfallswinkel von 30° zum Lot der Planoberfläche, wird eine Gleichseitendreiecksverschiebung ausgenutzt, so daß eine Verschiebung des reflektierten Strahls zur Linearverschiebung der Planoberfläche im Verhältnis 1:1 entsteht. Mit diesem Verfahren wird eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messung erreicht, umfangreiche Feinmechanik und Elektronik entfallen.According to the invention, the method for measuring the linear displacement of reflecting plan surfaces is characterized in that a directed from a radiation source on the reflective surface plan at any angle to the Lot, bundled beam on a distance independent, arbitrarily arranged, radiation-sensitive sensor array, according to the linear displacement of the surface plan, linear an illustration with a correction factor corresponding to the angle. At an angle of incidence of 30 ° to the plumb of the plane surface, a Gleichseitendreiecksverschiebung is exploited, so that a shift of the reflected beam for linear displacement of the surface plan in the ratio 1: 1 is formed. With this method a high reliability and accuracy of the measurement is achieved, extensive precision mechanics and electronics are eliminated.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:The invention will be explained below with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows:

Fig. 1: eine schematische Darstellung des Meßverfahrens bei der Einkristallzüchtung Gemäß Fig. 1 wird von der Strahlungsquelle 1, verwendet wird ein He- Ne- Laser, ein gebündelter Strahl 4 auf die Planoberfläche 2, in diesem Fall die Oberfläche der Si-Schmelze, gerichtet und von dieser reflektiert. Der reflektierte Strahl 9 steuert die strahlungsempfindliche Sensoranordnung 5 mit einem Auftreffwinkel 10 von 90° an. Bei der Linearverschiebung 6, Heben bzw. Senken der Schmelze, entsteht eine Abbildung 7, äquivalent der Verschiebung. Durch den Einfallswinkel 8 von 30° zum Lot 3 wird das Heben bzw. Senken der Schmelze im Verhältnis 1:1 auf der Sensoranordnung 5 angezeigt. Für die Sensoranordnung 5 werden Fototransistoren verwendet. Durch die Entfernungsunabhängigkeit des Verfahrens ist es möglich, die Fototransistoren so entfernt von der Si-Schmelze anzuordnen, daß Strahlung und Temperatur der Schmelze keinen negativen Einfluß auf diese ausüben. Das erfindungsgemäße Verfahren findet Verwendung bei der Si-Einkristallzüchtung. Weitere Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet der Meßtechnik sind z. B. in der Schiffsbautechnik/Montage großer Stahlplatten, der chemischen Industrie/Niveauveränderungen von Flüssigkeiten unter Druck, in der Labortechnik beim berührungslosen Messen, in der Robotertechnik/Messen von linearen Bewegungsabläufen, gegeben.1 is a schematic representation of the measuring method in the single crystal growing According to FIG. 1, a He-Ne laser, a focused beam 4, is used by the radiation source 1 on the plane surface 2, in this case the surface of the Si melt. directed and reflected by this. The reflected beam 9 drives the radiation-sensitive sensor arrangement 5 with an incident angle 10 of 90 °. Linear displacement 6, raising or lowering of the melt, produces a figure 7, equivalent to the displacement. Due to the angle of incidence 8 of 30 ° to the solder 3, the lifting or lowering of the melt in the ratio 1: 1 is displayed on the sensor arrangement 5. Phototransistors are used for the sensor arrangement 5. Due to the distance independence of the method, it is possible to arrange the phototransistors so remote from the Si melt that radiation and temperature of the melt exert no negative influence on them. The method according to the invention is used in Si single crystal growth. Other applications in the field of metrology are, for. B. in shipbuilding / assembly of large steel plates, the chemical industry / level changes of liquids under pressure, in laboratory technology in non-contact measurement, in robotics / measuring linear motion sequences given.

Claims

Invention claim:

1. A method for measuring the linear displacement of reflecting plan surfaces, characterized in that one of a radiation source (1) on the reflecting plan surface (2) at any angle to the solder (3) directed, focused beam (4) on a distance independent, arranged arbitrarily, radiation-sensitive sensor arrangement (5), according to the linear displacement (6) of the surface plan (2), linearly an image (7) with a correction factor corresponding to the angle allowed.

2. The method according to item 1, characterized in that at an angle of incidence (8) of 30 ° to the solder (3) of the surface plan (2) a Gleichseitendreiecksverschiebung is utilized, so that a displacement of the reflected beam (9) for linear displacement (6) the plan surface (2) in the ratio 1: 1 arises.

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