Perturbation resistant RGB-interferometry with pulsed LED illumination

Schake, Markus; Lehmann, Peter

doi:10.1117/12.2306221

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“…Damages of the measuring surface as well as maintenance costs and measuring deviations due to worn probe tips are eliminated. For the compensation of disturbances caused by external vibrations, different methods exist Seewig et al, 2013;Kiselev et al, 2017;Schake and Lehmann, 2018). However, depending on the surface topography, more or less systematic measurement errors may also occur.…”

Section: Introductionmentioning

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“…However, depending on the surface topography, more or less systematic measurement errors may also occur. Examples are artefacts known as batwings (Harasaki and Wyant, 2000;Xie et al, 2017), phase jumps resulting from the slope effect in white-light interferometry and also laser interferometry (Schake et al, 2015), artefacts from crosstalk between neighbouring pinholes of a spinning disc of a confocal microscope (Fewer et al, 1997), and artefacts occurring by equal curvature of the wavefront and the measuring surface (Mauch et al, 2012). For an investigation of these effects it is necessary to distinguish between the real and the measured surface.…”

Section: Introductionmentioning

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Sensor characterization by comparative measurements using a multi-sensor measuring system

Hagemeier

Schake

Lehmann

2019

J. Sens. Sens. Syst.

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Typical 3-D topography sensors for the measurement of surface structures in the micro-and nanometre range are atomic force microscopes (AFMs), tactile stylus instruments, confocal microscopes and white-light interferometers. Each sensor shows its own transfer behaviour. In order to investigate transfer characteristics as well as systematic measurement effects, a multi-sensor measuring system is presented. With this measurement system comparative measurements using five different topography sensors are performed under identical conditions in a single set-up. In addition to the concept of the multi-sensor measuring system and an overview of the sensors used, surface profiles obtained from a fine chirp calibration standard are presented to show the difficulties of an exact reconstruction of the surface structure as well as the necessity of comparative measurements conducted with different topography sensors. Furthermore, the suitability of the AFM as reference sensor for high-precision measurements is shown by measuring the surface structure of a blank Blu-ray disc.Published by Copernicus Publications on behalf of the AMA Association for Sensor Technology.

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Sensor characterization by comparative measurements using a multi-sensor measuring system

Hagemeier

Schake

Lehmann

2019

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Kombination eines neuartigen Doppelpuls-RGB-Interferometers mit einem Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor zur dynamischen flächenhaften Topographieerfassung

Gollor

Schake

Tereschenko

et al. 2020

Tm - Technisches Messen

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ZusammenfassungIn 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.

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