DE102017106184B4 - Method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor - Google Patents

Method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor Download PDF

Info

Publication number
DE102017106184B4
DE102017106184B4 DE102017106184.3A DE102017106184A DE102017106184B4 DE 102017106184 B4 DE102017106184 B4 DE 102017106184B4 DE 102017106184 A DE102017106184 A DE 102017106184A DE 102017106184 B4 DE102017106184 B4 DE 102017106184B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser beam
ball
interferometer
path length
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102017106184.3A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102017106184A1 (en
Inventor
Rudolf Meeß
Holger Drösemeyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bundesrepublik Deutschland Vertr Durch Das Bundesministerium fur Wirtsch und Energie Dieses Vertret
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Original Assignee
Bundesrepublik Deutschland Vertr Durch Das Bundesministerium fur Wirtsch und Energie Dieses Vertret
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bundesrepublik Deutschland Vertr Durch Das Bundesministerium fur Wirtsch und Energie Dieses Vertret, Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie filed Critical Bundesrepublik Deutschland Vertr Durch Das Bundesministerium fur Wirtsch und Energie Dieses Vertret
Priority to DE102017106184.3A priority Critical patent/DE102017106184B4/en
Publication of DE102017106184A1 publication Critical patent/DE102017106184A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102017106184B4 publication Critical patent/DE102017106184B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Verfahren zum Messen einer Formabweichung einer Kugel (14), mit den Schritten:(a) Richten eines ersten Laserstrahls (22) einer Interferometer-Vorrichtung (16) auf einen ersten Punkt auf der Kugeloberfläche (O) der Kugel (14),(b) Richten eines zweiten Laserstrahls (24) der Interferometer-Vorrichtung (16) auf einen zweiten Punkt auf der Kugeloberfläche (O) der Kugel (14),(c) Drehen der Kugel (14) um ihren Mittelpunkt und um eine Drehachse (D),(d) Berechnen der Durchmesseränderung als Summe der Änderungen einer ersten Weglänge (w1) des ersten Laserstrahls (22) und einer zweiten Weglänge (w2) des zweiten Laserstrahls (24),(e) zeitabhängiges Messen einer Taumelbewegung der Drehachse (D) und(f) Bestimmen eines azimutalwinkelabhängigen Radius (R(cp)) der Kugel (14) aus- der Taumelbewegung und- der zeitabhängigen ersten Weglänge (w1) des ersten Laserstrahls (22) und der zeitabhängigen zweiten Weglänge (w2) des zweiten Laserstrahls (24), wobei(g) der erste Laserstrahl (22) und der zweite Laserstrahl (24) kollinear und in Richtung auf den Mittelpunkt der Kugel (14) zu verlaufen.Method for measuring a shape deviation of a sphere (14), with the steps: (a) directing a first laser beam (22) of an interferometer device (16) onto a first point on the spherical surface (O) of the sphere (14), (b ) Aiming a second laser beam (24) of the interferometer device (16) at a second point on the spherical surface (O) of the ball (14), (c) rotating the ball (14) about its center and about an axis of rotation (D) ,(d) calculating the change in diameter as the sum of the changes in a first path length (w1) of the first laser beam (22) and a second path length (w2) of the second laser beam (24), (e) time-dependent measuring of a wobbling movement of the axis of rotation (D) and (f) determining an azimuthal angle-dependent radius (R(cp)) of the ball (14) from - the wobbling movement and - the time-dependent first path length (w1) of the first laser beam (22) and the time-dependent second path length (w2) of the second laser beam (24 ), where(g) the first laser beam (22) and the second laser beam (24) are collinear and extend towards the center of the sphere (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Formabweichung einer Kugel, insbesondere einer ultrapräzisen Kugel. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Kugel-Messvorrichtung zum Messen einer Formabweichung einer solchen Kugel.The invention relates to a method for measuring a shape deviation of a sphere, in particular an ultra-precise sphere. According to a second aspect, the invention relates to a ball measuring device for measuring a shape deviation of such a ball.

Ultrapräzise Kugeln sind solche Kugeln, bei denen der Formfehler höchstens 150 nm pro 10 cm Durchmesser beträgt. Vorzugsweise ist zudem die Mittenrauheit Ra kleiner als 10 nm, insbesondere kleiner als 1 nm. Derartige Kugeln werden beispielsweise dazu verwendet, die SI-Einheit Masse aus Naturkonstanten abzuleiten. Besteht die ultrapräzise Kugel beispielsweise aus Silizium, was eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, so lässt sich deren Masse aus der Masse eines Siliziumatoms, der Gitterkonstanten sowie dem Volumen der Kugel berechnen. Zur Berechnung des Volumens mit hoher Genauigkeit ist es notwendig, dass die Formabweichung möglichst klein ist.Ultra-precision spheres are those spheres in which the shape error is at most 150 nm per 10 cm in diameter. Preferably, the average roughness Ra is also smaller than 10 nm, in particular smaller than 1 nm. Such spheres are used, for example, to derive the SI unit mass from natural constants. If the ultra-precise sphere is made of silicon, for example, which is a preferred embodiment, its mass can be calculated from the mass of a silicon atom, the lattice constant and the volume of the sphere. In order to calculate the volume with high accuracy, it is necessary that the shape deviation is as small as possible.

Um zu bestimmen, ob eine gegebene Kugel die Anforderungen an die Formgenauigkeit erfüllt, muss die Formabweichung ermittelt werden. Es hat sich als schwierig herausgestellt, die Formabweichung an ultrapräzisen Kugeln mit hinreichend hoher Genauigkeit zu bestimmen.To determine whether a given sphere meets the shape accuracy requirements, the shape deviation must be determined. It has proven difficult to determine the shape deviation of ultra-precise spheres with a sufficiently high level of accuracy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung der Formabweichung bei Kugeln zu verbessern.The invention is based on the object of improving the measurement of the shape deviation of balls.

Aus der DE 10 2006 001 329 B4 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hochgenauen Messung der Oberfläche eines Prüflings, beispielsweise einer Kugel, bekannt. Von einem Interferometer geht ein Messstrahl durch eine Linse, wobei die Linse an einer Tasteraufnahme eines Koordinatenmessgeräts befestigt ist. Durch das Verschieben des Koordinatenmessgerätes mit der daran angeordneten Linse lassen sich die absoluten Abmessungen des Prüflings erfassen.From the DE 10 2006 001 329 B4 a method and a device for highly precise measurement of the surface of a test object, for example a ball, are known. A measuring beam from an interferometer passes through a lens, the lens being attached to a stylus holder of a coordinate measuring machine. By moving the coordinate measuring machine with the lens arranged on it, the absolute dimensions of the test object can be recorded.

Aus der DE 11 2015 004 409 T5 sind eine Formmessvorrichtung und ein Formmessverfahren zum Messen einer Dicke eines platten- bzw. scheibenförmigen Körpers wie etwa eines Halbleiterwafers bekannt. Der Halbleiterwafer ist zwischen zwei Abstandssensoren angeordnet, die jeweils mit Beschleunigungssensoren ausgestattet sind, um die sich aus einer Vibration ergebenden Messungenauigkeiten in die Kalkulation der Dicke des Halbleiterwafers einfließen zu lassen.From the DE 11 2015 004 409 T5 A shape measuring device and a shape measuring method for measuring a thickness of a plate-shaped body such as a semiconductor wafer are known. The semiconductor wafer is arranged between two distance sensors, each of which is equipped with acceleration sensors in order to incorporate the measurement inaccuracies resulting from vibration into the calculation of the thickness of the semiconductor wafer.

Aus der DE 10 2005 023 467 A1 sind eine Vorrichtung zur Drehung eines Körpers und ein Verfahren zur Überwachung einer lastbedingten Taumelbewegung eines mit einem Körper belasteten Drehtischs bekannt.From the DE 10 2005 023 467 A1 a device for rotating a body and a method for monitoring a load-related wobbling movement of a turntable loaded with a body are known.

Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Messen einer Formabweichung einer Kugel mit den Schritten (a) Richten eines ersten Laserstrahls einer Interferometer-Vorrichtung auf einen ersten Punkt auf der Kugeloberfläche der Kugel, (b) Richten eines zweiten Laserstrahls der Interferometer-Vorrichtung auf einen zweiten Punkt auf der Kugeloberfläche der Kugel, (c) Drehen der Kugel um ihren Mittelpunkt und um eine Drehachse, und (d) Berechnen der Durchmesseränderung als Summe der Änderungen einer ersten Weglänge des ersten Laserstrahls und einer zweiten Weglänge des zweiten Laserstrahls, (e) zeitabhängiges Messen einer Taumelbewegung der Drehachse und (f) Bestimmen eines azimutalwinkelabhängigen Radius der Kugel aus der Taumelbewegung und der zeitabhängigen ersten Weglänge des ersten Laserstrahls und der zeitabhängigen zweiten Weglänge des zweiten Laserstrahls, wobei (g) der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl kollinear und in Richtung auf den Mittelpunkt der Kugel zu verlaufen.The invention solves the problem by a method for measuring a shape deviation of a sphere with the steps of (a) directing a first laser beam of an interferometer device onto a first point on the spherical surface of the sphere, (b) directing a second laser beam of the interferometer device a second point on the spherical surface of the sphere, (c) rotating the sphere about its center and about an axis of rotation, and (d) calculating the change in diameter as the sum of the changes in a first path length of the first laser beam and a second path length of the second laser beam, (e ) time-dependent measurement of a wobble movement of the axis of rotation and (f) determining an azimuthal angle-dependent radius of the ball from the wobble movement and the time-dependent first path length of the first laser beam and the time-dependent second path length of the second laser beam, where (g) the first laser beam and the second laser beam are collinear and towards the center of the sphere.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine Kugel-Messvorrichtung zum Messen einer Formabweichung einer Kugel mit (a) einer Drehvorrichtung zum Drehen der Kugel und (b) einer Interferometer-Vorrichtung, die ausgebildet ist zum Abgeben eines ersten Laserstrahls auf einen ersten Punkt auf einer Kugeloberfläche der Kugel und eines zweiten Laserstrahls auf einen zweiten Punkt auf der Kugeloberfläche, (c) einem zylindermantelförmigen Abschnitt, der an der Drehvorrichtung ausgebildet ist und dessen Längsachse seiner Drehachse entspricht und durch einen Mittelpunkt der Kugel verläuft, (d) einer Taumelmessvorrichtung zum Messen einer Taumelbewegung des zylindermantelförmigen Abschnitts um seine Längsachse und (e) einer Azimutalwinkel-Messvorrichtung zum Messen eines zeitabhängigen Azimutalwinkels zwischen der Kugel und dem zumindest einen Interferometer, (f) einer Auswertevorrichtung, die ausgebildet ist zum automatischen Berechnen der Durchmesseränderung als Summe der Änderungen einer ersten Weglänge des ersten Laserstrahls und einer zweiten Weglänge des zweiten Laserstrahls und eines azimutalwinkelabhängigen Radius aus der ersten Weglänge des ersten Laserstrahls und der zweiten Weglänge des zweiten Laserstrahls, einerseits und einer momentanen Lage der Drehachse, um die die Kugel dreht, andererseits, wobei (g) die Drehvorrichtung mechanisch von dem Interferometer entkoppelt ist.According to a second aspect, the invention solves the problem by a ball measuring device for measuring a shape deviation of a ball with (a) a rotating device for rotating the ball and (b) an interferometer device designed to emit a first laser beam onto a first Point on a spherical surface of the ball and a second laser beam on a second point on the spherical surface, (c) a cylindrical jacket-shaped section which is formed on the rotating device and whose longitudinal axis corresponds to its axis of rotation and runs through a center of the ball, (d) a wobble measuring device for measuring a wobbling movement of the cylindrical jacket-shaped section about its longitudinal axis and (e) an azimuthal angle measuring device for measuring a time-dependent azimuthal angle between the sphere and the at least one interferometer, (f) an evaluation device which is designed to automatically calculate the change in diameter as the sum of the changes a first path length of the first laser beam and a second path length of the second laser beam and an azimuthal angle-dependent radius from the first path length of the first laser beam and the second path length of the second laser beam, on the one hand, and a current position of the axis of rotation about which the ball rotates, on the other hand, where ( g) the rotating device is mechanically decoupled from the interferometer.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die Formabweichung der Kugel, insbesondere in Form einer Durchmesserschwankung, mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden kann. So sind Messgenauigkeiten von unterhalb von 10 nm für den Durchmesser erreichbar, so dass eine ultrapräzise Kugel ausmessbar ist. Es ist ein weiterer Vorteil, dass die Kugel-Messvorrichtung vergleichsweise einfach aufgebaut ist und daher eine robuste Messung erlaubt. Günstig ist zudem, dass kinematische Fehler, beispielsweise ein Taumeln der Drehachse, zu einem Kosinus-Fehler führt und daher in der Regel nicht kompensiert werden muss. Die primäre Messgröße, nämlich beispielsweise der Durchmesser, kann indirekt ermittelt werden.The advantage of the solution according to the invention is that the shape deviation of the ball, in particular in the form of a diameter fluctuation, can be measured with very high accuracy. Measuring accuracies of less than 10 nm for the diameter can be achieved, so that an ultra-precise sphere can be measured. It is a further advantage that the ball measuring device has a comparatively simple structure and therefore allows a robust measurement. It is also advantageous that kinematic errors, for example wobbling of the axis of rotation, lead to a cosine error and therefore generally do not need to be compensated for. The primary measurement variable, namely the diameter, for example, can be determined indirectly.

Vorteilhaft ist zudem die geringe Baugröße in der Kugel-Messvorrichtung. Aufgrund der geringen Größe dauert ein Temperieren, was gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ist, nur kurz. Das verkürzt die Messzeit. Wegen der kontaktlosen Messung wird zudem die - in der Regel teure - ultrapräzise Kugel geschont.The small size of the ball measuring device is also advantageous. Due to the small size, tempering, which is provided according to a preferred embodiment, only takes a short time. This shortens the measurement time. Because of the contactless measurement, the - usually expensive - ultra-precise sphere is protected.

Durch die Entkopplung der Drehvorrichtung von den Interferometern haben externe Vibrationen zudem einen kleinen Einfluss auf das Messergebnis, was die Robustheit und Messgenauigkeit verbessert. Wegen der Einfachheit des Messprinzips kann beispielsweise die Durchmesserschwankung mit einer hohen räumlichen Auflösung erfasst werden.By decoupling the rotating device from the interferometer, external vibrations also have a small influence on the measurement result, which improves the robustness and measurement accuracy. Because of the simplicity of the measuring principle, the diameter fluctuation, for example, can be recorded with a high spatial resolution.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einer Formabweichung insbesondere eine Durchmesserschwankung verstanden.In the context of the present description, a shape deviation is understood to mean, in particular, a diameter fluctuation.

Insbesondere werden die Laserstrahlen so auf die Kugeloberfläche gerichtet, dass sie dort senkrecht auftreffen. Unter einem senkrechten Auftreffen wird insbesondere verstanden, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass der Winkel exakt 90° beträgt. Kleine Abweichungen sind möglich, insbesondere solange der reflektierte Laserstrahl sich mit dem einfallenden Laserstrahl überlagert. In anderen Worten wird der Durchmesser tatsächlich äquatorial gemessen.In particular, the laser beams are directed onto the spherical surface in such a way that they strike it perpendicularly. A vertical impact means in particular that it is possible, but not necessary, for the angle to be exactly 90°. Small deviations are possible, especially as long as the reflected laser beam is superimposed on the incident laser beam. In other words, the diameter is actually measured equatorially.

Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Interferometer-Vorrichtung zwei voneinander getrennte Interferometer aufweist. Getrennte Interferometer liegen dann vor, wenn die durch Interferieren erzeugten Schwebungs-Frequenzen sich ändern, wenn die Summe aus der ersten oder zweiten Weglänge konstant ist, sich aber die erste Weglänge ändert. Alternativ ist es möglich, dass die Interferometer-Vorrichtung nur ein Interferometer aufweist. In diesem Fall ändert sich die Schwebungs-Frequenz nicht, wenn sich die erste Weglänge ändert, nicht aber die Summe der Weglängen.It is possible, but not necessary, for the interferometer device to have two separate interferometers. Separate interferometers exist when the beat frequencies generated by interference change, when the sum of the first or second path length is constant, but the first path length changes. Alternatively, it is possible for the interferometer device to have only one interferometer. In this case, the beat frequency does not change when the first path length changes, but the sum of the path lengths does not.

Vorzugsweise wird das Berechnen der Durchmesseränderung kontinuierlich durchgeführt. In anderen Worten werden die erste und die zweite Weglänge kontinuierlich erfasst, beispielsweise zumindest einmal, vorzugsweise zumindest zehnmal, pro Sekunde. Vorzugsweise wird dann die Durchmesseränderung zumindest auch einmal pro Sekunde, insbesondere zumindest zehnmal pro Sekunde, aus den gemessenen Weglängen bestimmt.Preferably, the calculation of the change in diameter is carried out continuously. In other words, the first and second path lengths are recorded continuously, for example at least once, preferably at least ten times, per second. Preferably, the change in diameter is then determined at least once per second, in particular at least ten times per second, from the measured path lengths.

Vorzugsweise werden der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl mittels der Interferometer-Vorrichtung erzeugt und auf die Kugeloberfläche gerichtet, wobei das Drehen mittels einer Drehvorrichtung erfolgt, die von der Interferometer-Vorrichtung mechanisch entkoppelt ist.Preferably, the first laser beam and the second laser beam are generated by means of the interferometer device and directed onto the spherical surface, with the rotation taking place by means of a rotating device which is mechanically decoupled from the interferometer device.

Die Interferometer-Vorrichtung umfasst ein Interferometer. Unter dem Interferometer wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die einen Strahlteiler und einen Ort aufweist, an dem zwei Lichtstrahlen zur Interferenz gebracht werden. Die Interferometer-Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls für das Interferometer, diese Lichtquelle kann Teil des Interferometers sein, dies ist aber nicht notwendig.The interferometer device includes an interferometer. The term interferometer is understood in particular to mean a device that has a beam splitter and a location at which two light beams are caused to interfere. The interferometer device includes a light source for generating a laser beam for the interferometer, this light source may be part of the interferometer, but this is not necessary.

Vorzugsweise sind die Drehvorrichtung zum Drehen der Kugel und das Interferometer mechanisch entkoppelt. Hierunter ist es insbesondere zu verstehen, dass sich das Interferometer um höchsten 20 µm bewegt, wenn eine Kraft von 0,1 N auf die Kugel aufgebracht wird. Es ist unbeachtlich, in welche Richtung die Kraft auf die Kugel aufgebracht wird. Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass es durchaus möglich ist, dass die Lichtquelle nicht von der Drehvorrichtung mechanisch entkoppelt ist, obwohl dies vorteilhaft ist.Preferably, the rotating device for rotating the ball and the interferometer are mechanically decoupled. This means in particular that the interferometer moves by a maximum of 20 µm when a force of 0.1 N is applied to the sphere. It is irrelevant in which direction the force is applied to the ball. Just for the sake of completeness, it should be mentioned that it is entirely possible that the light source is not mechanically decoupled from the rotating device, although this is advantageous.

Vorzugsweise wirkt die Kugeloberfläche als Spiegel des Interferometers. Das ist möglich, weil die Oberflächengüte der ultrapräzisen Kugel so hoch ist, dass eine ausreichende Menge an Licht reflektiert wird.The spherical surface preferably acts as a mirror of the interferometer. This is possible because the surface quality of the ultra-precise sphere is so high that a sufficient amount of light is reflected.

Vorzugsweise weist die Interferometer-Vorrichtung ein erstes Auslassfenster auf, durch das der erste Laserstrahl austritt. Zudem weist die Interferometer-Vorrichtung ein zweites Auslassfenster auf, durch das der zweite Laserstrahl austritt. Ein erster Abstand zwischen der Kugeloberfläche einerseits und dem ersten Auslassfenster andererseits beträgt vorzugsweise weniger als 10 cm. Alternativ oder zusätzlich beträgt ein Abstand zwischen der Kugeloberfläche einerseits und dem zweiten Auslassfenster andererseits weniger ist als 10 cm. Auf diese Weise wird eine besonders hohe geringe Messuntersicherheit erreicht. Der erste Abstand kann der ersten Weglänge entsprechen und der zweite Abstand kann der zweiten Weglänge entsprechen.The interferometer device preferably has a first outlet window through which the first laser beam emerges. In addition, the interferometer device has a second outlet window through which the second laser beam emerges. A first distance between the spherical surface on the one hand and the first outlet window on the other hand is preferably less than 10 cm. Alternatively or additionally, a distance between the spherical surface on the one hand and the second outlet window on the other hand is less than 10 cm. In this way, a particularly high level of low measurement uncertainty is achieved. The first distance may correspond to the first path length and the second distance may correspond to the second path length.

Das Verfahren umfasst die Schritte eines Drehens der Kugel um eine Drehachse, eines zeitabhängigen Messens einer Taumelbewegung der Drehachse und eines Bestimmens eines azimutalwinkelabhängigen Radius der Kugel aus der Taumelbewegung und der zeitabhängigen ersten Weglänge und der zeitabhängigen zweiten Weglänge.The method includes the steps of rotating the ball about an axis of rotation, a time dependent measurement of a wobbling movement of the axis of rotation and determining an azimuthal angle-dependent radius of the ball from the wobbling movement and the time-dependent first path length and the time-dependent second path length.

Das Messen der Taumelbewegung kann beispielsweise interferometrisch und/oder kapazitiv erfolgen. Dazu werden vorzugsweise die Messwerte von zwei Sensoren, die auf unterschiedlichen Höhen entlang der Drehachse angeordnet sind, erfasst und daraus zeitabhängig die Lage, und damit die Taumelbewegung, der Drehachse bestimmt. Auf diese Weise kann der lokale Radius in Abhängigkeit vom Azimutalwinkel bestimmt werden und nicht nur eine Durchmesserschwankung.Measuring the wobbling movement can be done, for example, interferometrically and/or capacitively. For this purpose, the measured values are preferably recorded by two sensors, which are arranged at different heights along the axis of rotation, and the position, and thus the wobbling movement, of the axis of rotation is determined from this in a time-dependent manner. In this way, the local radius can be determined depending on the azimuthal angle and not just a diameter fluctuation.

Günstig ist es, wenn die Kugel auf der Drehvorrichtung aufliegt. Insbesondere liegt die Kugel ungespannt auf der Drehvorrichtung, das heißt, dass lediglich die Gewichtskraft der Kugel diese auf der Drehvorrichtung hält. Eine zusätzliche Spannkraft wird in diesem Fall nicht angelegt. Das verhindert eine Deformation der Kugel.It is beneficial if the ball rests on the rotating device. In particular, the ball lies unstressed on the rotating device, which means that only the weight of the ball holds it on the rotating device. In this case, no additional clamping force is applied. This prevents the ball from deforming.

An der Drehvorrichtung ist ein zylindermantelförmiger Abschnitt ausgebildet, dessen Längsachse einer Drehachse der Drehvorrichtung entspricht, wobei der zylindermantelförmige Abschnitt so angeordnet ist, dass die Längsachse durch einen Mittelpunkt der Kugel verläuft, wenn eine Kugel auf der Drehachse liegt.A cylindrical jacket-shaped section is formed on the rotating device, the longitudinal axis of which corresponds to a rotation axis of the rotating device, the cylindrical jacket-shaped section being arranged such that the longitudinal axis runs through a center of the ball when a ball lies on the rotation axis.

Die Kugel-Messvorrichtung besitzt eine Taumelmessvorrichtung zum Messen einer Taumelbewegung des zylindermantelförmigen Abschnitts um seine Längsachse. Aus dieser Taumelbewegung kann auf eine Taumelbewegung der Drehachse geschlossen werden, um die die Kugel dreht. Hieraus wiederum kann zusammen mit der ersten Weglänge und der zweiten Weglänge auf einen azimutalwinkelabhängigen Radius der ultrapräzisen Kugel geschlossen werden.The ball measuring device has a wobble measuring device for measuring a wobbling movement of the cylindrical jacket-shaped section about its longitudinal axis. From this wobbling movement it can be concluded that there is a wobbling movement of the axis of rotation around which the ball rotates. From this, together with the first path length and the second path length, an azimuthal angle-dependent radius of the ultra-precise sphere can be concluded.

Die Kugel-Messvorrichtung weist eine Auswertvorrichtung auf, die ausgebildet ist zum automatischen Berechnen der Durchmessveränderung als Summe der Änderungen der ersten und der zweiten Weglänge. Zusätzlich ist die Auswertevorrichtung ausgebildet zum automatischen Berechnen des azimutalwinkelabhängigen Radius aus der ersten Weglänge und der zweiten Weglänge einerseits und einer momentanen Lage der Drehachse, um die die Kugel dreht andererseits. Die Kugel-Messvorrichtung besitzt eine Azimutalwinkel-Messvorrichtung zum Messen eines zeitabhängigen Azimutalwinkels zwischen der Kugel und dem zumindest einen Interferometer. Der Azimutalwinkel ändert sich, wenn die Kugel gedreht wird.The ball measuring device has an evaluation device which is designed to automatically calculate the change in diameter as the sum of the changes in the first and second path lengths. In addition, the evaluation device is designed to automatically calculate the azimuthal angle-dependent radius from the first path length and the second path length on the one hand and a current position of the axis of rotation about which the ball rotates on the other hand. The sphere measuring device has an azimuthal angle measuring device for measuring a time-dependent azimuthal angle between the sphere and the at least one interferometer. The azimuthal angle changes as the sphere is rotated.

Die Kugel-Messvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet zum Messen der Durchmesserschwankung mit einer Messunsicherheit von höchsten 10 nm. Vorzugsweise liegt ein Durchmesser der ultrapräzisen Kugel zwischen 1 cm und 25 cm.The ball measuring device is preferably designed to measure the diameter fluctuation with a measurement uncertainty of at most 10 nm. Preferably, a diameter of the ultra-precise ball is between 1 cm and 25 cm.

Um den Einfluss von Temperaturschwankungen auf das Messergebnis möglichst klein zu halten, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Interferometer auf einer Unterlage angeordnet ist und ein Gehäuse aufweist, das aus einem Gehäusematerial besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich um höchstens 5% von einem Wärmeausdehnungskoeffizient des Unterlage-Materials der Unterlagen unterscheidet.In order to keep the influence of temperature fluctuations on the measurement result as small as possible, according to a preferred embodiment it is provided that the interferometer is arranged on a base and has a housing which consists of a housing material whose coefficient of thermal expansion is at most 5% of a coefficient of thermal expansion of the Document material differs from the documents.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 eine erfindungsgemäße Kugel-Messvorrichtung zum Messen einer Formabweichung einer ultrapräzisen Kugel,
  • 2 zeigt schematisch den Aufbau der Interferometer der Kugel-Messvorrichtung gemäß 1 und
  • 3 ist ein Ergebnis-Ausdruck eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. This shows:
  • 1 a ball measuring device according to the invention for measuring a shape deviation of an ultra-precise ball,
  • 2 shows schematically the structure of the interferometer of the ball measuring device 1 and
  • 3 is a result expression of a method according to the invention.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Kugel-Messvorrichtung 10 mit einer Drehvorrichtung 12 zum Drehen einer hochpräzisen Kugel 14, die im vorliegenden Fall aus Silizium besteht. Die Kugel-Messvorrichtung 10 weist eine Interferometer-Vorrichtung 16 auf, die ein erstes Interferometer 18 und ein zweites Interferometer 20 besitzt. Das erste Interferometer 18 gibt beim Betrieb einen ersten Laserstrahl 22 auf die Kugel 14 ab, der von dort zurückreflektiert wird. Das zweite Interferometer 20 gibt einen zweiten Laserstrahl 24 auf die Kugel ab, der wie der erste Laserstrahl 22 senkrecht auf einer Kugeloberfläche O auf die Kugel 14 auftrifft. Die beiden Laserstrahlen 22, 24 verlaufen kollinear, das heißt, dass sie sich entlang einer gemeinsamen Geraden G erstrecken. 1 shows a ball measuring device 10 according to the invention with a rotating device 12 for rotating a high-precision ball 14, which in the present case consists of silicon. The ball measuring device 10 has an interferometer device 16, which has a first interferometer 18 and a second interferometer 20. During operation, the first interferometer 18 emits a first laser beam 22 onto the ball 14, which is reflected back from there. The second interferometer 20 emits a second laser beam 24 onto the sphere, which, like the first laser beam 22, strikes the sphere 14 perpendicularly on a spherical surface O. The two laser beams 22, 24 are collinear, that is, they extend along a common straight line G.

Die Interferometer 18, 20 sind auf einer Unterlage 26 angeordnet, die im vorliegenden Fall durch eine Platte gebildet ist. Eine Lichtquelle 28 der Interferometer-Vorrichtung 16 ist abseits der Unterlage 26 auf einem Unterbau 30 befestigt und versorgt das erste Interferometer 18 über einen ersten Lichtleiter 32 und das zweite Interferometer 20 mittels eines zweiten Lichtleiters 34 mit Laserlicht. Im vorliegenden Fall ist das Licht, das zum ersten Interferometer 18 geleitet wird, kohärent zu dem Licht, das zum zweiten Interferometer 20 geleitet wird. Das ist aber nicht notwendig.The interferometers 18, 20 are arranged on a base 26, which in the present case is formed by a plate. A light source 28 of the interferometer device 16 is attached to a substructure 30 away from the base 26 and supplies the first interferometer 18 with laser light via a first light guide 32 and the second interferometer 20 by means of a second light guide 34. In the present case, the light directed to the first interferometer 18 is coherent with the light directed to the second interferometer 20. But that is not necessary.

Die Drehvorrichtung 12 ist ebenfalls auf dem Unterbau 30 befestigt und dreht beim Betrieb die Kugel 14 um eine Drehachse D. Das erste Interferometer 18 misst dabei eine erste Weglänge w1 zwischen einem ersten Austrittsfenster 36 des ersten Interferometers 18. Das zweite Interferometer 20 misst eine zweite Weglänge w2 zwischen einem zweiten Austrittsfenster 38 des zweiten Interferometers 20 und der Kugel 14.The rotating device 12 is also attached to the substructure 30 and, during operation, rotates the ball 14 about an axis of rotation D. The first interfero Meter 18 measures a first path length w 1 between a first exit window 36 of the first interferometer 18. The second interferometer 20 measures a second path length w 2 between a second exit window 38 of the second interferometer 20 and the ball 14.

Die Unterlage 26 ist hier als Granitplatte ausgebildet und ausschließlich mittels einer Dämpfvorrichtung 40 mit dem Unterbau 30 verbunden, so dass die Unterlage 26 vom Unterbau 30 mechanisch entkoppelt ist. In anderen Worten ist die Unterlage 26 im vorliegenden Fall über genau drei Auflagen, nämlich die Dämpfvorrichtungen 40, mit dem Unterbau 30 verbunden. Auf diese Weise werden etwaige Schwingungen des Untergrunds, die sich auf den Unterbau 30 übertragen, nicht auf die Interferometer 18, 20 übertragen. Die Interferometer 18, 20 besitzen jeweilige Gehäuse, die aus einem Gehäusematerial gefertigt sind. Das Gehäusematerial ist beispielsweise Stahl oder Aluminium. Aus dem gleichen Material ist die Unterlage 26 gefertigt. So werden Spannungen zwischen den Gehäusen einerseits und der Unterlage 26 andererseits vermieden, wenn die Temperatur sich ändern sollte. Nicht eingezeichnet, ist eine Temperaturkonstanthaltevorrichtung der Kugel-Messvorrichtung 10, die dazu ausgebildet ist, um eine Temperatur T der Komponenten der Kugel-Messvorrichtung konstant zu halten. Vorzugsweise ist eine Temperaturänderungsgeschwindigkeit dT/dt ≤ 0,1 mK pro Sekunde.The base 26 is designed here as a granite slab and is connected to the substructure 30 exclusively by means of a damping device 40, so that the base 26 is mechanically decoupled from the substructure 30. In other words, in the present case, the base 26 is connected to the substructure 30 via exactly three supports, namely the damping devices 40. In this way, any vibrations in the subsurface that are transmitted to the substructure 30 are not transmitted to the interferometers 18, 20. The interferometers 18, 20 have respective housings made from a housing material. The housing material is, for example, steel or aluminum. The base 26 is made of the same material. In this way, tensions between the housings on the one hand and the base 26 on the other hand are avoided if the temperature should change. Not shown is a temperature-constant device of the ball measuring device 10, which is designed to keep a temperature T of the components of the ball measuring device constant. Preferably, a temperature change rate dT/dt ≤ 0.1 mK per second.

Gestrichelt ist angezeichnet, dass die Kugel-Messvorrichtung einen zylindermantelförmigen Abschnitt 42 hat, der Teil einer Aufnahme für die Kugel 14 ist. Dreht die Drehvorrichtung 12 die Kugel 14, so dreht sich der zylindermantelförmige Abschnitt 42 der Aufnahme um die gleiche Drehachse D die Kugel 14. Zwei kapazitive Sensoren 44.1, 44.2 sind auf unterschiedlichen Höhen H entlang der Drehachse D angeordnet. Die Höhe H entspricht im vorliegenden Fall einem Weg entlang der z-Achse. Durch die Sensoren 44.1, 44.2, bei denen es sich auch um optische Sensoren handeln kann, wird eine Taumelbewegung der Drehachse D bei Drehung um einen Azimutalwinkel φ erfasst. Die Sensoren 44.1, 44.2 bilden so eine Azimutalwinkel-Messvorrichtung zum zeitabhängigen Messen des Azimutalwinkels φ.It is indicated by dashed lines that the ball measuring device has a cylindrical jacket-shaped section 42, which is part of a receptacle for the ball 14. If the rotating device 12 rotates the ball 14, the cylindrical jacket-shaped section 42 of the receptacle rotates the ball 14 about the same axis of rotation D. Two capacitive sensors 44.1, 44.2 are arranged at different heights H along the axis of rotation D. In the present case, the height H corresponds to a path along the z-axis. The sensors 44.1, 44.2, which can also be optical sensors, detect a wobbling movement of the axis of rotation D when rotating through an azimuthal angle φ. The sensors 44.1, 44.2 thus form an azimuthal angle measuring device for time-dependent measuring of the azimuthal angle φ.

Die Sensoren 44.1, 44.2 sind wie die Interferometer 18, 20 mit einer Auswertevorrichtung 46 verbunden. Die Auswertevorrichtung 46 ist zudem mit einer Azimutalwinkel-Messvorrichtung, die Teil der Drehvorrichtung 12 ist, verbunden und berechnet automatisch in einem vorgegebenen Zeitpunkt ti die Lage der Drehachse D daraus und aus den Weglängen w1, w2 den Durchmesser D(ti) der Kugel 14 zum Zeitpunkt ti. Diese Auswertung erfolgt kontinuierlich, so dass beispielsweise pro Sekunde 10 Messwerte berechnet werden.The sensors 44.1, 44.2, like the interferometers 18, 20, are connected to an evaluation device 46. The evaluation device 46 is also connected to an azimuthal angle measuring device, which is part of the rotating device 12, and automatically calculates the position of the axis of rotation D from this at a predetermined time t i and the diameter D (t i ) from the path lengths w 1 , w 2 the ball 14 at time t i . This evaluation takes place continuously, so that, for example, 10 measured values are calculated per second.

2 zeigt schematisch den Aufbau der Interferometer 18, 20. 2 shows schematically the structure of the interferometers 18, 20.

3 zeigt schematisch einen Ergebnis-Ausdruck mit stark überhöhter Darstellung der Abweichung des tatsächlichen Durchmessers vom Soll-Durchmesser. 3 shows schematically a result printout with a greatly exaggerated representation of the deviation of the actual diameter from the target diameter.

1 zeigt schematisch, dass die Interferometer 18, 20 mittels Stellschrauben in ihrer X- und Y-Position, also der Erstreckungsrichtung der Unterlage 26, verschoben werden können. Das zweite Austrittsfenster 38 ist zusammen mit dem Interferometer 20 schwenkbar angeordnet ist, so dass ein Schwenkwinkel α des Laserstrahls 24 variiert werden kann. Das gleiche gilt für das Interferometer 18. Die Interferometer 18, 20 sind zudem in zwei Dimensionen verschieblich angeordnet, so dass die Laserstrahlen 22, 24 justierbar sind. 1 shows schematically that the interferometers 18, 20 can be moved in their X and Y positions, i.e. the direction of extension of the base 26, using adjusting screws. The second exit window 38 is arranged to be pivotable together with the interferometer 20, so that a pivot angle α of the laser beam 24 can be varied. The same applies to the interferometer 18. The interferometers 18, 20 are also arranged to be displaceable in two dimensions, so that the laser beams 22, 24 can be adjusted.

Zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst die Interferometer 18, 20 so justiert, dass die Laserstrahlen 22, 24 exakt kollinear verlaufen. Danach wird die Kugel 14 auf die Aufnahme gesetzt, so dass sie das in 1 gezeigte Bild ergibt.To carry out a method according to the invention, the interferometers 18, 20 are first adjusted so that the laser beams 22, 24 are exactly collinear. Then the ball 14 is placed on the holder so that it is in 1 shown image results.

Es ist möglich und stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, dass die Kugel 14 in einem Transporthalter 48 gehalten wird, der so ausgebildet ist, dass er auf der Unterlage 26 aufliegt, wenn die Kugel 14 auf ihrer Aufnahme liegt, wobei die Kugel 14 dann keinen Kontakt zum Transporthalter 48 hat. Auf diese Weise kommt die Kugel 14 beim Transport nur in Kontakt mit dem Transporthalter 48, so dass keine Massenveränderung durch Fussel, Fingerabdrücke oder Abrieb zu befürchten ist. Bei der Messung dient der Transporthalter 48 als Schutzvorrichtung gegen Luftkonvektion.It is possible and represents a preferred embodiment for the ball 14 to be held in a transport holder 48, which is designed so that it rests on the base 26 when the ball 14 is on its receptacle, the ball 14 then not making any contact to the transport holder 48. In this way, the ball 14 only comes into contact with the transport holder 48 during transport, so that there is no fear of any change in mass due to lint, fingerprints or abrasion. During the measurement, the transport holder 48 serves as a protective device against air convection.

Danach wird die Drehvorrichtung 12 betätigt, so dass sich der Azimutalwinkel φ kontinuierlich ändert. Zu einer Reihe von Zeitpunkten ti wird der Azimutalwinkel φ(ti) ermittelt. Simultan dazu werden die erste und zweite Weglänge w1(ti) und w2(ti) bestimmt und daraus die Abhängigkeit des Durchmessers D(ti) berechnet. Optional dazu wird mittels der Sensoren 44.1, 44.2 zudem der Taumelwinkel bestimmt und daraus der Radius R(φ) berechnet.The rotating device 12 is then actuated so that the azimuthal angle φ changes continuously. The azimuthal angle φ(t i ) is determined at a series of times t i . Simultaneously, the first and second path lengths w 1 (t i ) and w 2 (t i ) are determined and the dependence of the diameter D(t i ) is calculated from this. Optionally, the wobble angle is also determined using the sensors 44.1, 44.2 and the radius R(φ) is calculated from this.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
Kugel-MessvorrichtungBall measuring device
1212
DrehvorrichtungRotating device
1414
KugelBullet
1616
Interferometer-VorrichtungInterferometer device
1818
erstes Interferometer first interferometer
2020
zweites Interferometersecond interferometer
2222
erster Laserstrahlfirst laser beam
2424
zweiter Laserstrahlsecond laser beam
2626
Unterlagedocument
2828
Lichtquelle light source
3030
Unterbausubstructure
3232
erster Lichtleiterfirst light guide
3434
zweiter Lichtleitersecond light guide
3636
erstes Austrittsfensterfirst exit window
3838
zweites Austrittsfenster second exit window
4040
DämpfvorrichtungSteaming device
4242
AbschnittSection
4444
Sensorsensor
4646
AuswertevorrichtungEvaluation device
4848
Transporthalter Transport holder
φφ
AzimutalwinkelAzimuth angle
αα
SchwenkwinkelSwivel angle
DD
DrehachseAxis of rotation
DD
Durchmesserdiameter
HH
HöheHeight
GG
GeradeStraight
OO
KugeloberflächeSpherical surface
titi
Zeitpunkttime
TT
Temperaturtemperature
w1w1
erste Weglängefirst path length
w2w2
zweite Weglängesecond path length

Claims (6)

Verfahren zum Messen einer Formabweichung einer Kugel (14), mit den Schritten: (a) Richten eines ersten Laserstrahls (22) einer Interferometer-Vorrichtung (16) auf einen ersten Punkt auf der Kugeloberfläche (O) der Kugel (14), (b) Richten eines zweiten Laserstrahls (24) der Interferometer-Vorrichtung (16) auf einen zweiten Punkt auf der Kugeloberfläche (O) der Kugel (14), (c) Drehen der Kugel (14) um ihren Mittelpunkt und um eine Drehachse (D), (d) Berechnen der Durchmesseränderung als Summe der Änderungen einer ersten Weglänge (w1) des ersten Laserstrahls (22) und einer zweiten Weglänge (w2) des zweiten Laserstrahls (24), (e) zeitabhängiges Messen einer Taumelbewegung der Drehachse (D) und (f) Bestimmen eines azimutalwinkelabhängigen Radius (R(cp)) der Kugel (14) aus - der Taumelbewegung und - der zeitabhängigen ersten Weglänge (w1) des ersten Laserstrahls (22) und der zeitabhängigen zweiten Weglänge (w2) des zweiten Laserstrahls (24), wobei (g) der erste Laserstrahl (22) und der zweite Laserstrahl (24) kollinear und in Richtung auf den Mittelpunkt der Kugel (14) zu verlaufen.Method for measuring a shape deviation of a sphere (14), with the steps: (a) directing a first laser beam (22) of an interferometer device (16) onto a first point on the spherical surface (O) of the sphere (14), (b ) Aiming a second laser beam (24) of the interferometer device (16) at a second point on the spherical surface (O) of the ball (14), (c) rotating the ball (14) about its center and about an axis of rotation (D) , (d) calculating the change in diameter as the sum of the changes in a first path length (w 1 ) of the first laser beam (22) and a second path length (w 2 ) of the second laser beam (24), (e) time-dependent measurement of a wobbling movement of the axis of rotation (D ) and (f) determining an azimuthal angle-dependent radius (R(cp)) of the ball (14) from - the wobbling movement and - the time-dependent first path length (w 1 ) of the first laser beam (22) and the time-dependent second path length (w 2 ) of the second laser beam (24), wherein (g) the first laser beam (22) and the second laser beam (24) are collinear and extend towards the center of the sphere (14). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Laserstrahl (22) und der zweite Laserstrahl (24) mittels der Interferometer-Vorrichtung (16) erzeugt und auf die Kugeloberfläche (O) gerichtet werden und - das Drehen mittels einer Drehvorrichtung (12) erfolgt, die von der Interferometer-Vorrichtung (16) mechanisch entkoppelt ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that - the first laser beam (22) and the second laser beam (24) are generated by means of the interferometer device (16) and directed onto the spherical surface (O) and - the rotation takes place by means of a rotating device (12), which is mechanically decoupled from the interferometer device (16). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeloberfläche (O) als Spiegel der Interferometer-Vorrichtung (16) wirkt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spherical surface (O) acts as a mirror of the interferometer device (16). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Interferometer-Vorrichtung (16) ein erstes Auslassfenster (36) aufweist, durch das der erste Laserstrahl (22) austritt, - die Interferometer-Vorrichtung (16) ein zweites Auslassfenster (38) aufweist, durch das der zweite Laserstrahl (24) austritt, und dass - ein erster Abstand (w1) zwischen der Kugeloberfläche (O) einerseits und dem ersten Auslassfenster (36) andererseits kleiner ist als 10 Zentimeter und/oder - ein zweiter Abstand (w2) zwischen der Kugeloberfläche (O) einerseits und dem zweiten Auslassfenster (38) andererseits kleiner ist als 10 Zentimeter.Method according to one of the preceding claims, characterized in that - the interferometer device (16) has a first outlet window (36) through which the first laser beam (22) emerges, - the interferometer device (16) has a second outlet window (38 ), through which the second laser beam (24) emerges, and that - a first distance (w 1 ) between the spherical surface (O) on the one hand and the first outlet window (36) on the other hand is smaller than 10 centimeters and / or - a second distance (w 2 ) between the spherical surface (O) on the one hand and the second outlet window (38) on the other hand is smaller than 10 centimeters. Kugel-Messvorrichtung (10) zum Messen einer Formabweichung einer Kugel (14), mit (a) einer Drehvorrichtung (12) zum Drehen der Kugel (14) und (b) einer Interferometer-Vorrichtung (16), die ausgebildet ist zum Abgeben - eines ersten Laserstrahls (22) auf einen ersten Punkt auf einer Kugeloberfläche (O) der Kugel (14) und - eines zweiten Laserstrahls (24) auf einen zweiten Punkt auf der Kugeloberfläche (O), (c) einem zylindermantelförmigen Abschnitt (42), der an der Drehvorrichtung (12) ausgebildet ist und dessen Längsachse seiner Drehachse (D) entspricht und durch einen Mittelpunkt der Kugel (14) verläuft, (d) einer Taumelmessvorrichtung zum Messen einer Taumelbewegung des zylindermantelförmigen Abschnitts (42) um seine Längsachse, (e) einer Azimutalwinkel-Messvorrichtung zum Messen eines zeitabhängigen Azimutalwinkels (cp) zwischen der Kugel und dem zumindest einen Interferometer und (f) einer Auswertevorrichtung (46), die ausgebildet ist zum automatischen Berechnen - der Durchmesseränderung als Summe der Änderungen einer ersten Weglänge (w1) des ersten Laserstrahls (22) und einer zweiten Weglänge (w2) des zweiten Laserstrahls (24) und - eines azimutalwinkelabhängigen Radius R(φ) aus der ersten Weglänge (w1) des ersten Laserstrahls (22) und der zweiten Weglänge (w2) des zweiten Laserstrahls (24) einerseits und einer momentanen Lage der Drehachse (D), um die die Kugel (14) dreht, andererseits, wobei (g) die Drehvorrichtung (12) mechanisch von der Interferometer-Vorrichtung (16) entkoppelt ist.Ball measuring device (10) for measuring a shape deviation of a ball (14), with (a) a rotating device (12) for rotating the ball (14) and (b) an interferometer device (16) which is designed to emit - a first laser beam (22) on a first point on a spherical surface (O) of the sphere (14) and - a second laser beam (24) on a second point on the spherical surface (O), (c) a cylindrical jacket-shaped section (42), which is formed on the rotating device (12) and whose longitudinal axis corresponds to its axis of rotation (D) and runs through a center of the ball (14), (d) a wobble measuring device for measuring a wobble movement of the cylinder jacket-shaped section (42) about its longitudinal axis, (e ) an azimuthal angle measuring device for measuring Sensing a time-dependent azimuthal angle (cp) between the sphere and the at least one interferometer and (f) an evaluation device (46) which is designed to automatically calculate the change in diameter as the sum of the changes in a first path length (w 1 ) of the first laser beam (22 ) and a second path length (w 2 ) of the second laser beam (24) and - an azimuthal angle-dependent radius R(φ) from the first path length (w 1 ) of the first laser beam (22) and the second path length (w 2 ) of the second laser beam ( 24) on the one hand and a current position of the axis of rotation (D) about which the ball (14) rotates, on the other hand, (g) the rotating device (12) being mechanically decoupled from the interferometer device (16). Kugel-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgebildet ist zum Messen der Durchmesserschwankung mit einer Messunsicherheit von höchstens 10 Nanometern.Ball measuring device (10). Claim 5 , characterized in that it is designed to measure the diameter fluctuation with a measurement uncertainty of at most 10 nanometers.
DE102017106184.3A 2017-03-22 2017-03-22 Method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor Active DE102017106184B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017106184.3A DE102017106184B4 (en) 2017-03-22 2017-03-22 Method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017106184.3A DE102017106184B4 (en) 2017-03-22 2017-03-22 Method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102017106184A1 DE102017106184A1 (en) 2018-09-27
DE102017106184B4 true DE102017106184B4 (en) 2024-02-15

Family

ID=63450280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017106184.3A Active DE102017106184B4 (en) 2017-03-22 2017-03-22 Method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017106184B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114199150B (en) * 2021-11-22 2023-01-03 华中科技大学 Submicron precision non-contact type ball inner and outer surface distance measuring device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005023467A1 (en) 2005-05-20 2006-11-30 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Device for rotating body, especially workpiece, has device for controlling drive so table is rotated over given angle range while current tumbling motion data are detected and load-induced tumbling error or related parameter is determined
DE102006001329B4 (en) 2006-01-09 2008-02-28 Bundesrepublik Deutschland, vertr.d.d. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, d.vertr.d.d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Method and device for high-precision measurement of the surface of a test object
DE112015004409T5 (en) 2014-09-26 2017-07-06 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) MOLDING DEVICE AND SHAPING METHOD

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005023467A1 (en) 2005-05-20 2006-11-30 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Device for rotating body, especially workpiece, has device for controlling drive so table is rotated over given angle range while current tumbling motion data are detected and load-induced tumbling error or related parameter is determined
DE102006001329B4 (en) 2006-01-09 2008-02-28 Bundesrepublik Deutschland, vertr.d.d. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, d.vertr.d.d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Method and device for high-precision measurement of the surface of a test object
DE112015004409T5 (en) 2014-09-26 2017-07-06 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) MOLDING DEVICE AND SHAPING METHOD

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017106184A1 (en) 2018-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1342051B1 (en) Calibration of a measuring sensor on a coordinate measuring machine with a ball, whose center is known
EP2643129B2 (en) Method for controlling a co-ordinate measuring device
DE112006001423B4 (en) Coordinate measuring machine and method for measuring an object with a coordinate measuring machine
DE102010053422B3 (en) Measurement of the positions of centers of curvature of optical surfaces of a multi-lens optical system
DE102009010019B4 (en) Method for the contactless measurement of the topography
DE29823884U1 (en) Coordinate measuring device for measuring structures of an object
DE102015217637C5 (en) Operation of a confocal white light sensor on a coordinate measuring machine and arrangement
DE102011011065B4 (en) Method and device for the high-precision measurement of surfaces
WO2007107324A1 (en) Test piece and method for calibrating a coordinate measuring machine
EP2762832B1 (en) Optical single-point measurement
DE102011012611B4 (en) Method and device for non-contact measurement of an angle
EP0084144B1 (en) Threedimensional interferometric length-measuring device
DE102017106184B4 (en) Method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor
DE102013017288B4 (en) Method and device for adjusting a pair by means of electromagnetic radiation measuring measuring heads
DE10303659B4 (en) Optical measuring method for determining ideal shape deviations of technically polished surfaces and precision measuring machine for carrying out the measuring method
DE10319711B4 (en) Method for high-precision dimensional measurement of measurement objects
DE19827364B4 (en) Method for measuring tapered threads
DE102015108643A1 (en) Method and measuring device for checking a cylinder bore
DE102019102063A1 (en) Method for measuring a surface topography of a test object and surface topography measuring device
DE102015202470B4 (en) Method and device for high-precision optical measurement on objects with adhering fluidic layers
DE102016107443B4 (en) Method for topographic surface measurement and surface measuring device for topographic surface measurement
DE102012012197B4 (en) Coordinate measuring machine and method for operating a coordinate measuring machine
DE102010007106B4 (en) Method for surface measurement and surface measuring device
WO2007140915A1 (en) Method and apparatus for determining deviations in shape and undulation in continuous freeform surfaces
DE102004013521B4 (en) Curved profile measuring machine has contactless probe using common ray path and confocal imaging system with suitable coated beam splitter

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division