DD265055A3

DD265055A3 - Anordnung zur interferometrischen abstands- und dickenmessung

Info

Publication number: DD265055A3
Application number: DD29303186A
Authority: DD
Inventors: Bernd Kiessling; Peter Wystup; Manfred Riemann
Original assignee: Technisches Glas Veb K
Priority date: 1986-07-29
Filing date: 1986-07-29
Publication date: 1989-02-22
Also published as: DE3724932A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur beruehrungslosen interferentiellen Abstands- und Dickenmessung an transparenten Messobjekten. Es steht hierbei die Aufgabe, die Anordnung so zu gestalten, dass die Messung auch an Objekten mit gekruemmten, nicht parallelen Oberflaechen und Dicken von mehr als einigen zehntel Millimetern ermoeglicht wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass vor dem Messobjekt eine Strahlungsquelle fuer optisch kohaerente Strahlung sowie zwei Objektive angeordnet werden, dass durch das erste Objektiv die Strahlung zu einem divergierenden Strahlenbuendel aufgeweitet und durch das zweite Objektiv die Strahlung geneigt gegenueber der Oberflaechennormale des Messobjektes zu einer Linie oder einem Fokus auf das Messobjekt konvergiert wird. Die Interferenzerscheinung im Ueberlappungsgebiet der beiden an den Oberflaechen des Messobjektes reflektierten Strahlenbuendel wird zur Bestimmung der Dicke des Messobjektes in der Weise verwendet, dass der Abstand der Interferenzstreifen als Mass fuer die Dicke ausgewertet wird.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung dient zur berührungslosen Abstands- und Dickenmessung an transparenten Materialien.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits eine Vielzahl von Anordnungen zur interferometrischen Längenmessung bekannt, die auch bei der Abstands- und Dickenmessung Vorwendung finden. Derartige Meßanordnungen beaufschlagen das Meßobjokt mit parallelen Lichtstrahlbündeln, vorzugsweise Laserlicht. Die am Meßobjekt reflektierten Strahlen werden in der Meßanordnung überlagert, wobei Interferenzen gleicher Dicken entstehen. Die Interferenzlinien können von einem fotoelektrischen Empfänger erfaßt und bei zeitlicher Änderung gezählt worden.

Eine derartige Meßanordnung wird z. B. in der US-PS 3720471 beschrieben. Nachteilig an dieser Meßanordnung ist, daß nur relative Dicken- und Abstandsänderungen und deren Vorzeichen, nicht aber die Dicken und Abstände selbst, gemessen werden können. Zur Behebung dieses Mangels wurde vorgeschlagen, in seitlicher Aufeinanderfolge mehrere Messungen bei sich änderndem Auftreffwinkel des Meßstrahles vorzunehmen und die Ergebnisse rechnerisch auszuwerten.

Abgesehen von dom zeitlichen Aufwand sind die zur Durchführung dieses Meßprinzips notwendigen Apparaturen technisch aufwendig.

In der DD-PS 2622787 wurde ein Verfahren zur interferometrischen Messung von Dicken und Abständen angegeben, bei dem das Meßobjekt mit einem konvergenten oder divergenten Lichtstrahl beaufschlagt wird, dessen Konvergenzpunkt außerhalb des Meßobjektes liegt und das Interferenzlinienfeld, das am Meßobjekt aufgrund der einzelnen, kontinuierlich ineinander übergehenden Strahlrichtungen entsteht, auf eine Ebene projiziert und dort ausgewertet wird.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die Anwendung auf Meßobjekte mit einer verhältnismäßig geringen Dicke bis zu einigen wenigen zehntel Millimetern und ebenen, planparallelen Flächen begrenzt ist und daß es des weiteren bei Meßobjekten, deren Dicke sich im Meßbereich um mehr als eine Wellenlänge ändert oder deren Oberfläche eine Rauhigkeit von mehr als ein Viertel der Wollenlänge aufweist, nicht angewondet werden kann.

Ziel der Erfindung

Es ist deshalb Ziel der Erfindung, eine Anordnung zur interferometrischen Abstands- und Dickenmessung an transparenten Meßobjekten zu entwickeln, welche die Nachteile der bekennten Meßanordnungen nicht mehr besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur berührungslosen interferometrischen Abstands- und Dickenmessung an transparenten Meßobjekten unter Verwendung einer kohärenten optischen Strahlung zu entwickeln, die es ermöglicht, Messungen an Objekten mit gekrümmten, rauhen Oberflächen und Dicken von mehr als einifin zehntel Millimetern durch Verwendung optischer Mittel berührungslos vorzunehmen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Meßobjek* geneigt gegenüber der Oberflächennorma'en mit einem konvergierenden Strahlenbündel aus einer Strahlungsquelle für optisch kohärente Strahlung so beaufschlagt wird, daß der Konvergenzpunkt in die Nähe des Meßobjektes gelegt und ein Durchmesser des Strahlenbündels am Meßobjekt erzeugt wird, der kleiner als dessen Dicke ist und die Interferenzerschoinung im Überlappungsgebiet der beiden reflektierten Strahlenbündel durch eine bilderkennende Auswerteoinheit erfaßt und der Abstand der Interferenzstreifen als Miß der Dicke ausgewertet wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist so aufgebaut, daß vor dem Maßobjekt eine optische Strahlungsquelle und zwei Objektive in einer optischen Achsn geneigt gegenüber der Oberf lächonnormalen des Meßobjektes angeordnet sind, wobei der Abstand der beiden Objektive großer als die Summe ihrer beiden Brennweiten ist und ein Objektiv in einem solchen Abstand zurr' Meßobjekt angeordnet ist, daß der Durchmesser des Strahlenbündels am Meßobjekt kleiner als dessen Dicke Ist und sich am

Überlappungsgebiet der beiden reflektierten Strahlenbündel eine bilderkennen ιβ Auswerteeinheit befindet. Die bilderkennende Auswertedinheit besteht dabei aus einem bildauf losenden optoelektronischen Sensor mit nachgeschalteter Auswerteelektronik, wobei die Dicke des Meßobjektes aus den Intensitätsänderungen des Bildausgangssignals des Sensors mittels der Auswerteelektronik bestimmt wird.

Die zwei Objektive sind dabei so angeordnet, daß durch das erste Objektiv nach der Strahlungsquelle die Strahlung zu einem divergierenden Strahlenbündel aufgeweitet und durch das zweite nachgcordnete Objekt die Strahlung geneigt gegenüber der Normalen der Oberfläche des Meßobjektes zu einer Linie oder einem Fokus auf das betreffende Meßobjekt konvergiert wird. Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß die berührungslose optische Dickenmessung an transparenten Meßobjekten mit beliebig gekrümmter Oberfläche ermöglicht wird, wobei an die Oberflöchenqualität keine Anforderungen mehr gestellt werden müssen und keine Einschränkungen hinsichtlich der Dicke der Meßobjekte mehr bestehen.

Ausführungsbeispiol

Die erfindungsgemäße Anordnung soll an dem folgenden Beispiel zur Messung der Wanddicke eines transparenten Meßobjektes, z. B. eines Hohlglaserzeugnisses, näher erläutert werden.

In der Figur 1 ist der Aufbau der Anordnung schematisch dargestellt.

Vor dem Meßobjekt 1 sind did Strahlungsquelle 2 für die kohärente optische Strahlung, beispielsweise ein He-Ne-Laser, und die Objektive 3a und 3 b so angeordnet, daß der Leserlichtstrahl durch das Objektiv 3a zu einem divergierenden Strahlenbündel aufgeweitet und durch das Objektiv 3 b unter einem Winkel β gegenüber der Normalen der Oberfläche des Meßobjektes geneigt auf dieses fokussiert wird.

Im Überlappungsgebiet 6 der beiden Außen- und Innenseiten des Meßobjektes reflektierten Strahlenbündel 4a bzw. 4b ist der optoelektronische, bildauflösende Sensor 7, dem die Auswerteelektronik 8 nachgeschaltet ist, im Abstand a vom Meßobjekt angeordnet.

Infolge der Gangunterschiede der beiden reflektierten Strahlenbündel 4a und 4 b entstehen in deren Überlappungsgeb'et Interferenzen gleicher Neigung, wobei zwischen der Wanddicke w des Meßobjektes und dem Abstand χ der Interferenzlinien folgender Zusammenhang besteht:

JLA

^W κ sln'ß

Dabei ist λ die Wellenlänge des Laserlichts und η der Brechungsindex des Meßobjektes. Die Interferenzlinien werden von dem Sensor 7 erfaßt, wobei dessen Inhalt durch die Auswerteelektronik 8 ausgelesen und entsprechend dem Zusammenhang zwischen der Wanddicke w und dem Abstand der Interferenzstreifen χ aus der Impulsfolge im Bildungsausgangssignal des Sensors 7 in an sich bekannter Weise die Wanddicke ermittelt wird.

Die visuelle Auswertung des Abstandes der Interferenzstreifen sowie die Bestimmung der Dicke des Meßobjektes erfolgt unter Verwendung von Nomogrammen oder Vergleichsmustern.

Claims

Erfindungsanspruch:

Anordnung zur berührungslosen interferometrischen Abstands- und Dickenmessung an transparenten Meßobjekten unter Verwendung einer kohärenten optischen Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Meßobjekt (1) eine optische Strahlungsquelle (2) und zwei Objektive in einer optischen Achse geneigt gegenüber der Oberflächennormale (5) des Meßobjektes (1) angeordnet sind, wobei der Abstand der beiden Objektive größer als die Summe ihrer beiden Brennweiten ist und das Objektiv (3 b) in einem solchen Abstand zum Meßobjekt angeordnet ist, daß der Durchmesser des Strahlenbündels am Meßobjekt kleiner als dessen Dicke ist und weiterhin im Überlappungsgebiet (6) der beiden reflektierten Strahlenbündel ein bildauflösender optoelektronischer Sensor (7) mit nachgeschalteter bilderkennender Auswerteelektrcr·.:!' (S) angeordnet ist, wobei die Dicke des Meßobjektes aus den Intensitätsänderungen dop Bildausgangssignals des Sensors mittels der Auswerteelektronik bestimmt wird.