DE102010006749A1 - Messgerät zum Messen zumindest einer Positionsänderung und/oder zumindest einer Winkeländerung und ein Verfahren zum dynamischen Messen zumindest einer Positionsänderung und/oder einer Winkeländerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messgerät, insbesondere Längen- und Winkelmessgerät, zum Messen zumindest einer Positionsänderung (Δx) und/oder zumindest einer Winkeländerung (Δα), mit einem Homodyn-Interferometer (12), das einen Strahlteiler (30) zum Erzeugen eines Referenz-Lichtstrahls (32) und eines Mess-Lichtstrahls (34) aus einem primären Lichtstrahl (26), einen Referenz-Reflektor (36) zum Reflektieren des Referenz-Lichtstrahls (32), einen beweglich geführten Mess-Reflektor (40) zum Reflektieren des Mess-Lichtstrahls (34) und einen Detektor (38) umfasst, die so angeordnet sind, dass der Referenz-Lichtstrahl (32) und der Mess-Lichtstrahl (34) interferieren und bei Bewegung des Mess-Reflektors (40) ein sich veränderndes Interferenzmuster (52.1) entsteht, dessen Veränderung vom Detektor (38) erfassbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Detektor (38) zumindest eine Detektorzeile zum zeilenförmigen Erfassen des Interferenzmusters (52) aufweist und das Homodyn-Interferometer (12) eine Transformationsvorrichtung (54) umfasst, die mit dem Detektor (38) zum Einlesen von Detektor-Messwerten (C(n)) verbunden und eingerichtet ist zum Transformieren der Detektor-Messwerte (C(n)) in einen Frequenzraum.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Messgerät, insbesondere ein Längen- und Winkelmessgerät, zum Messen zumindest einer Positionsänderung und/oder zumindest einer Winkeländerung, mit einem Homodyn-Interferometer, das (a) einen Strahlteiler zum Erzeugen eines Referenz-Lichtstrahls und eines Mess-Lichtstrahls aus einem von einer Lichtquelle kommenden primären Lichtstrahl, (b) einen Referenz-Reflektor zum Reflektieren des Referenz-Lichtstrahls, (c) einen beweglich geführten Mess-Reflektor zum Reflektieren des Mess-Lichtstrahls und (d) einen Detektor umfasst, die so angeordnet sind, dass der Referenz-Lichtstrahl und der vom Mess-Reflektor reflektierte Mess-Lichtstrahl interferieren und bei Bewegung des Mess-Reflektors ein sich veränderndes Interferenzmuster entsteht, dessen Veränderung vom Detektor erfassbar ist.
• Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum dynamischen Messen zumindest einer Positionsänderung und/oder einer Winkeländerung eines Objekts.
• Bei hochdynamischen Anwendungen, wie beispielsweise in Koordinatenmessmaschinen, bei der Qualitätssicherung bei der Herstellung von Nanoverstelltischen, Werkzeugmaschinen oder x-y-z-Tischen, die in Mikroskopen verwendet werden können, muss die Lage, beispielsweise eines Schlittens oder eines Messobjekts auf dem x-y-z-Tisch, bestimmt werden. Dabei müssen kumulativ eine hohe Messgeschwindigkeit bei Echtzeitauswertung, ein einfacher technischer Aufbau und die Möglichkeit einer Winkelfehlererfassung gewährleistet sein. Ist bereits eine der genannten Eigenschaften nicht gegeben, so ist das Messgerät für den genannten Anwendungszweck unbrauchbar.
• Ist beispielsweise die maximal erreichbare Mess- und damit Verfahrgeschwindigkeit zu gering, so sind keine In-Prozess-Messungen möglich und ein Einsatz in Koordinatenmessmaschinen ist nicht möglich. Bei Koordinatenmessmaschinen hängt nämlich die Produktivität maßgeblich von der maximalen Verfahrgeschwindigkeit ab.
• Ist das Messgerät zu komplex aufgebaut, so ist es nicht wirtschaftlich betreibbar und zudem fehleranfällig. Insbesondere führt der komplexe Aufbau beim Einsatz unter Alltagsbedingungen, die beim Einsatz an einer Koordinatenmessmaschine herrschen, zu einer nicht tolerierbaren Fehler- und Ausfallquote.
• Ist keine Winkelmessung möglich, sind Abbe-Fehler möglich, die die erreichbare Messgenauigkeit, beispielsweise einer Koordinatenmessmaschine negativ beeinflussen. Zwar ist es nicht notwendig, dass bei jeder Messung mit dem Messgerät eine Winkelmessung erfolgt, wichtig ist aber die Möglichkeit zu einer solchen Winkelmessung.
• Die drei genannten Forderungen können bislang nicht erfüllt werden, da keine Winkel gemessen werden können. So sind in Koordinatenmessmaschinen Längenmaßstäbe angeordnet, die beim Verfahren eines Schlittens der Koordinatenmessmaschine kontinuierlich ausgelesen werden. Derartige Systeme sind aber in ihrer erreichbaren Genauigkeit begrenzt. Insbesondere ein Führungsfehler bleibt bei bisherigen Systemen unberücksichtigt. Nachteilig ist zudem, dass derartige Längenmesssysteme nicht direkt rückführbar sind. Dass heißt, dass es nicht möglich ist, das Messsystem direkt an beispielsweise ein Frequenznormal anzukoppeln.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für dynamische Anwendungen geeignetes Messgerät zu schaffen, das eine erhöhte Genauigkeit hat.
• Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Messgerät, bei dem der Detektor zumindest eine Detektorzeile zum zeilenförmigen Erfassen des Interferenzmusters aufweist und das Homodyn-Interferometer eine Transformationsvorrichtung umfasst, die mit dem Detektor zum Einlesen von Detektor-Messwerten verbunden ist und eingerichtet ist zum Transformieren der Detektor-Messwerte in einen Frequenzraum, insbesondere in Echtzeit.
• Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum dynamischen Messen zumindest einer Positionsänderung und/oder einer Winkelsänderung eines Objekts, mit den Schritten: (i) zumindest einzeiliges Auslesen eines Interferenzmusters eines Homodyn-Interferometers, sodass Detektor-Messwerte erhalten werden, (ii) Transformieren der Detektor-Messwerte in einen Frequenzraum, sodass zumindest eine Phase und/oder zumindest eine Frequenz erhalten wird, und (iii) Errechnen der Positionsänderung aus der zumindest einen Phasenänderung und/oder Errechnen der Winkel aus der Frequenzänderung.
• Vorteilhaft an dem Messgerät, das auch als Längen- und Winkelmessgerät bezeichnet werden kann, ist, dass es eine hohe Dynamik der Bewegung des Mess-Reflektors erlaubt. Dadurch nämlich, dass der Detektor zumindest eine Detektorzeile aufweist, kann das Interferenzmuster an einer Vielzahl von äquidistanten Stellen gleichzeitig vermessen werden. Da die grundsätzliche Gestalt des Interferenzmusters bekannt ist, bedeutet das simultane Messen an einer Mehrzahl an Detektorpunkten ein Mitteln. Durch dieses räumliche Mitteln entfällt ein zeitliches Mitteln, um den Einfluss des unvermeidlichen Rauschens des Detektors auf das Messergebnis zu verringern.
• Es ist ein weiterer Vorteil, dass das erfindungsgemäße Messgerät sehr einfach aufgebaut ist. Bei einem Homodyn-Interferometer ist nur eine Lichtquelle notwendig. Es ist zudem möglich, diese Lichtquelle als stabilisierte Lichtquelle auszubilden, die leicht mit einem Frequenznormal verglichen werden kann. Das erfindungsgemäße Messgerät erlaubt damit eine direkt rückführbare Messung der zumindest einen Positionsänderung.
• Besonders vorteilhaft ist, dass mit dem erfindungsgemäßen Messgerät auch eine Kippwinkeländerung des Mess-Reflektors in Echtzeit ermittelbar ist. So können Abbe-Fehler ebenfalls in Echtzeit erkannt und gegebenenfalls korrigiert werden. Das ist besonders dann vorteilhaft, wenn, wie bei Koordinatenmessmaschinen, geführte Schlitten verwendet werden, wobei das Objekt, dessen Position zu bestimmen ist, über einen Arm von der Führung beabstandet ist.
• Maßgeblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Messgeräts ist jedoch, dass die drei genannten Vorteile simultan erreicht werden. Wie einleitend erwähnt, müssen eine hohe Dynamik, ein einfacher technischer Aufbau und die Möglichkeit zur Winkelfehlererfassung gleichzeitig gegeben sein, um den spezifischen Anforderungen für den Einsatz zur Messung der Lage von Schlitten oder Messobjekten in Mikroskopen, Koordinatenmessmaschinen oder in Werkzeugmaschinen gerecht zu werden.
• Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem primären Lichtstrahl jeder Lichtstrahl verstanden, der noch nicht an einem Mess-Reflektor reflektiert worden ist. Ein Interferenzmuster zweier primärer Lichtstrahlen hängt nicht von einer Bewegung des Messobjekts ab. So ist ein Primär-Lichtstrahl, der von einer Strahlquelle stammt, ein primärer Lichtstrahl. Auch ein Aufteilen des primären Lichtstrahls in den Referenz-Lichtstrahl und den Mess-Lichtstrahl stellt ein Erzeugen dar.
• Die Strahlquelle kann eine, zwei oder mehr Lichtquellen aufweisen.
• Unter dem Strahlteiler wird jede Vorrichtung verstanden, die ausgebildet und angeordnet ist, um einen eingehenden Lichtstrahl in zwei oder mehrere Lichtstrahlen aufzuteilen. In der Regel wird das in einem einzigen Bauteil realisiert, das ist aber nicht notwendig. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Strahlteiler aus mehreren Komponenten besteht.
• Aufgrund seines Aufbaus kann das Homodyn-Interferometer als speziell ausgestaltetes Twyman-Green-Interferometer betrachtet werden.
• Unter dem Referenz-Reflektor wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, die ausgebildet und angeordnet ist zum Reflektieren des Referenz-Lichtstrahls. In der Regel wird es sich dabei um einen Reflektor, wie zum Beispiel einen Spiegel handeln, der fest relativ zu dem Detektor, dem Strahlteiler und der Strahlquelle fixiert ist. Der Referenz-Reflektor kann zu Justagezwecken bewegbar gelagert sein.
• Unter dem Mess-Reflektor wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, die ausgebildet und angeordnet ist zum Reflektieren des Mess-Lichtstrahls. Es ist dabei möglich, nicht aber notwendig, dass es sich um ein eigenständiges Bauteil handelt. Insbesondere ist es möglich, dass der Mess-Reflektor direkt an dem Objekt ausgebildet ist, dessen Positionsänderung bezüglich zumindest einer Richtung oder Lageänderung bezüglich mehrer Richtungen und/oder zumindest einer Winkellage zu bestimmen ist.
• Unter dem Merkmal, dass der Mess-Reflektor beweglich geführt ist, wird insbesondere verstanden, dass zumindest eine Führung, insbesondere eine Linear-Führung, vorhanden ist, die die Bewegungsfreiheit des Mess-Reflektors einschränkt. Wenn das Messgerät zum simultanen Messen einer Länge und zumindest eines Winkels eingesetzt wird, so handelt es sich in der Regel um eine Linearführung. Wird das Messgerät zum Bestimmen der Position oder der Lage des Objekts eingesetzt, also zum Bestimmen von zumindest zwei Längen, so ist der Mess-Reflektor vorzugsweise an zwei Linearführungen geführt.
• Unter dem Merkmal, dass der Referenz-Lichtstrahl und der Mess-Lichtstrahl interferieren, wird verstanden, dass sie jeweils nach dem Reflektieren am Referenz-Reflektor bzw. dem Mess-Reflektor zur Interferenz kommen, wie dies bei Interferometern selbstverständlich ist. Das Interferenzmuster ist in der Regel ein Streifenmuster. Denkbar ist aber auch ein Aufbau, bei dem zwei Kippwinkel des Mess-Reflektors erfasst werden. Der Detektor umfasst dann eine Mehrzahl an Detektorzeilen, sodass die Sensorelemente beispielsweise als Matrix angeordnet sind.
• Unter der Transformationsvorrichtung wird insbesondere eine elektrische Schaltung verstanden, die zum Liefern der in den Frequenzraum transformierten Detektor-Messwerte in Echtzeit ausgebildet ist. Aufgrund der notwendigen hohen Rechenleistung ist die Transformationsvorrichtung vorzugsweise als Schaltung ausgebildet. Es kann sich dabei um eine anwendungsspezifische Schaltung (ASIC, application specific integrated circuit) oder um eine FPGA-Implementierung (FPGA, field programmable gate array) handeln. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Transformationsvorrichtung durch einen frei programmierbaren Rechner, wie beispielsweise einen digitalen Signalprozessor (DSP), gebildet ist.
• Unter dem Merkmal, dass die Transformationsvorrichtung zum Transformieren der Messwerte in Echtzeit ausgebildet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das Messgerät prinzipiell unendlich lange kontinuierlich betrieben werden kann, ohne dass sich unverarbeitete Daten in der Transformationsvorrichtung anhäufen. Insbesondere ist eine vorgegebene Antwortzeit garantiert.
• Bei dem Detektor handelt es sich beispielsweise um einen Zeilendetektor. Ein Zeilendetektor besitzt eine Mehrzahl an in regelmäßigen Abständen angeordneten Sensorzellen. Insbesondere sind mehr als 100 Sensorzellen (Sensorelemente) vorhanden. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, möglichst viele Sensorzellen vorzusehen, da dann die Messgenauigkeit steigt. Der Zeilendetektor kann in CMOS oder CCD-Bauweise ausgeführt sein. Es ist aber auch möglich, dass der Detektor ein 2D-Detektor ist. In diesem Fall können zwei Kippwinkel des Mess-Reflektors simultan gemessen werden.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es die Verwendung eines Zeilendetektors ermöglicht, mit nur einem Detektor mehrere Interferenzbilder gleichzeitig zu erfassen und voneinander zu trennen. Die einzelnen Interferenzbilder überlagern sich auf dem Detektor zu einem Gesamt-Interferenzbild, lassen sich aber bei geeigneter Wahl der Winkel, unter denen die Referenz-Reflektoren zu dem jeweils einfallenden Lichtstrahl stehen, voneinander trennen. Das wiederum erlaubt es, mit nur einem Detektor die Veränderung von einer, zwei oder mehr Messgrößen zu erfassen. Beispielsweise können eine Positionsänderung und eine Winkeländerung gleichzeitig erfasst werden. Denkbar ist aber auch, zwei, drei oder mehr Positionsänderungen zu erfassen. Alternativ oder additiv können ein, zwei oder mehr Winkeländerungen erfasst werden.
• Die Mess-Frequenz des Detektors beträgt vorzugsweise zumindest 500 Hertz, insbesondere zumindest 5000 Hertz. Das heißt, dass jedes Sensorelement des Detektors zumindest 500 Mal pro Sekunde ausgelesen werden kann. Selbstverständlich ist in diesem Fall die Transformationsvorrichtung eingerichtet, um die Sensorelemente mit dieser Messwiederholrate auszulesen und die Transformation in den Frequenzraum durchzuführen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Messgerät eine Strahlquelle zum Erzeugen des Primär-Lichtstrahls, wobei die Strahlquelle zumindest zwei Lichtquellen mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften aufweist. Beispielsweise unterscheiden sich die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle durch ihre Kohärenzlänge und/oder ihre Wellenlänge. So kann eine der Lichtquellen ein Laser, beispielsweise ein Diodenlaser, und die andere Lichtquelle oder eine Leuchtdiode sein. Diese sind besonders kompakt.
• Vorzugsweise ist die Strahlquelle relativ zum Strahlteiler und zu den Reflektoren frei beweglich. Das wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Strahlquelle mittels eines Lichtleiters, beispielsweise einer Glasfaserleitung, mit den übrigen Komponenten des Interferometers verbunden ist. Hieran ist vorteilhaft, dass die Strahlquelle thermisch vom Rest des Interferometers entkoppelt ist, sodass Messfehler minimiert werden.
• Vorteilhafterweise ist die Transformationsvorrichtung thermisch von den übrigen in Anspruch 1 genannten Komponenten des Homodyn-Interferometers getrennt bzw. entkoppelt. Auf diese Weise wird eine weitere Genauigkeitssteigerung des Messgeräts erreicht.
• In einer Ausführungsform ist zumindest einer der Reflektoren so verkippt, dass ein streifenförmiges, vom Detektor aufnehmbares Interferenzmuster entsteht. Insbesondere entsteht das Interferenzmuster auf Halbleiter-Sensorelementen des Detektors. Beispielsweise ist der Referenz-Reflektor um einen Referenzreflektor-Kippwinkel β verkippt. Dieser Referenzreflektor-Kippwinkel β ist betragsmäßig größer als 0° und in der Regel kleiner als 2°. Die Detektorzeile verläuft vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu den Interferenzstreifen. Hierunter wird verstanden, dass die Detektorzeile einen gewissen Winkel mit den Interferenzstreifen einnehmen kann, wobei beispielsweise eine Abweichung von 45° tolerierbar ist.
• Vorzugsweise ist der Mess-Reflektor mit dem Messobjekt mechanisch verbunden. Verkippt also das Objekt, so folgt der Messreflektor dieser Bewegung und der Objekt-Kippwinkel kann gemessen werden.
• Vorzugsweise umfasst das Messgerät eine Wellenlängenänderungs-Erfassungsvorrichtung mit fest montierten Reflektoren, die so angeordnet sind, dass von den Reflektoren reflektierte Referenzlichtstrahlen interferieren und ein Interferenzmuster entsteht, und einem zum zeilenförmigen Erfassen des Interferenzmusters ausgebildeten Kontroll-Detektor, die so angeordnet sind, dass eine Änderung der Wellenlänge eines primären Lichtstrahls zu einer vom Kontroll-Detektor erfassbaren Veränderung des Interferenzmusters führt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kontroll-Detektor um den Detektor, der auch zum Erfassen zumindest eines der sonstigen Interferenzmuster dient. Als Reflektoren können beispielsweise die Referenz-Reflektoren verwendet werden.
• Im Kontroll-Interferometer sind beide Reflektoren fest angeordnet, sodass bei ansonsten gleich bleibenden Umweltbedingungen aus einer Veränderung des Interferenzmusters eindeutig eine Veränderung der Frequenz des Primär-Lichtstrahls ermittelt werden kann. Vorteilhaft hieran ist, dass als Lichtquelle auch solche Lichtquellen wie Laserdioden verwendet werden können, bei denen nicht sichergestellt ist, dass sie stets auf der gleichen Mode anschwingen. Sollte bei einer solchen Lichtquelle zufällig ein Modensprung auftreten, so würde dies von der Wellenlängenänderungs-Erfassungsvorrichtung erfasst und kann korrigiert werden.
• Vorzugsweise ist die Transformationsvorrichtung eingerichtet zum Durchführen einer Fourier-Transformation, sodass zumindest eine Frequenz und zumindest eine Phase des Interferenzmusters ermittelt wird, und zum Ermitteln der Positionsänderung aus der Phasenänderung und/oder zum Ermitteln der Winkeländerung aus der Frequenzänderung.
• Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dieser Frequenz um die Frequenz des Interferenzmusters handelt, nicht aber um die Frequenz eines Lichtstrahls. Die Frequenz bezieht sich also auf ein räumliches Signal, kein zeitliches. Äquivalent könnte die Fourier-Transformation auch zu einer Wellenlänge führen. Die Phase wird relativ zu einer Null-Phase bestimmt, die grundsätzlich frei wählbar oder fix ist. In der Regel wird die Positionsänderung dadurch aus der Phase bestimmt, dass eine Phasenänderung relativ zu einer Ausgangs-Phase bestimmt wird. Auf vergleichbare Weise wird die Winkeländerung aus einer Frequenzänderung bestimmt. Es ist möglich, die Phase(n) und/oder die Frequenz(en) zeitabhängig zu erfassen und so eine zeitliche Änderung der Position und/oder des Winkels zu bestimmen.
• Bei der Fourier-Transformation handelt es sich bevorzugt um eine diskrete Fourier-Transformation. Diese überführt die diskrete Folge an Detektor-Messpunkten, die vom Detektor aufgenommen werden, in ein diskretes Spektrum, wobei alle Messpunkte zur Ermittlung jedes Spektralanteils beitragen. Diese diskrete Fourier-Transformation wird auch als globale Operation bezeichnet.
• Vorzugsweise handelt es sich bei dem Messgerät um ein Positions-Messgerät, das ausgebildet ist zum Ermitteln einer Position in x- und y-Koordinaten oder um ein Lage-Messgerät zum Ermitteln einer Position in x- und y-Koordinaten und zusätzlich eines Drehwinkels um eine Drehachse, die beispielsweise senkrecht zur x-y-Ebene verläuft. Bei diesem Messgerät umfasst das Homodyn-Interferometer vorzugsweise (a) eine Strahlteilvorrichtung zum Erzeugen eines zweiten Referenz-Lichtstrahls und eines zweiten Mess-Lichtstrahls aus einem primären Lichtstrahl, (b) einen zweiten Referenz-Reflektor zum Reflektieren des Referenz-Lichtstrahls und (c) einen zweiten Mess-Reflektor. Der erste und der zweite Mess-Reflektor sind am Objekt ausgebildet oder befestigt. Die Komponenten sind so angeordnet, dass der vom zweiten Referenz-Reflektor reflektierte zweite Referenz-Lichtstrahl und der vom zweiten Mess-Reflektor reflektierte zweite Mess-Lichtstrahl auf dem Detektor ein zweites Interferenzmuster erzeugen. Dieses zweite Interferenzmuster wird simultan mit dem ersten Interferenzmuster ausgewertet, das durch Interferenz des reflektierten ersten Mess-Lichtstrahls und des reflektierten ersten Referenz-Lichtstrahls entsteht.
• Zwar ist es grundsätzlich möglich, dass ein zweiter Detektor vorhanden ist, das ist aber nicht notwendig. Vorzugsweise interferieren der erste Mess-Lichtstrahl und der erste Referenz-Lichtstrahl einerseits und der zweite Mess-Lichtstrahl und der zweite Referenz-Lichtstrahl andererseits auf dem gleichen Detektor, insbesondere auf den jeweils gleichen Sensorelementen des Detektors. Die beiden entstehenden Interferenzmuster überlagern einander. Auf diese Weise kann mit nur einem Detektor die Position des Objekts in einer x-y-Ebene und zusätzlich der Objekt-Kippwinkel um eine Drehachse in Echtzeit in hoher Genauigkeit gemessen werden.
• Vorzugsweise ist in diesem Fall die Transformationsvorrichtung eingerichtet zum Durchführen einer Fourier-Transformation, sodass eine erste Phase und zweite Phase des Interferenzmusters ermittelt wird. Die Transformationsvorrichtung kann zudem eingerichtet sein zum Ermitteln der Position des Objekts aus der ersten Phase und der zweiten Phase. Unter der Position des Objekts werden dabei die Koordinaten in x-Richtung und y-Richtung, beispielsweise in einem kartesischen Koordinatensystem, verstanden.
• Bevorzugt ist die Transformationsvorrichtung eingerichtet zum Durchführen der Fourier-Transformation, sodass eine erste Frequenz und eine zweite Frequenz ermittelt werden, wobei der Objekt-Kippwinkel des Objekts aus der ersten Frequenz und/oder der zweiten Frequenz ermittelt wird. Da der Objekt-Kippwinkel sowohl aus der ersten Frequenz als auch aus der zweiten Frequenz ermittelt werden kann, bedeutet das Verwenden von beiden Frequenzen eine Erhöhung der Messgenauigkeit.
• Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt die Schritte (iv) Errechnen zumindest einer zweiten Phase und zumindest einer zweiten Frequenz, insbesondere mittels Fourier-Transformation, und (v) Errechnen einer Positionsänderung aus der ersten Phase und der zweiten Phase oder einer Lageänderung des Objekts aus der ersten Phase, der zweiten Phase und aus der ersten Frequenz und/oder der zweiten Frequenz.
• Durch Hinzufügen weiterer Interferrometerachsen/-strecken und Anwendung/Beibehaltung der beschriebenen Signalerfassungs- und Auswerteverfahren lässt sich das System auf eine vollständige Lageerfassung ((Δx; Δy; Δz; Δφ; ΔΨ; Δθ)) des Objekts im Raum erweitern.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
• 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messgeräts,
• 2 eine schematische Detail-Darstellung eines Homodyn-Interferometers des Messgeräts gemäß 1,
• 3 eine Darstellung eines Interferenzmusters auf dem Detektor bei Betrieb des Messgeräts gemäß der 1 und 2,
• 4 den Einfluss einer Kippung des Mess-Reflektors um einen Kippwinkel auf das Interferenzmuster,
• 5 den Einfluss einer Veränderung der zu messenden Länge auf das Interferenzmusters,
• 6 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts zum Bestimmen einer Lage eines Messobjekts in zwei Dimensionen und
• 7 eine Veränderung einer ersten Frequenz, einer zweiten Frequenz, einer ersten Phase und einer zweiten Phase aufgrund von Veränderungen der Lage des Messobjekts gemäß 6,
• 8 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts zum Messen einer Lageänderung,
• 9 die Detektor-Messwerte, die vom Detektor aus 8 gemessen werden und
• 10 die Detektor-Messwerte gemäß 9 im Frequenzraum bei Veränderungen von Position und Drehwinkel des Messobjekts.
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Messgerät 10, das ein Homodyn-Interferometer 12, ein Auswertemodul 48 sowie ein Ausgabemodul 14 aufweist. Das Homodyn-Interferometer 12 umfasst eine Strahlquelle 18 mit einem Beleuchtungsmodul 16, die im vorliegenden Fall eine Lichtquelle 20 in Form eines Diodenlasers hat. Das Licht der Lichtquelle 20 wird durch eine Linse 22 in einen Lichtleiter 24 in Form einer Glasfaserleitung eingekoppelt.
• Der Lichtleiter 24 führt einen primären Lichtstrahl in Form des Primär-Lichtstrahls 26 zu einem Interferometermodul 28 des Homodyn-Interferometers 12. Der Primär-Lichtstrahl 26 trifft dort auf einen Strahlteiler 30, der einen Referenz-Lichtstrahl 32 und einen Mess-Lichtstrahl 34 aus dem Primär-Lichtstrahl 26 erzeugt. Der Referenz-Lichtstrahl 32 läuft zu einem Referenz-Reflektor 36, wird dort reflektiert und verläuft dann zu einem Detektor 38.
• Der Mess-Lichtstrahl 34 fällt auf einen Mess-Reflektor 40, wird von diesem reflektiert und gelangt von diesem durch den Strahlteiler 30 ebenfalls zum Detektor 38. Der Referenz-Lichtstrahl 32 und der Mess-Lichtstrahl 34 interferieren, so dass sich ein vom Detektor 38 aufnehmbares erstes Interferenzmuster ausbildet.
• Der Detektor 38 umfasst ein optionales Objektiv 42 und einen Zeilensensor 44. Die vom Zeilensensor 44 aufgenommenen Messwerte werden über ein Datenkabel 46 an ein Auswertemodul 48 geleitet, das eine Transformationsvorrichtung in Form eines FPGA (field programmable gate array, rekonfigurierbar programmierbarer Schaltkreis) aufweist. Das Auswertemodul 48 ist mittels des Datenkabels 46 thermisch vom Interferometermodul 28 getrennt. Ebenso ist das Beleuchtungsmodul 16 vom Interferometermodul 28 getrennt.
• 2 zeigt den Aufbau des Homodyn-Interferometers 12 mit zusätzlichen Details. Es ist zu erkennen, dass die Glasfaser 24 in einen Kollimator 50 mündet, so dass der Primär-Lichtstrahl 26 durch ein paralleles Lichtbündel gebildet ist.
• Der Referenz-Reflektor 36 ist justier- und festlegbar an einem nicht eingezeichneten Träger befestigt, an dem auch der Kollimator 50, der Strahlteiler 30 und der Zeilensensor 44 befestigt sind. Auf diese Weise sind die Positionen der vier Vorrichtungen 36, 44, 50, 30 zueinander festgelegt. In 2 ist ein Detektor 38 ohne Objektiv gezeigt.
• Ein Referenz-Reflektorabstand d_R zwischen der optischen Achse des einfallenden Primär-Lichtstrahls 26 und dem Referenz-Reflektor 36 ist, wie oben beschrieben, festgelegt. Ein Messreflektorabstand d_M ist hingegen veränderlich, da der Mess-Reflektor 40 auf einer nicht eingezeichneten Linearführung geführt ist. Eine Veränderung der Lage des Mess-Reflektors 40, die durch Δx und Δα beschrieben wird, ist die zu messende Größe.
• Der Winkel α ist dann null, wenn der Mess-Lichtstrahl 34 direkt auf sich selbst reflektiert wird. Der Mess-Reflektor 40 ist um einen voreingestellten Winkel α₀ um die Achse A vorgekippt. Durch die Verkippung des Messreflektors 40 und des Referenz-Reflektors 36 zueinander ergibt sich ein streifenförmiges Interferenzmuster 52. Ein Führungsfehler führt zu einem zusätzlichen Winkel Δα, so dass der Winkel α₁ resultiert.
• 3 zeigt ein Interferenzmuster 52, das sich auf dem Detektor 38 (2) bildet, wenn der Referenz-Reflektor 36 gegenüber dem Messreflektor 40 verkippt ist. Der Referenz-Reflektor 36 ist in dieser Stellung arretiert. Die relative Verkippung des Meß-Reflektors 40 gegenüber dem Referenz-Reflektor 36 beträgt mehr als 0° und in der Regel höchstens 2°.
• Das in 3 gezeigte Interferenzmuster 52 ergibt sich, wenn die verwendete Lichtquelle 20 (1) eine Kohärenzlänge hat, die größer ist als die Laufwegedifferenz der Lichtstrahlen. Beispielsweise wird ein derartiges Interferenzmuster erhalten, wenn es sich bei der Lichtquelle um einen Laser handelt.
• Im Teilbild (a) sind schematisch Sensorelemente P_n des Zeilensensors 44 gezeigt.
• Im Teilbild (b) sind für eine langkohärente Lichtquelle (zum Beispiel eines Lasers) die Detektor-Messwerte C(n) für die jeweils zugehörigen Sensorelemente P_n des Zeilensensors 44 aufgetragen. C ist eine vom n-ten Sensorelement P_n gemessene Messgröße, aus der die aufgetroffene Lichtmenge bestimmbar ist, beispielsweise die elektrische Ladung. Es existieren N Sensorelemente im Zeilensensor 44 (2), nämlich die Sensorelemente P₁, P₂, ... P_n, ... P_N mit dem Laufindex n. Jedes Sensorelement P_n liefert einen Detektormesswert C(n).
• Das Teilbild (c) zeigt die Detektor-Messwerte C(n) für den Fall einer kurzkohärenten Lichtquelle, beispielsweise einer bandpassgefilterten Halogenlampe.
• Der Detektormesswert C ist für jedes Sensorelement P_n zudem von der Zeit t abhängig, wenn sich der Mess-Detektor 40 (2) bewegt. 4 zeigt schematisch eine Darstellung der Detektor-Messwerte C(n) für zwei verschiedene Kippwinkel α₀ und α₁. Es ist zu erkennen, dass sich eine Frequenz f des Interferenzmusters ändert, wenn sich der Kippwinkel α ändert. Nimmt der Betrag des Kippwinkels α von null kommend zu, so erhöht sich die Frequenz f. Es sei daran erinnert, dass die Detektor-Messwerte auf einer räumlichen Abszisse dargestellt sind, wohingegen die Ordinate eine Intensität ist.
• 5 zeigt den Fall, dass der Mess-Reflektor 40 in Richtung der x-Achse verschoben wurde. Es ist zu erkennen, dass sich dies in einer Verschiebung der Detektor-Messwerte C(n) entlang der Abszisse niederschlägt.
• Das Auswertemodul 48 umfasst eine Transformationsvorrichtung 54, die in Echtzeit eine diskrete Fourier-Transformation der Detektor-Messwerte C(n, t) durchführt. Das Ergebnis dieser Fourier-Transformation sind die Frequenz f(t) und eine Phase φ(t), die bezüglich eines frei wählbaren, aber fixen Nullpunkts bestimmt ist. In der Beschreibung der 7 wird erläutert, wie aus der Frequenz f(t) und der Phase φ(t) die Position x(t) bzw. der Kippwinkel α(t) bestimmt werden.
• 6 zeigt ein Schema einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts. Dessen Homodyn-Interferometer 12 umfasst zusätzlich einen Strahlteiler 68 zum Teilen des Primär-Lichtstrahls 26 in zwei primäre Teil-Lichtstrahlen 26 und eine Strahlteilvorrichtung 56 zum Erzeugen eines zweiten Referenz-Lichtstrahls 58 und eines zweiten Mess-Lichtstrahls 60 aus dem primären Lichtstrahl 26.
• Der vom ersten Mess-Reflektor 40 reflektierte Lichtstrahl 34 läuft über den Strahlteiler 30 und den Strahlteiler 68 zum Detektor 38, wo sich das erste Interferenzmuster 52.1 ausbildet. Der erste Mess-Reflektor 40 ist durch eine reflektierende Oberfläche des Messobjekts 66 gebildet.
• Der zweite Referenz-Lichtstrahl 58 verläuft zu einem zweiten Referenz-Reflektor 62. Der zweite Mess-Lichtstrahl 60 verläuft zu einem zweiten Mess-Reflektor 64, der durch eine verspiegelte Oberfläche eines Messobjekts 66 gebildet ist. Der vom zweiten Mess-Reflektor 64 reflektierte Lichtstrahl 60 läuft durch die Strahlteilvorrichtung 56 und den Strahlteiler 68 zum Detektor 38 und interferiert dort mit dem vom zweiten Referenz-Reflektor 62 reflektierten Lichtstrahl 58, so dass sich ein zweites Interferenzmuster 52.2 bildet, das sich dem ersten Interferenzmuster 52.1 überlagert.
• Eine Lichtfalle 69 absorbiert vom Strahlteiler 30 erzeugte, unerwünschte Lichtstrahlen. Gestrichelt ist ein optionaler zweiter Detektor 70 eingezeichnet, der ebenfalls einen Zeilendetektor oder einen 2D-Detektor (flächiger Detektor) umfasst. Wenn dieser zweite Detektor 70 vorhanden ist, so detektiert er ein Interferenzmuster, das durch Überlagerung vom am zweiten Mess-Reflektor 64 reflektierten zweiten Mess-Lichtstrahl 60 einerseits und einem primären Lichtstrahl andererseits entsteht, der vom zweiten Referenz-Reflektor 62 reflektiert wurde.
• 7 zeigt eine schematische Darstellung der Detektor-Messwerte im Frequenzraum, wobei f_x die Frequenz desjenigen Anteils am Interferenzmuster angibt, das sich ändert, wenn das Messobjekt 66 (6) streng in x-Richtung bewegt wird. Entsprechend bezeichnet f_y die Frequenz desjenigen Anteils am Interferenzmuster, das sich ändert, wenn das Messobjekt 66 nur in y-Richtung verschoben wird.
• Im Teilbild (a) ist ein Initialzustand gezeigt, bei dem das Messobjekt 66, beispielsweise mittels eines x-y-Kreuztisches, auf eine Position Q = (x; y) bewegt wurde. Bezüglich eines gemeinsamen Phasen-Nullpunktes, ergeben sich die im unteren Teil des Teilbildes gezeigten Phasen φ_x, φ_y.
• Im Teilbild (b) ist der Fall gezeigt, dass das Messobjekt 66 ausschließlich in Richtung x um einen Betrag Δx bewegt worden ist. Es ist zu erkennen, dass sich die zur Frequenz f_x gehörige Phase φ_x um den Betrag Δφ_x geändert hat, wohingegen die beiden Frequenzen f_x und f_y sowie die zu f_y gehörige Phase φ_y unverändert geblieben sind.
• Aus Δφ_x kann die Verschiebung in Richtung x errechnet werden. Das erfolgt beispielsweise dadurch, dass als Strahlquelle 18 eine kalibrierte Strahlquelle mit bekannten Eigenschaften eingesetzt wird. Dadurch kann direkt aus der Veränderung der Phase Δφ_x auf die Positionsänderung Δx geschlossen werden.
• Das Teilbild (c) der 7 zeigt den Fall, dass das Messobjekt 66 ausschließlich in y-Richtung verschoben wurde. Es ist zu erkennen, dass sich ausschließlich die zur Frequenz f_y gehörige Phase φ_y ändert, während die übrigen Größen f_y, f_x, φ_x unverändert bleiben.
• Das Teilbild (d) zeigt den Fall einer Verkippung des Messobjekts 66 um die Kippachse A, die senkrecht auf der x-y-Ebene steht. Es ist zu erkennen, dass sich die Phasen nicht ändern, dass wohl aber beide Frequenzen f_x und f_y verändern.
• 8 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts mit einer Wellenlängenänderungs-Erfassungsvorrichtung, die durch den zweiten Referenz-Reflektor 62 und den ersten Referenzreflektor 36 sowie den Strahlteiler 68 und den Detektor 38 gebildet ist. Zusätzlich zu den Interferenzmustern 52.1, 52.2, deren Entstehung oben beschrieben ist, interferieren nämlich auf dem Detektor 38 zusätzlich einerseits der Lichtstrahl, der vom ersten Referenz-Reflektor 36 reflektiert wird und durch die Strahlteiler 30 und 68 zum Detektor 38 gelangt und andererseits der Lichtstrahl, der vom zweiten Referenz-Reflektor 62 reflektiert wird und durch die Strahlteilvorrichtung 56 und den Strahlteiler 68 zum Detektor 38 gelangt. Das so entstehende dritte Interferenzmuster 52.3 überlagert sich mit dem ersten und dem zweiten Interferenzmuster. Neben diesen erwähnten Interferenzmustern entstehen weitere Interferenzmuster, die sich zu einem resultierenden Gesamt-Interferenzmuster überlagern, das in 9 dargestellt ist.
• 8 zeigt, dass ein zweiter Detektor 70 und ein dritter Detektor 71 alternativ verwendet werden können, um beispielsweise die Interferenzmuster 52.1 bzw. 52.2 aufzunehmen. In diesem Fall erfolgt mit den zusätzlichen Detektoren 70, 71 eine zu Detektor 38 redundante Messung, die die Meßsicherheit signifikant verringert.
• 9 zeigt die vom Detektor 38 aufgenommenen Detektor-Messwerte C(n) des Gesamt-Interferenzmusters 52.
• 10 zeigt die Messwerte gemäß 9 im Frequenzraum. Teilbild (a) zeigt sechs Frequenzen. Die Frequenz f_Rx,Ry entspricht der Frequenz im Interferenzmuster, das durch Überlagerung derjenigen Lichtstrahlen entsteht, die aus dem ersten Referenz-Reflektor 36 (=Rx) und dem zweiten Referenz-Reflektor 62 (=Ry) entstanden ist. Die Frequenz f_Rx,Mx ist diejenige Frequenz, die zu dem Interferenzmuster gehört, das aus dem ersten Referenz-Lichtstrahl 32 und dem ersten Mess-Lichtstrahl 34 entsteht. Der gleichen Notation folgend ist die Frequenz f_Ry,My diejenige Frequenz die zu dem Interferenzmuster gehört, das durch die beiden Strahlen gebildet wird, die einerseits vom zweiten Referenz-Reflektor 62 (Ry) und andererseits vom zweiten Messreflektor 64 (My) kommen, also dem zweiten Referenz-Lichtstrahl 58 und dem zweiten Mess-Lichtstrahl 60. Die übrigen Frequenzen folgen der gleichen Notation.
• Im Teilbild (a) ist gezeigt, dass sich die einzelnen Frequenzen paarweise unterscheiden. Sollte dies bei den gewählten Reflektor-Kippwinkeln β_x, β_y nicht der Fall sein, so wird zumindest einer der Reflektor-Kippwinkel β_x1, β_y solange geändert, bis die sechs Frequenzen paarweise verschieden sind.
• Teilbild (a) zeigt zudem die Phasen relativ zu einer Ursprungsphase für die einzelnen Anteile am Interferenzbild.
• Das Teilbild (b) zeigt die Detektor-Messwerte im Frequenzraum für den Fall, dass das Messobjekt 66 in x-Richtung verschoben wird. Es ist zu erkennen, dass sich die Phasen, die zu den Frequenzen f_Rx,Mx, f_Ry,Mx und f_Mx,My gehören, um Δφ_x verändern. Aus jeder der drei Phasenverschiebungen Δφ_x kann die Verschiebung in x-Richtung allein ermittelt werden. Dadurch, dass drei Messwerte Δφ_x vorliegen, kann eine Mittelung vorgenommen werden, wodurch der Messwert für die Verschiebung in x-Richtung genauer wird.
• Das Teilbild (c) zeigt den Effekt einer Verschiebung in y-Richtung. Es ist zu erkennen, dass sich die Phasen Δφ_y um ändern, die zu den Frequenzen f_Ry,My, f_Rx,My und f_Mx,My gehören.
• Das Teilbild (d) zeigt den Einfluss einer Verkippung des Messobjektes 66 um einen Winkel Δα. Es ist zu erkennen, dass sich alle Frequenzen mit Ausnahme der Frequenz f_Rx,Ry um eine Differenz-Frequenz Δf ändern.
• Die Interferenz der Referenzlichtstrecken jedes Achsenpaares bildet also jeweils ein Kontrollsignal. Durch die Interferenz der Messspiegel entsteht weiterhin ein zu den Einzelachsen redundantes Additivsignal für jedes Achsenpaar.
• Bezugszeichenliste

10

Messgerät

12

Homodyn-Interferometer

14

Ausgabemodul

16

Beleuchtungsmodul

18

Strahlquelle

20

Lichtquelle

22

Linse

24

Lichtleiter

26

Primär-Lichtstrahl

28

Interferometermodul

30

Strahlteiler

32

erster Referenz-Lichtstrahl

34

erster Mess-Lichtstrahl

36

Referenz-Reflektor

38

Detektor

40

Mess-Reflektor

42

Objektiv

44

Zeilensensor

46

Datenkabel

48

Auswertemodul

50

Kollimator

52

Interferenzmuster

54

Transformationsvorrichtung

56

Strahlteiler

58

zweiter Referenz-Lichtstrahl

60

zweiter Mess-Lichtstrahl

62

zweiter Referenz-Reflektor

64

zweiter Mess-Reflektor

66

Messobjekt

68

Strahlteiler

69

Lichtfalle

70

zweiter Detektor

71

dritter Detektor

f

Frequenz

φ

Phase

dR

Referenzreflektorabstand

dM

Messreflektorabstand

x

Position in x-Richtung

y

Position in y-Richtung

α

Kippwinkel des Messobjekts

β

Reflektor-Kippwinkel

A

Kippachse

C

Detektormesswert

P

Sensorelement

n

Laufindex d. Sensorelemente

N

Gesamtzahl der Sensorelemente

t

Zeit

E

Ebene

C

Ladung

Claims (10)

1. Messgerät, insbesondere Längen- und Winkelmessgerät, zum Messen zumindest einer Positionsänderung (Δx) und/oder zumindest einer Winkeländerung (Δα), mit einem Homodyn-Interferometer (12), das (a) einen Strahlteiler (30) zum Erzeugen eines Referenz-Lichtstrahls (32) und eines Mess-Lichtstrahls (34) aus einem primären Lichtstrahl (26), (b) einen Referenz-Reflektor (36) zum Reflektieren des Referenz-Lichtstrahls (32), (c) einen beweglich geführten Mess-Reflektor (40) zum Reflektieren des Mess-Lichtstrahls (34) und (d) einen Detektor (38) umfasst, die so angeordnet sind, dass der Referenz-Lichtstrahl (32) und der Mess-Lichtstrahl (34) interferieren und bei Bewegung des Mess-Reflektors (40) ein sich veränderndes Interferenzmuster (52.1) entsteht, dessen Veränderung vom Detektor (38) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass (e) der Detektor (38) zumindest eine Detektorzeile zum zeilenförmigen Erfassen des Interferenzmusters (52) aufweist und (f) das Homodyn-Interferometer (12) eine Transformationsvorrichtung (54) umfasst, die – mit dem Detektor (38) zum Einlesen von Detektor-Messwerten (C(n)) verbunden und – eingerichtet ist zum Transformieren der Detektor-Messwerte (C(n)) in einen Frequenzraum.
2. Messgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Strahlquelle (18) zum Erzeugen des primären Lichtstrahls (26), die zumindest eine langkohärente Lichtquelle und/oder zumindest eine kurzkohärente Lichtquelle aufweist.
3. Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Wellenlängenänderungs-Erfassungsvorrichtung, mit – fest montierten Reflektoren (36, 62), die so angeordnet sind, dass von den Reflektoren reflektierte primäre Lichtstrahlen (32, 58) interferieren und ein Interferenzmuster (52) entsteht, und – einem zum zeilenförmigen Erfassen des Interferenzmusters (52) ausgebildeten Kontroll-Detektor (38), die so angeordnet sind, dass eine Änderung der Wellenlänge zumindest eines der primären Lichtstrahlen (26) zu einer vom Kontroll-Detektor (38) erfassbaren Veränderung des Interferenzmusters (52) führt.
4. Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsvorrichtung (54) eingerichtet ist zum – Durchführen einer Fourier-Transformation, sodass zumindest eine Frequenz (f) und zumindest eine Phase (φ) des Interferenzmusters (52) ermittelt wird und zum – Ermitteln der Positionsänderung (Δx) aus der Phasenänderung (Δφ) und/oder zum Ermitteln der Winkeländerung (Δα) aus der Frequenzänderung (Δf).
5. Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Messen einer Positionsänderung ((Δx; Δy)) oder einer Lageänderung ((Δx; Δy; Δα)) eines Objekts (66) in einer Ebene (E), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mess-Reflektor (40) am Objekt (66) oder zum Befestigen am Objekt (66) ausgebildet ist und das Homodyn-Interferometer (12) (a) eine Strahlteilvorrichtung (56) zum Erzeugen eines zweiten Referenz-Lichtstrahls (58) und eines zweiten Mess-Lichtstrahls (60) aus einem primären Lichtstrahl (26), (b) einen zweiten Referenz-Reflektor (62) zum Reflektieren des zweiten Referenz-Lichtstrahls (58) und (c) einen zweiten Mess-Reflektor (64), der am Objekt (66) oder zum Befestigen am Objekt (66) ausgebildet ist, umfasst, die so angeordnet sind, dass der vom zweiten Referenz-Reflektor (62) reflektierte zweite Referenz-Lichtstrahl (58) und der vom zweiten Mess-Reflektor (64) reflektierte zweite Mess-Lichtstrahl (60) auf dem Detektor (38) ein zweites Interferenzmuster (52.2) erzeugen, wobei das erste Interferenzmuster (52.1) und das zweite Interferenzmuster (52.2) ein vom Detektor (38) erfassbares Gesamt-Interferenzmuster (52) ergeben.
6. Messgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsvorrichtung (54) eingerichtet ist zum – Durchführen einer Fourier-Transformation, sodass eine erste Phase (φ_x) und eine zweite Phase (φ_y) des Gesamt-Interferenzmusters (52) ermittelbar sind, und – Ermitteln der Positionsänderung ((Δx; Δy)) des Objekts (66) aus der ersten Phasenänderung (φ_x) und der zweiten Phasenänderung (Δφ_y).
7. Messgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsvorrichtung (54) eingerichtet ist zum – Durchführen einer Fourier-Transformation, sodass eine erste Frequenz (f_x) und eine zweite Frequenz (f_y) ermittelbar sind, und – Ermitteln der Winkeländerung (Δα) des Objekts aus der ersten Frequenzänderung (Δf_x) und der zweiten Frequenzänderung (Δf_y).
8. Messgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Referenz-Reflektor (36) und der zweite Referenz-Reflektor (62) so angeordnet sind, dass die von ihnen reflektierten Referenz-Lichtstrahlen (32, 58) auf dem Detektor (38) ein drittes Interferenzmuster (52.3) erzeugen, wobei zumindest das erste Interferenzmuster (52.1) und das dritte Interferenzmuster (52.3) das vom Detektor (38) erfassbare Gesamt-Interferenzmuster (52) ergeben.
9. Verfahren zum dynamischen Messen zumindest einer Positionsänderung (Δx) und/oder einer Winkeländerung (Δα) eines Objekts (66), mit den Schritten: (i) zumindest einzeiliges Auslesen eines Interferenzmusters (52) eines Homodyn-Interferometers (12), sodass Detektor-Messwerte (C(n)) erhalten werden, (ii) Transformieren der Detektor-Messwerte (C(n)) in einen Frequenzraum, sodass zumindest eine Phase (φ_x) und/oder zumindest eine Frequenz (f_x) erhalten wird, und (iii) Errechnen der Positionsänderung (Δx) aus der zumindest einen Phasenänderung (Δφ_x) und/oder Errechnen der Winkeländerung (Δα) aus der Frequenzänderung (Δf_x).
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte: (iv) Errechnen zumindest einer zweiten Phase (φ_y) und zumindest einer zweiten Frequenz (f_y) und (v) Errechnen einer Positionsänderung ((Δx; Δy)) aus der ersten Phasenänderung (Δφ_x) und der zweiten Phasenänderung (Δφ_y) oder einer Lageänderung ((Δx; Δy; Δα)) des Objekts (66) aus der ersten Phasenänderung (Δφ_x), der zweiten Phasenänderung (Δφ_y) und aus der ersten Frequenzänderung (Δf_x) und/oder der zweiten Frequenzänderung (Δf_y).

Images