Rekonstruktionsalgorithmen zur genaueren Bestimmung der 3D-Topographie bei einem scannenden optischen Punktsensor

Koordinatenmessgeräte werden zur Formmessung von Optiken wie z. B. Asphären oder Freiformflächen verwendet. Damit lassen sich Genauigkeiten im sub-µm Bereich erreichen. Die Genauigkeit der Messung wird im Wesentlichen durch die Genauigkeiten der Bewegungsachsen limitiert. An der PTB steht für diese Messungen ein Bewegungssystem mit einem optischen Punktsensor zur Verfügung, der Kantensteilheiten von bis zu ±30° akzeptiert. Der Punktsensor wird in Null-Sensor-Konfiguration betrieben, d. h. der Abstand zwischen Sensor und Prüflingsoberfläche wird konstant gehalten. Damit lassen sich Reproduzierbarkeiten von einigen zehn Nanometern erreichen. Durch Messung von mehreren Profilschnitten und das Zusammenfügen dieser Schnitte erhält man die 3D-Topografie eines Prüflings. Optimierte Rekonstruktionsalgorithmen für das Zusammenfügen der Linienprofile wurden entwickelt und werden hier vorgestellt. Damit lässt sich eine 3D-Topografie genauer rekonstruieren, z. B. lassen sich die Auswirkungen von Führungsfehlern der Achsen durch redundante Messung einzelner Messstellen reduzieren. Die Algorithmen werden exemplarisch an virtuellen und realen Messungen untersucht, verglichen und diskutiert.