Porrasmittapalat – tarkimmat kalibroinnit

VTT MIKESin porrasmittapalainterferometri on rakennettu tärinäeristetylle kivipöydällä mekaanisten häiriöiden eliminoimiseksi. Interferometrissä on kaksi yhdensuuntaista edestakaista sädettä mittaushaarassa mahdollistaen koskettavan anturin sijoittamisen efektiiviselle mittausakselille ja siten Abbé-virheen eliminoinnin. Säteet heijastuvat takaisin kuutionurkista, jotka on kiinnitetty samaan jäykkään mittapään runkoon kuin mittausanturi. Anturin kärki on safiiria magneettisten häiriöiden välttämiseksi. Mittapää on suunniteltu siten, että se mahdollistaa mittakärjen noston (~13 mm) ilman että interferometrin signaalit häiriintyvät. Mittapää on kiinni paineilmalaakeroidussa kelkassa, joka kulkee kivijohteella askelmoottorin ajamana. Mittakärjen paikka mitataan homodyne-laserinterferometrillä. Pintojen paikan mittauksessa kärki lähestyy pintaa pietsoelementin ohjaamana ja pinnan paikkaa mitataan usealla eri voimalla. Ekstrapoloimalla 0 N voimaan saadaan pinnan tarkka paikka. Pinnan mittaamisen keskihajonta on noin 20 nm. Kärki siirretään seuraavaan väliin ja mittaus toistetaan. 
   

Porrasmittapala_3.jpg

 VTT MIKESin porrasmittapalainterferometri.
 

Olosuhteita, kuten ilman lämpötila, paine ja kosteus sekä materiaalin lämpötila, mitataan jatkuvasti. Neljä Pt100-sensoria on käytössä materiaalin lämpötilan mittauksessa ja kolme ilman lämpötilan mittaukseen. Kaikki anturit ja laserin aallonpituus on kalibroitu VTT MIKESin referenssejä vasten. Ilman taitekerroin lasketaan käyttäen päivitettyä Edlenin kaavaa [1]. Yksityiskohtaisempi kuvaus laitteesta on artikkelissa [2].

Ennen mittausta porrasmittapalan suuntaus tehdään käyttäen kelkkaan integroitua 2D-koordinaattimittauspäätä paremmalla kuin 5 µm:n tarkkuudella. Kalibrointi on täysin tietokoneohjattua. Kärjen halkaisija on kalibroitu mittapalan avulla. Edullinen kalibrointi sisältää noin kolme edestakaista mittausta. Normaalikalibrointi sisältää samat mittaukset kahdessa eri asennossa. Vielä pienempään mittausepävarmuuteen päästään toistamalla mittaus toisessa paikassa. Eri vaihtoehtojen tyypilliset mittausepävarmuudet ovat alla olevassa taulukossa.

Mittausepävarmuudet eri kalibrointivaihtoehdoille. 

Kalibrointi ​Mittausalue ​Laajennettu
epävarmuus
(k=2)
​Huom.
​Edullinen kalibrointi *5...2020 mm U = Q[0,17; 0,28L] µmL metreissä, Q[x; y]=√(x2+y2)
​Normaali kalibrointi *5...2020 mm U = Q[0,090; 0,14L] µm L metreissä, Q[x; y]=√(x2+y2)
​Erikoistarkka kalibrointi **5...2020 mm U = Q[0,064; 0,088L] µm L metreissä, Q[x; y]=√(x2+y2)
​​*  MRA-sopimuksen ​piirissä, MRA = Mutual recognition agreement (vastavuoroinen tunnustamissopimus)
** ​ei vielä MRA:ssa​ ​ ​

 

  1. G. Bönsch and E. Potulski, Measurement of the refractive index of air and comparison with modified Edlen's formula, Metrologia 35, 133–139 (1998)
  2. V. Byman and A. Lassila, MIKES’ primary phase stepping gauge block interferometer, Meas. Sci. Technol.26, 084009 (2015). https://doi.org/10.1088/0957-0233/26/8/084009.


Lisätietoja

  • Ville Byman, tutkija, puh. 050 386 9327, sähköposti ville.byman(at)vtt.fi
  • Antti Lassila, tutkimusryhmän vetäjä, puh. 040 767 8584, sähköposti antti.lassila(at)vtt.fi
      

​<<< takaisin pituuskalibrointien etusivulle