用于通过调节体调节测量装置的方法、调节体以及用于调节调节体的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于调节测量装置的方法，测量装置包括具有光轴的干涉仪单元、具有测量轴线的光学距离测量装置以及布置在它们之间、可沿滑动轴线移动的支撑滑块。测量装置特别用于球形工件的半径测量。测量轴线，优选地光轴，首先平行于滑动轴线对齐。具有第一球形反射和/或衍射表面和在背面的后向反射器的调节体布置在支撑滑块处。使其进入第一共焦位置，其中第一球形反射和/或衍射表面的第一中心点与从干涉仪单元发射的球形波前的焦点重合。后向反射器限定位于靠近或位于第一中心点上的顶点，使得测量轴线靠近或通过发射的球形波前的焦点延伸。因此，可在随后的球形工件的测量中减少或消除Abbe误差。本发明专利技术还涉及一种调节体及其调节方法。

Method for adjusting the measuring device through the adjusting body, the adjusting body and the method for adjusting the adjusting body

The invention relates to a method for adjusting a measuring device, which comprises an interferometer unit with an optical axis, an optical distance measuring device with a measuring axis and a supporting slider arranged between them and movable along a sliding axis. The measuring device is specially used for measuring the radius of spherical workpiece. The measurement axis, preferably the optical axis, is first aligned parallel to the sliding axis. An adjusting body having a first spherical reflective and / or diffractive surface and a retroreflector on the back side is arranged at the support slider. The first center point of the first spherical reflection and / or diffraction surface coincides with the focus of the spherical wave front emitted from the interferometer unit. The retroreflector defines a vertex located near or on the first center point so that the measurement axis is close to or extends through the focal point of the emitted spherical wavefront. Therefore, the Abbe error can be reduced or eliminated in the subsequent measurement of the spherical workpiece. The invention also relates to a regulating body and a regulating method thereof.

【技术实现步骤摘要】
用于通过调节体调节测量装置的方法、调节体以及用于调节调节体的方法
本专利技术涉及一种用于调节测量装置的方法，该测量装置包括干涉仪单元、光学距离或位移测量装置以及可沿滑动轴线移动的支撑滑块。测量装置特别被配置成测量球形工件例如透镜上的半径。本专利技术还涉及一种可用于调节测量装置的调节体以及一种用于调节多件式调节体的方法，该多件式调节体包括球形制品和后向反射器。
技术介绍
对于球形工件的半径测量，工件定期被带入两个特征位置。在一个特征位置，从干涉仪单元发射的球形波前在波前的焦点处照射在工件的表面上。这个位置被称为“猫眼位置”。在另一个特征位置（共焦位置），球形波前的传播方向在每个照射位置处平行于待测量工件的相应表面法线，使得球形波前的焦点位于工件的球面的中心点。事实上，球形波前可能无法到达其焦点——因为它之前会照射球面，因此焦点也可以称为共焦位置中的虚焦点或目标焦点。这两个特征位置之间的距离对应于工件球面的半径。在这种方法和测量装置中，如果确定两个特征位置之间的差异的距离测量装置的测量轴线相对于干涉仪单元的光轴或工件的球面的中心点没有精确对齐，则难以避免或减少测量误差。因此，可在测量期间产生Abbe（阿贝）误差。EP0561178A2总体上描述了用于干涉测量确定球形工件半径的方法和装置。在该文献中描述了这些方法对测量精度的影响，例如，L.A.Selberg，《光学工程》，1992年，第31（9）卷第1961-1966页的“通过干涉测量法的半径测量”。在理想条件下，可以实现20nm的可重复性（U.Griesmann等人，《CIRP年鉴-制造技术（CIRPAnnals-ManufacturingTechnology）》，2004年，第53（1）卷第451-454页的“用干涉测量法测量球体的形状和半径”）。然而，可重复性不是市场上可获得的装置的测量不确定性的主要影响因素，这些装置具有一位数微米范围内的测量不确定性。如果存在测量轴线和移动轴线之间的偏移（Abbe偏移），则可能由于倾斜而产生Abbe误差。为了能够最小化Abbe误差，必须减少Abbe偏移。为了减小温度影响，使用干涉仪单元和工件之间的距离由三个单独的距离测量装置测量的测量装置。为了能够在如此做的同时最小化Abbe误差，三个距离测量装置必须跨越等边三角形，并且干涉仪单元的焦点必须位于等边三角形的重心处。这种装置复杂且难以调节（ErlongMiao等人，Proc.SPIE9282，第七届先进光学制造和测试技术国际研讨会：光学测试和测量技术与设备，9282OM（2014年9月18日），doi：10.1117/12.2070796，“在垂直干涉仪工作站中实现亚微米曲率半径测量”）。其他方法和测量装置的目标是通过校正计算最小化或消除由Abbe误差产生的调节不准确度（Schmitz等人，《应用光学》，2008年12月20日，卷47，第36号，第6692-6700页，“使用阶段误差运动数据改进光座具测量”）。校正计算不利之处在于必须非常精确地知道误差的原因，例如，倾斜角度、轴线偏移（Abbe偏移）等，以便能够执行校正计算。因此，在一些测量装置中，取代一个距离测量装置，三个单独的距离测量装置或者单个距离测量装置和附加的角度传感器被用于确定倾斜或偏斜角度。在这种测量装置中，还可以通过可控致动器消除倾斜角和轴线偏移来消除或最小化Abbe误差。然而，由这种致动器产生热量，其中，与Abbe误差相比，温度波动对可实现的测量精度具有很大的不利影响。US2003/0223081A1描述了一种用于校准用于测量球形工件的半径测试台的方法。为了校准，使用以衍射元件形式的调节体，其包括多个同轴布置的环，这些环被布置成使得它们本身可以反射球形波前。为了能够用这种调节体校准半径测试台，需要精确地知道由衍射元件限定的半径。如果更换干涉仪单元的物镜，则通过该方法仅实现对待测量工件和干涉仪单元之间的非常特定的相对位置的调节，并且该调节必须再次完全执行。US8,947,678B2和US9,857,169B2描述了另外的方法，以便最小化测量误差，其中分别使用复杂的装置。替代方法和装置使用短相干光（US6,801,323B2）或具有可变波长的激光（US6,894,788B2）代替工件的机械运动。
技术实现思路
从现有技术出发，可以认为本专利技术的目的是通过使用允许快速且简单地最小化或消除Abbe误差的调节体来创建用于调节测量装置的方法，并且可以独立于球形工件的半径使用。特别是在如此做时，应使用调节体的实际尺寸不必是已知的或者不必精确地知道的方法。另外，本专利技术还应提供一种与该方法一起使用的调节体以及一种简单且精确调节多件式调节体的方法。该目的由独立权利要求解决。根据本专利技术，提出了一种用于调节测量装置的方法。测量装置包括具有光轴的干涉仪单元，具有测量轴线的光学距离测量装置和布置在干涉仪单元和光学距离测量装置之间的支撑滑块，该支撑滑块可沿滑动轴线移动。光学距离测量装置被配置成测量或确定支撑滑块在滑动轴线方向上的位置。待测量的工件可以布置在支撑滑块上。测量装置特别配置用于测量球形工件或球形工件部分的半径。例如，测量装置可用于透镜的半径测量。在优选实施例中，干涉仪单元被配置为斐索干涉仪。优选地，斐索干涉仪具有可替换或可更换的斐索物镜。光学距离测量装置可以形成为测量位移或距离的干涉仪（位移测量干涉仪，简称为：DMI）。在根据本专利技术的用于调节测量装置的方法中，光学距离测量装置的测量轴线首先平行于滑动轴线对齐。另外，作为选项，干涉仪单元的光轴可以与滑动轴线平行地对齐。对于进一步的方法，使用可以在测量轴线对齐之前或优选地在测量轴线对齐之后布置在支撑滑块上的对齐体。调节体具有正面和与正面相对的背面。正面面向干涉仪单元，并且背面面向距离测量装置。调节体可以通过支撑滑块沿滑动轴线移动。调节体可以相对于支撑滑块以若干平移自由度和/或旋转自由度定位，例如，可以在正交于滑动轴线的一个或两个方向上位移和/或围绕与滑动轴线正交的一个或两个方向倾斜或偏斜。为此，支撑滑块具有带有相应调节装置的保持装置。调节体具有至少一个球形反射和/或衍射表面，每个球形反射和/或衍射表面分别在正面具有一个中心点。优选地，在调节体处存在至少两个并且特别是恰好两个球形反射和/或衍射表面。作为选项，另外可以存在一个或多个平面反射和/或衍射表面。优选地，与至少一个球形反射和/或衍射表面相比，至少一个平面反射和/或衍射表面具有在径向方向上距调节体的正面的至少一个中心点或中心轴线的更大距离。球形反射和/或衍射表面意指改变入射光的方向的表面。可以通过反射和/或衍射实现重定向。在本文上下文中，术语“球形”是指实现的重定向的效果——其对应于球形反射表面的重定向效应——特别是用于区别于平面反射和/或衍射表面。如果重定向是由反射引起的，则反射表面也具有球面。对于通过衍射的重定向，衍射表面的表面被结构化，例如，通过计算机生成的全息图（CGH），并且没有球面，而是通常为平面表面。...

【技术保护点】
1.用于调节测量装置（20）的方法，所述测量装置（20）包括：干涉仪单元（22），其具有限定光轴（A）的第一干涉仪并具有物镜（25），具有测量轴线（M）的第一距离测量装置（30），以及布置在所述干涉仪单元（22）和所述光学距离测量装置（30）之间的支撑滑块（32），所述支撑滑块（32）能沿滑动轴线（S）移动，所述方法包括以下步骤：/n- 将所述测量轴线（M）平行于所述滑动轴线（S）对齐，/n- 将工件（21）定位在所述物镜（25）的焦点位于所述工件（21）的表面上的位置中并通过所述干涉仪单元（22）在工件（21）上发射球形波前（Ws），接收在所述工件（21）处反射的球形返回波前（Wr），通过使用所述球形返回波前（Wr）在所述干涉仪单元（22）中产生干涉图案，并使所述物镜（25）相对于所述光轴（A）倾斜，直到所述干涉图案指示所述物镜（26）与所述光轴（A）成直角定向，/n- 提供布置在所述支撑滑块（32）处的调节体（40），所述调节体（40）具有正面（43）和与所述正面（43）相对的背面（44），其中，所述正面（43）面向所述干涉仪单元（22）并且所述背面（44）面向所述光学距离测量装置（30），其中，至少一个球形反射和/或衍射表面（54、55）存在于所述正面（43），以及定义顶点的后向反射器（42）存在于所述背面（44），其中，中心点线（G）延伸通过所述至少一个球形反射和/或衍射表面（54、55）的中心点（P1、P2）和所述顶点（47），/n- 通过所述干涉仪单元（22）将球形波前（Ws）发射到所述至少一个球形反射和/或衍射表面（54、55）上，接收在所述至少一个球形反射或者衍射表面（54、55）处反射的球形返回波前（Wr），并通过使用所述球形返回波前（Wr）在所述干涉仪单元（22）中产生干涉图案，/n- 在共焦位置（K1、K2）中在所述调节体（40）和所述干涉仪单元（22）的物镜（25）之间产生相对运动，在所述共焦位置（K1、K2）中，所述干涉图案指示所述球形反射和/或衍射表面（54、55）的法线和照射在该位置的所述球形波前（Ws）的法线为平行的。/n...

【技术特征摘要】
20180514 DE 102018111466.41.用于调节测量装置（20）的方法，所述测量装置（20）包括：干涉仪单元（22），其具有限定光轴（A）的第一干涉仪并具有物镜（25），具有测量轴线（M）的第一距离测量装置（30），以及布置在所述干涉仪单元（22）和所述光学距离测量装置（30）之间的支撑滑块（32），所述支撑滑块（32）能沿滑动轴线（S）移动，所述方法包括以下步骤：
-将所述测量轴线（M）平行于所述滑动轴线（S）对齐，
-将工件（21）定位在所述物镜（25）的焦点位于所述工件（21）的表面上的位置中并通过所述干涉仪单元（22）在工件（21）上发射球形波前（Ws），接收在所述工件（21）处反射的球形返回波前（Wr），通过使用所述球形返回波前（Wr）在所述干涉仪单元（22）中产生干涉图案，并使所述物镜（25）相对于所述光轴（A）倾斜，直到所述干涉图案指示所述物镜（26）与所述光轴（A）成直角定向，
-提供布置在所述支撑滑块（32）处的调节体（40），所述调节体（40）具有正面（43）和与所述正面（43）相对的背面（44），其中，所述正面（43）面向所述干涉仪单元（22）并且所述背面（44）面向所述光学距离测量装置（30），其中，至少一个球形反射和/或衍射表面（54、55）存在于所述正面（43），以及定义顶点的后向反射器（42）存在于所述背面（44），其中，中心点线（G）延伸通过所述至少一个球形反射和/或衍射表面（54、55）的中心点（P1、P2）和所述顶点（47），
-通过所述干涉仪单元（22）将球形波前（Ws）发射到所述至少一个球形反射和/或衍射表面（54、55）上，接收在所述至少一个球形反射或者衍射表面（54、55）处反射的球形返回波前（Wr），并通过使用所述球形返回波前（Wr）在所述干涉仪单元（22）中产生干涉图案，
-在共焦位置（K1、K2）中在所述调节体（40）和所述干涉仪单元（22）的物镜（25）之间产生相对运动，在所述共焦位置（K1、K2）中，所述干涉图案指示所述球形反射和/或衍射表面（54、55）的法线和照射在该位置的所述球形波前（Ws）的法线为平行的。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行在所述调节体（40）和所述干涉仪单元（22）的所述物镜（25）之间的平行于所述滑动轴线（S）的相对运动，直到所述干涉图案的抛物线分量最小。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进行所述干涉仪单元（22）的物镜（25）相对于所述滑动轴线（S）成直角的位移，直到所述干涉图案的线性分量最小。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，距离测量干涉仪（31）用作光学距离测量装置（30）。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述调节体（40）包括在正面具有不同半径（r1、r1）的第一球形反射和/或衍射表面（54）和第二球形反射和/或衍射表面（55），所述球形反射和/或衍射表面的中心点（P1、P2）位于共同的中心点线（G）上。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调节体（40）在由所述第一球形反射和/或衍射表面（54）限定的第一共焦位置（K1）中通过所述支撑滑块（32）移动，沿着与所述滑动轴线（S）正交的至少一个方向（x，y）在所述第一共焦位置（K1）中位移，随后在由所述第二球形反射和/或衍射表面限定的第二共焦位置（K2）中移动并且绕与所述滑动轴线（S）正交的至少一个方向（x，y）在所述第二共焦位置（K2）中倾斜。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一共焦位置（K1）中的位移和/或所述第二共焦位置（K2）中的倾斜至少执行一次或者反复地重复几次，直到在所述第一共焦位置（K1）和所述第二共焦位置（K2）中的所述干涉仪单元（22）的干涉图案指示所述中心点线（G）平行于所述滑动轴线（S）对齐。


8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述中心点线（G）对齐之后，所述调节体（40）沿着与所述滑动轴线（S）正交的至少一个方向（x，y）位移，以便提高用作光学距离测量装置（30）的距离测量干涉仪（31）的信号强度和/或信号质量。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述测量轴线（M）平行于所述滑动轴线（S）对齐之前或之后，所述干涉仪单元（22）的所述光轴（A）平行于所述滑动轴线（S）对齐。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，调节装置（60）被用于使所述测量轴线（M）和/或所述干涉仪单元（22）的所述光轴（A）平行于所述滑动轴线（S）对齐，其中，所述调节装置（60）被布置在所述支撑滑块（32）处，其中，所述调节装置（60）包括重定向单元（61）和检测器（62）。


11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，光束（Le）从所述干涉仪单元（22）平行于所述光轴（A）或从所述光学距离测量装置（30）平行于所述测量方向（M）发射到所述重定向单元（61）上，并且重定向光束（La）从所述重定向单元（61）重定向到所述检测器（62）上，其中，所述支撑滑块（31）沿着所述滑动轴线（S）移动到彼此有一定距离的至少两个滑动位置（S1、S2）中，并且所述干涉仪单元（22）或所述光学距离测量装置（30）以如下方式被对齐使得所述重定向光束（La）在相应滑动位置（S1、S2）照射在所述检测器（62）上的照射位置（B1、B2）仅在预定公差内变化。


12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述调节体...

【专利技术属性】
技术研发人员：A维格曼，M洛茨，
申请(专利权)人：卡尔·马尔控股有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE