DE102008001291B3 - Material stress determining method for e.g. high-homogeneous optical material, involves guiding light through object, and determining deviation of polarization angle of light withdrawing from object against light irradiated into object - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Materialspannungen in hochhomogenen optischen Materialien mittels Messung der Spannungsdoppelbrechung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The The invention relates to a method for determining material tensions in highly homogeneous optical materials by measuring stress birefringence with the features of the preamble of claim 1.
Derartige Verfahren, mit denen man beispielsweise Spannungen in Glas misst und bei denen man sich den Einfluss der Spannungsdoppelbrechung zunutze macht, sind bekannt. Vorrichtungen, mit denen dieses Verfahren ausgeführt werden kann, werden beispielsweise von der Firma Ilis GmbH unter der Bezeichnung „strainmatic®" vertrieben. Darin kommt ein Polarimeter zur Messung der Spannungsdoppelbrechung nach Sénarmont zum Einsatz. Linear polarisiertes Licht wird durch ein zu messendes Objekt (Probe) geleitet und in diesem beim Durchlaufen eines Messfeldes durch wechselnde innere Spannung elliptisch polarisiert. Das aus der Probe austretende elliptisch polarisierte Licht wird mittels λ/4-Platte wieder in linear polarisiertes Licht umgewandelt, welches dann regelmäßig eine andere Polarisationsrichtung aufweist als das eingestrahlte linear polarisierte Licht. Der Differenz- oder Polarisationswinkel α wird dann mithilfe eines Analysators bestimmt und aus diesem der optische Gangunterschied R, der durch die Spannung verursachten Teilwellen nach der Gleichung R = α·λ/180° berechnet. λ bezeichnet hierin die Wellenlänge des Lichtes. Der so ermittelte optische Gangunterschied R wird auf die Dicke des Objekts in cm normiert und in der Einheit nm/cm als Maß für die Spannungsdoppelbrechung angegeben.Such methods, with which one measures, for example, voltages in glass and in which one makes use of the influence of stress birefringence, are known. Devices with which this method can be carried out for example those marketed by the company Ilis GmbH under the designation "StrainMatic ®". This reflects a polarimeter for the measurement of stress birefringence according to Sénarmont used. Linear polarized light (by an object to be measured sample The elliptically polarized light emerging from the sample is converted back into linearly polarized light by means of a λ / 4 plate, which then regularly has a different polarization direction than the irradiated linearly polarized light The difference or polarization angle α is then determined by means of an analyzer and from this the optical path difference R, of the partial waves caused by the voltage, is calculated according to the equation R = α ·λ / 180 ° λ denotes herein the wavelength of the light so determined optical path difference R is normalized to the thickness of the object in cm and given in the unit nm / cm as a measure of the birefringence.
Während sich dieses System zur Prüfung einfacher Glasprodukte wie Flaschen, Gläser, Ampullen, Flachgläser oder optischer Elemente ohne höhere Ansprüche eignet und insbesondere im Hinblick auf die Optimierung des Herstellungsprozesses bewährt hat, stößt es bei den eingangs genannten hochhomogenen optischen Materialien an seine Grenzen. Solche Materialien kommen beispielsweise in der Astronomie, Mikroskopie, Mikrolithographie, Laseroptik und der Lithographie für die Herstellung von Flachbildschirmen zum Einsatz und erfordern einen erheblichen Produktionsaufwand mit langen Herstellungszeiten, insbesondere Temperzeiten, um jegliche Form von Spannungen im Glas zu vermeiden.While this system for testing simple glass products such as bottles, jars, ampoules, flat glasses or optical elements without higher claims suitable and in particular with regard to the optimization of the manufacturing process proven has, it pushes the above-mentioned highly homogeneous optical materials to his Limits. Such materials come, for example, in astronomy, Microscopy, microlithography, laser optics and lithography for the Manufacture of flat screens used and require one considerable production costs with long production times, in particular Temper times to avoid any form of stress in the glass.
Die
Im gleichen Maße, wie sich der Produktionsaufwand erhöht, wachsen auch die Anforderungen an die Qualitätsprüfung der Glasobjekte. So ist es beispielsweise erforderlich, die Nachweisgrenze und Messgenauigkeit für die Spannungsdoppelbrechung weiter herabzusetzen. Dies ist mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ohne weitere Maßnahmen nicht möglich.in the same dimensions, As the production costs increase, so do the requirements to the quality control of Glass objects. For example, the detection limit is required and measurement accuracy for to further reduce stress birefringence. This is with the previously described method without further action not possible.
Des
eingangs beschriebenen Messprinzips zur Bestimmung der Spannungsdoppelbrechung
bedient sich auch das in der Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Art bereitzustellen, welches die Bestimmung von Spannungen in hochhomogenen optischen Materialien mit einer verbesserten Auflösung ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a method of the preamble provided by claim 1, which is the determination of stresses in highly homogeneous optical materials with a improved resolution allows.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.The Task is achieved by a method having the features of claim 1 solved.
Erfindungsgemäß wird das zu messende Objekt vor der Messung thermisch an die Umgebungstemperatur der Messvorrichtung angepasst, bis der Temperaturunterschied zwischen dem Objekt und der Messumgebung höchstens ±0,1 K beträgt.According to the invention object to be measured thermally to the ambient temperature before the measurement the measuring device adjusted until the temperature difference between the object and the measuring environment is ± 0,1 K at most.
Die Erfinder haben festgestellt, dass es neben der materialimmanenten intrinsischen Spannungsdoppelbrechung einen von Temperaturschwankungen abhängigen Beitrag zur lokalen Spannungsdoppelbrechung gibt. Beide Beiträge sind in der herkömmlichen Messung der Spannungsdoppelbrechung überlagert. Es können daher keine eindeutigen Rückschlüsse auf die materialimmanente Spannungsdoppelbrechung gezogen werden, wenn der Temperatureinfluss überwiegt. Daher ist es notwendig, eine Temperaturstabilisation in dem zu messenden Objekt zu erzielen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist diese insoweit sichergestellt, dass die temperaturbedingten Schwankungen der gemessenen Spannungsdoppelbrechung nicht größer sind, als das nachzuweisende Spannungsfeld und ±0,2 nm/cm, bevorzugt ±0,1 nm/cm nach Möglichkeit nicht übersteigen.The inventors have found that, in addition to the intrinsic birefringence inherent in the material, there is a contribution to local stress birefringence, which is dependent on temperature fluctuations. Both contributions are superimposed in the conventional measurement of stress birefringence. Therefore, no clear conclusions can be drawn on the material-inherent stress birefringence if the influence of temperature predominates. Therefore, it is necessary to have a temperature stabilization in the to achieve the object to be measured. By means of the measure according to the invention, this is ensured to the extent that the temperature-induced fluctuations in the measured stress birefringence are not greater than the stress field to be detected and ± 0.2 nm / cm, preferably ± 0.1 nm / cm, as far as possible.
Bevorzugt erfolgt die Messung der Spannungsdoppelbrechung unter Einsatz eines ortsauflösenden Detektors flächig. Dies erspart Messzeit, indem nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, das Objekt mithilfe eines Lasers Punkt für Punkt abgetastet werden muss, sondern das Objekt über ein Gebiet vorbestimmter Größe simultan vermessen wird.Prefers the measurement of stress birefringence is performed using a spatially resolving detector area. This saves measurement time by not, as in the prior art known to point the object by means of a laser point by point must be scanned, but the object over an area of predetermined size simultaneously is measured.
Die Messung der Spannungsdoppelbrechung erfolgt besonders bevorzugt unter Einsatz einer zwischen das Objekt und den Detektor eingeschalteten telezentrischen Optik. Die Variation der Optik erlaubt eine Anpassung der Messapparatur, um entweder eine gewünschte Ortsauflösung zu erreichen oder eine bestimmten Fläche simultan messen zu können.The Measurement of stress birefringence is particularly preferred using a switched between the object and the detector telecentric optics. The variation of the optics allows an adaptation the measuring apparatus to either a desired spatial resolution reach or measure a certain area simultaneously.
Die Messung der Spannungsdoppelbrechung erfolgt bevorzugt mit einer Ortsauflösung von ≤ 1 mm.The Measurement of stress birefringence is preferably carried out with a spatial resolution of ≤ 1 mm.
Des Weiteren hat es sich zur Vermeidung von Temperaturschwankungen als vorteilhaft herausgestellt, die Lichtquelle mittels eines thermisch isolierenden Fensters von dem Objekt zu entkoppeln. Hierfür werden bevorzugt Fenster aus einem optisch transparenten Material mit möglichst großer Wärmeleitfähigkeit λ verwendet. Bevorzugt kommen Gläser mit einem λ ≥ 1,3 W/mK zum Einsatz.Of Furthermore, it has to avoid temperature fluctuations as Advantageously, the light source by means of a thermal isolating window from the object to decouple. For this purpose are preferred Window made of an optically transparent material with as possible greater Thermal conductivity λ used. Preference is given to glasses with a λ ≥ 1.3 W / mK for use.
Besonders
bevorzugt werden Fenster aus hochreinem synthetischem SiO2-Quarzglas (z. B. Schott Lithosil®),
Zerodur®,
FK 51 oder SF 57 eingesetzt. Diese Materialien zeichnen sich außer durch
die hohe Wärmeleitfähigkeit
ferner dadurch aus, dass sie selbst möglichst spannungsneutral und
optisch schlierenfrei herstellbar sind. Einige Eigenschaften dieser
Gläser
sind in nachfolgender Tabelle 1 zusammengestellt: Tabelle 1
Ganz besonders hat sich Schott Zerodur® als geeignet Werkstoff für ein thermisch isolierendes Fenster in der Messapparatur herausgestellt, weil in ihm die Eigenschaften eines sehr kleinen Spannungsfaktors φ und einer hohe Wärmekapazität cp vereint sind. Eine Referenzmessung eines Fensters aus Zerodur (d. h. ohne Probe) ergab ein Grundrauschen, welches über die gesamte Messfläche geringer als 0,2 nm/cm ausfiel. Dies stellt gegenüber den bekannten Fenstermaterialien mit einem ermittelten Rauschen von maximal 0,5 nm/cm eine deutliche Verbesserung dar. Aber auch Lithosil ist wegen des sehr kleinen Spannungsfaktors φ ein geeignetes Material.In particular, Schott Zerodur ® has proved to be a suitable material for a thermally insulating window in the measuring apparatus because it combines the properties of a very small stress factor φ and a high heat capacity c p . A reference measurement of a Zerodur window (ie without a sample) revealed a background noise which was less than 0.2 nm / cm over the entire measurement area. This represents a significant improvement over the known window materials with a determined noise of at most 0.5 nm / cm. But also Lithosil is a suitable material because of the very small stress factor φ.
In
einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das thermische
Anpassen (Thermalisieren) des Objekts wenigstens über eine
vorbestimmte, minimale Anpassungsdauer, die in Abhängigkeit
von dem Produkt aus der Wärmeleitfähigkeit λ und der
spezifischen Wärmekapazität cp des optischen Materials ermittelt wird.
Es hat sich herausgestellt, dass die Spannungsdoppelbrechung von
optischen Materialien, bei denen das Produkt aus der Wärmeleitfähigkeit λ (in W/(m·K)) und
der spezifischen Wärmekapazität cp (in J/(g·K)) kleiner als 1 ist, erheblich
empfindlicher auf Temperaturschwankungen reagiert als Materialien,
bei denen dieses Produkt über
1 liegt. Eine Einordnung in der Gestalt kritische und unkritische
Materialien ist der Tabelle 2 zu entnehmen. Tabelle 2
Die Anpassungsdauer hängt weiterhin von der Masse und der Oberfläche des zu messenden Objekts ab. Sie beträgt bevorzugt 2 bis 24 Stunden. Längere Zeiten sind für einige Materialien hilfreich aber unwirtschaftlich für den Produktionsablauf.The Adjustment duration depends continue from the mass and the surface of the object to be measured. It is preferably 2 to 24 hours. longer Times are for some materials helpful but uneconomical for the production process.
Insbesondere wird eine thermische Anpassungsdauer von 6 bis 12 Stunden im ersten Schritt und weitere 6 bis 12 Stunden im zweiten Schritt angestrebt. in speziellen Fällen, in denen eine besonders hohe Messgenauigkeit angestrebt wird, wird eine noch weitergehende Feinklimatisierung angestrebtEspecially will have a thermal adjustment period of 6 to 12 hours in the first Step and another 6 to 12 hours in the second step. in special cases, in which a particularly high accuracy is sought, is an even further fine air conditioning sought
Zwar bedarf es grundsätzlich keiner Vorthermalisierung in einem separaten Raum, wenn der Prüfling hinreichend lange in der Messumgebung gelagert wird. Dies geht jedoch zu Lasten der Raumnutzung und damit der Auslastung der Messaparatur. Deshalb erfolgt das thermische Anpassen des Objekts bevorzugt in einem ersten Schritt (Vorthermalisieren) in einem thermisch von der Messumgebung getrennten Raum oder Raumbereich und in einem zweiten Schritt (Fertigthermalisieren) in der Messumgebung, d. h. in demselben Raum oder Raumbereich, in dem sich auch die Messvorrichtung befindet.Though it basically requires no pretreatment in a separate room, if the examinee sufficient long stored in the measuring environment. However, this is to be borne the use of space and thus the utilization of the Messaparatur. Therefore the thermal adaptation of the object preferably takes place in a first Step (pretreatment) in a thermal of the measuring environment separate room or room area and in a second step (ready-to-heat) in the measurement environment, d. H. in the same room or room area, in which is also the measuring device.
Der getrennte Raum oder Raumbereich weist vorzugsweise eine Temperaturkonstanz von ≤ ±0,5 K auf. Dies stellt sicher, dass die in die Messumgebung mit dem zu messenden, vorthermalisierten Objekt eingebrachte Energie unabhängig von äußeren Bedingungen (Außentemperatur) hinreichend genau bekannt ist, so dass das zu messende Objekt keinen unerwarteten Temperaturschwankungen beim Umlagern in die Messumgebung ausgesetzt ist und auch die Temperatur der Messumgebung nicht in unvorhergesehener Weise beeinflusst wird.Of the separate room or room area preferably has a temperature stability of ≤ ± 0.5K. This ensures that the measurement environment to be measured with the pre-painted object introduced energy regardless of external conditions (External temperature) is sufficiently known, so that the object to be measured no unexpected temperature fluctuations when relocating to the measuring environment is exposed and also the temperature of the measurement environment is not in unforeseen manner.
Ferner folgt das thermische Anpassen im ersten Schritt bevorzugt auf einen Temperaturunterschied von höchstens ±2,0 K zu der Messumgebung. Dieser Toleranzbereich stellt sicher, dass die Dauer des thermischen Anpassens im zweiten Schritt, d. h. in der Messumgebung, in hinreichend kurzer Zeit erfolgen kann.Further The thermal adjustment in the first step preferably follows one Temperature difference of at most ± 2.0 K to the measurement environment. This tolerance range ensures that the duration of the thermal adjustment in the second step, d. H. in the measuring environment, can be done in a sufficiently short time.
Die Messumgebung selbst weist dabei bevorzugt eine Temperaturkonstanz von ≤ ±0,1 K und besonders bevorzugt von ≤ ±0,05 K auf. Dies stellt sicher, dass der erfindungsgemäße Temperaturunterschied zwischen dem Objekt und der Messumgebung von höchstens ±0,1 K eingehalten werden kann.The Measurement environment itself preferably has a temperature stability of ≤ ± 0.1K and particularly preferably ≦ ± 0.05 K. on. This ensures that the temperature difference between the object and the measuring environment of ± 0.1 K at the most can.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt das Positionieren des Objekts bevorzugt unter Vermeidung von Wärmeeinkopplung oder -auskopplung. Da das Positionieren des Objekts in der Messvorrichtung aus Gründen der effizienten Nutzung der Vorrichtung unmittelbar vor der Messung stattfinden muss, ist es gerade bei diesem Schritt erforderlich, auf eine thermische Entkopplung des Objekts von allen Wärmequellen zu achten. Das Positionieren des Objekts geschieht daher bevorzugt unter Einsatz eines Greifwerkzeugs, damit keine Handwärme in das Objekt eingetragen wird. Besonders bevorzugt erfolgt das Positionieren des Objekts automatisiert, d. h. mittels einer Positioniereinheit (Handlings-Roboter) damit jeglicher Wärmeeintrag durch Personen in der Messumgebung ausgeschlossen werden kann.According to one Another aspect of the invention is the positioning of the object preferably while avoiding heat input or decoupling. Because the positioning of the object in the measuring device for reasons the efficient use of the device immediately before the measurement it is necessary to take this step, on a thermal decoupling of the object from all heat sources to pay attention. The positioning of the object is therefore preferred using a gripping tool, so no hand heat in the Object is registered. Particularly preferably, the positioning takes place the object is automated, d. H. by means of a positioning unit (Handling robots) so that any heat input by persons in the measuring environment can be excluded.
Weiterhin sind Vorkehrungen vorteilhaft, durch welche Rechner, Monitore, Steuerungen, oder andere Elektronik, Netzteile, Motoren und andere Energieverbraucher sowie die Abwärmeführung der Messeinrichtung und der Positioniereinheit gegenüber dem zu messenden Objekt abgeschirmt werden. Entsprechende Abschirmungen sind vorzugsweise zumindest zwischen dem Energieverbraucher bzw. der Abwärmeführung und dem Messplatz einerseits sowie der Lagerstätte, an welcher das Fertigthermalisieren des Objekts geschieht, andererseits vorzusehen.Farther Arrangements are advantageous, by which computers, monitors, controls, or other electronics, power supplies, motors and other energy consumers as well as the waste heat management of Measuring device and the positioning unit relative to the object to be measured be shielded. Corresponding shields are preferred at least between the energy consumer or the waste heat management and the measuring station on the one hand and the deposit on which the prefabricated thermal treatment takes place the object happens to provide, on the other hand.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass vor jeder Messung der Spannungsdoppelbrechung an dem Objekt eine Kalibrierungsmessung ohne Objekt durchgeführt wird. Die zeitnahe Kalibrierung stellt sicher, dass etwaige (temperaturbedingte) zeitliche Änderungen der Nullmessung berücksichtigt werden, wenn die Messung des Objekts korrigiert wird.A advantageous development of the method provides that before each Measurement of stress birefringence on the object a calibration measurement performed without object becomes. The timely calibration ensures that any (temperature-related) temporal changes the zero measurement are taken into account, when the measurement of the object is corrected.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme sieht vor, die Messung der Spannungsdoppelbrechung an dem Objekt wenigstens einmal nach 15 bis 20 Minuten zu wiederholen, um etwaige temperaturbedingte Restschwankungen des Messergebnisses subtrahieren zu können.A further advantageous measure provides the measurement of stress birefringence on the object repeat at least once after 15 to 20 minutes to any eventuality Subtract the temperature-related residual fluctuations of the measurement result to be able to.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.Further Objects, features and advantages of the invention will become apparent below based on an embodiment using the drawings closer explained.
Es zeigen:It demonstrate:
In
dem Diagramm gemäß
Wie die Simulation zeigt, besteht zwischen der Spannungsdoppelbrechung und der Temperaturdifferenz ein linearer Zusammenhang. Der Maximalwert der Spannungsdoppelbrechung steigt etwa je 0,1°K Erhöhung des Temperatursprunges um 0,15 nm/cm an.As the simulation shows, exists between the stress birefringence and the temperature difference is a linear relationship. The maximum value The stress birefringence increases approximately every 0.1 ° K increase in the temperature jump around 0.15 nm / cm.
Entscheidend für die Thermalisierungsdauer ist die teilweise erheblich lange Relaxationszeit. So benötigt der Wert der Spannungsdoppelbrechung 6 Stunden, bis er auf ein zehntel des Maximalwertes abgefallen ist. Das bedeutet, dass im Fall eines sprunghaften Temperaturanstieges um 1 K erst nach etwa 6 Stunden der Wert von 0,15 nm/cm erreicht ist und somit die angestrebte Genauigkeit von ±0,2 nm/cm der Messung erreicht werden kann.critical for the Thermalization duration is the sometimes considerably long relaxation time. So needed the value of stress birefringence 6 hours, until it is one tenth of the maximum value has dropped. This means that in the case of a sudden temperature increase of 1 K after about 6 hours the value of 0.15 nm / cm is reached and thus the desired accuracy of ± 0.2 nm / cm of the measurement can be achieved.
Die Simulation zeigt ferner, dass im Grenzfall unendlich langer Relaxationszeit auch nach einem Temperaturanstieg die Spannungsdoppelbrechung auf den Wert 0 zurückgeht. D. h., dass die absolute Temperatur bei der Messung keine Rolle spielt, sondern eben nur besagte Temperaturänderungen. Im Ergebnis lässt sich also festhalten, dass eine Temperaturstabilisation der Messumgebung auf ±0,1 K und besonders bevorzugt von ±0,05 K angestrebt werden sollte.The Simulation also shows that in the limit of infinitely long relaxation time even after a temperature rise on the stress birefringence returns the value 0. That is, the absolute temperature in the measurement is not important plays, but only said temperature changes. The result is so Note that a temperature stabilization of the measurement environment to ± 0.1 K. and more preferably from ± 0.05 K should be sought.
Die
durchgeführten
Messungen an einer Probe bestätigten
den in
In
Als Fenstermaterial werden typischerweise Gläser mit einer mit möglichst großer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere mit einem λ ≥ 1,3 W/mK, verwendet. Auch an die optischen Eigenschaften dieses Fenstermaterials sind hohe Anforderungen zu stellen. So sollte das Material des Fensters eine hohe Homogenität, d. h. einen weitestgehend konstanten Brechungsindexes, aufweisen, schlierenfrei und seinerseits möglichst spannungsarm sein. Zwar werden materialimmanente optische Artefakte des Fensters durch eine Kalibrierungsmessung ermittelt und von dem Resultat der Probenmessung abgezogen. Jedoch sollten auf diese Weise nach Möglichkeit nur Restfehler der Apparatur eliminiert werden. Als besonders geeignet hat sich synthetisches Quarzglas (z. B. Schott Lithosil®), Zerodur®, FK 51 oder SF 57 herausgestellt.As window material are typically glasses with one with the greatest possible thermal conductivity, in particular with a λ ≥ 1.3 W / mK. High demands are also placed on the optical properties of this window material. Thus, the material of the window should have a high homogeneity, ie a largely constant refractive index, streak-free and, in turn, be as low in tension as possible. Although material-inherent optical artifacts of the window are determined by a calibration measurement and subtracted from the result of the sample measurement. However, if possible, only residual errors of the apparatus should be eliminated in this way. Particularly suitable is a synthetic quartz glass (z. B. Schott Lithosil ®), Zerodur ®, FK 51 or SF found 57th
Über dem
Fenster
Nachdem
das linear polarisierte Licht das zu messende Objekt durchlaufen
hat, weist dieses in Abhängigkeit
von der Spannungsdoppelbrechung, die in dem Objekt stattgefunden
hat, eine elliptische Polarisation auf. Das elliptisch polarisierte
Licht wird hiernach mittels einer über dem Objekt angeordneten λ/4-Platte
Nicht
notwendig aber von Vorteil ist, wenn in den Strahlengang eine telezentrische
Optik
In
In
einem ersten Thermalisierungsschritt T1 wird das zu messende Objekt
bestimmten thermischen Bedingungen über eine vorbestimmte Anpassungsdauer
ausgesetzt. Die thermischen Bedingungen sind charakterisiert durch
die absolute Temperatur T1 und die thermische
Schwankungsbreite ΔT1. Die Thermalisierungsdauer ist festgelegt
auf eine Mindestzeit T1 min,
die minimale Thermalisierungs- oder Anpassungsdauer. Sie wird bevorzugt
in Abhängigkeit
von dem Produkt aus der Wärmeleitfähigkeit
und der spezifischen Wärmekapazität des optischen
Materials ermittelt, aus dem das Objekt besteht. Sie beträgt vorzugsweise
zwischen 2 und 24 Stunden und für
ein Objekt mit einem Durchmesser von etwa 250 mm und einer Dicke
von etwa 45 mm typischer Weise 12 Stunden. Solche Objekte (auch
als „Blanks" bezeichnet) sind
beispielsweise Ausgangsmaterial für die Herstellung hochpräziser optischer
Elemente wie Platten, Filter, Linsen, Prismen oder dgl. Die Thermalisierungsdauer
variiert ferner mit der Masse und der Oberflächengröße des Objekts. Die Thermalisierungstemperatur
T1 liegt vorzugsweise in einem Temperaturintervall
von ±2,0
K ausgehend von der Temperatur der Messumgebung, welche in dem in
Die Temperaturkonstanz während des ersten Thermalisierungsvorganges liegt bevorzugt in einem Intervall ΔT1 von ±0,5 K. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Objekt dem zweiten Thermalisierungsschritt mit einer definierten Temperatur zugeführt wird. Liegt die Temperatur T1 unter der Messumgebungstemperatur T2, so ist damit sichergestellt, dass die Probe im zweiten Thermalisierungsschritt stets Wärme aufnimmt und nicht abgibt. Dies sorgt für eine kalkulierbare Temperaturstabilität in dem Feinklima der Messumgebung.The temperature stability during the first thermalization process is preferably in an interval ΔT 1 of ± 0.5 K. This ensures that the object is supplied to the second thermalization step at a defined temperature. If the temperature T 1 is below the measurement ambient temperature T 2 , this ensures that the sample always absorbs heat in the second thermalization step and does not give off. This ensures calculable temperature stability in the fine climate of the measurement environment.
Nach dem Thermalisierungsschritt T1 schließt sich ein Prüfschritt Q1 an, in welchem überprüft wird, ob die Temperatur des Objekts T0 in dem Intervall [T1 ± ΔT1] liegt. Ist dies nicht der Fall, wird die Probe für eine weitere zu bestimmende Dauer, die auch unter der minimalen Thermalisierungszeit t1 min liegen kann, dem Thermalisierungsschritt T1 zugeführt. Ist die Bedingung erfüllt, wird sie anschließend dem zweiten Thermalisierungsschritt T2 zugeführt.After the thermalization step T1, a test step Q1 follows in which it is checked whether the temperature of the object T 0 is in the interval [T 1 ± ΔT 1 ]. If this is not the case, the sample is for a further duration to be determined, which may also be below the minimum thermalization time t 1 min , Ther malisierungsschritt T1 supplied. If the condition is fulfilled, it is then fed to the second thermalization step T2.
Der zweite Thermalisierungsschritt T2 ist durch eine absolute Temperatur T2, eine Temperaturschwankungsbreite ΔT2 und eine Thermalisierungsdauer t2 min charakterisiert. Die Thermalisierungstemperatur T2 entspricht zugleich der Temperatur der Messumgebung, auf deren Absolutwert es, wie oben ausgeführt, nicht ankommt. Die Schwankungsbreite ΔT2 des Feinklimas in dem Thermalisierungsschritt T2 sowie der Messumgebung liegt bevorzugt in einem Bereich von ±0,1 K und besonders bevorzugt von ±0,05 K. Um eine hinreichende Anpassung des Objektes an die herrschende Temperatur zu gewährleisten, liegt die minimale Thermalisierungsdauer t2 min in einem Intervall von 2 bis 24 Stunden, bevorzugt bei 12 Stunden.The second thermalization step T2 is characterized by an absolute temperature T 2 , a temperature fluctuation width ΔT 2 and a thermalization time t 2 min . The thermalization temperature T 2 at the same time corresponds to the temperature of the measurement environment, the absolute value of which, as stated above, does not arrive. The fluctuation range ΔT 2 of the fine climate in the thermalization step T2 and the measurement environment is preferably in a range of ± 0.1 K and more preferably of ± 0.05 K. In order to ensure a sufficient adaptation of the object to the prevailing temperature, the minimum Thermalization time t 2 min in an interval of 2 to 24 hours, preferably 12 hours.
Nach dem Thermalisierungsschritt T2 wird die Probe einer zweiten Temperaturprüfung in dem Schritt Q2 unterzogen. Wird festgestellt, dass die Temperatur der Probe T0 in dem Intervall [T2 ± ΔT2] liegt, wird die Probe anschließend der Messung M1 zugeführt. Andernfalls wird die Probe für eine zu bestimmende Dauer, die auch unter der minimalen Thermalisierungszeit t2 min liegen kann, nochmals dem Thermalisierungsschritt T2 unterzogen. Bei hinreichend langer Thermalisierungsdauer kann der Prüfschritt Q2 ebenso wie der Prüfschritt Q1 entfallen.After the thermalization step T2, the sample is subjected to a second temperature test in step Q2. If it is determined that the temperature of the sample T 0 is in the interval [T 2 ± ΔT 2 ], then the sample is fed to the measurement M1. Otherwise, the sample is again subjected to the thermalization step T2 for a duration to be determined, which may also be below the minimum thermalization time t 2 min . If the thermalization time is sufficiently long, the test step Q2 as well as the test step Q1 can be omitted.
Anders
als in
Ferner kann es ebenfalls vorgesehen sein, anstelle von zwei Thermalisierungsschritten drei oder mehr Thermalisierungsschritte vorzunehmen, wobei man von Thermalisierungsschritt zu Thermalisierungsschritt sich an die thermischen Bedingungen der Messumgebung annähert.Further it may also be provided instead of two thermalization steps to perform three or more thermalization steps, one of Thermalization step to thermalization step to the thermal Conditions of the measurement environment approximates.
In
Nach
Verstreichen einer bestimmten Thermalisierungsdauer t1,
welche wenigstens der minimalen Thermalisierungsdauer t1 min entspricht, werden das oder die Objekte
in einen zweiten, thermisch von dem ersten Thermalisierungsraum
Ebenfalls
in
Dasselbe
gilt für
Abwärme,
welche durch jedwede (nicht dargestellte) Automaten, beispielsweise
ein Transfersystem für
den Transfer des oder der Objekte aus einem Raum/Raumbereich in
den nächsten
oder eine Positioniereinheit zum Positionieren des Objektes in der
Messvorrichtung
Zur Einhaltung der mittels der Klimatisierungseinrichtung einzustellenden thermischen Bedingungen ist es schließlich vorteilhaft, wenn die Anzahl der insbesondere in der Messumgebung befindlichen Personen in dem Prozessablauf festgeschrieben ist. Nach Möglichkeit sollten sich nicht mehr als eine Person in der Messumgebung bzw. dem zweiten Thermalisierungsraum aufhalten und günstigstenfalls sollte während der Messung gar keine Person in diesem Raum bzw. Raumbereich anzutreffen sein.to Compliance with the set by the air conditioning device After all, it is advantageous if the thermal conditions prevail Number of persons in particular in the measuring environment in is committed to the process flow. If possible, should not more than one person in the measuring environment or the second thermalisation room stop and at best should while no person can be found in the room or room area be.
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- Messvorrichtungmeasuring device
- 202202
- Lichtquelle/BeleuchtungseinheitLight source / lighting unit
- 204204
- Polarisatorpolarizer
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- thermisch isolierendes Fensterthermal insulating window
- 208208
- Objektobject
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- Objekthalterobject holder
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- λ/4-Platteλ / 4 plate
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- Polarisationsfilter, AnalysatorPolarizing filter, analyzer
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- telezentrische Optiktelecentric optics
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- Detektordetector
- 400400
- Messvorrichtungmeasuring device
- 402402
- Beleuchtungseinheitlighting unit
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- Objektobject
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- zweiter Thermalisierungsraumsecond Thermalisierungsraum
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011157815A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Agc Glass Europe | Analysis of quench marks |
DE102011121118B3 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-13 | Westsächsische Hochschule Zwickau | Method for in-situ detection of e.g. tears of adhesive bond, involves detecting alteration of polarization state of light, and determining amount of mechanical stress or strain based on stress-optical or interferometric measurement |
DE102012205311A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-02 | Anton Paar Gmbh | Optical device, in particular polarimeter, for detecting inhomogeneities in a sample |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3512851A1 (en) * | 1984-04-19 | 1985-10-31 | Saint-Gobain Recherche, Aubervilliers | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING TENSIONS IN FLOAT GLASS |
JPH05306133A (en) * | 1992-04-30 | 1993-11-19 | Hoya Corp | Stress relieving method for glass body and device therefor |
DE19819670A1 (en) * | 1998-05-02 | 1998-11-26 | Thueringisches Inst Textil | Measuring high phase differences in samples |
DE19953528A1 (en) * | 1999-11-05 | 2001-05-10 | Schott Rohrglas Gmbh | Automatically measuring birefringence of transparent bodies e.g. glass, comprises radiating the sample with a polarized light beam |
DE10227345A1 (en) * | 2002-06-19 | 2004-01-15 | Schott Glas | Method for the determination of local structures in optical crystals |
-
2008
- 2008-04-21 DE DE102008001291A patent/DE102008001291B3/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3512851A1 (en) * | 1984-04-19 | 1985-10-31 | Saint-Gobain Recherche, Aubervilliers | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING TENSIONS IN FLOAT GLASS |
JPH05306133A (en) * | 1992-04-30 | 1993-11-19 | Hoya Corp | Stress relieving method for glass body and device therefor |
DE19819670A1 (en) * | 1998-05-02 | 1998-11-26 | Thueringisches Inst Textil | Measuring high phase differences in samples |
DE19953528A1 (en) * | 1999-11-05 | 2001-05-10 | Schott Rohrglas Gmbh | Automatically measuring birefringence of transparent bodies e.g. glass, comprises radiating the sample with a polarized light beam |
DE10227345A1 (en) * | 2002-06-19 | 2004-01-15 | Schott Glas | Method for the determination of local structures in optical crystals |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP 05-306 133 A (mit PAJ u. Online-Übersetzung) |
JP 05306133 A in: Patent Abstracts of Japan (Online-Übersetzung) * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011157815A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Agc Glass Europe | Analysis of quench marks |
BE1019378A3 (en) * | 2010-06-17 | 2012-06-05 | Agc Glass Europe | ANALYSIS OF DRYING BRANDS. |
DE102011121118B3 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-13 | Westsächsische Hochschule Zwickau | Method for in-situ detection of e.g. tears of adhesive bond, involves detecting alteration of polarization state of light, and determining amount of mechanical stress or strain based on stress-optical or interferometric measurement |
DE102012205311A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-02 | Anton Paar Gmbh | Optical device, in particular polarimeter, for detecting inhomogeneities in a sample |
DE102012205311B4 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Anton Paar Gmbh | Optical device, in particular polarimeter, for detecting inhomogeneities in a sample |
US9448161B2 (en) | 2012-03-30 | 2016-09-20 | Anton Paar Gmbh | Optical device, particularly a polarimeter, for detecting inhomogeneities in a sample |
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