DD261832B5

DD261832B5 - Anordnung zum Messen der Dicke transparenter Koerper mittels eines Lasers

Info

Publication number: DD261832B5
Application number: DD30449087A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Irmler; Heinz Dripl-Ing Strobel
Original assignee: Zeiss Carl Jena Gmbh
Priority date: 1987-07-02
Filing date: 1987-07-02
Publication date: 1994-05-11

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist zum beruhrungslosen Messen der Dicke transparenter Korper anwendbar, insbesondere zur Messung der Wandstarke von Glasrohren

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

In DD 19703 ist ein Gerat zur beruhrungsfreien Feinstmessung von Abstandsanderungen eines nahen Gegenstandes beschrieben, dessen prinzipielle Wirkungsweise zur Dickenmessung transparenter Korper modifizierbar ist Gemäß dieser Losung wird das Licht eines im Durchmesser klein gehaltenen, von der Oberflache des Gegenstandes ausgehenden Leuchtflecks fotoelektrisch ausgewertet Bei Lageänderung des Leuchtflecks bzw bei Auswertung des auf der Ruckflache eines transparenten Gegenstandes um die Dicke des Gegenstandes in der Intensität veränderten Leuchtflecks treten Signalanderungen in der fotoelektrischen Auswerteeinrichtung ein,dieemMaßfurdie Lageänderung bzw fur die Dicke des transparenten Gegenstandes

Nachteilig bei dieser Losung ist, daß zur Abbildung des Leuchtflecks auf die fotoelektrische Auswerteeinrichtung eine Aufweitungsoptik verwendet wird, die bei der Messung der Dicke zur Erhaltung der Meßwerte fur die Oberflache und fur die Ruckflache auf die jeweilige Flache fokussiert werden muß Das bringt Nachteile hinsichtlich der Produktivität, vor allem dann, wenn bei ausgedehnten Meßobjekten an einer Vielzahl von Meßstellen die Dicke ermittelt werden soll Des weiteren ist es bei dieser Losung notwendig, das Meßobjekt an der Meßstelle exakt zur Aufweitungsoptik auszurichten Die dazu notwendigen Anlageelemente fur das Meßobjekt weisen einen gewissen Abstand symmetrisch senkrecht zur optischen Achse auf, so daß Meßfehler entstehen können, wenn das Meßobjekt innerhalb des Abstandes Ebenheitsabweichungen, ζ Β durch Verbiegung des Meßobjektes, aufweist

Bei einer weiteren Losung zur interferometrischen Abstands- und Dickenmessung (DD-WP G01 B / 2930313) wurde bereits vorgeschlagen, mit Hilfe eines Lasers, dessen konvergierender Meßstrahl geneigt gegenüber der Oberflachennormalen des Meßobjektes angeordnet ist und dessen Durchmesser kleiner als die Dicke des Meßobjektes ist, durch Auswertung der Interferenzen aus den an der Oberflache bzw Ruckflache des Meßobjektes reflektierten Strahlen die Dicke von transparenten Korpern zu ermitteln

Nachteilig hierbei ist, daß zur Vermeidung von Meßfehlern die Neigung des Meßstrahls zur Oberflache des Meßobjektes stets konstant gehalten werden muß Das bringt zusatzlich Justier-und Fuhrungsaufwand mit sich, insbesondere dann, wenn die о g Abweichungen der Objektoberflache von der Ebenheit zu erwarten sind

Des weiteren ist eine Glasdickenmeßeinrichtung bekannt, bei der ebenfalls ein Laserstrahl geneigt auf die Oberflache des Meßobjektes trifft Zur Dickenmessung werden die an der Oberflache und an der Ruckflache des Meßobjektes entstehenden reflektierten Strahlen über ein Linsensystem auf die Empfangerflache einer Fotodiodenzeile abgebildet Durch Mehrfachabtastung der durch die beiden Strahlen beleuchteten Elemente der Fotodiodenzeile wird die Glasdicke mittels eines angeschlossenen Rechners ermittelt

Auch bei dieser Losung verursachen schwankende Einfallswinkel des Meßstrahls auf die Oberflache des Meßobjektes Meßfehler bei der Glasdickenbestimmung

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Meßgenauigkeit bei der Dickenmessung transparenter Korper

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Messen der Dicke transparenter Korper mittels eines Lasers zu entwickeln, bei der Schwankungen des Neigungswinkels des Meßstrahls keine Meßfehler verursachen

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß zusätzlich zu den vorhandenen zellenförmigen fotoelektrischen Empfangern im Strahlengang des an der Oberflache bzw Ruckflache des Korpers reflektierten Meßstrahls ein weiterer zellenförmiger Empfanger im Strahlengang des an der Oberflache des Korpers reflektierten Meßstrahls angeordnet ist Die optische Weglange des weiteren Empfangers, gemessen vom Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Oberflache, ist um einen definierten Basisabstand großer als die Weglange des ersten Empfangers fur den an der Oberflache des Korpers reflektierten Meßstrahl Der weitere Empfanger ist, wie die anderen Empfanger auch, mit einer Auswerteeinrichtung verbunden, die einen Rechner beinhalten kann

Die Anordnung gestattet es, mit einfachen Hilfsmitteln durch Winkelfehler auftretende Meßfehler zu korrigieren Das wird dadurch erreicht, daß der weitere zellenförmige fotoelektrisch^ Empfanger mittels der Auswerteeinrichtung auf Synchronitat zum ersten Empfanger abgefragt wird Besteht keine Synchronitat, dann liegt der Prüfling zur Meßanordnung außerhalb der SOLL-Neigung, und es wird mit Hilfe der Auswerteeinrichtung eine Winkelkorrektur durchgeführt, die am einfachsten rechentechnisch erfolgen kann, aber auch mittels einer mechanischen Justierung der Lage des Prüflings bzw der Meßanordnung möglich ist

Als Empfanger eignen sich vorzugsweise CCD-Bauelemente Die um den definierten Basisabstand vergrößerte optische Weglange des ersten und des weiteren Empfangers erreicht man zweckmäßig durch Einbringen eines Strahlentellers in den an der Oberflache des Korpers reflektierten Strahlengang

Ausfuhrungsbeispiel

In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt und zwar zeigen

Fig 1 ein Schema der erfmdungsgemaßen Anordnung,

Fig 2 eine Darstellung verschiedener auf die Empfanger einfallende reflektierte Strahlen

Die Anordnung besteht nach Fig 1 aus einem Laser 1 als Strahlungsquelle, dessen Strahl 2 mit geringem Durchmesser um den Einfallswinkel α geneigt bezüglich der Normalen 3 der Oberflache 4 des Prüflings 5 auf diesen auftrifft Im Strahlengang 6 des an der Oberflache 4 reflektierten Strahls 2 ist ein Teilerwurfel 7 eingebracht, in dessen ersten Teilstrahl 8 eine CCD-Zeile 9 und in dessen zweiten Teilstrahl 10 eine weitere CCD-Zeile 11 angeordnet ist Die optische Weglange der CCD Zeilen 9 und 11 unterscheiden sich um den Basisabstand B Im Strahlengang 12 des an der Ruckflache 13 reflektierten Strahls 2 ist eine CCD-Zeile 14 angeordnet, die im wesentlichen mit der CCD-Zeile 9 in einer gemeinsamen Ebene liegt DieCCD-Zeilen9,11,14 sind mit einer Auswerteeinrichtung 15 verbunden

Die Funktionsweise der Anordnung nach Fig 1 soll anhand Fig 2 naher erläutert werden Gemäß Fig 2 sind dieCCD-Zeilen 9,11 und 14 schematisch mit den fortlaufend nummerierten Pixeln 16 dargestellt Danach sind die Pixel 16derCCD-Zeilen9und 11 mit gleichen Nummern fluchtend im Abstand B hintereinander angeordnet

Wenn der Prüfling 5 exakt zur Meßanordnung nach Fig 1 ausgerichtet ist, dann erzeugt der Meßstrahl 2 die reflektierten Strahlen 81,101und121, die senkrecht auf die CCD-Zeilen 9,11 und 14 auftreffen Das Meßergebnis fur die Dicke des Prüflings 5 ergibt sich aus der Differenz der Pixelnummern der CCD-Zeilen 9 und 14

/12-88/ = 76 Eine Abstandsänderung zwischen Meßanordnung und Prüfling 5 bewirkt lediglich einen Parallelversatz der reflektierten Strahlen, wie dies durch die Strahlen 8 2,10 2 und 12 2 gezeigt wird Eine Änderung der Dicke des Prüflings erzeugt ebenfalls lediglich parallelversetzte Strahlen 8 3,10 3und 12 3 Die Dicke des Prüflings 5 wird durch die Differenz der jeweiligen Pixelnummern 16 (/12-88/ = /7-83/ = /11-87/ = 76) immerdann als richtig ermittelt, wenn die Strahlen 8 und 10 im reflektierten Strahlengang 6 auf den CCD-Zeilen 9 und 11 in Richtung der Pixel 16 mit gleichen Nummern liegen In dem Fall, wo der Prüfling 5 schiefwinklig zur Meßanordnung steht, fallen die reflektierten Strahlen 8 4,10 4 und 12 4 nicht senkrecht auf die CCD-Zeilen 9,11 und 14 ein, d h es besteht keine Synchronitat zwischen den Pixel nummern 16derCCD-Zeilen 9(Picel-Nr 11) und CCD-Zeile 11 (Pixel-Nr 15) Das Meßergebnis fur die Dicke des Prüflings 5 (/11-92/ = 81) wird dann von der Auswerteeinrichtung als falsch erkannt

Claims

1. Anordnung zum Messen der Dicke transparenter Korper mittels eines Lasers, bestehend aus einem Laser als Strahlungsquelle, dessen Strahlrichtung gegenüber der Oberflachennormalen an der Meßstelle geneigt liegt, und bestehend aus zwei zellenförmigen fotoelektrischen Empfängern, wobei der erste Empfänger im Strahlengang des an der Oberflache des Korpers reflektierten Meßstrahls und der zweite Empfanger im Strahlengang des an der Ruckflache des Korpers reflektierten Meßstrahls angeordnet ist und die Empfanger mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang (6) des an der Oberfläche des Korpers reflektierten Meßstrahls (2) ein dritter zellenförmiger Empfanger (11) angeordnet ist, dessen optische Weglange, gemessen vom Auftreffpunkt des Laserstrahls, auf der Oberflache (4) um einen definierten Basisabstand (8) gegenüber der Weglänge des ersten Empfangers (9) großer ist, wobei der dritte Empfanger (11) ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung (15) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfänger (9,11,14) CCD-Bauelemente vorgesehen sind.