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- Title
Kombination eines neuartigen Doppelpuls-RGB-Interferometers mit einem Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor zur dynamischen flächenhaften Topographieerfassung.
- Authors
Gollor, Pascal; Schake, Markus; Tereschenko, Stanislav; Roetmann, Karsten; Mann, Klaus; Schäfer, Bernd; Uhlrich, Günter; Haberland, Matthias; Lehmann, Peter
- Abstract
In diesem Beitrag wird ein Messsystem vorgestellt, das aus der Kombination eines phasenmessenden Interferometers mit einem Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor besteht. Die beiden Sensoren nutzen einen gemeinsamen optischen Strahlengang einschließlich eines Mikroskobjektivs, das auf die zu messende Oberfläche gerichtet ist. Sie unterscheiden sich jedoch grundlegend in ihrer physikalischen Funktionsweise und ihren messtechnischen Eigenschaften. Der Wellenfrontsensor erfasst niederfrequente Ortsfrequenzanteile einer dreidimensionalen Oberflächentopographie mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an Stützstellen anhand eines einzelnen monochromen Kamerabildes. Das Interferometer benötigt zwei RGB-Aufnahmen zur Rekonstruktion der Phasenkarte derselben Oberflächentopographie und erfasst dabei deutlich höhere Ortsfrequenzanteile, welche für die Rauheitsmessung erforderlich sind. Eine spezielle Doppelpuls-Beleuchtung in Verbindung mit einer periodischen Phasenmodulation ermöglicht die Akquisition der erforderlichen Interferogramme in ca. 50 µs. Die Kombination der Messergebnisse von Wellenfrontsensor und Interferometer ermöglicht den Verzicht auf störanfällige Unwrapping-Algorithmen und erhöht die Flexibilität und das Einsatzspektrum der Sensorkombination im Vergleich zu einem Einzelsensor. Die geringe Zeitdauer zur Erfassung der Topographie eines mikroskopischen Messfeldes erlaubt Messungen an bewegten Messobjekten und bildet damit eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz des Sensorsystems in Produktionsanlagen. Die Funktionsweise und die praktische Realisierung des Sensors werden vorgestellt. Messergebnisse von verschiedenen Messobjekten zeigen das Potential dieser Sensorkombination und die jeweiligen Einschränkungen der beiden Sensoren auf. In this contribution we present a measuring system, which combines a phase-measuring interferometer with a Hartmann-Shack wavefront sensor. Both systems use the same optical path and microscope objective but they differ fundamentally in their working principle and their metrological properties. The wavefront sensor detects low spatial frequency components of a three dimensional surface with a small number of sampling points based on a single monochrome camera image. The interferometer requires two RGB images to reconstruct the same surface but it detects high spatial frequency surface components, which allow surface roughness measurements. A specific double pulse illumination in combination with a periodic phase modulation is used to obtain the required interferograms in approx. 50 µs. The combination of the measurement results from the wavefront sensor and the interferometer enables to renounce the use of error-prone phase unwrapping algorithms, to increase the robustness and possible applications. The use of both sensors also increases the robustness and the flexibility compared to a single measurement system. The short data acquisition time enables measurement of moving objects and the application in industrial environments. Various measurement results demonstrate the potential and the limits of this combination of sensors.
- Subjects
SURFACE roughness measurement; PHASE modulation; WAVEFRONT sensors; OPTICAL microscopes; TIME measurements; INTERFEROMETERS; WAVEFRONTS (Optics)
- Publication
Technisches Messen, 2020, Vol 87, Issue 9, p523
- ISSN
0171-8096
- Publication type
Article
- DOI
10.1515/teme-2020-0018