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Vorrichtung zur Prüfung reflektierender Oberflächen Für die zum Zwecke
der Fehlerfeststellung dienende optische Oberflächenabtastung von reflektierenden
Oberflächen, insbesondere kugelförmiger Körper, sind sowohl Vorrichtungen bekannt,
bei denen die Wege vom beleuchtenden und reflektierten Lichtstrahl getrennt verlaufen,
als auch solche, bei denen diese beiden Lichtbündel zum Teil eine gemeinsame optische
Achse haben. Bei den zuletzt genannten Anordnungen wird häufig ein Auflichtmikroskop
verwendet, wobei die Apertur der einfallenden und der reflektierten Strahlen durch
die Berandung des Objektivs oder durch eine in der Nähe des Objektivs angeordnete
Blende gemeinsam für beide Lichtbündel bestimmt wird. Handelt es sich nun beim Prüfobjekt
beispielsweise um eine in der Achse des Strahlenganges liegende Kugel, so gelangt
jeder den Mittelpunkt des dabei entstehenden Lichtflecks treffende Lichtstrahl bei
regulärer Reflexion auch wieder in die Linse zurück und trägt damit zur Beleuchtung
des von der Prüffläche entstehenden Bildes bei. Werden dagegen Punkte der Kugeloberfläche
betrachtet, die diesem mittleren Punkt benachbart sind, so ergibt sich, daß das
von diesen reflektierte Licht in um so größerem Maße das Objektiv verfehlt, je weiter
die zu betrachtenden Punkte vom Zentrum des in diesem Fall runden Lichtflecks entfernt
sind. Die Folge ist eine glockenförmige Intensitätsverteilung in dem vom Objekt
vermittelten Bild der Oberfläche. Da die Erkennung von Fehlern auf der Veränderung
der reflektierten Lichtmenge durch die Fehler beruht und der Bereich des entstehenden
Lichtflecks zweckmäßigerweise größer ist als die zu erkennenden Fehler. hängt die
Erkennbarkeit eines Fehlers davon ab, an welcher Stelle des Lichtflecks er sich
gerade befindet. Am Rand des Lichtflecks ist die Empfindlichkeit geringer als in
der Mitte.
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Bei der Prüfung wird der Prüfkörper nach einem geeigneten System
mit dem Lichtfleck abgetastet. Die Bahn des Lichtflecks bildet dabei ein Band, das
jeden Punkt der Oberfläche mindestens einmal erfassen muß.
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Infolge der unterschiedlichen Intensitätsverteilung muß die Empfindlichkeit
so eingestellt werden, daß sie auch an den ungünstigsten Stellen, nämlich am Rand,
wo sich einander benachbarte Spuren berühren, noch zur Fehlererkennung ausreicht.
Die Folge ist, daß unter Umständen zahlreiche Prüflinge als fehlerhaft verworfen
werden, weil zufällig die Mitte des Lichtbandes, wo die Empfindlichkeit gegenüber
dem Rand stark erhöht ist, auf einen verhältnismäßig unbedeutenden Fehler auftrifft.
Bei Verwendung der bekannter: Prüfgeräte darf daher der Abstand zweier henachbarter
Abtastspuren nicht zu groß gewählt werden, da sonst wegen des Intensitätsabfalles
nach den Seiten die Empfindlichkeit in der Mitte des Bandes gegenüber der vorgegebenen
Empfindlichkeit am Rand zu
stark ansteigt. Wird andererseits das Lichtband so dicht
gelegt, daß längs der Berührungslinien der Empfindlichkeitsabfall klein bleibt,
so leidet darunter die Prüfgeschwindigkeit. Es ist daher erforderlich, zwischen
den beiden Extremfällen einen Kompromiß zu schließen.
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Diese Nachteile werden bei einer Vorrichtung zur Prüfung reflektierender
Oberflächen auf Fehlerstellen, bei welcher die zu prüfende Oberfläche mit dem Lichtfleck
eines Auflicht-Mikroskops abgetastet wird, erfindungsgemäß dadurch behoben, daß
das primäre Lichtbündel stärker als das reflektierte zentrisch begrenzt ist, derart,
daß das gesamte reflektierte Licht zur Abbildung des beleuchteten Oberflächenstücks
beiträgt, wobei zur Prüfung ein Lichtfleck mit durch die zentrische Begrenzung des
primären Lichtbündels erzielter gleichmäßiger Helligkeit dient. Hierdurch wird erreicht,
daß die erwähnte Glockenkurve oben beschnitten wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine gleichmäßig ausgeleuchtete
Blende auf einen Teil des Mikroskopobjektivs abgebildet werden. Das vom Prüfling
reflektierte Lichtstrahlenbündel kann in an sich bekannter Weise zur Auswertung
mittels eines halbdurchlässigen Spiegels auf eine Fotozelle geworfen werden.
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Die Erfindung ist in der Beschreibung an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
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In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 a und 1 b die Verhältnisse, die
sich bei den Kugelprüfgeräten bisher bekannter Bauart ergeben. Dabei liegt die Kugel
1 in der optischen Achse des Auflicht-Ntikroskops, dem Objektiv 2 ist eine Blende
3 vorgeschaltet. Wie die Fig. 1 a zeigt, werden die auf den Mittelpunkt des auf
der
Kugeloberfläche entstehenden Lichtflecks auftreffenden Strahlen vollständig in das
Objektiv zurückreflektiert. Dagegen verfehlen, wie in Fig. 1 1> gezeigt, die
auf diesem Punkt benachbarten Punkten auftreffenden Lichtstrahlen bei der Reflexion
teilweise das Objektiv 2, das durch die Blende 3 begrenzt ist, tragen also insoweit
nicht zur Abbildung des von dem zu prüfenden Fleck der Kugeloberfläche entstehenden
Bildes bei. Die sich dabei ergebende glockenförmige Intensitätskurve ist in Fig.
2 a dargestellt, während die Fig. 2b die oben beschnittene Glockenkurve zeigt, wie
sie erfindungsgemäß erreicht werden kann.
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In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung schematisch dargestellt.
Dabei liegt wieder die Kugel 1 unter dem Objektiv 2 in der optischen Achse des Auf
licht-hIikroskops. Mit 4 ist die Lichtquelle und mit 5 die erfindungsgemäß zwischengeschaltete
Blende bezeichnet. Von hier gelangt das Lichtbündel durch einen Kondensor 6 in das
Objektiv 2, auf dem nur ein Bereich 7 ausgeleuchtet ist, wie ihn die Blende 5 zuläßt.
Durch das Objektiv 2 fällt der Lichtstrahl auf die reflektierende Oberfläche des
Prüflings 1 und wird von hier durch das Objektiv 2 auf den halhdurchlässigen Spiegel
8 zurückgeworfen, von wo der reflektierte Strahl 9 in an sich bekannter Weise heispielsweise
auf eine Fotozelle trifft. Liegt die Kugel 1 vom Durchmesser d im Abstand a von
einem Objektiv 2 vom Durchmesser D und hat das zentrisch in der Ebene des Objektivs
2 liegende Bild 7 der Blende 5 den Durchmesserd, so ergibt sich der Durchmesser
8 des Teils der Kugeloberfläche, von der ein gleichmäßig
helles Bild entsteht, unter
Vernachlässigung von Größen zweiter Ordnung nach der folgenden Formel: d (D-4a PATENTANSPROCHE:
1. Vorrichtung zur Prüfung reflektierender Oberflächen auf Fehlerstellen, bei welcher
die zu prüfende Oberfläche mit dem Lichtfleck eines Auflicht-Mikroskops abgetastet
wird, gekennzeichnet durch stärkere zentrische Begrenzung des primären als des reflektierten
Lichtbündels derart, daß das gesamte reflektierte Licht zur Abbildung des be leuchteten
Oberflächenstücks beiträgt, wobei zur Prüfung ein Lichtfleck mit durch die zentrische
Begrenzung des primären Lichthündels erzielten gleichmäßiger Helligkeit dient.