Kapitel 1.2: Länge, Fläche, Volumen, Winkel - PTB

1.2.1 Länge 25
feinfühliges Verstellen der Spiegel kann die gewünschte Anzahl und Neigung der
Interferenzstreifen eingestellt werden.
Einem geübten Beobachter gelingt es unter dieser Voraussetzung ohne Hilfsmittel, den Bruchteil p
auf etwa 1/20 Streifenabstand genau zu schätzen. Dies entspricht einer Meßunsicherheit von
0,01 (im. Genauere Bestimmungen von p sind möglich, wenn der Streifenversatz über eine
Gangunterschiedsänderung meßbar verändert werden kann. Im sogenannten Vakuumwellenlängenkomparator
nach Kösters (Engelhard (1959)) ist das ganze Interferometer in ein luftdichtes
Gehäuse gebettet. Durch Variation des Druckes wird die Brechzahl der Luft und damit die benutzte
Wellenlänge so lange verändert, bis die Streifen auf dem Endmaß mit den Streifen auf der
Hilfsplatte in Koinzidenz liegen. Diese Lage ist visuell besonders genau einstellbar. Ein eingebautes
Refraktometer mißt interferentiell die Brechzahl, die sich bei diesem Druck ergibt, so daß in der
Auswertung nur die Vakuumwellenlänge benötigt wird. Die für die Streifenkoinzidenz benötigten
Variationen des Druckes sind so gering, daß die damit verbundenen eleastischen Längenänderungen
der Maße vernachlässigbar bleiben. An die Stelle der visuellen Beurteilung treten heute jedoch
verstärkt Methoden der automatischen Auswertung von Interferenzbildern (6.4.2.5).
Meßfehler. Bei der Reflexion des Lichtes treten in Abhängigkeit vom Material unterschiedliche
Phasensprünge auf, die ein Eindringen des Lichtes in die Oberflächen vortäuschen. So wird die aus
dem Versatz der Interferenzstreifen ermittelte Länge eines Stahlendmaßes mit gut polierter
Oberfäche (vernachlässigbare Rauheit), das für die interferentielle Messung auf eine Hilfsplatte aus
Quarz angesprengt wurde um etwa 20 nm zu kurz bestimmt.
In der gleichen Größenordnung liegen Fehler, die aufgrund der Rauheit der Endmaßoberflächen
entstehen können. Werden die Strukturen der Oberfläche von der Beobachtungsoptik des
Interferometers nicht mehr aufgelöst, so scheint das Licht von derjenigen mittleren Ebene
reflektiert zu werden, die durch einen Ausgleich aller durch die Rauheit bedingten Unebenheiten
entstehen würde (Dorenwendt (1972)). Da diese Ebene nicht mit der mechanisch wirksamen,
durch die oberen Teile des Rauheitsprofils gebildeten Endmaßoberfläche übereinstimmt, muß eine
Korrektur angebracht werden. Diese wird in der Praxis aus dem Verhältnis von diffus zu spiegelnd
an der Oberfäche reflektiertem Licht ermittelt.
Wenn das Licht im Interferometer nicht senkrecht, sondern unter dem Einfallswinkel (p auf die
Endmaßoberfläche fällt, tritt der sogenannte Kosinusfehler auf. Die Länge wird um den relativen
Betrag — zu kurz gemessen. Der senkrechte Lichteinfall wird in der Praxis mit Metho-
den der Autokollimation (Gaußsches Okular) überprüft.
Aufgrund der endlichen Ausdehnung der Eintrittsöffnung Q des Interferometers entstehen zur
optischen Achse geneigte Lichtbündel. Die mit ihnen bestimmten Gangunterschiede sind ebenfalls
mit dem beschriebenen Kosinusfehler behaftet. Aus einer Integration über die Eintrittsöffnung
ergibt sich die resultierende Streifenverschiebung (Spaltkorrektion). Für eine runde Öffnung vom
Radius r wird die Länge um den relativen Betrag ''"rz gemessen (6.4.1.5). (p, folgt
aus der Beziehung sin (p, = rlfm\\. f als Brennweite des Kolhmators Oi.
Längenmessungen mit Endmaßen Zur Übertragung der Länge eines Endmaßes auf einen
Prüfling werden gewöhnlich Taster benutzt (Fig. 1.11). Die elektronische Anzeige wird in
der gezeigten Stellung mit dem Endmaß E auf Null gesetzt. Wird anschließend der
Prüfling P zwischen die Taster geschoben, so erschient die Abweichung seiner Länge von
derjenigen des Endmaßes in der Anzeige. Es sind verschiedene Typen von Tastern
entwickelt worden (Rohrbach (1967); Warnecke u. Dutschke (1984)). Ihre Empfindlichkeit
erreicht 1 nm. Die Meßunsicherheit ist um so geringer je kleiner der Unterschied
der zu vergleichenden Längen ist. Korrektionen sind erforderlich, wenn unter dem
Einfluß der Antastkräfte unterschiedliche Abplattungen von Endmaß und Prüfling
auftreten.