SE454539B - Sett och anordningar for metning av konturen av tva- resp tredimensionella ytor - Google Patents

Description

t., -mi 454 539 ytan. Vid detta kända sätt beror triangulering från de tre punkterna på en noggrann mätning av avstånden mellan de tre punkterna och avstânden från de tre punkterna till målet på ytan. Olyckligtvis är det ofta svårt att åstadkomma en nog- grann mätning av dessa avstånd.

Uppfinningen erbjuder följaktligen ett självkalibreran- de arrangemang för absolut mätning av linje- eller ytkonturer med begagnande av en konfiguration av övertaliga avståndsmät- ningssystem för bestämning av arrangemanggeometrin samt för att ge konturmätningar. Uppfinningen erbjuder även en mätan- ordning och ett sätt av ovannämnd typ med åtminstone fyra av- ståndsmätningssystem i en polyederkonfiguration ovanför en tre- dimensionell yta under mätning och med åtminstone tre avstånds- mätningssystem i en polygonal konfiguration ovanför en tvådi- mensionell yta under mätning. Uppfinningen erbjuder även en anordning för mätning av konturen av en komplicerad yta av op- tisk kvalitet, som icke kräver en massiv, mycket precis och noggrann apparat.

Uppfinningen erbjuder ett arrangemang i form av en an- ordning och ett sätt för mätning av konturen av en tredimen- sionell yta, där fyra eller flera avståndsmätningsanordningar är placerade i en polyederkonfiguration ovanför ytan under mät- ning. Varje mätanordning ger avstândsmätningar till en mätpunkt »nära ytan, medan mätpunkten förflyttas över ytan. Detta arrange- mang ger en tillräcklig mängd mätdata för bestämning av såväl arrangemangets geometri som den tredimensionella ytans kontur.

Vid de visade utföringsformerna är avståndsmätningsanordning- arna differentiella mätanordningar i form av "Laser Unequal Path Interferometers“(LUPI) (med olika väglängder arbetande laserinterferometrar), anordnade i en tetraederkonfiguration ovanför ytan under mätning. Enligt alternativa utföringsfor- mer kan emellertid mätanordningarna vara linjära kodare eller även absolutinterferometrar, som arbetar med olika ljusfrek- venser.

Tetraederarrangemanget innefattar tre interferometrar, som är placerade i en plan uppsättning ovanför ytan under mät- ning samt en fjärde interferometer vid en central spets. Vi- dare är en retroreflektor placerad intill ytan och bildar mät- 3 454 539 punkten samt är enligt val rörlig över ytan under mätning.

Vid en beskriven utföringsform ger en enda laserkälla laserstrâlar för alla fyra interferometrarna, även om vid al- ternativa utföringsformer varje interferometer kan ha en se- parat laser. Ett tetraedriskt fackverk är placerat ovanför ytan under mätning, och varje interferometer har ett strål- styrningshuvud vid fackverkets ena hörn för inriktning av interferometerstrâlen mot retroreflektorn under dennas rörel- ser. Varje interferometer innefattar vidare en servoregleran- ordning för reglering av strålstyrningshuvudet för inriktning av interferometerstrâlen mot retroreflektorn.

Uppfinningen erbjuder även ett sätt att bestämma kon- turen hos en tredimensionell yta, varvid avståndsmätningarna utföres från åtminstone tio punkter på ytan och företrädesvis fler, så att en övertalig kvantitet data erhålles för bestäm- ning av systemets geometri och minimering av mätfelseffekterna.

Den övertaliga kvantiteten data omvandlas därefter medelst känd matematisk teknik till koordinatpositioner för punkter- na på ytan.

Uppfinningen erbjuder även ett arrangemang för mätning av konturen hos en tvådimensionell yta eller linje, varvid tre eller flera avståndsmätningsanordningar är placerade ien polygonal konfiguration ovanför ytan. Varje mätanordning ger avstândsmätningar till en mätpunkt nära ytan, medan mätpunkten förflyttas längs ytans kontur. Arrangemanget ger en tillräck- lig mängd mätdata för bestämning av såväl arrangemangets geo- metri som ytans kontur. Även vid denna utföringsform utgöres- avstândsmätningsanordningarna av anordningar för mätning av avståndsskillnader i form av LUPI, som mäter ändringar i läget för en retroreflektor, som är rörlig längs ytan. Ovannämnda kommentarer avseende alternativa mätanordningar och databe- handling och omvandling avseende en anordning för mätning av tredimensionella ytor är även tillämpliga på detta arrange- mang för tvâdimensionell mätning.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hän- visning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar geometriskt ett tetraederarrangemang av fyra observationspunkter ovanför en yta, vars kontur är före- 454 539 mål för mätning, fig. 2 visar schematiskt ett arrangemang av fyra mål- följande interferometrar för mätning av avstândsskillnader, vilka kan utnyttjas inom ramen för uppfinningen, fig. 3 är en perspektivvy av en exemplifierande ut- föringsform av en ytkonturmätningsmaskin enligt uppfinningen, fig. 4 belyser en del av de matematiska faktorerna vad gäller reduktionen av de samlade data till avstândsmätningar, fig. S visar schematiskt tvâ avstândsmätningsinterfero- metrar, varvid korrigerade kattöga~retroreflektorer utnyttjas, fig. 6 visar två olika utföringsformer av interfero- meterhuvuden, som kan begagnas vid de här visade utföringsfor- merna, och fig. 7 visar schematiskt ett arrangemang med tre av- stândsmätningsinterferometrar för mätning av en tvådimensio- nell ytas kontur.

Fig. 1 visar geometrin vid ett tetraederarrangemang 10 av fyra observationspunkter 12 ovanför en yta 14, vars kontur är föremål för mätning enligt denna framställning. Tet- raedern10 innefattar tre hörnobservationspunkter 12, vilka be- finner sig i i huvudsak samma horisontalplan ovanför ytan 14, samt en förhöjd, vid en central spets belägen observations- punkt 12'. Tetraedenikan noggrant bestämmas av längderna av dess sex sidor 16. De relativa avståndsmätningsvägarna mellan var och en av observationspunkterna 12 och en ytpunkt 18 på ytan 14 belyses vid 20.

Vid en ytmätningsmaskin enligt fig. 3 mätes interfero- metriskt förändringar i avstânden 20 mellan en ytpunkt 18 och en andra ytpunkt 18', som kan befinna sig var som helst på ytan 14. Vid alternativa utföringsformer kan emellertid även andra typer av avståndsmätningsanordningar begagnas, exempel- vis en linjär kodare eller en annan typ av interferometer, exempelvis en absolutinterferometer, som arbetar med flera olika ljusfrekvenser.

Fig. 2 visar schematiskt ett arrangemang av fyra inter- ferometrar för mätning av avstàndsskillnader, vilka innefattar en gemensam laser 24 för alstrande av en koherent, kollimerad laserstråle 26, vilken riktas mot en första strâldelare 28. 454 539 Strâldelaren 28 genomsläpper en första strâle 30 till en första _och en tredje interferometer 32, 33 samt reflekterar en andra strâle 34 till en andra och en fjärde interferometer 35, 36.

Strâlen 30 träffar en andra stråldelare 31, som genomsläpper en del därav till en första interferometer 32 och reflekterar en del till en tredje interferometer 33, vilken är likartad den första och andra interferometern i fig. 2.

Den genomsläppta delen av strâlen 30 omriktas av en första och en andra stationär spegel 38, 40 till en stationärt monterad stråldelare 42. En del av strâlen 44 går genom strål- delaren 42 och utnyttjas icke vidare, medan en andra del av strâlen 46 av strâldelaren 42 reflekteras mot en servostyrd strâlriktare 48, vilken kan utgöras av en styrspegel, för om- länkning av strâlen längs en avstândsväg 20 till ett rörligt mål i form av en retroreflektor 50, som är placerad på en yt- mätpunkt 18. Strålriktaren 48 kan utgöras av en servostyrd halvsfär, som är monterad på ett luftlager på sådant sätt, att halvsfärens rotation omkring tvâ axlar styr strâlen i tvâ rikt- ningar utan att ändra avståndet längs en avståndsväg 20. Målet 50 retroreflekterar strâlen tillbaka till strâlriktaren 48, som omlänkar strâlen tillbaka mot stråldelaren 42. Detta med- för att ett interferensmönster formas därpå mellan den inkom- mande strâlen 30 och den stråle, som gått mellan strålriktaren 48 och målet 50 och tillbaka. Interferensmönstret och den från strålriktaren 48 återkommande strâlen går till ytterligare en stråldelare 52, som riktar en första del därav mot en frans- räknare 54 och en andra del mot en kvadrupelcell 56 för följ- ning.

Kvadrupelcellen 56 kan vara en kommersiellt tillgänglig cell med fyra symmetriskt monterade ljusdetektorer, som alst- rar fyra signaler av lika amplitud, då strålriktaren 48 nog- grant riktar den inkommande laserstràlen mot retroreflektorn 50. Om emellertid strålriktaren 48 icke riktar strâlen nog- grant mot retroreflektorn 50, blir de fyra signalernas ampli- tuder symmetriskt obalanserade i proportion till riktnings- felet. De erhållna obalanserade signalerna utnyttjas i en åter- kopplingsservoslinga 58 på känt sätt för styrning av strâlrik- taren 48, så att strâlen noggrant omriktas mot retroreflektorn 454 539 50.

Fransräknare 54 granskar interferensmönstret för räkning av fransförändringar på för interferometrar för mätning av av- ståndsskillnader känt sätt. Om målet 50 är stationärt i förhål- lande till strålriktaren 48, ser fransräknaren 54 ett statio- närt interferensmönster och alstrar följaktligen inga pulsräk- ningsutsignaler. Varje relativ förflyttning mellan målet 50 och strålriktaren 48 leder emellertid till att fransar passerar fransräknaren, och det räknade antalet är direkt proportionellt mot förflyttningens storlek på inom interferometritekniken känt sätt. Då laserstrålens våglängd är känd, kan en noggrann beräk- ning av förflyttningsskillnadens storlek erhållas, medan fas- förskjutningsstandardteknik tillåter fastställande av förflytt- ningens tecken. Interferometrar av denna beskaffenhet är kom- mersiellt tillgängliga, exempelvis från Hewlett Packard.

Då sålunda målet 50 förflyttas från en första ytmätpunkt 18 till en andra ytmätpunkt 18', mäter noggrant den första in- terferometern 32 för mätning av avståndsskillnad förändringen i vägens 20 längd, medan kvadrupelcellen 56 och servoregleran- ordningen 58 styr strålriktaren 48 så, att strâlen hâlles nog- grant riktad mot den rörliga eller stationära retroreflektorn 50.

Den yta 60, som faktiskt beskrives av retroreflektorns centrum, befinner sig ovanför ytan 18 med ett belopp, som beror på retroreflektorns fysiska egenskaper, men ytan 60 är parallell och matematiskt analog med samt omvandlingsbar till den under mätning varande ytan 14. ' Den andra interferometern 35 arbetar på liknande sätt som den första interferometern 32 för mätning av varje ändring i dess motsvarande väglängd 20', och dess element har samma hänvisningsbeteckningar som motsvarande element hos den första interferometern 32. Den tredje och den fjärde interferometern 33, 36 arbetar ävenledes på liknande sätt som de visade första och andra interferometrarna. Med detta arrangemang av fyra in- terferometrar kan alla ändringar i längderna av de fyra av- ståndsvägarna 20 i fig. 1 noggrant mätas interferometriskt.

Utföringsformen innefattar en laser, som alstrar mätstrâlarna för alla interferometrarna, men alternativa utföringsformer ...mig 454 539 kan ha en separat laser för varje interferometer eller något annat arrangemang.

En krökt ytas kontur kan mätas genom triangulering till ett retroreflektivt mål på ytan frân en uppsättning av tre observationspunkter ovanför ytan. Denna teknik kräver en nog- grann mätning av avstånden mellan de tre punkterna och avstån- den från de tre punkterna till mätpunkten på ytan. Triangule- ring från tre punkter skulle vara tillräckligt, om avstânden mellan de tre punkterna och avstânden från de tre punkterna till en enda punkt på ytan vore noggrant kända. Utökning med en fjärde observationspunkt, så att ett tetraederarrangemang 10 bildas ovanför ytan enligt föreliggande uppfinning ger en övertalig mätning. Då retroreflektorn förflyttas längs ytan, och ändringarna i avstånden från observationspunkterna mätes, erhålles en tillräcklig mängd data för att tetraederns dimen- sioner och dess läge i förhållande till ytan under mätning skall kunna beräknas noggrant. Genom addering av mätningarna och de okända värdena kan tydligen efter tio mätningar alla de nödvändiga dimensionerna lätt bestämmas såsom diskuteras ut- förligare nedan, även om företrädesvis fler än tio mätningar utföres för minimering av effekterna av mätfel.

Under loppet av mätprocessen, vid vilken retroreflek- torn förflyttas längs ytan, måste tetraederns dimensioner an- tingen hållas konstanta eller övervakas. Totalt tolv dimensio- ner måste hållas konstanta eller övervakas, sex för tetraedern och sex mätningar för bestämning av lägena relativt varandra, Även om teoretiskt systemets okända värden kan bestämmas efter tio mätningar fortsätter felen i bestämningen av system- eller arrangemangparametrarna till följd av mätbrus att minska allt- eftersom fler och fler datapunkter adderas till ytan. Vid mät- ning av optiska ytor kan en normal mätning bestå av en uppsätt- ning punkter, 50 till 100 punkter över diametern eller mellan 2000 och 8000 punkter på en rund spegel. En datorsimulering av detta arrangemang anger, att efter det att ungefär 200 punkter mätts har ytfelet ungefär samma kvadratiska medelvärde som det kvadratiska medelvärdet vid mätning av en enda interferometer- strâle. v Vid en förenklad utföringsform enligt figfl 3 fixeras 454 539 dessa dimensioner med begagnande av stöttor eller mätstavar av grafit/epoxi eller invar. Vid denna utföringsform begag- nas en enda laser 62, som betjänar styrbara interferometrar, som var och en har en avståndsmätningsväg 20 och en servorik- tad styrspegel 48, vid de fyra observationspunkterna för ut- förande av mätningarna till retroreflektorn 18 på ytan under mätning.

Vid en alternativ utföringsform kan de tolv referens- dimensionerna interferometriskt övervakas, vilket ger sexton interferometrar. Arrangemanget kan i detta fall innefatta fyra lasrar, en för var och en av de fyra observationspunkterna och betjänande tre fasta och en styrbar interferometer, även om teoretiskt en tillräckligt kraftig laser skulle kunna ge mät- stràlar för samtliga interferometrar. " Hänsyn måste tagas till flera konstruktionsomständig- heter för de styrbara interferometrarna och den rörliga retro- reflektorn. Åtminstone tvâ former av interferometrar är kända, som icke har några väglängdsändringar förbundna med fel i styr- spegellagren. Laserstrålarna bör i huvudsak riktas mot mâlret- roreflektorns centrum, eftersom det under mätning varande av- ståndet är avståndet längs riktningar, som är vinkelräta mot vâgfronten. Därför torde en automatisk följnings- eller centre- ringsanordning, som härleder signaler från returstrâlen enligt fig. 2, erfordras vid en praktisk utföringsform för undvikande av strålavbrott, vilket leder till avbrott i fransräkningen.

Den rörliga retroreflektorn 18 måste även vara definierad vad gäller dess förhållande till mätytan. En retroreflektor, som flyter på en luftfilm med en icke berörande sond för övervak- ning av dess exakta höjd ovanför den under mätning varande ytan skulle vara idealisk för många utföringsformer. Vid andra varianter kan en mekaniskt berörande retroreflektor i stället utnyttjas.

Fig. 3 visar en mätyta 14 i form av en stor spegelyta placerad i huvudsak horisontellt på en tillverkningsmontering 64, som i sin tur är monterad på ett isolerande block 66 för i huvudsak isolering av mätarrangemanget från vibrationer och brus från omgivningen. Även om en tämligen massiv brusisole- ringsutrustning visas i fig. 3, eftersom sådan utrustning är 454 539 tradionell inom tekniken för mätning av ytor av optisk kva- litet torde en fördel med föreliggande uppfinning vara, att denna traditionella brusisoleringsutrustning kan elimineras, om kraven på mätnoggrannhet icke föreskriver deras användning.

Var och en av de tre servoriktade styrspeglarna 48 vidde tre i ett plan liggande observationspunkterna 12 bäres av tre tripodmonterade stöttor 68 av grafitepoxi. De tre tripodaggre- gaten bär ett tetraedriskt fackverk, som är bildat av tre ho- risontella baselement 70 och tre element 72, vilka sträcker sig mot den centrala, vid den förhöjda spetsen befintliga ob- servationspunkten 12'. Ytterligare en uppsättning av sex yt- positionsreferensstavar 73 sträcker sig mellan tripodaggrega- ten och ytan 14 under mätning för stabilisering av arrange- manget eller för ytterligare övervakning av dess rörelserÄ Re- ferensstavarna 73 kan även framställas av grafit/epoxi. b Laserstrâlen från laserkällan 62 delas medelst strâlde- lare liknande elementen 28 och 31 till tre fasta strålar 74, som riktas mot de tre servostyrda styrspeglarna 48 ovanpå de tre tripodaggregaten samt en styrbar strâle 76, som riktas av en servostyrd styrspegel 48, vilken är monterad vid observa- tionspunkten vid den förhöjda spetsen. Detta arrangemang har sålunda fyra styrbara interferometrar, vilka är anordnade längs de fyra avstândsmätningsvägarna 20, så att de erforerliga re- lativa avstândsmätningarna erhålles.

Det retroreflekterande målet 50 förflyttas enligt val på ytan 14 medelst en stav 78, som är kopplad till en máldriv- mekanism 80, som är rörlig längs en bana 82, så att mätningarna från en ytpunkt 18 till en andra ytpunkt bekvämt kan regleras och även delvis automatiseras. I praktiken lagras digitalt räk- ningarna från de fyra fransräknarna för de fyra interferomet- rarna i ett datorminne, och datorn kan därefter reducera data till en profil för ytan 14 genom begagnande av känd matematisk teknik enligt nedan.

Sedan data samlats från ett tillräckligt antal mätpunkter 18, måste de reduceras för omvandling av de avståndsmätningar, som utförts medelst de fyra interferometrarna för avståndsskill- nader till x-, y- och z-koordinater för målet vid varje mät- punkt. Det erinras om att en inneboende egenskap hos en inter- . .--J 454 559 _ ' 10 ferometer för mätning av avståndsskillnader av den typ, som är kommersiellt tillgänglig från Hewlett Packard, är att den mä- ter den sträcka ett retroreflekterande mål förflyttar sig längs laserstrålens riktning, men den bestämmer icke målets absoluta avstånd från interferometern.

Omvandlingen av de interferometriskt erhållna data till x-, y, och z-koordinater för varje mätpunkt kan ske matematiskt på många olika sätt, av vilka ett skall förklaras här. Den första avståndsmätning, som utföres i en serie mätningar, ges ett värde noll eller ett godtyckligt värde. Ett resultat av datareduktionen för detta mätsystem är den förskjutning, som skall adderas till varje mätning för bestämning av det faktis- ka avståndet från styrpunkten för laserstrålen (tetraederns hörn) till det retroreflekterande målet. För mätning av en yta skall sålunda fyra sådana konstanter bestämmas, en för var och en av de fyra mäthuvudena vid tetraederns hörn. Ett annat re- sultat av datareduktionsprocessen är tetraedersidornas längder.

Sex sådana längder skall bestämmas.

Fig. 4 visar en rymd i ett x-, y- och z-koordinatsystem med origo i punkten 0. I denna rymd är punkten A det i:te avtet- raederns fyra hörn, en av de fyra laserstrålstyrpunkterna. Den- na punkts läge i rymden ges av vektorn från origo Di, som skall bestämmas. Punkten B i fig. 4 är den jzte mätpunkten på ytan under mätning, vid vilken det retroreflekterande målet är pla- cerat. Punktens B läge ges av vektorn Ö. från origo, som lika- ledes skall bestämmas. Det faktiska avståndet mellan punkterna A och B kan bestämmas av vektorskillnaden ši - Öj och är helt' enkelt absolutvärdet för den resulterande vektorn.

Då det retroreflekterande målet befinner sig vid posi- tionen B är det uppmätta avståndet från interferometern skalä- ren Milj. Värdet av Mi'j skiljer sig från det faktiska avstån- det mellan punkterna A och B med ett belopp Ci, som är den o- kända konstanta längd, som skall adderas till mätningen för varje mâlposition från punkten A.

Då det retroreflekterande målet förflyttas till den j + lzte mätpunkten, punkten C i fig. 4, specificeras målets position nu av vektorn Öj+l från origo, och det faktiska av- ståndet från punkten A till punkten C är absolutvärdet för den 454 539 11 vektoriella skillnaden fii - Qj+l styrpunkten är skalären Mi j+l, som också skiljer sig från I . Det uppmätta avståndet från det faktiska avståndet mellan punkterna A och C med beloppet Ci.

För tio mätningar är sålunda det problem, som skall lösas, bestämningen av Fzna, Ö:na och Cina, så att för uppsätt- ningen av de uppmätta Mzen är: Pi - Qj - Mij + Ci = 0.

I allmänhet mätes många fler än tio punkter för bestäm- ning av en yta, och det skulle vara önskvärt att använda alla mätdata vid bestämningen av den bästa uppskattningen av §:na, Özna och C:na i närvaro av mätfel. Den erhållna lösningen ger icke noll för ovanstående uttryck för mer än tio punkter, om mätfelet icke är noll. I Ett sätt att erhålla en lösning med effekterna av mät- felen spridda bland de olika mätpunkterna är att kräva att å ij (U ši - Öjl - Mij + Ci)2 = minimum.

Detta är nu ett minsta kvadrat-minimeringsproblem, som kan lösas iterativt medelst minsta kvadrat-minimeringsstandard- algoritmer för datorer.

Fig. 5 visar schematiskt två interferometrar 84 och 86, var och en av vilka innefattar ytterligare ettkorrigerat katt- öga eller en kubhörnreflektor 88, som ävenledes kan utnyttjas enligt uppfinningen. Vid dessa arrangemang riktas en stråle från en laserkälla 90 mot en rörlig folie 92 för styrning av mätstrålen. Folien reflekterar en del av strålen mot retrore- flektorn 84, som därefter omlänkar den mot retroreflektorn 50, vilken i sin tur omlänkar strålen tillbaka till folien 92 för bildande av ett interferensmënster på denna mellan den ur- sprungliga laserstrâlen och den stråle, som passerat mellan retroreflektorerna. En fransräknare 94 räknar därefter de mönsterfransar, som rör sig däröver på standardmässigt sätt inom interferometritekniken för mätning av avståndsskillnader.

Fig. 6 visar på höger sida ytterligare en konfiguration 98 för ett interferometerhuvud, där en folie 100 och en kubhörn- reflektor 102 är stationära och fasta i förhållande till mät- 454 559 12 arrangemanget, varjämte en laser 104 är vridbart monterad för riktande av laserstrålen mot retroreflektormâlet 50. En kvad- rupelcell liknande cellen 56 i fig. 2 utnyttjas för reglering av laserns rörelser för följning.

Fig. 7 visar schematiskt ett arrangemang för mätning av konturen hos en tvådimensionell yta 10, som har åtminstone tre mätanordningar 112 ovanför ytan. Varje mätanordning inne- fattar en interferometer, som är anordnad på liknande sätt som vid utföringsformen enligt fig. 2 och som har samma hänvis- ningsbeteckningar, samt vars funktioner icke skall upprepas här. Utföringsformen liknar de som förklarats med avseende på mätningen av konturen av en tredimensionell yta. Det är känt, att konturen av en tvådimensionell yta eller linje kan mätas genom triangulering till ett antal mâlpunkter på dess yta från en uppsättning av tvâ observationspunkter ovanför ytan. Vid detta tidigare kända sätt beror den framgångsrika triangule- ringen från de tvâ observationspunkterna på en noggrann mät- ning av avståndet mellan de två observationspunkterna och av- stânden från dessa till mätpunkten eller mätpunkterna. Tyvärr är det ofta svårt att åstadkomma en noggrann mätning av alla dessa avstånd.

Följaktligen mätes enligt uppfinningen konturen av en tvâdimensionell yta eller linje genom arrangemang av tre eller flera avståndsmätningsanordningar, som är placerade i en poly- gonal konfiguration ovanför mätytan. Enligt utföringsformen enligt fig. 7 är den polygonala formen triangulär och befinner sig i samma plan som den tvâdimensionella ytan under mätning; Följaktligen skiljer sig denna utföringsform från de tidigare kända trianguleringssätten genom tillkomsten av en övertalig mätpunkt, vilket ger en tillräcklig mängd mätdata, efter flera mätningar, för bestämning av såväl systemets geometri, med av- seende på den triangulära mätuppsättningen, som konturen för den under mätning varande tvådimensionella ytan på ett sätt, som är analogt med vad som förklaras med avseende på arrange- mangen för tredimensionell ytmätning.

Uppfinningen har beskrivits i samband med mätning av en optisk yta men är även tillämplig på mätning av konturen för varje lämplig yta, exempelvis mätning av ytorna hos olika mo- deller.

Claims (21)

454 539 13 PATENTKRAV

1. Anordning för mätning av konturerna av en tredimen- sionell yta, _k ä n-n e t e c k n a d av ett arrange- mang av âtminstone fyra avståndsmätningsanordningar (20, 32, 33, 35, 36) placerade i en polyederkonfiguration ovanför en yta, som skall mätas, varvid varje mätanordning ger avstånds- mätningar till en mätpunkt (18) nära ytan, medan mätpunkten förflyttas längs ytans kontur, varigenom en tillräcklig mängd mätdata erhålles för bestämning av systemets geometri och den tredimensionella ytans kontur.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att den polyedriska konfigurationen innefattar en tetraedrisk konfiguration (10, 70, 72) av tre interferometrar (20), som är placerade i en plan uppsättning ovanför ytan un- der mätning, samt en fjärde interferometer (20), som är pla- cerad vid en central spets hos tetraederkonfigurationen.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k- n a d av ett tetraedriskt fackverk (70, 72), som är placerat ovanför ytan under mätning, varvid varje interferometer har ett strålstyrningshuvud (48) vid fackverkets ena hörn för in- riktning av en interferometerstråle (20) mot mätpunkten (50) under dennas förflyttning längs ytans kontur.

4. Anordning för mätning av konturen hos en tvådimensionell yta, k ä n n e t e c k n a d av ett arrangemang av åtminsto- ne tre avståndsmätningsanordningar (112), som är placerade i en polygonal konfiguration ovanför en tvådimensionell yta (110), vars kontur är föremål för mätning, varvid varje mätan- ordning ger avståndsmått till en mätpunkt nära ytan, medan mät- punkten förflyttas längs dess kontur, så att en tillräcklig mängd mätdata erhålles för bestämning av systemets geometri och ytans kontur.

5. Anordning för mätning av konturen hos en yta enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att varje avståndsmätningsanordning innefattar en anordning för mätning av avståndsskillnader (20, 32, 33, 35, 36, 112).

6. Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k- n a d av att varje anordning för mätning av avståndsskillna- der innefattar en interferometer (20, 32, 33, 35, 36, 112). 454 539 14

7. Anordning för mätning av konturen av en yta enligt nå- got av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av en retroreflektor (50) intill ytan, som bestämmer mätpunkten och som är rörlig enligt val längs ytans under mätning konturf

8. Anordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av en enda laserkälla (24, 62) för âstadkommande av laserstrålar för alla interferometrarna.

9. Anordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att varje interferometer har ett strålstyrningshuvud (48) för riktande av en interferometer- strâle mot mätpunkten under dennas rörelser längs ytans kontur.

10. Anordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att varje interferometer innefat- tar en servoregleranordning (58), som reglerar strålstyrnings- huvudet för riktande av en interferometerstråle mot mätpunkten under dennas rörelser längs ytans kontur.

11. Sätt att bestämma konturen av en tredimensionell yta, k ä n n e t e c k n a t av att avstândsmätningar utföres till en mätpunkt nära ytan, medan mätpunkten förflyttas längs ytan, från åtminstone fyra separata ställen i en polyederkonfigura- tion ovanför ytan, samt avstândsmätningarna utnyttjas för be- stämning av systemets geometri liksom för bestämning av kontu- ren av den tredimensionella ytan.

12. Sätt att bestämma konturen hos en tvâdimensionell yta, k ä n n e t e c k n a t av att avstândsmätningar utföres till en mätpunkt nära ytan, medan mätpunkten förflyttas längs ytan, från åtminstone tre separata ställen i en polygonal konfigura- tion ovanför ytan, samt att avstândsmätningarna utnyttjas för bestämning av systemets geometri liksom för bestämning av ytans kontur.

13. Sätt enligt patentkravet 11 eller 12, k ä n n e t e c k- n a t av att utförandet av avståndsmätningarna innefattar ut- förandet av differentiella mätningar av avståndsskillnader till mätpunkten, medan denna förflyttas längs ytans kontur.

14. Sätt enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k n a t av att mätningen av avstândsändringsskillnader innefattar in- terferometrisk mätning av avstàndsändringsskillnader.

15. Sätt enligt patentkravet 14, k ä n n e t e c k n a t u 454 539 15 av att den interferometriska mätningen innefattar interfero- metrisk mätning av avståndsändringar från tre ställen i en plan uppsättning ovanför ytan under mätning från ett fjärde ställe nära en central spets i en tetraederkonfiguration.

16. Sätt enligt något av patentkraven 11-15, k ä n n e- t e c k n a t av att en retroreflektor (50) enligt val för- flyttas längs ytans under mätning kontur.

17. Sätt enligt något av patentkraven 11-16, k ä n n e- t e c k n a t av att avståndsmätningarna utföres från fler än tio punkter på ytan, så att en övertalig mängd data erhål- les för minimering av effekterna av mätfel.

18. Sätt enligt patentkravet 17, k ä n n e t e c k n a t av att interferometeravstândsmätningar utföres från fler än tio punkter på ytan, så att en övertalig mängd data erhålles för minimering av effekterna av mätfel.

19. Sätt enligt något av patentkraven 11-18, k ä n n e- t e c k n a t av att avståndsmätningarna överföres till koor- dinatpositioner för punkter på ytans kontur.

20. Sätt enligt något av patentkraven 11-19, k ä n n e- t e c k n a t av att avståndsmätningarna omvandlas till koor- dinatpositioner för mätpunkter på ytans kontur.

21. Sätt enligt något av patentkraven 11-20, k ä n n e- t e c k n a t av att den övertaliga mängden data omvandlas till koordinatpositioner för uppmätta punkter på ytans kontur.