DE202008007659U1

DE202008007659U1 - Goniometer zur optischen Prismen- und/oder Polygonvermessung

Info

Publication number: DE202008007659U1
Application number: DE200820007659
Authority: DE
Original assignee: Moeller Wedel Optical GmbH
Current assignee: Moeller Wedel Optical GmbH
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2018-06-10

Abstract

Goniometer zur optischen Prismen- und/oder Polygonvermessung, mit einer Einrichtung zum Richten eines Lichtstrahls (1) auf das Prisma (2) oder Polygon, mit einem Detektor für den vom Prisma (2) oder Polygon reflektierten Strahl und mit einer Einrichtung zum Rotieren des Prüflings (2) oder aber der Einrichtung zum Richten des Lichtstrahls (1) sowie des Detektors, um Reflexionen an unterschiedlichen Flächen zu detektieren und winkelmäßig zu vermessen, dadurch gekennzeichnet, dass das Goniometer so ausgebildet ist, dass auch Reflexionen im Innern des Prüflings (2) detektiert und gemessen werden und eine automatische Messwertanalyse zum Bestimmen der Winkel des Prüflings (2) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Goniometer zur optischen Prismen- und/oder Polygonvermessung, mit einer Einrichtung zum Richten eines Lichtstrahls auf das Prisma oder Polygon, einem Detektor für den vom Prisma oder Polygon reflektierten Strahl und mit einer Einrichtung zum Rotieren des Prüfstücks oder aber der Einrichtung zum Richten des Lichtstrahl sowie des Detektors, um Reflexionen an unterschiedlichen Flächen zu detektieren und winkelmäßig zu vermessen.
Es ist bekannt, Winkel bei Prismen, Polygonen und dergleichen auf eine Weise zu messen, die in 1 schematisch gezeigt ist. Ein Messstrahl 1 wird so auf das Messobjekt 2 gerichtet, dass die direkt an der Außenseite des Messobjektes reflektierte Strahlung, der Primärreflex 3a, in einen vorgegebenen Detektionsbereich 4 fällt und dort visuell oder durch einen Detektor 5 aufgenommen wird (1). Der Winkel zu weiteren Flächen wird durch Drehen des Messobjektes oder der Anordnung derart bestimmt, dass bei der relativen Drehung der Primärreflex der weiteren Fläche ebenfalls in den vorgegebenen Detektionsbereich fällt, und der Drehwinkel durch eine allgemeine Maßverkörperung ermittelt wird. Geräte dieser Messanordnung werden üblicherweise als Goniometer bezeichnet. Teilweise sind Goniometer mit zusätzlichen Maßverkörperungsen für kleine Winkel (z. B. bei Autokollimatoren mit einer Messeinrichtung) ausgerüstet.
Bei der Vermessung von Winkeln bei Prismen, Polygonen und Planoptiken mit dem oben beschriebenen Verfahren wird die von den Außenseiten der Prüfstücke primär reflektierte Strahlung genutzt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Goniometers, mit dem genaueren Messungen durchgeführt werden können.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass aufgrund der optischen Eigenschaften der Prüfstücke der Messstrahl auch in die Prüfstücke eindringen kann. Dann können neben primären Reflektionen 3a auch Mehrfachreflektionen 3b aus dem Inneren von Prüfstücken auftreten und in den Detektionsbereich 4 fallen (2). Diese Mehrfachreflexe werden in der Regel ignoriert bzw. können die eigentliche Messung durch Mehrdeutigkeit oder Überlagerung stören.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass das Goniometer so ausgebildet ist, dass auch Reflexionen im Innern des Prüflings detektiert und gemessen werden und eine automatische Messwertanalyse zum Bestimmen der Winkel des Prüflings durchgeführt wird.
Die Erfindung nutzt neben den Primärreflexen 3a die Mehrfachreflexe 3b aus dem Inneren von Prüfstücken zur Auwertung und Ermittlung der gesuchten Winkel und Eigenschaften. Dazu wird aus den möglichen Modellen, die sich aus den Reflexen ergeben könnten, das Modell, dessen Reflexe mit Messwerten und den Vorgaben am besten korreliert, herausgefiltert und ausgegeben. Zur Korrelation werden die Messdaten (mehrdimensional) modelliert und mittels rekursiver optischer Strahldurchrechnung (Raytracing) der Strahlverlauf rekonstruiert und decodiert.
Nutzen der Erfindung
Aus der Erfindung ergeben sich einige Vorteile und/oder Nutzen:

• Die Mehrdeutigkeit von Messungen wird behoben Treten primäre und Mehrfachreflexionen unter kleinem Winkel auf, so sind diese teilweise schwer zu unterscheiden. Oft werden zur Unterscheidung Flächen z. B. angehaucht um Mehrfachreflexe zu schwächen und so zu identifizieren. Diese individuellen Benutzereingriffe entfallen mit dem Verfahren. Dadurch ermöglicht es eine automatische und autonome Messung und Auswertung.
• Überlagerte Reflexe stören die Auswertung nicht Treten primäre und Mehrfachreflexionen unter sehr kleinem Winkel auf, so „verschmelzen” diese teilweise zu einem Reflex und sind nicht trennbar. Dadurch wird die Auswertung ungenau. Das Verfahren kann auch diese Schwäche eliminieren.
• Die Genauigkeit der Messung kann gesteigert werden Da die üblicherweise ignorierten Mehrfachreflexe indirekte Informationen über die Winkel des Prüfstücks tra gen, können sie zur Mittelung und so zur Steigerung der Genauigkeit genutzt werden. In besonderen Fällen, bei denen z. B. Primär- und Mehrfachreflexe zusammen in einem Auswertebereich des Reflexaufnehmers (z. B. Messfeld eines Autokollimators) liegen, können aus ihnen Winkeldaten über die eigene Maßverkörperung des Aufnehmers ohne Vergleich mit der allgemeinen Maßverkörperung errechnet werden. Da die eigene Maßverkörperung (z. B. kalibrierter Bereich eines Autokollimators) im Allgemeinen genauer als die allgemeine Maßverkörperung ausgelegt ist, entfallen die Messfehler der allgemeinen Verkörperung und Ablesefehler bzw. Verrechnungsfehler.
• Aus der Messung kann die Brechzahl des Prüfstücks ermittelt werden In der Auswertung der Mehrfachreflexe geht die Brechzahl des Materials ein. Wird das Raytracing mit der Brechzahl aus variablem Parameter durchgeführt, lässt sich auch die Brechzahl des Prüfstückes durch ermitteln.
• Der Ablenkwinkel kann indirekt ohne physische Messung ermittelt werden Im gefundenen Modell kann der Ablenkwinkel errechnet werden, ohne eine reale Messung durchzuführen. Bei mehrdimensionaler Modellierung kann der Ablenkwinkel und der Pyramidalwinkel des Ablenkwinkels bestimmt werden.

Die Erfindung umfasst aber nicht nur das Goniometer. Vielmehr ist Gegenstand der Erfindung und der vorliegenden Anmeldung auch das Messverfahren, das mit dem Goniometer durchgeführt werden kann und das hier beschrieben und beansprucht ist.
Es ist hier schematisch nur eine Reflexionsmessung gezeigt, die in einer Ebene durchgeführt wird. Das Goniometer kann aber auch Messung in unterschiedlichen Ebenen durchführen, um die Reflexion von Flächen zu vermessen, die nicht senkrecht zur Zeichnungsebene stehen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben ist. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 das Messverfahren eines vorbekannten Goniometers;
2 das Messverfahren eines erfindungsgemäßen Goniometers; und
3 eine Erläuterung der Berechnung der Winkel eines Prismas mit dem erfindungsgemäßen Goniometer.
Wie dies 2 gezeigt ist, wird auch der in 2 gestrichelt dargestellte Lichtstrahl 3b, der an einer inneren Fläche des Prismas 2 reflektiert ist, detektiert und ausgewertet. Durch Rotation des Prismas 2 um eine Achse, die senkrecht zur Zeichnungsebene ist, können auch alle anderen inneren Reflexionen erfasst werden. Die Rotation kann dabei um 360° erfolgen, obwohl in vielen Fällen auch eine nur teilweise Rotation, also um einen Winkel von weniger als 360° ausreichend ist. Aus den gemessenen Reflektionswinkeln kann dann das Prisma rekonstruiert werden. Dies ist in 3 schematisch dargestellt. Es wird dabei davon ausgegangen, dass einige der Reflexionen von der Oberfläche stammen, so dass nur eine begrenzte Anzahl von Winkeln dieser Oberflächen möglich ist. Es werden dann jeweils die inneren Reflexionen berechnet und überprüft, ob diese mit den detektiert Winkeln übereinstimmen. Bei 6 ist in 3 die gemessene Winkelverteilung dargestellt. Bei 7 sind verschiedene Prismen dargestellt, die möglich sein könnten und für die bei 8 die für eine Orientierung vorhandenen Reflexionen zeigen. Bei 9 ist dann das Prisma gezeigt, das alle beobachteten Reflexionen erklären kann. Dieses Verfahren kann analog zum bekannten „Raytracing” durchgeführt werden, bei dem man für ein theoretisch entworfenes Objekt die Reflexionen berechnet.

Claims

Goniometer zur optischen Prismen- und/oder Polygonvermessung, mit einer Einrichtung zum Richten eines Lichtstrahls (1) auf das Prisma (2) oder Polygon, mit einem Detektor für den vom Prisma (2) oder Polygon reflektierten Strahl und mit einer Einrichtung zum Rotieren des Prüflings (2) oder aber der Einrichtung zum Richten des Lichtstrahls (1) sowie des Detektors, um Reflexionen an unterschiedlichen Flächen zu detektieren und winkelmäßig zu vermessen, dadurch gekennzeichnet, dass das Goniometer so ausgebildet ist, dass auch Reflexionen im Innern des Prüflings (2) detektiert und gemessen werden und eine automatische Messwertanalyse zum Bestimmen der Winkel des Prüflings (2) durchgeführt wird.
Goniometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Recheneinheit aufweist, die als Ergebnis Flächenwinkel und/oder Brechzahlen bezw. Abweichungen von deren Sollwerten liefert.
Goniometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen aufweist, die Reflexe in Autokollimation oder interferometrisch oder mit anderen optischen Messverfahren aufzunehmen.
Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen zum vollständigen Erfassen von Reflexwinkeln, also über einen Winkel von 360° aufweist.
Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen zum Erfassen von Reflexwinkeln über einen Winkel von weniger als 360° aufweist