Berührungslose Ebenheitsmessung von größeren Präzisionsflächen

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Lamtech Lasermeßtechnik GmbH

Dieser Effekt kann leicht gesehen werden, wenn eine matte Oberfläche unter einem schrägen Winkel betrachtet wird. Je schräger auf die Oberfläche geschaut wird, umso spiegelnder erscheint die Fläche und die Objekte dahinter können erkannt werden. Tritt dieser Effekt auch bei sehr flachem Winkel nicht auf, so wird die Fläche mit einem Interferometer mit schrägem Lichteinfall nicht zu messen sein.

Durch den schrägen Lichteinfall verringert sich die Empfindlichkeit des Interferometers. Betrug diese beim senkrechten Lichteinfall die halbe Wellenlänge λ der Lichtquelle, so ist diese nun abhängig vom Einfallswinkel i des Lichtes:

Durch diese Reduzierung der Empfindlichkeit um 1/cos(i) sind mit dem schrägen Lichteinfall auch größere Abweichungen von der Ebenheit als bei einem senkrechten Lichteinfall messbar und somit erweitert sich auch der Messbereich. Die Auflösung ist ein Bruchteil der Empfindlichkeit.

Vorteilhaft sind in der Praxis Schräglichtinterferometer mit einstellbarem Einfallswinkels des Lichtes, weil damit eine optimale Anpassung an die Rauheit von polierten Teilen bis hin zu matten Teilen mit Ra = 0,8 μm vorgenommen werden kann. Damit kann eine höchstmögliche Genauigkeit erreicht werden. Durch den schrägen Lichteinfall ergibt sich eine Verzerrung des Bildes des Teils in Richtung des Lichteinfalls auf die Fläche. Diese Verzerrung lässt sich weitgehend kompensieren, indem man ein Prisma verwendet.

Durch Auswertung der Interferogramme mit Phasenschiebung die Ebenheit bestimmen

Das Bild 1 zeigt den optischen Aufbau eines Prismeninterferometers mit dem schrägen Lichteinfall auf die zu messende Fläche. Als Lichtquelle wird ein Laser verwendet. Das Interferenzstreifenbild wird auf den Sensor einer Kamera abgebildet und in den Rechner eingelesen.

Durch Auswertung der Interferogramme mit Phasenschiebung lässt sich die Ebenheit bestimmen. Dieses Verfahren ist sehr genau und liefert ein objektives Ergebnis. Bei dem Phasenschiebeverfahren werden mehrere Interferogramme aufgenommen, die zueinander phasenverschoben sind, was sich in einem „Wandern“ der Streifenbilder während der Messung zeigt.

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