JP2006514304A - 干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、対象物の形状偏差、位置、表面特性、振動を測定するための干渉測定装置であって、送信部と、該送信部に接続された測定センサ装置（３０）と、前記送信部と共に送受信ユニット（１０）にまとめられた受信部（１５）とを有し、前記送信部は変調干渉計（１２）と、短コヒーレントビームに対するビーム源（１１）とを有し、前記測定センサ装置は共通の光路（４１）を介してビームの供給を受けるために前記送信部と接続されており、前記受信部は測定センサ装置からフィードバックされた測定ビームを評価する形式の干渉測定装置に関する。改善された使用可能性とコストの低減が、測定センサ装置（３０）は複数の測定センサ（３２．１，３２．４）を有し、該複数の測定センサはそれぞれの光学的光路（４２）を介して共通の光路（４１）と接続されており、共通の光路（４１）と、測定センサ（３２．１，３２．４）に至るそれぞれの光路（４２）との間の結合箇所には切り替え装置（２０）が配置されており、該切り替え装置を介して種々異なる測定センサ（３２．１，３２．４）は個別に送受信ユニット（１０）と双方向伝送接続されており、当該双方向伝送では、変調干渉計（１２）から供給されるビームと、測定ビームとが伝送されることによって達成される。

Description

本発明は、対象物の例えば形状偏差、位置、表面特性、振動を測定するための干渉測定装置に関するものであり、この干渉測定装置は送信部と、この送信部に接続された測定センサ装置と、送信部と共に送受信ユニットにまとめられた受信部とを有する。ここで前記送信部は変調干渉計と、短コヒーレントビームに対するビーム源とを有し、前記測定センサ装置は共通の光路を介してビームの供給を受けるために前記送信部と接続されており、前記受信部は測定センサ装置からフィードバックされた測定ビームを評価する。

この種の干渉測定装置はＤＥ １９８０８２７３Ａ１に記載されている。この公知の干渉測定装置では、それ自体公知の方法であるヘテロダイン技術と２波長干渉計とが短コヒーレントビームを使用して相互に結合されている。

この刊行物に詳細に記載されているように、測定装置のこの構造はとりわけコヒーレントマルチプレクスを可能にする。このことは有利には測定装置のコストのかかる素子が配属された変調干渉計で、種々の干渉計アームを介して種々異なる光路長を設けることにより行われる。この光路長は、これを通過する光のコヒーレント長よりも大きく、引き続き測定区間で光学的センサ装置と、対象物表面へ配向されたセンサ出力端とにより再び調整される。このようにして、コヒーレント長の中だけで発生する干渉現象が得られ、表面での測定が接続された評価装置での位相差に基づき可能となる。この評価装置は１つの構成ユニットに変調干渉計と共に配置されている。多波長干渉計に対して必要は個々の波長もビーム分解／受信ユニットによって（相対的に）広帯域のビームスペクトルから容易に取り出すことができる。これにより間隔および粗度測定の明瞭領域または他の表面特性の明瞭領域も、１つまたは複数の合成波長を個々の波長に対して公知のように形成することにより拡大することができる。２波長または多波長コヒーレントヘテロダイン干渉計を備える光学的測定装置の構造のさらなる利点もこの刊行物に記載されている。この構造は、変調干渉計と受信部ないし評価装置とを備える送受信ユニットを別に分離しているので、ユーザフレンドリーで頑強な構成が得られる。なぜなら面倒な送受信ユニットが空間的に測定装置とは分離されており、この測定装置は比較的簡単な構成を有することができ、簡単な取り扱いが可能だからである。とりわけこの公知の干渉測定装置の利点は、表面測定に対して設けられた測定センサの他に基準センサが設けられており、この基準センサは別の光ファイバ装置を介して変調干渉計と接続されており、この変調干渉計により測定対象物を収容する回転台の配向と運動を検出することができる。全体としてこの種の干渉測定装置は構造とコストの点で面倒な装置である。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の干渉測定装置を僅かなコストで製作できるように改善することである。

発明の利点
この課題は請求項１の構成によって解決される。ここでは測定センサ装置が複数の測定センサを有し、これらの測定センサはそれぞれの光学的光路を介して共通の光路に結合されており、共通の光路と測定センサへのそれぞれの光路との結合箇所には切り替え装置が配置されており、この切り替え装置を介して種々の測定センサが個別に送受信ユニットと双伝送接続することができる。この双伝送では、変調干渉計から供給されるビームと、測定ビームが伝送される。

この手段により、構造が比較的面倒な送受信ユニットを多重に利用することができる。またこれにより送受信ユニットを中央に安定して収容することができ、所要の調整作業による保守管理も可能となる。さらに測定センサを製造プロセス中の適切な個所に配置することができる。

取り扱いと信頼性のある測定結果に対して有利な構成は、共通の光路および／またはそれぞれの光路がモノモード光ファイバを有することにより達成される。

有利な構成では、切り替え装置が手動または自動で切り替え可能な調整素子を有する。切り替えのために電気的、気学的、液圧的、または磁気的に駆動可能な操作素子を設けることにより種々異なる実施例が得られる。

自動化のためにはさらに、切り替え装置が制御装置を介して制御され、制御装置には測定結果をそれぞれの測定センサに割り当て、さらに場合により別個の評価を行うために送受信ユニットも接続されていると有利である。制御装置は例えば受信ユニットに配属することができる。この手段により、製造プロセス中の測定が自動的に同期化され、ないしは相互に整合され、製造制御に組み込むことができる。

測定センサを個別に測定すべき表面に割り当て、センサユニットの個々の測定チャネルを形成し、１つまたは複数の測定ステーションにおいてグループ分けし、上位の測定装置結合体に配置するか、またはこの種の構成と組み合わせると有利である。測定センサは容易に配置換えすることができ、または他の測定センサと交換することができる。このとき統一的なアダプタユニットをセンサの測定ヘッドに対して設けることができる。制御装置ではこれらの測定ヘッドを別個に評価することができ、使用される測定ヘッドの自動識別を行うこともできる。

図面
本発明を以下、実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、送受信ユニットと、接続された複数の測定ステーションを備える干渉測定装置の概略的ブロック回路図である。
図２は、図１の測定装置のより詳細な構成を示すブロック回路図である。

実施例
図１に示された干渉測定装置は、対象物の表面特性、例えば粗度、真円度、または振動を測定するためのものであり、送受信ユニット１０とこれに接続された複数の測定ステーション３１，３２，３３，３４を有する。複数の測定ステーションは１つの測定装置３０に配属されており、共通の光路４０，これに接続された切り替え装置２０、および測定ステーション３１，３２，３３，３４に至るそれぞれの光路４２を介して送受信ユニット１０と光学的に接続されている。さらに送受信ユニット１０と測定ステーション３１，３２，３３，３４はそれぞれの電気接続を介して相互に接続されている。共通の光路４０並びに測定ステーション３１，３２，３３，３４に至るそれぞれの光路４２は有利にはモノモード光ファイバ４１ないし４２によって構成されている。

図２に示すように、送受信ユニット１０には送信部の素子、すなわちコヒーレントな広帯域ビームに対するビーム形成ユニットないしビーム源１１と、これに後置接続された変調干渉計１２が配置されており、さらに受信部の素子も配置されている。受信部の素子は、光電受信素子およびその信号を記録し、さらに処理する評価装置である。変調干渉計１２のアームでは光路差が形成される。この光路差はビームのコヒーレント長よりも大きい。この光学的光路差は測定ステーション３１，３２，３３，３４で、すなわちこれに後置された測定センサ３２．１、３２．４で除去される。これにより以降では、検出された表面個所の間隔に相応して干渉が発生する。このことは冒頭に述べた刊行物ＤＥ １９８０８２７３Ａ１に詳細に説明されている。干渉から得られる情報は受信部１５で評価される。このとき広帯域ビームから、例えば２つの異なる波長が合成波長を形成するために取り出される。これについても前記の刊行物に詳細に説明されている。測定ステーション３１，３２，３３，３４の測定センサにはそれ自体公知のように、それぞれの干渉計部材３１．１，３２．２，３２．５が基準アームおよび測定アーム、並びに測定すべき表面に配向された測定区間３１．２，３２．３，３２．６と共に配置されている。測定区間は検出すべき表面輪郭に相応して、例えば狭い孔部として構成されている。測定された表面特性は有利にはヘテロダイン干渉計で評価され、このとき情報は検出されたビームの位相ずれに含まれている。

複数の測定センサ３２．１，３２．４は１つの測定ステーション３２に収容するか、または個別に測定装置の適切な個所に配置することができる。後者は例えば第１の測定ステーション３１と関連して示されている。表面までの種々異なる間隔を検出することのできる１つのセンサの複数の測定チャネルをそれぞれの光路ないしは光ファイバ４２を介して切り替え装置２０に接続することもできる。

切り替え装置はもっとも単純場合、手動で操作される調整素子、または自動的に切り替え可能な調整素子、例えばスライド可能または回転可能なミラー、または他の適切な光学的結合素子を有することができる。ここで切り替えは電気的、気学的、液圧的、または磁気的に相応に制御可能な操作素子によって行うことができる。制御は、自動切り替えの場合、有利には制御装置２５によって行われる。制御装置もまた受信部１５と組み合わせることができ、送受信ユニット１０に収容することもできる。ここで評価は切り替え装置２０によって選択された測定センサと整合して行われる。このとき別の測定センサの信号も、それぞれ配属されたサブプログラムにより別に評価することができる。さらに制御装置２５および／または受信部１５の評価装置を上位の製造制御と結び付け、製造過程中に所定の製造ステップを検査することができる。ここでは測定結果の評価と製造プロセスとの共働ないし同期は製造制御部を介して行われる。

個々の測定センサ３２．１，３２．４、または別の測定ステーション３１，３３，３４に含まれる測定センサには交換可能なヘッドを設けることができる。ヘッドはそれぞれの測定タスクに適合されており、測定区間が胡椒した場合には簡単に交換することができる。さらに制御装置２５、または受信部１５の評価装置は、電気接続５０並びに測定ステーション３１，３２，３３，３４の測定センサと関連して、測定信号の自動割り当てと識別を評価の際に行うよう構成することができる。

共通の光路４０とそれぞれの光路４２との間で光学的接続を行う切り替え装置２０の調整素子は離散的光学素子、例えばミラーまたはプリズム等の他に、択一的に集積光学素子とすることもできる。この集積光学素子は機械的な調整を必要とせず、単に電気的に制御することができる。

本発明の手段により、送受信ユニット１０を複数の測定センサないし測定ステーション３１，３２，３３，３４に対して共通に使用することができ、これらから離して設置することができる。送受信ユニット１０は中央に設置し、中央で調整、制御、または監視することができ、相応のデータ線路を介して遠隔監視と遠隔制御が行われる。測定センサは比較的簡単に構成され、コストも安いから、それぞれの機能に相応に簡単に適合することができる。

図１は、送受信ユニットと、接続された複数の測定ステーションを備える干渉測定装置の概略的ブロック回路図である。 図２は、図１の測定装置のより詳細な構成を示すブロック回路図である。

Claims (7)

1. 対象物の形状偏差、位置、表面特性、振動を測定するための干渉測定装置であって、
   送信部と、該送信部に接続された測定センサ装置（３０）と、前記送信部と共に送受信ユニット（１０）にまとめられた受信部（１５）とを有し、
   前記送信部は変調干渉計（１２）と、短コヒーレントビームに対するビーム源（１１）とを有し、
   前記測定センサ装置は共通の光路（４１）を介してビームの供給を受けるために前記送信部と接続されており、
   前記受信部は測定センサ装置からフィードバックされた測定ビームを評価する形式の干渉測定装置において、
   測定センサ装置（３０）は複数の測定センサ（３２．１，３２．４）を有し、
   該複数の測定センサはそれぞれの光学的光路（４２）を介して共通の光路（４１）と接続されており、
   共通の光路（４１）と、測定センサ（３２．１，３２．４）に至るそれぞれの光路（４２）との間の結合箇所には切り替え装置（２０）が配置されており、
   該切り替え装置を介して種々異なる測定センサ（３２．１，３２．４）は個別に送受信ユニット（１０）と双方向伝送接続されており、
   当該双方向伝送では、変調干渉計（１２）から供給されるビームと、測定ビームとが伝送される、ことを特徴とする干渉測定装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   共通の光路（４１）および／またはそれぞれの光路（４２）はモノモード光ファイバを有する。
3. 請求項１または２記載の装置において、
   切り替え装置（２０）は手動または自動で切り替え可能な調整素子を有する。
4. 請求項３記載の装置において、
   切り替えのために、電気的、気学的、液圧的、または磁気的に駆動される操作素子が設けられている。
5. 請求項１から４までのいずれか一項記載の装置において、
   切り替え装置（２０）は制御装置（２５）を介して制御され、
   該制御装置には、測定結果をそれぞれの測定センサ（３２．１，３２．４）に割り当て、場合により別個の評価を行うために送受信ユニット（１０）が接続されている。
6. 請求項１から５までのいずれか一項記載の装置において、
   測定センサ（３２．１，３２．４）は測定すべき表面に個別に割り当てられているか、または割り当て可能であり、１つのセンサユニットの個々の測定チャネルが形成され、１つまたは複数の測定ステーション（３１，３２，３３，３４．．．）でグループ分けされており、上位の測定装置結合体に配置されているか、またはこの種の装置と組み合わされている。
7. 請求項１から６までのいずれか一項記載の装置において、
   当該装置は、製造プロセスおよび／または検査プロセスの制御コンセプトに組み込まれている。

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