DE3425476A1 - Length measuring device in accordance with the two-beam laser interferometer principle - Google Patents

Length measuring device in accordance with the two-beam laser interferometer principle

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DE3425476A1
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Rudolf Röth
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Wero oHG Roeth & Co
Wero oHG Roeth & Co 6490 Schluechtern
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Abstract

Length measuring device having a position detector (12) in accordance with the two-beam laser interferometer principle, having a laser light source (16) supplied from a current source (48), a beam splitter (18), arranged in the optical axis of said light source, for splitting the light beam into a measuring light beam and a reference light beam aligned at an angle thereto, a movable mirror (19) which reflects the measuring light beam with a transverse offset parallel to the optical axis and is connected to the position detector (12), and having an at least partially reflecting further optical element (20). This optical element (20) can be constructed either as a second mirror or as a second beam splitter. Situated in the interference region of the beam paths is at least one photodetector (21) whose output or output is/are applied to an evaluation circuit (37) having a counting device for counting the bright/dark sequences including directional detection, and having a digital display system (3). According to the invention, the laser light source is a laser diode (16) for generating, simultaneously laterally, transversely and longitudinally, essentially monomode laser light having a coherence length which corresponds at least to the length to be measured. Furthermore, the evaluation circuit (37) has at least one device for eliminating the influences of operating and environmental parameters of the length measuring device. The device is of exceptionally compact design ... Original abstract incomplete. <IMAGE>

Description

" Längenmeßvorrichtung nach dem Zweistrahl-"Length measuring device according to the two-beam

Laser-Interferometerprinzip Die Erfindung betrifft eine Längenmeßvorrichtung mit Lagemelder nach dem Zweistrahl-Laser-Interferometer-Prinzip mit einer von einer Stromquelle versorgten Laser-Lichtquelle, einem in deren optischer Achse angeordneten Strahlenteiler für die Aufteilung des Lichtstrahls in einen Meßlichtstrahl und einen im Winkel hierzu ausgerichteten Referenzlichtstrahl, mit einem den Meßlichtstrahl mit Querversatz parallel zur optischen Achse reflektierenden beweglichen, mit dem Lagemelder verbundenen Spiegel, mit einem mindestens teilweise reflektierenden weiteren optischen Element (zweiter Spiegel oder zweiter Strahlenteiler) sowie mit mindestens einem im tnterferenzbereich der Strahlengänge liegenden Fotodetektor, dessen Ausgang bzw. deren Ausgänge einer Auswerteschaltung mit einer Zähleinrichtung für die Zählung der Hell-/Dunkel-Folgen einschließlich einer Richtungserkennung und mit einem digitalen Anzeigesystem aufgeschaltet sind. Laser interferometer principle The invention relates to a length measuring device with position indicator based on the two-beam laser interferometer principle with one of one Power source supplied laser light source, one arranged in its optical axis Beam splitter for splitting the light beam into a measuring light beam and a at an angle to this aligned reference light beam, with a measuring light beam movable with transverse offset parallel to the optical axis reflective, with the Position indicator connected mirror, with an at least partially reflective further optical element (second mirror or second beam splitter) and at least a photodetector located in the interference area of the beam paths, its output or the outputs of an evaluation circuit with a counter for counting the light / dark sequences including a directional recognition and with a digital one Display system are activated.

Als Lagemelder wird dasjenige bewegliche Teil der Meßvorrichtung bezeichnet, das die Position des Meßobjekts erfaßt, also beispielsweise ein Taststift, der auf eine Werkstückoberfläche aufsetzbar ist, oder ein bewegliches Teil einer Werkzeugmaschine, an dem der bewegliche Spiegel des Interferometers befestigt ist.The moving part of the measuring device is called a position indicator, that detects the position of the measurement object, so for example a stylus that is on a workpiece surface can be placed on it, or a moving part of a machine tool, to which the movable mirror of the interferometer is attached.

Derartige Meßvorrichtungen sind mit unterschiedlichen Ausführuugsbeispielen in dem Aufsatr von Kunzmann'"Anwendung des Laser-tnterferometers in der Fertigungsmeßtechnik" in Annais of the CIRP Vol. 28/1/1979", Seiten 311 bis 316 beschrieben. Es ist dabei möglich, entweder einen StrahTenteiler und zwei Reflektoren zu verwenden, oder aber zweiEtrahle-nteiler und einen Reflektor. Eine sehr bekannte MeBvorrichtung ist das sogenannte Michelson-Interferometer, das gleichfalls in der genannten Lteraturstelle beschr-ieben ist. Such measuring devices are with different exemplary embodiments in the article by Kunzmann '"Application of the laser interferometer in production metrology" in Annais of the CIRP Vol. 28/1/1979 ", pages 311 to 316. It is included possible to use either a beam splitter and two reflectors, or else two beam splitters and a reflector. This is a very well-known measuring device so-called Michelson interferometer, which is also mentioned in the literature reference mentioned is described.

Bei derartigen Interferometern wird ein Lichtstrahl in zwei ieilstrahlen aufgespaltet, von denen der eine als Referenzlichtstrahl und der andere als Meßlichtstrahl bezeichnet werden kann. Als Strahlenteiler kann hierbei ein halbdurchlässiger Spiegel verwendet werden, der unter einem Winkel von 45 Grad im Strahlengang angeordnet ist, oder ein Würfel, der aus zwei Prismen zusammengekittet ist, wobei die Kittfläche gleichfalls unter einem Winkel von 45 Grad im Strahlengang angeordnet ist. In such interferometers, a light beam is split into two sub-beams split, of which one as a reference light beam and the other as a measuring light beam can be designated. A semitransparent mirror can be used as a beam splitter used, which is arranged at an angle of 45 degrees in the beam path is, or a cube that is cemented together from two prisms, the cemented surface is also arranged at an angle of 45 degrees in the beam path.

Meß- und Referenzlichstrahl werden nach dem Zurücklegen unabhängiger Wegstrecken zu einem Interferenzstrahi wieder-vereinigt und interferieren auf diese Weise. Je nach PhasenTage der beiden Teilstrahlen zueinander kann der tnterferenzstrahl einen Amplitudenwert zwischen der Summe der Einzelamplituden (konstruktive Interferenz) und Null (destruktive Interferenz) annehmen. Bei einer kontinuierlichen Bewegung des beweglichen Spiegels durchläuft das tnferenrsignal eine Folge von Signalen unterschiedlicher Helligkeit (sogenannte Interferenzrinse oder -streifen), die von einem Fotodetektor erfaßt und in eine elektrische Impuls.folge umgesetzt werden können. Durch zwei hinsicnt-Tich der Phasenlage gegeneinander versetzte Fotodetektoren werden nicht nur die Hell-Qunkel-Obergänge erfaßt, sondern es wird zusätzlichauch noch die Verschieberichtung des beweglichen Spiegels bewertet Der Verschiebeweg S,t des beweglichen Spiegels ergibt sich aus der Zahl der Null-Ourchgänge "m" und der Lichtwellenlänge 2'R." zu s = m .The measuring and reference light beams become more independent after they have been covered Paths re-merged into an interference ray and interfered with it Way. Depending on the phase of the two partial beams with respect to one another, the interference beam can an amplitude value between the sum of the individual amplitudes (constructive interference) and assume zero (destructive interference). With a continuous movement of the movable mirror, the remote signal passes through a sequence of signals of different types Brightness (called interference lenses or fringes) as seen by a photodetector can be detected and converted into an electrical pulse sequence. Divided by two Photodetectors that are offset from one another in relation to the phase position are not only the light-to-dark transitions are recorded, but also the direction of displacement of the movable mirror evaluates the displacement S, t of the movable mirror results from the number of zero crossings "m" and the light wavelength 2'R. " to s = m.

Die Anzahl der Hell-Ounkel-Obergänge ist also ein Maß für den Verschiebeweg des beweglichen Spiegels relativ zu den feststehenden optischen Elementen. Diese Methode der interferometrischen Längenmessung ist in die Gruppe der inkrementaTen Messungen einzureihen.The number of light-ouncle transitions is therefore a measure of the displacement of the movable mirror relative to the fixed optical elements. These Method of interferometric length measurement is in the group of incrementals To classify measurements.

Für ein sauberes Interferenzsignal muß der Aufbau so ausgerichtet sein, daß die beiden leilstrahlen genau parallel und mit übereinstimmender Polarisationsrichtung zusammentreffen. Die Verwendung von sogenannten Retro-Reflektoren als Spiegel, beispielsweise von sogenannten Tripel-Spiegeln, sorgt dafür, daß der einfallende Strahl stets parallel zum reflektierten Strahl orientiert ist. Ferner ist es notwendig, durch geeigneten Parallelversatz zu verhindern, daß reflektiertes Licht zurück in die Lichtquelle gelangt und dort Interferenzstörungen verursacht. For a clean interference signal, the structure must be aligned in this way be that the two partial beams are exactly parallel and with the same polarization direction meet. The use of so-called retro-reflectors as mirrors, for example of so-called triple mirrors, ensures that the incident beam is always parallel to the reflected beam is oriented. It is also necessary to prevent reflected light back in by suitable parallel offset reaches the light source and causes interference there.

Die vorstehenden Betrachtungen gehen davon aus, daß die verwendete Lichtquelle einen unendlich langen Wellenzug von exakt einer Frequenz aussendet. In der Praxis liefert eine Lichtquelle ein Gemisch aus örtlich begrenzten Lichtteilchen, sogenannten Photonen verschiedener Polarisation und Frequenz. Selbst streng monochromatische Lichtquellen wie Laser besitzen eine gewisse Bandbreite in der Frequenz. Diese Bandbreite ist. die Ursache dafür, daß die Photonen des Lichtstrahis nicht räumlich beliebig weit die für eine Interferenz notwendige feste Phasenbeziehung aufweisen.The above considerations assume that the used Light source emits an infinitely long wave train of exactly one frequency. In practice, a light source supplies a mixture of localized light particles, so-called photons of different polarization and frequency. Even strictly monochromatic Light sources such as lasers have a certain bandwidth in terms of frequency. This bandwidth is. the reason why the photons of the light beam are not spatially arbitrary far have the fixed phase relationship necessary for interference.

Die Strecke, über die diese feste Phasenbeziehung besteht, wird als Kohärenzlänge bezeichnet. Sie ist um so größer, je schmaler die Frequenzbandbreite des Lasers ist. Die Kohärenzlänge bildet also die Maximal grenze der Weglängendifferenz der beiden Teilstrahlen, d.h. das Zweifache des Verfahrwegs eines Spiegels bzw. Reflektors.The distance over which this fixed phase relationship exists is called Called coherence length. It is greater, the narrower the frequency bandwidth of the laser is. The coherence length thus forms the maximum limit of the path length difference of the two partial beams, i.e. twice the travel of a mirror or Reflector.

Oberschreitet die Weglängendifferenz den zulässigen Wert, so sinkt der Kontrast im Interferenzsignal soweit ab, daß ein Zählen der Hell-Dunkel-Obergänge nicht mehr möglich ist. Einen ähnlichen, aber räumlich periodischen Effekt im Kontrast bewirkt die Emission mehrerer diskreter, jeweils schmalbandiger Frequenzmoden. Die Lage der einzelnen Moden und die Kontur der sogenannten Ve.rstärkungskurve (=Hüllkurve der Intensitätsmaxima) sind durch die Temperatur und andere äußere Parameter stark zu beeinflussen. Besonders die Temperaturanfälligkeit der Frequenzstabilität führt zu der Notwendigkeit, die Ausgangsleistung der Lichtquelle durch einen Regelkreis konstant zu halten. Es ist also anzustreben, die einzelnen Mode erheblich gegenüber den Nachbarmoden zu verstärken.If the path length difference exceeds the permissible value, it decreases the contrast in the interference signal decreases so far that a counting of the light-dark transitions is no longer possible. A similar but spatially periodic effect in contrast causes the emission of several discrete, each narrowband frequency modes. the location of the individual modes and the contour of the so-called amplification curve (= Envelope curve of the intensity maxima) are due to the temperature and other external parameters strongly influencing. Especially the temperature susceptibility of the frequency stability leads to the need to control the output power of the light source through a control loop keep constant. It is therefore desirable to significantly oppose the individual fashion to reinforce the neighboring fashions.

Eine weitere Voraussetzung für guten Kontrast im Interferenzsignal ist die annähernde Intensitätsgleichheit der beiden Teilstrahlen. Da die optischen Weglängen der beiden Teilstrahlen voneinander verschieden sind, muß die Lichtquelle einen möglichst gut gebündelten Lichtstrahl aussenden.Another prerequisite for good contrast in the interference signal is the approximate equality of intensity of the two partial beams. Since the optical Path lengths of the two partial beams are different from one another, the light source must emit a beam of light that is as well bundled as possible.

Die eingangs zitierte Literaturstelle von Kunzmann nennt auf Seite 311 als Lichtquelle für das Laser-Interferometer einen Helium-Neon-Laser, d.h. einen sogenannten Gas-Laser.The reference by Kunzmann cited at the beginning mentions on page 311 a helium-neon laser, i.e. a so-called gas lasers.

Derartige Laser sind jedoch für die praktische Anwendung in der Fertigungsmeßtechnik mit einigen Nachteilen behaftet: Die thermischen Einflüsse, das Erhitzen der Laserröhre, und die Kapselung der relativ großen Aggregate führen zu Meßgeräten mit großen Abmessungen und von hohem Gewicht, die für manuelle Messungen nicht mehr eingesetzt werden können. Die bekannten Gaslaser bedingen umfangreiche Einrichtungen bzw. Hilfsaggregate zur Regelung, und insbesondere zur Kühlung, die das Bauvolumen weiter vergrößern. Die beim Einsatz der bekannten Gaslaser auf- tretenden Probleme in der Meßstrecke durch Uldämpfe, Staubpartikel und sonstige Verunreinigungen haben einen störenden Einfluß auf das Meßergebnis.Such lasers are, however, for practical use in manufacturing metrology afflicted with some disadvantages: the thermal influences, the heating of the laser tube, and the encapsulation of the relatively large aggregates results in measuring devices with large dimensions and of great weight, which can no longer be used for manual measurements. The known gas lasers require extensive facilities or auxiliary units for Regulation, and in particular for cooling, which further increase the construction volume. the when using the well-known gas lasers emerging problems in the measuring section due to steam, dust particles and other impurities a disruptive influence on the measurement result.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die bei einer zuverlässigen Messung nach dem Interferometer-Prinzip auch über größere Wegstrecken, d.h. im Dezimeter- und Meter-Bereich, Abmessungen aufweist, die sehr viel kleiner sind als diejenigen der bekannten Meßvorrichtungen mit Gas-Lasern und die keine umfangreichen Hilfsaggregate für den eigentlichen Laser-Betrieb bedingen.The invention is therefore based on the object of a measuring device of the type described at the outset to be used in a reliable measurement according to the interferometer principle also over longer distances, i.e. in the decimeter and meter range, has dimensions that are much smaller than those the known measuring devices with gas lasers and the no extensive auxiliary units for the actual laser operation.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs angegebenen Längenmeßvorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß die Laser-Lichtquelle eine Laser-Diode für die Erzeugung von gleichzeitig lateral., transversal und longitudinal im wesentlichen mono-modigem Laser-Licht mit einer Kohärenzlänge ist, die mindestens der zu messenden Länge entspricht, und daß die Längenmeßvorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Beseitigung der Einflüsse von Betriebs- und Umgebungs-Parametern besitzt.The task at hand is solved with the one specified at the beginning Length measuring device according to the invention in that the laser light source is a laser diode for the production of lateral, transversal and longitudinal essentially simultaneously mono-mode laser light with a coherence length that is at least that to be measured Length corresponds, and that the length measuring device has at least one device for Eliminate the effects of operating and environmental parameters.

Die Verwendung von Halbleiter- bzw. Laser-Dioden in einigen speziellen Meßgeräten, zu denen jedoch keine Längenmeßgeräte gehören, ist an sich bekannt: Durch die DE-OS 31 31 232 ist eine Halbleiter-Ringlaser-Vorrichtung bekannt, die ein sogenanntes Gyroskop bildet.The use of semiconductor or laser diodes in some special Measuring devices, which do not include length measuring devices, are known per se: By DE-OS 31 31 232 a semiconductor ring laser device is known, which is a so-called Gyroscope forms.

Bei einem solchen Gerät laufen zwei Laserlichtstrahlen gegenläufig in einem Kreis oder Polygon mit einer zunächst festen Phasenbeziehung. Wenn der Kreis bzw. das Polygon gedreht wird, dann ergibt sich eine äußerst geringe Phasenverschiebung, die kleiner ist als eine Wellenlänge, so daß eine Zählung der Hell-/Dunkel-Obergänge nicht vorgesehen ist. Vielmehr ist die Phasenverschiebung die eigentliche Meßgröße. Eine größere Kohärenzlänge ist bei derartigen Gyroskopen auch nicht erwünscht, da alsdann Störeinflüsse durch Streuung und Oberl agerung auftreten würden. Der Verzicht auf eine größere Kohärenzlänge wird dadurch erreicht, daß die Reflektorflächen an den Enden des Wellenleiters unter einem deutlich von 90 Grad verschiedenen Winkel zur Längsachse des Wellenleiters ausger-ichtet sind. Auf diese Weise entsteht kein mono-modiges Laserlicht, und die Kohärenzlänge liegt deutlich unter einem Millimeter. Der bekannte Laser ist eine Sonderanfertigung und für Längemeßgeräte nicht verwendbar.In such a device, two laser light beams run in opposite directions in a circle or polygon with an initially fixed phase relationship. If the Circle or polygon is rotated, then there is an extremely small phase shift, which is smaller than a wavelength, so that a count of the light / dark transitions is not provided. Rather, the phase shift is the actual measured variable. A greater coherence length is also not desirable in such gyroscopes, since then interference from scattering and overlay would occur. The waiver to a greater coherence length is achieved in that the reflector surfaces the ends of the waveguide at an angle significantly different from 90 degrees are aligned to the longitudinal axis of the waveguide. In this way there is no mono-mode laser light, and the coherence length is well below one millimeter. The well-known laser is a custom-made product and cannot be used for length measuring devices.

Durch den Aufsatz "Fiber Optic Sensors" von Taylor u.a., veröffentlicht anläßlich der "First European Conference on Integrated Optics"> von The Institution of Electrical Engineers, 1981, Seiten 99 bis 101, ist es bekannt, mono-modige Laser-Dioden in Verbindung mit Faser-Optiken für die Messung von Schalldrücken, Magnetfeldern, Beschleunigungen, Temperaturen und Drehungen einzusetzen.Published by the Taylor et al. Article "Fiber Optic Sensors" on the occasion of the "First European Conference on Integrated Optics"> by The Institution of Electrical Engineers, 1981, pages 99 to 101, it is known to use mono-mode laser diodes in connection with fiber optics for the measurement of sound pressures, magnetic fields, To use accelerations, temperatures and rotations.

Hierbei werden Medien verwendet, die unter den vorstehend genannten Einflüssen äußerst geringfügige Längenänderungen erleiden, sa daß wiederum Wegdifferenzen zwischen den interferierenden Strahlen auftreten, die kleiner als eine Wellenlänge sind, so daß zur Vermeidung von Störeinflüssen wiederum kleine Kohärenzlängen anzustreben sind. Es handelt sich auch in diesem Fall um Längen-bzw. Phasenänderungen, die sich im pm- bzw. 2w -Berei di abspielen, so daß eine Eignung der beschriebenen Anordnungen für Längenmessungen nicht gegeben ist.The media used here are those listed above Influences suffer extremely slight changes in length, so that again path differences occur between the interfering rays that are smaller than one wavelength are, so that in turn, small coherence lengths should be aimed for in order to avoid interference are. In this case, too, it is a matter of length or length. Phase changes that are play in pm or 2w -erei di, so that the described arrangements are suitable for length measurements is not given.

In dem Aufsatz von Petermann "Semiconductor Laser Weise in an Interferometer System", veröffentlicht in IEEE Journal of Quantum Electronics, Juli 1981, Seiten 1251 bis 1256, sowie von Dandridge "Single-mode diode laser phase noise" , veröffentlicht in Appl Phys. Lett., Januar 1981, > Seiten 77/78 sind Meßanordnungen zur Messung des Laser-Rauschens beschrieben, die u.a. von dem Michelson-Prinzip Gebrauch machen. Petermann beschreibt einen Multimode Laser, der für Längenmessungen gleichfalls unbrauchbar ist. Dandridge beschreibt die Verwendung einer mono-modigen Laser-Diode der Bezeichnung Hitachi 1400 CSP, die laut Datenblatt eine Emissionswellenlänge zwischen 820 und 880 nm hat. Die Laser-Diode wurde jedoch in unstabilisiertem Zustand bzw.In the article by Petermann "Semiconductor Laser Mode in an Interferometer System, "published in IEEE Journal of Quantum Electronics, July 1981, pages 1251 to 1256, as well as "Single-mode diode laser phase noise" by Dandridge in Appl Phys. Lett., January 1981,> Pages 77/78 are measuring arrangements for measurement of laser noise, which, among other things, make use of the Michelson principle. Petermann describes a multimode laser that is also used for length measurements is useless. Dandridge describes the use of a mono-mode laser diode the name Hitachi 1400 CSP, which according to the data sheet has an emission wavelength has between 820 and 880 nm. The laser diode, however, was in an unstabilized state respectively.

freilaufend betrieben, und der Rauschpegel wurde in Abhängigkeit von der Weglängendifferenz untersucht, die bis zu 40 cm betrugt. Aufgrund der Betriebsweise lag die Kohärenzlänge in der Größenordnung von 30 um, so daß eine Eignung für Längenmeßgeräte gleichfalls nicht zu erkennen ist. Der Verschiebeweg des Spiegels von bis zu 40 cm enthält jedenfalls keine Aussage über die Kohärenzlänge. Rauschen führt grundsätzlich zu mangelndem Kontrast der Interferenzerscheinungen , so daß eine Zählung der Hell-/Dunkel-Obergänge weder möglich, noch überhaupt vorgesehen ist.operated freely, and the noise level was a function of the path length difference was examined, which was up to 40 cm. Because of the way it works the coherence length was on the order of 30 µm, making it suitable for length measuring devices likewise not can be seen. The displacement path of the mirror of up to 40 cm does not contain any information about the coherence length. rush basically leads to a lack of contrast in the interference phenomena, so that a counting of the light / dark transitions is neither possible nor even provided is.

Laser-Dioden werden beispielsweise unter der Bezeichnung 'tCollimator-Pen" CQL 13 A von der Firma VALVO sowie unter den Serienbezeichnungen HLP 1000, HLP 2000 und HLP 3000 von der Firma Hitachi vertrieben. Als Anwendungsgebiete sind jedoch artfremde Sachgebiete angegeben. Die bekannten Laser-Dioden sind als Lichtquellen für Glasfaser-Optiken> sowie für die Abtastung von Bild- und tonplatten, Datenübertragung und -speicherung, Alarmanlagen etc. vorgesehen.Laser diodes are, for example, called 'tCollimator-Pen " CQL 13 A from VALVO and under the serial names HLP 1000, HLP 2000 and HLP 3000 sold by Hitachi. However, as areas of application are alien subject areas specified. The well-known laser diodes are used as light sources for glass fiber optics> as well as for scanning video and audio disks, data transmission and storage, alarm systems, etc. are provided.

Als besonders gut geeignet hat sich für die erfindungsgemäße Lösung die unter der Bezeichnung HLP 7801 E von der Firma Hitachi vertriebene Laser-Diode erwiesen. Sie wird gleichfalls für die Abtastung von Bild- und Tonplatten angeboten und hat eine für diesen Zweck an sich nicht erforderliche Kohärenzlänge von etwa 2 bis 3 Metern und ist zudem außerordentlich billig, da ihr Preis weniger als 10 % des Preises der weiter oben genannten Laser-Dioden beträgt. Die Laser-Diode HLP 7801 E hat nämlich den Vorteil, daß ihre Betriebsbedingungen (Betriebstemperatur, Injektionsstrom) auf Werte einstellbar sind, die zu einer Emissionswellenlänge von praktisch genau 800 nm führen. Diese Wellenlänge läßt sich außer- ordentlich einfach in einem Binär-System verarbeiten und führt ohne großen Rechenaufwand zu unmittelbar auswe-rtbaren Zählergebnissen.The solution according to the invention has proven to be particularly suitable the laser diode sold by Hitachi under the name HLP 7801 E proven. It is also offered for scanning video and audio disks and has a coherence length of approx 2 to 3 meters and is also extremely cheap because its price is less than 10 % of the price of the laser diodes mentioned above. The laser diode HLP 7801 E has the advantage that its operating conditions (operating temperature, Injection current) can be set to values that lead to an emission wavelength of lead practically exactly 800 nm. This wavelength can also be orderly simply process it in a binary system and add it without a great deal of computational effort counting results that can be evaluated immediately.

Es wurde überraschend gefunden, daß sich derartige Laser-Dioden, die einschließlich eines bereits eingebauten Kollimators Längenabmessungen von etwa 20 mm bei Durchmessern von 6 bis 8 mm aufweisen, hervorragend als Laser-Lichtquellen für Längenmeßvorrichtungen nach dem Zweistrahl-Interferometer-Prinzip eignen. Sie genügen trotz des einfachen Aufbaus und der einfachen Betriebsbedingungen den eingangs beschriebenen Anforderungen an die für Meßvorrichtungen benötigten Laser-Lichtquellen. Sie haben insbesondere auch die für derartige Meßvorrichtungen unerläßliche große Kohärenzlänge.It has surprisingly been found that such laser diodes that including a built-in collimator length dimensions of about 20 mm with diameters of 6 to 8 mm, excellent as laser light sources suitable for length measuring devices based on the two-beam interferometer principle. she In spite of the simple structure and the simple operating conditions, the above are sufficient requirements described for the laser light sources required for measuring devices. In particular, they also have the large size, which is indispensable for such measuring devices Coherence length.

Die Laser-Diode HLP 7801 E von Hitachi emittiert bei einer Ausgangsleistung von etwa 5 mm-Watt überwiegend einen Mode der Wellenlänge um 800 nm, d.h. das Maximum dieses Mode hebt sich um ein Vielfaches von den Maxima der benachbarten Mode ab. Dabei liegt der Lichtstrahl im Infrarotbereich und ist für das Auge unsichtbar.The Hitachi HLP 7801 E laser diode emits at an output power of about 5 mm-watt predominantly a mode of the wavelength around 800 nm, i.e. the maximum this mode stands out many times over from the maxima of the neighboring mode. The light beam lies in the infrared range and is invisible to the eye.

Bei Längemessungen, deren relative und absolute Fehler äußerst klein gehalten werden müssen, sind noch weitere Einflußgrößen zu beachten; Die Emissionswellenlänge von Laser-Dioden hangt von ihrer Betriebstemperatur sowie vom sogenannten Injektionsstrom (Betriebsstrom) ab. Grundsätzlich sind also diese Betriebsparameter innerhalb bestimmter, möglichst enger Grenzen auf definierte und konstante Werte einzustellen bzw.For length measurements, their relative and absolute errors are extremely small must be maintained, there are also other influencing factors that must be taken into account; The emission wavelength of laser diodes depends on their operating temperature and the so-called injection current (Operating current). So basically these are operating parameters within to set specific, as narrow limits as possible to defined and constant values respectively.

einzuregeln. Es wird noch aufgezeigt werden, daß man den diesbezüglichen Aufwand in Grenzen halten kann, wenn man gegebenenfalls zusätzlich oder ausschließlich die Auswirkungen von Intensitäts- und Wellenlängen-Anderungen der Laser-Diode innerhalb der Auswerteschaltung kompensiert.to regulate. It will be shown later that the relevant The effort can be kept within limits, if necessary additionally or exclusively the effects of intensity and wavelength changes within the laser diode compensated by the evaluation circuit.

Weiterhin ist für die Ausbreitung der Laser-Strahlen die Dichte des Mediums im Strahlengang maßgebend, die wiederum durch Druck, Temperatur und Feuchte bestimmt wird.Furthermore, the density of the Medium in the beam path, which in turn is determined by pressure, temperature and humidity is determined.

Die Lösung besitzt somit erfindungsgemäß außer der beschriebenen Laser-Diode mindestens eine Einrichtung zur Beseitigung der Einflüsse von Betriebs-und Umgebungsparameter. Hierfür gibt es die nachstehend noch näher erläuterten Ausführunssbeispiele: Einmal läßt sich die Laser-Diode leicht mit einer Einrichtung zur Stabilisierung ihrer Betriebstemperatur versehen. Beispielsweise kann die Laser-Diode mit einem Peltier-Element verbunden werden. Hierbei wird die Temperatur der Laser-Diode mit einem Temperaturfühler erfaßt und das Peltier-Element über einen zugeordneten Regelkreis entsprechend angesteuert. Bei dem heutigen Stand der Technik läßt sich die Temperatur ohne weiteres auf ' 0,1 K stabilisieren, erforderlichenfalls sogar auf 0,01 K. In dem zuletzt genannten Fall würde der absolute Meßfehler bezogen auf einen Meßweg von 100 mm unter 0,1 pm liegen.In addition to the laser diode described, the solution according to the invention therefore has at least one device for eliminating the effects of operating and environmental parameters. For this purpose there are the examples explained in more detail below: Once The laser diode can easily be fixed with a device to stabilize it Operating temperature provided. For example, the laser diode can be made with a Peltier element get connected. Here the temperature of the laser diode is measured with a temperature sensor detected and the Peltier element controlled accordingly via an assigned control circuit. With the current state of the art, the temperature can easily be increased to ' Stabilize 0.1 K, if necessary even to 0.01 K. In the latter In this case, the absolute measurement error would be related to a measurement path from 100 mm below 0.1 pm.

Der Injektionsstrom läßt sich dadurch konstant halten, daß die Diode an eine stromstabilisierte, steuerbare Stromquelle angeschlossen ist. Die Abhängigkeit der Emissionswellenlänge liegt bei der Hitachi-Laser-Diode HLP 7801 E bei etwa 6,4 x 10 10 nm/mA. Für die Absolutmessung ist dieser Einfluß zwar nicht allzu wesentlich, jedoch können höherfrequente Störungen den für die Zählung erforderlichen Kontrast wesentlich beeinflussen.The injection current can be kept constant that the diode is connected to a current-stabilized, controllable power source. The dependence the emission wavelength of the Hitachi laser diode HLP 7801 E is around 6.4 x 10 10 nm / mA. This influence is not very important for the absolute measurement, however, higher frequency interference can create the contrast required for counting influence significantly.

Der Erfindungsgegenstand läßt sich noch dadurch weiter vorteilhaft ausgestalten, daß der Laser-Diode zur Intensitätsmessung ein weiterer Fotodetektor zugeordnet ist, dessen Ausgangssignal über einen Analog-Digital-Wandler einem Mikrocomputer aufgeschaltet ist, in dem ein Vergleich mit einem vorgegebenen Intensitäts-Sollwert durchführbar ist, und daß das entsprechende Ausgangssignal als Korrektursignal über einen Digital-Analog-Wandler der Stromquelle für den Strom der Laser-Diode zuführbar ist.The subject matter of the invention can thereby be made even more advantageous configure that the laser diode for intensity measurement is another photodetector is assigned, the output signal of which is sent to a microcomputer via an analog-to-digital converter is switched on, in which a comparison with a predetermined intensity target value is feasible, and that the corresponding output signal as a correction signal over a digital-to-analog converter can be supplied to the current source for the current of the laser diode is.

Etwaige Intensitätsschwankungen der Laserstrahlung teilen sich auf diese Weise dem weiteren Fotodetektor mit, der der Laser-Diode unmittelbar zugeordnet sein kann, so daß auf etwaige Stromschwankungen zurückgehende Intensitätsschwankungen sofort erfaßt und ausgeregelt werden können.Any fluctuations in the intensity of the laser radiation are divided up in this way the further photodetector that is directly assigned to the laser diode can be, so that due to any current fluctuations going back to intensity fluctuations can be recorded and corrected immediately.

Bezüglich der Zustände im Strahlengang der Vorrichtung ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Ausgangssignale von Fühlern für Temperatur, Druck und Feuchte im Strahlengang über einen Analog-Digital-Wandler einem Mikrocomputer aufgeschaltet sind, in dem eine Kompensationsoperation für die genannten Größen durchführbar ist. Diese Kompensationsoperation ist eine rein rechnerische Maßnahme, d.h. die genannten Einflüsse auf das Zählergebnis werden im Rechner vor der Weiterleitung an das digitale Anzeigesystem kompensiert.With regard to the states in the beam path of the device, it is in accordance with Another embodiment of the invention is particularly advantageous when the output signals of sensors for temperature, pressure and humidity in the beam path via an analog-digital converter are connected to a microcomputer, in which a compensation operation for the mentioned sizes is feasible. This compensation operation is purely computational Measure, i.e. the mentioned influences on the counting result are shown in the computer the forwarding to the digital display system is compensated.

Es wurde bereits weiter oben aufgezeigt, daß der Erfindungsgegenstand Einrichtungen zur Stabilisierung der Betriebstemperatur und des Injektionsstromes aufweisen kann, um die Betriebsparameter und damit die Emissionswellenlänge in möglichst engen Grenzen konstant zu halten. Stromstabilisierte, steuerbare bzw. einstellbare Stromquellen, sogenannte "Stromkonstanter" sind zwar heute durchaus verfügbar, jedoch wurde bereits aufgnzeigt, daß es durch entsprechende -Regelungsmaßnahmen gemäß Anspruch 5 auch möglich ist, ein entsprechendes Korrektursignal zu erzeugen und-etwaige Abweichungen hinsichtlich des Injektionsstromes auszuregeln. Diese Maßnahmen sind als alternative Möglichkeiten zu sehen, die sich aber insbesondere auch gegensei ti g unterstützen können.It has already been shown above that the subject of the invention Devices for stabilizing the operating temperature and the injection flow can have the operating parameters and thus the emission wavelength in as possible keep tight limits constant. Current stabilized, controllable or adjustable Current sources, so-called "current constants", are certainly available today, however has already been shown that it is through appropriate control measures according to claim 5 is also possible to generate a corresponding correction signal and any deviations regulate with regard to the injection flow. These measures are considered alternative To see opportunities that, in particular, also support one another can.

Eine alternative Möglichkeit, die sich auf die optischen Vorgänge in den Strahlengängen sowie auf die elektronische Datenverarbeitung der Zählergebnisse bezieht, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Interferometer-System mit dem beweglichen Spiegel. ein Referenz-Interferometer-System mit einem gegenüber den übrigen optischen Ele menten feststehenden Spiegel vorhanden ist, wobei das Referenz-Interferometer-System vom Licht der gleichen Laser-Diode beaufschlagt wird, und daß der Ausgang des Referenz-Interferometer-Systems einer weiteren Zähleinrichtung für die Zählung der Hell-/Dunkel-Folgen und die Laufrichtungserkennung zum Zwecke einer Kompensationsoperation für die Wellenlängenänderungen aufgeschaltet ist.An alternative way of focusing on the optical processes in the beam paths as well as on the electronic one Data processing the counting results refer, is according to a further embodiment of the invention characterized in that in addition to the interferometer system with the movable Mirrors. a reference interferometer system with an opposed to the rest of the optical Ele ments fixed mirror is present, the reference interferometer system is acted upon by the light of the same laser diode, and that the output of the reference interferometer system another counting device for counting the light / dark sequences and detecting the direction of travel switched on for the purpose of a compensation operation for the wavelength changes is.

Dieses Referenz-Interferometer-System erfaßt naturgemäß solche Anderungen der Laser-Strahlung, die auf eine Anderung der Betriebsparameter (Temperatur, Injektionsstrom) zurückzuführen sind, in gleicher bzw. analoger Weise. Das Referenz-Interferometer-System erfaßt aber auch änderungen hinsichtlich der Dichte des Mediums im Strahlengang (Druck, Temperatur, Feuchte). Mit anderen Worten: Jegliche Anderung der Emissionswellenlänge und der Wellenlänge im Strahlengang bis zum beweglichen Spiegel führt zu einer entsprechenden Anderung im Strahlengang bis zum ortsfesten Spiegel.This reference interferometer system naturally detects such changes the laser radiation, which is due to a change in the operating parameters (temperature, injection current) are due in the same or analogous way. The reference interferometer system but also detects changes in the density of the medium in the beam path (Pressure, temperature, humidity). In other words, any change in the emission wavelength and the wavelength in the beam path up to the movable mirror leads to a corresponding one Change in the beam path up to the fixed mirror.

Dies führt auch im Referenz-Interferometer-System je nach der Größe der Zustandsänderung zu einer Hell-/ Dunkel-Folge mit einem entsprechenden Zählvorgang, wobei diese Veränderungen allerdings um Größenordnungen langsamer verlaufen als beispielsweise die Verfahrbewegung des beweglichen Spiegels. Durch entsprechende mathematische Verarbeitung der beiden Zählergebnisse läßt sich eine Kompensation der genannten Einflußgrößen erzielen, ohne daß es hierzu einer komplizierten Regelung der Betriebsparameter der Laser-Diode in Verbindung mit einer Meßwerterfassung für Druck, Temperatur und Feuchte im Strahlengang bedarf.This also results in the reference interferometer system depending on the size the change of state to a light / dark sequence with a corresponding counting process, although these changes are orders of magnitude slower than for example the movement of the moving mirror. By corresponding mathematical processing of the two counting results can be a Achieve compensation of the mentioned influencing variables without this being a complicated one Regulation of the operating parameters of the laser diode in connection with the acquisition of measured values for pressure, temperature and humidity in the beam path.

Es sei allerdings darauf hingewiesen, daß die beschriebenen Regel- und Kompensationsmaßnahmen, die sämtlich Maßnahmen zur Beseitigung der Einflüsse von Betriebs- und Umgebungsparametern sind, auch miteinander kombiniert werden können, wodurch der schaltungs'-technische Aufwand minimiert und die Anzeigegenauigkeit maximiert werden kann.It should be noted, however, that the rules described and compensation measures, all of which are measures to eliminate the influences of operating and environmental parameters can also be combined with one another, which minimizes the circuitry effort and the accuracy of the display can be maximized.

Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere auch in Gegenüberstellung mit anderen bekannten inkrementalen Meßgebern zu sehen, die die handliche Form von sogenannten Meßuhren besitzen, also die Ausführung manueller Messungen an Werkstücken ermöglichen. Zu derartigen Meßgebern gehören beispielsweise Meßuhren, bei denen die Verschiebung von Gl asmaßstäben mit Li ni enrastern in Verbindung mit Lichtquellen und Fotoempfängern Impulsfolgen liefert, die in nachgeschalteten Signalverarbeitungseinrichtungen in die gewünschten Meßergebnisse umgesetzt und bevorzugt digital zur Anzeige gebracht werden. Der Erfindungsgegenstand hat nunmehr trotz etwa gleicher Handlichkeit wie die bekannten manuellen Meßgeräte den außerordentlichen Vorteil daß die absolute Genauigkeit um eine Zehnerpotenz höher liegt als bei den Glasmaßstäben. Derartige Glasmaßstäbe arbeiten mit einem Strichgitter, das von 10 zu 10 pm geteilt ist und zu sinusförmigen Impulsen führt. Beim Erfindungsgegenstand führt eine halbe Lichtwellenlänge zu einem sinusförmigen Impuls, wodurch die wesentlich gesteigerte Genauigkeit erzielt wird. Darüberhinaus ist der absoluten Meßgenauigkeit keine Bezugstemperatur zuzuordnen, wie dies beispielsweise in Form des Ausdehnungskoeffizienten des Werkstoffs für die Glasmaßstäbe erforderlich ist.The solution according to the invention is in particular also in comparison to see with other known incremental encoders that take the handy form of have so-called dial gauges, i.e. the execution of manual measurements on workpieces enable. Such encoders include, for example, dial gauges in which the shifting of glass scales with line grids in connection with light sources and photoreceivers supplies pulse trains that are in downstream signal processing devices converted into the desired measurement results and preferably digitally displayed will. The subject of the invention has now, despite about the same handiness as the known manual measuring devices the extraordinary advantage that the absolute accuracy is a power of ten higher than that of the glass scales. Such glass scales work with a line grating that divides from 10 to 10 pm and leads to sinusoidal pulses. With the subject matter of the invention, a half leads Light wavelength into a sinusoidal pulse, which increases the significantly Accuracy is achieved. In addition, the absolute measurement accuracy is not a reference temperature to be assigned, for example in the form of the expansion coefficient of the material for which glass scales is required.

Der Erfindungsgegenstand ist aber nicht nur auf manuelle Längenmeßgeräte beschränkt, sondern auch und mit besonderem Vorteil anwendbar bei Längenmeßsystemen, die im- Zusammenwirken mit Maschinensteuerungen und Meßmaschinensteuerungen zum Einsatz kommen. In Folge der äußerst kleinen Abmessungen zeichnet sich der Erfindungsgegenstand auch bei derartigen Meßsystemen vorteilhaft aus. Auf diese Weise ist auch ein Nachrüsten mechanischer Produktionsmaschinen mit dem Erfindungsgegenstand möglich, da dieser nur einen geringen Platzbedarf aufweist, aber alle Funktionen der aufwendigen bekannten Laser-Meßvorrichtungen aufweist.The subject of the invention is not limited to manual length measuring devices limited, but also and with particular advantage applicable to length measuring systems, which interact with machine controls and measuring machine controls for Use. The subject of the invention is characterized by the extremely small dimensions also advantageous in such measuring systems. Retrofitting is also possible in this way mechanical production machines with the subject matter of the invention possible, since this only takes up a small amount of space, but has all the functions of the expensive known Has laser measuring devices.

Gegenüber diesen besitzt der Erfindungsgegenstand jedoch wegen der ausschließlichen Verwendung von Halbleiterbausteinen eine höhere Lebensdauer und Unempfindlichkeit, so daß selbst bei Anwendung unter rauhen Betriebsbedingungen im Bereich von Maschinensteuerungen keine Störungen auftreten. Desgleichen ist ein Einsatz an Höhenmeßgeräten, die auch als "vertikale Längenmeßgeräte" bezeichnet werden, sowie bei Anreißgeräten mit Reißnadeln für das Einritzen von Höhenlinien über einer Bezugsplattform (Meßplatte) möglich. Desgleichen ist es möglich, die bei Handhabungsgeräten und Robotersteuerungen angewandten linearen Gittermaßstäbe durch den Erfindungsgegenstand zu ersetzen.Compared to these, however, the subject matter of the invention has because of the exclusive use of semiconductor components a longer service life and Insensitivity, so that even when used under harsh operating conditions no malfunctions occur in the area of machine controls. Same is a Use Height measuring devices, also known as "vertical length measuring devices" as well as scribers with scribers for scoring Contour lines over a reference platform (measuring plate) possible. It is also possible the linear grid scales used in handling devices and robot controls to be replaced by the subject matter of the invention.

Um eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit des Lagemessers bzw. des beweglichen Spiegels bei zuverlässiger Signalauswertung zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn dem mindestens einen Fotodetektor ein Zählerblock nachgeschaltet ist, dessen Ausgänge einer Signalverarbeitungseinrichtung für die Umsetzung der Zählerimpulse in digitale, dem Verfahrweg des beweglichen Spiegels entsprechende Anzeigesignale für das digitale Anzeigesystem aufgeschaltet sind. Mit derartigen, handelsüblichen Zählerbausteinen sind Zählfrequenzen im MHz-Bereich zulässig.To ensure a high speed of movement of the position knife or the movable To enable mirror with reliable signal evaluation, it is particularly advantageous to if the at least one photodetector is followed by a counter block whose Outputs of a signal processing device for converting the counter pulses into digital display signals corresponding to the travel path of the movable mirror are activated for the digital display system. With such, commercially available Counter modules are allowed counting frequencies in the MHz range.

Durch ein um 90 Grad phasenverschobenes Signal (das beispielsweise durch eine X /4-Platte erhalten werden kann) und zwei Empfängerdioden, die zur Laufrichtungserkennung ohnehin erforderlich sind, kann in der Schaltung durch eine Exklusiv-Oder-Verknüpfung (exor-Verknüpfung) in Verbindung mit einem nachgeschalteten Flankendetektor die Zählfrequenz vervierfacht und damit eine entsprechende Erhöhung des Auflösungsvermögens bewirkt werden. Das Auflösungsvermögen erhält dabei eine Steigerung mit gleicher Auswirkung, als ob anstelle der Laser-Diode mit einer Emissionswellenlänge von 800 nm eine solche mit einer Emissionswellenlänge von nur 200 nm verwendet würde.A signal that is 90 degrees out of phase (e.g. can be obtained by an X / 4 plate) and two receiver diodes, which are used to detect the direction of travel are required anyway, can be added to the circuit using an exclusive-OR link (exor link) in connection with a downstream edge detector die Counting frequency quadrupled and thus a corresponding increase in resolution be effected. The resolving power receives an increase with the same Effect as if using instead of the laser diode an emission wavelength of 800 nm, one with an emission wavelength of only 200 nm would be used.

Es ist besonders vorteilhaft, die Laser-Diode inner.-.: halb eines Gehäuses unterzubringen, in dessen gegenüberliegender Wand ein Führungsrohr angeordnet is.t, dessen Achse zur optischen Achse des Kollimators parallel verläuft und in dem der Taststift (Lagemelder) mit dem beweglichen Spiegel längsverschiebbar gelagert ist. Ein solches Gerät kann einschließlich aller für die Gewinnung der Meßwerte und der Anzeige benötigten funktionellen Gruppen manuell eingesetzt, d.h. in der Hand gehalten werden. Dabei sind die Strahlengänge von Meß- und Referenzlichtstrahl innerhalb des gleichen Gehäuses bzw. innerhalb des Führungsrohres hermetisch gekapselt, so daß eine störende Beeinflussung der Strahlengänge durch äußere Einwirkungen nicht erfolgen kann. Es ist dabei insbesondere möglich, das Gehäuse selbst und die Führung des Taststifts im Führungsrohr abgedichtet auszubilden, so daß der gesamte innere Aufbau des Gerätes zuverlässig geschützt ist. Durch Füllung mit einem Schutzgas und AufrechterhaItuQ:9;;;$ eines Oberdrucks kann die Schutzwirkung noch v~erbe werden.It is particularly advantageous to have the laser diode inside.: Half of a To accommodate the housing, arranged in the opposite wall of a guide tube is.t, the axis of which is parallel to the optical axis of the collimator and in where the stylus (position indicator) is mounted to be longitudinally displaceable with the movable mirror is. Such a device can include all for the acquisition of the measured values and the display required functional groups are inserted manually, i.e. in the Hand held. Here are the beam paths of the measuring and reference light beams hermetically encapsulated within the same housing or within the guide tube, so that a disruptive influence of the beam paths by external influences is not can be done. In particular, it is possible for the housing itself and the guide of the stylus sealed in the guide tube, so that the entire inner Structure of the device is reliably protected. By filling with a protective gas and maintenance: 9 ;;; $ of an overpressure, the protective effect can still be inherited.

Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, eignet sich der Erfindungsgegenstand auch für Längenmeßsysteme, die im Zusammenwirken mit Maschinensteuerungen und; Meßmaschinensteuerungen zum Einsatz kommen. Eine derartige Meßvorrichtung ist gemäß der weiteren Erfindung dadur~t+.As already stated above, the subject matter of the invention is suitable also for length measuring systems that interact with machine controls and; Measuring machine controls come into use. Such a measuring device is according to the further invention dadur ~ t +.

gekennzeichnet, daß die Laser-Diode mit dem Kollimator in einem Gehäuse untergebracht ist, das mit einem ersten Teil einer Maschine verbunden ist, daß der Lagemelder mit dem beweglichen Spiegel mit einem zum ersten Teil relativ beweglichen zweiten Teil der Maschine verbunden ist und daß Lagemelder und Gehäuse über eine die optische Achse umhüllende, längenveränderbare Schutzeinrichtung verbunden sind. In besonders vorteilhafter Weise besteht die Schutzeinrichtung aus Teleskoprohren.characterized in that the laser diode with the collimator in a housing is housed, which is connected to a first part of a machine that the Position indicator with the movable mirror with a relatively movable mirror to the first part second part of the machine is connected and that position indicator and housing via a The length-adjustable protective device enclosing the optical axis is connected. In a particularly advantageous manner, the protective device consists of telescopic tubes.

Es ist dabei hinsichtlich der festen räumlichen Zuordnung der einzelnen optischen Elemente des Interferometer-Systems besonders vorteilhaft, wenn die Laser-Diode und der Kollimator in einer Adapterhülse untergebracht sind, an deren Ende im Bereich des Kreuzungspunktes "K von Meß- und Referenzlichtstrahl der Strahlenteiler, das mindestens teilweise reflektierende optische Element und der mindestens eine Fotodetektor angeordnet sind.It is with regard to the fixed spatial allocation of the individual optical elements of the interferometer system particularly advantageous when the laser diode and the collimator are housed in an adapter sleeve, at the end of which in the area of the intersection point "K of the measuring and reference light beam of the beam splitter, the at least partially reflective optical element and the at least one photodetector are arranged.

Es ist ein wesentliches Merkmal, daß die Kohärenzlänge mindestens der zu messenden Länge entspricht. Da die Laser-Strahlen im Strahlengang etwa den doppelten Weg zurücklegen, ist es infolgedessen besonders zweckmäßig, wenn die Kohärenzlänge mindestens dem zweifachen Wert der zu messenden Länge entspricht. Mit steigender Kohärenzlänge steigen die.Kontraste hinsichtlich der Hell-/Dunkel-übergänge, so daß im Hinblick auf eine Auswertung bzw. Zählung des Interferenzeffekts eine möglichst große Kohärenzlänge bei vertretbarem Aufwand anzustreben ist.It is an essential feature that the coherence length is at least corresponds to the length to be measured. Since the laser rays in the beam path are about the cover twice the distance, it is therefore particularly useful if the coherence length corresponds to at least twice the value of the length to be measured. With increasing The coherence length increases the contrasts with regard to the light / dark transitions, see above that with regard to an evaluation or counting of the interference effect as possible long coherence length is to be aimed for with reasonable effort.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.Further advantageous refinements of the subject matter of the invention result from the other subclaims.

Das Meßprinzip, die grundsätzliche Signalverarbeitungsowie zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert.The measuring principle, the basic signal processing and two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 6.

Es zeigen: Figur 1 eine Vorderansicht einer Meßvorrichtung für die manuelle Verwendung, Figur 2 einen Längsschnitt durch den Gegenstand nach Figur 1 entlang der optischen Achse des Kollimators, Figur 3 eine Prinzipskizze eines Zweistrahl-Laser-Interferometersystems in Verbindung mit einer elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung, Figur 4 einen Längsschnitt durch eine Meßv-orricht;un'g für den Einsatz bei einer Maschinenstuerung, Figur 5 eine Prinzipskizze einer Variante von Figur 3, Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines exter Anzeigegeräts.They show: FIG. 1 a front view of a measuring device for manual use, FIG. 2 shows a longitudinal section through the object according to FIG 1 along the optical axis of the collimator, Figure 3 is a schematic diagram of a Two-beam laser interferometer system in connection with an electrical signal processing device, FIG. 4 shows a longitudinal section through a measuring device for use in a Machine control, Figure 5 is a schematic diagram of a variant of Figure 3, Figure 6 is a perspective view of an external display device.

In Figur 1 ist eine Außenansicht eines Gehäuses dargestellt, das auf seiner Vorderseite 2 ein digitales Anzeigesystem 3 mit drei Stellen vor und drei Stellen nach nach dem Komma 4 besitzt. Der äußerlich sichtbare Teil des Anzeigesystems ist ein LCD.In Figure 1 is an external view of a housing is shown on its front 2 a digital display system 3 with three digits in front and three Places after the decimal point 4. The externally visible part of the display system is an LCD.

Unterhalb des Anzeigesystems 3 befindet sich ein Tastenfeld 5 mit einer EIN-AUS-Taste 6, einer Start-Taste 7, einer Lösch-Taste 8 und einer Umrechungs-Taste 9 für die wahlweise Anzeige des Meßergebnisses in Zoll und in Millimetern. Es versteht sich, daß das Tastenfeld 5 auch eine sehr viel größere Zahl von Tasten enthalten kann, um beispielsweise auch Zahlenwerte un.d vorgegebene Programme für bestimmte Rechenoperationen bzw. Programmabläufe eingeben zu können.Below the display system 3 there is a keypad 5 with an ON-OFF button 6, a start button 7, a delete button 8 and a conversion button 9 for the optional display of the measurement result in inches and in millimeters. It understands that the keypad 5 also contain a much larger number of keys can, for example, also numerical values and predefined programs for certain To be able to enter arithmetic operations or program sequences.

Ein solches Tastenfeld 5a ist in Figur 3 dargestellt.Such a keypad 5a is shown in FIG.

Das Gehäuse 1 besitzt im unteren Teil eine Wand 10, in die ein Führungsrohr 11 fest eingesetzt ist. In diesem Führungsrohr ist ein Lagemelder 12 abgedichtet geführt. Zwischen dem Lagemelder und dem Führungsrohr befindet sich noch ein weiteres Teleskoprohr 13, durch das der gesamte Verschiebeweg des Lagemelders 12 noch entsprechend vergrößert wird.The housing 1 has in the lower part a wall 10 into which a guide tube 11 is firmly inserted. A position indicator 12 is sealed in this guide tube guided. There is another one between the position indicator and the guide tube Telescopic tube 13 through which the entire displacement path of the position indicator 12 is still corresponding is enlarged.

Figur 3 ist im Maßstab verkleinert dargestellt, gleiche Teile sind jedoch mit gleichen Bezugszeichen versehen.Figure 3 is shown reduced in scale, the same parts however, provided with the same reference numerals.

Das Gehäuse 1 besitzt eine obere Wand 14, an der mittels einer Adaptionshülse 15 die erfindungsgemäße Laser-Diode 16 befestigt ist. Es handelt sich um eine Laser-Diode mit der Typen bezeichnung HLP 7801 E der firma Hitachi mit einem im vorderen Teil angeordneten und nur gestrichelt dargestellten Kollimator 17. Der Kollimator definiert eine optische Achse A-A, die gleichzeitig die Achse des gesamten Systems ist. Die aus Aluminium bestehende Adaptionshülse 15 besitzt eine seitliche Abflachung, an die eine Einrichtung 90 (Peltier-Element) zur Stabilisierung der Betriebstemperatur und ein Wärmefühler 91 gut wärmeleitendangesetzt sind.The housing 1 has an upper wall 14 on which an adapter sleeve 15, the laser diode 16 according to the invention is attached. It is a laser diode with the type designation HLP 7801 E from Hitachi with a arranged in the front part and only shown in dashed lines collimator 17. Der The collimator defines an optical axis A-A, which is the axis of the whole System is. The adapter sleeve 15 made of aluminum has a lateral one Flattening to which a device 90 (Peltier element) for stabilizing the Operating temperature and a heat sensor 91 are set to conduct heat well.

In der Achse A-A ist ein Strahlenteiler 18 angeordnet, durch den der Lichtstrahl in einen parallel zur optischen Achse verlaufenden Meßlichtstrahl und einen unter 90 Grad hierzu ausgerichteten Referenzlichtstrahl aufgeteilt wird. Im Strahlengang des Meßlichtstrahls ist am inneren Ende des Lagemelders 12 ein Spiegel 19 angeordnet, der als sogenannter Tripel-Spiegel ausgebildet ist und der das Licht stets parallel zur Richtung des auftreffenden Lichts versetzt reflektiert. In Richtung des um 90 Grad abgelenkten Referenzl i chtstrahl s ist ein ortsfestes optisches Element 20 angeordnet, das bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gleichfalls als Tripel-Spiegel ausgebildet tst. Meßlichtstrahl und Referenzlichtstrahl haben dabei infolge der Durch lässigkeit des Strahlenteilers je etwa die Hälfte der Intensität des aus dem Kollimator 17 austretenden Lichtstrahis.In the axis A-A a beam splitter 18 is arranged through which the Light beam into a measuring light beam running parallel to the optical axis and a reference light beam aligned at 90 degrees to this is split. in the The beam path of the measuring light beam is a mirror at the inner end of the position indicator 12 19 arranged, which is designed as a so-called triple mirror and which the light always reflected offset parallel to the direction of the incident light. In the direction of the reference light beam deflected by 90 degrees is a stationary optical one Element 20 arranged, which also in the embodiment described here designed as a triple mirror. Have measuring light beam and reference light beam due to the permeability of the beam splitter, each about half the intensity of the light beam emerging from the collimator 17.

Das vom Spiegel 19 reflektierte Licht wird durch den Strahlenteiler 18 im gleichen Anteil zu einem Fotodetektor 21 umgelenkt. Der gleiche Fotodetektor wird auch von demjenigen Anteil des Referenzlichtstrahls beaufschlagt, der vom optischen Element 20 in Richtung auf den Strahlenteiler 18 reflektiert wird und in gleicher Richtung durch diesen hindurchtritt. Strahlenteiler 18, optisches Element 20 und Fotodetektor 21 sind in der gezeigten Raumlage fest in das innere Ende des Führungsrohres 11 eingebaut, und zwar im Bereich des Kreuzungspunktes "K" von Meß- und Referenzlichtstrahl. Auf diese Weise wird vor dem Fotodetektor 21 durch Oberlagerung von Meß- und Referenzlichtstrahl ein Interferenzstrahl gebildet, der bei einer Verschiebung des Spiegels 19 in Richtung der Achse A-A den weiter oben beschriebenen Einfluß auf den Fotodetektor 21 hat. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 entspricht dem Michelson-tnterferometer.The light reflected from the mirror 19 is reflected by the beam splitter 18 in the same proportion to a photodetector 21 deflected. Of the the same photodetector is also acted upon by that part of the reference light beam, which is reflected by the optical element 20 in the direction of the beam splitter 18 and passes through it in the same direction. Beam splitter 18, optical Element 20 and photodetector 21 are firmly in the interior in the spatial position shown Installed at the end of the guide tube 11, in the area of the intersection point "K" of measuring and reference light beam. In this way, before the photodetector 21 is through Superposition of measuring and reference light beam formed an interference beam, the when the mirror 19 is displaced in the direction of the axis A-A the further above has described influence on the photodetector 21. The embodiment according to Figure 2 corresponds to the Michelson interferometer.

Im Gehäuse 1 wird durch eine druckdichte Wandung 22, die im vorliegenden Fall aus einem metallischen Faltenbalg gebildet wird, ein Teilraum 23 abgeteilt, der mit dem Innenraum 24 des Führungsrohres 11 kommuniziert.In the housing 1 is through a pressure-tight wall 22, which in the present Case is formed from a metallic bellows, partitioned off a sub-space 23, which communicates with the interior space 24 of the guide tube 11.

Durch eine Verringerung des Volumens des Teilraums 23 wird - da dieser nach außen hin abgedichtet ist- ein Druck aufgebaut, der sich auf die inneren Stirnflächen von Lagemelder 12 und Teleskoprohr 13 überträgt und diese zum Ausfahren bzw. zu einer Berührung mit dem Meßobjekt bringt. Eine solche, ausgefahrene, Stellung ist mit 12a bezeichnet. Hierbei wird durch den Interferenzvorgang am Fotodetektor 21 eine rasche Folge von Hell-/Dunkel-Obergängen erzeugt, die sich am Ausgang des Fotodetektors 21 als elektrische Impulsfolge äußert, die in der nachgeschalteten Signalverarbeitungseinrichtung gemäß Figur 3 in anzuzeigende Meßwerte umsetzbar ist.By reducing the volume of the subspace 23 - since this is sealed to the outside - a pressure is built up, which is on the inner end faces of position indicator 12 and telescopic tube 13 transmits and these to extend or to brings a contact with the measurement object. Such an extended position is labeled 12a. The interference process on the photodetector 21 creates a rapid sequence of light / dark transitions that are at the Output of the photodetector 21 is expressed as an electrical pulse train in the downstream Signal processing device according to FIG. 3 can be converted into measured values to be displayed is.

Gemäß Figur 2 ist der Teilraum 23 von einem Faltenbalg umgeben, in dem auch die Laser-Diode 16 untergebracht ist. Das eine Ende des Faltenbalges ist mit der Wand 14 des Gehäuses 1 druckdicht verbunden, während das andere Ende gleichfalls druckdicht mit einem beweglichen Ringflansch 25 verbunden ist, der das Führungsrohr 11 umgibt.According to Figure 2, the subspace 23 is surrounded by a bellows, in which also houses the laser diode 16. One end of the bellows is connected to the wall 14 of the housing 1 in a pressure-tight manner, while the other end is likewise is pressure-tightly connected to a movable annular flange 25, which the guide tube 11 surrounds.

Eine gleichfalls druckdichte Verbindung zwischen dem Ringflansch und dem Führungsrohr wird durch eine Rollmembran 26 bewirkt, die ebenso wie der Faltenbalg als genormtes Bauteil im Handel erhältlich ist. Es ergibt sich auf diese Weise, daß eine zur Achse A-A parallele Bewegung des Ringflansches 15, dessen Hauptebene im übrigen senkrecht zur Achse A-A verläuft, eine entsprechende Verringerung des Volumens innerhalb des Teilraums 23 zur Folge hat, so daß die gewünschte Ausfahrbewegung des Lagemelders 12 erfolgt.An equally pressure-tight connection between the ring flange and the guide tube is effected by a rolling membrane 26, which like the bellows is commercially available as a standardized component. It turns out in this way that a movement of the annular flange 15 parallel to the axis A-A, its main plane otherwise perpendicular to the axis A-A, a corresponding reduction in Volume within the subspace 23 results, so that the desired extension movement of the position indicator 12 takes place.

Um die Bewegung des Ringflansches 25 von außen herbeiführen zu können, ist dieser mit einer Antriebseinrichtung 27 verbunden, die aus einem hydraulischen Druckgeber 28 und drei auf dem Umfang äquidistant verteilten Drucknehmern 29 besteht. Die Drucknehmer 29 stützen sich auf der Wand 10 des Gehäuses 1 ab und sind mit dem Druckgeber 28 durch je eine Leitung 30 verbunden. Der Druckgeber 28 besteht aus einem nicht näher bezeichneten Zylinder und einem Kolben 28a, der von außen durch einen mechanischen Auslöser 31 betätigbar ist Die Drucknehmer bestehen wiederum aus Faltenbälgen, jedoch versteht sich, daß auch hier ein Kolbenantrieb verwendet werden kann; umgekehrt läßt sich auch der Druckgeber 28 durch einen Faltenbalg verwirklichen. Durch die Obertragung des gleichen Drucks vom Druckgeber 28 auf mehrere Drucknehmer 29 läßt sich eine entsprechende Kraftübersetzung erzielen.In order to be able to bring about the movement of the annular flange 25 from the outside, this is connected to a drive device 27, which consists of a hydraulic Pressure transmitter 28 and three pressure sensors 29 distributed equidistantly on the circumference. The pressure transducers 29 are supported on the wall 10 of the housing 1 and are with the Pressure transmitter 28 connected by a line 30 each. The pressure transmitter 28 consists of one not designated cylinder and a piston 28a, the can be actuated from the outside by means of a mechanical trigger 31 again made of bellows, but it goes without saying that a piston drive is also used here can be used; conversely, the pressure transducer 28 can also be formed by a bellows realize. By transmitting the same pressure from the pressure transmitter 28 to several A corresponding force transmission can be achieved by pressure transducer 29.

In Figur 2 sind noch gestrichelt dargestellt das Anzeigesystem 3 (LCD), das Tastenfeld 5 sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung 32, die anhand von Figur 3 noch näher erläutert wird In einem Batteriefach ist eine Batterie 33 angeordnet; mittels eines externen Anschlusses 34 (Vielfach-Steckverbindung) können Anschlüsse an Maschinensteuerungen, externe Programmspeicher, Rechner und Drucker hergestellt werden.In Figure 2, the display system 3 (LCD) are shown in dashed lines, the keypad 5 and a signal processing device 32, which are based on FIG 3 will be explained in more detail. A battery 33 is arranged in a battery compartment; by means of an external connection 34 (multiple plug connection), connections on machine controls, external program memories, computers and printers will.

In Figur 3 sind wiederum gleiche Teile bzw. Teile mit gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der im Bereich des Interferenzstrahles angeordnete, jedoch erheblich größer dargestellte Fotodetektor 21 enthält zwei Fototransistoren 21a und 21b, die in Verschieberichtung des Lagemelders 12 um ein solches Maß versetzt angeordnet sind, daß die Hell-/Dunkel-Impulse mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad auftreten. Die beiden Signalfolgen dienen zur Richtungserkennung in einer Richtungs-Schaltung 35, die ebenso wie ein Zählerblock 36 Teil eines Zählermoduls 37 ist. Als Zählerblöcke können bevorzugt Vor- und Rückwärtszähler CMOS Typ 4516 und TDL Typ 74 LF 193 verwendet werden. Vom Zählermodul 37 führen mehre-re Ausgänge 38 zu einem Mikracomputer 39, der unter der Typenbezeichnung "80 C 49" von der Firma NEC> Japan hergestellt wird. Es handelt sich hierbei um einen 8-Bit-Rechner, der bei Erfordernis umfangreicherer Rechenoperationen (Messung und Regelung) auch durch einen entsprechenden 16-Bit-Rechner ersetzt werden kann. Der Mikrocomputer 39 besitzt einen Prozessor 39ab, einen Parallel-EingangfAusgang 39b, Decoder 39c und 39d sowie Speicherblöcke, die mit ihren Funktionen ROM, EAROM und RAM bezeichnet sind.In Figure 3 are again the same parts or parts with the same function provided with the same reference numerals. The arranged in the area of the interference beam, however, the photodetector 21, which is shown considerably larger, contains two phototransistors 21a and 21b, which are offset in the direction of displacement of the position indicator 12 by such an amount are arranged that the light / dark pulses with a phase shift of 90 Degrees occur. The two signal sequences are used for direction detection in a directional circuit 35 which, like a counter block 36, is part of a counter module 37 is. The preferred counter blocks are up and down counters CMOS type 4516 and TDL Type 74 LF 193 can be used. Several outputs lead from the counter module 37 38 to a microcomputer 39, which is under the type designation "80 C 49" from the company NEC> Japan is manufactured. This is an 8-bit computer, also when more extensive arithmetic operations (measurement and control) are required can be replaced by a corresponding 16-bit computer. The microcomputer 39 has a processor 39ab, a parallel input 39b, decoder 39c and 39d as well as memory blocks designated by their functions ROM, EAROM and RAM are.

Der- Mikrocomputer 39 erhält seine Zeitimpulse von einem Takt-Generator 40. Durch eine Rückstelltaste 41 können sämtliche Zähler zurückgestellt werden. Der externe Anschluß 34 wurde bereits anhand von Figur 2 erläutert; ein weiterer externer Anschluß 42 kann mit einem nicht dargestellten Rechner verbunden werden.The microcomputer 39 receives its time pulses from a clock generator 40. All counters can be reset by means of a reset button 41. The external connection 34 has already been explained with reference to FIG. 2; another external connection 42 can be connected to a computer (not shown).

Der Mikrocomputer 39 erhält seine Eingabebefehle über das bereits beschriebene Tastenfeld 5a. Es ist über eine Anzeige-Kontrollschaltung 43 mit dem Anzeigesystem 3 verbunden.The microcomputer 39 already receives its input commands via the described keypad 5a. It is via a display control circuit 43 with the Display system 3 connected.

In übereinstimmung mit Figur 3 sind an die Laser-Diode 16 in gut wärmeleitender Verbindung eine Einrichtung 90 zur Stabilisierung der Betriebstemperatur und ein Wärme~ fühler 91 angesetzt. Vom Wärmefühler 91 führt eine Signa.lleitung zu einem analogen Regler 92, der seine Versorgungsspannung über eine Klemme 93 erhält. Der Regler 92 ist über zwei nicht näher bezeichnete Leitungen wiederum mit der Einrichtung 90 verbunden, so daß es auf diese Weise möglich ist, die Betriebstemperatur der Laser-Diode 16 innerhalb außerordentlich enger Grenzen auf einen konstanten Wert zu regeln.In accordance with Figure 3, the laser diode 16 is a good heat conductor Connection a device 90 for stabilizing the operating temperature and a Warmth ~ sensor 91 attached. A signal line leads from the heat sensor 91 to an analog regulator 92, which receives its supply voltage via a terminal 93. The controller 92 is in turn connected to the device via two lines, not shown in detail 90 connected, so that it is possible in this way, the operating temperature of the Laser diode 16 to a constant value within extremely narrow limits to regulate.

Aus dem von der Laser-Diode 16 kommenden Lichtstrahl 16a wird noch vor dem Strahlenteiler 18 ein Teilstrahl 16b ausgeblendet, der zu einem weiteren Fotodetektor 44 geführt wird. Dieser dient zur Intensitätsmessung und gibt sein Ausgangssignal über eine Leitung 45 und einen Analog-Digital-Wandler 46 in den Mikrocomputer 39 ein.The light beam 16a coming from the laser diode 16 still becomes In front of the beam splitter 18, a partial beam 16b is masked out, which leads to a further Photo detector 44 is performed. This is used to measure the intensity and is there Output signal via a line 45 and an analog-to-digital converter 46 into the microcomputer 39 a.

In diesem findet ein Vergleich mit einem vorgegebenen Intensitätswert statt, und etwaige Abweichungen werden durch einen Digital-Analog-Wandler 47 als Korrektur-Signal einer auf einen konstanten Strom steuerbaren Stromquelle 48 zugeführt, deren Ausgang über eine Leitung 49 mit der Laser-Diode 16 verbunden ist. Auf die angegebene Weise wird die Laser-Diode 16 auf konstante Emissionsdaten (Wellenlänge, Intensität) geregelt.In this there is a comparison with a predetermined intensity value instead, and any deviations are recognized by a digital-to-analog converter 47 as Correction signal supplied to a current source 48 controllable to a constant current, the output of which is connected to the laser diode 16 via a line 49. On the indicated way the laser diode 16 is on constant emission data (wavelength, Intensity).

Dem Mikrocomputer 39 sind noch die Ausgänge von Fühlern 50, 51 und 52 aufgeschaltet, die in Wirklichkeit im Strahlengang, d.h. im Führungsrohr 11 angeordnet sind, und zwar ist der Fühler 50 ein Temperaturfühler, der Fühler 51 ein Druckfühler und der Fühler 52 ein Feuchtigkeitsfühler.The microcomputer 39 are still the outputs of sensors 50, 51 and 52 switched on, which in reality are arranged in the beam path, i.e. in the guide tube 11 are, namely the sensor 50 is a temperature sensor, the sensor 51 is a pressure sensor and sensor 52 a humidity sensor.

Die Aufschaltung der Ausgänge dieser Fühler erfolgt ebenso wie die des Ausgangs des Fotodetektors 44 über einen Multiplexer 53, d.h. die Abfrage erfolgt in zeitlichen Intervallen. In dem Mikrocomputer 39 wird eine Kompensationsoperation für die genannten Meßwerte durchgeführt.The connection of the outputs of these sensors takes place in the same way as the the output of the photodetector 44 via a multiplexer 53, i.e. the interrogation takes place at time intervals. In the microcomputer 39, a compensation operation is performed carried out for the stated measured values.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die Laser-Diode 16 mit dem Kollimator 17 in einem Gehäuse 54 mit einem Deckel 55 untergebracht Das Gehäuse ist mit einem ersten Teil 56 einer Maschine, beispielsweise mit dem Maschinenbett verbunden, und zwar über einen Befestigungsflansch 57. Auf diese Weise wird das Gehäuse 54 stationär gehalten Der Lagemelder 12 ist im vorliegenden Falle als äußerstes Führungsrohr für Tel es koprohre 58 und 59 ausgebildet.In the embodiment of Figure 4, the laser diode 16 is with the collimator 17 housed in a housing 54 with a cover 55 The housing is with a first part 56 of a machine, for example with the machine bed connected via a mounting flange 57. In this way, the Housing 54 held stationary. The position indicator 12 is in the present case as extreme Guide tube for Tel es koprohre 58 and 59 formed.

Der Lagemelder 12 ist in einem weiteren Gehäuse 60 mit einem Deckel 61 untergebracht, das über einen Befestigungsflansch 62 mit einem zweiten Teil 63 der Maschine verbunden ist. Dieses zweite Teil 63 ist im vorliegenden Falle in Richtung des Doppelpfeils 64 in Richtung der Achse A-A verschiebbar; es kommt jedoch hier lediglich auf die Relativbewegung zwischen den einzelnen Baugruppen an. Bei dem Teil 63 handelt es sich beispielsweise um den Support einer Werkzeugmaschine.The position indicator 12 is in a further housing 60 with a cover 61 housed, which via a fastening flange 62 with a second part 63 connected to the machine. This second part 63 is in the present case in the direction of the double arrow 64 displaceable in the direction of the axis A-A; however, it comes here only on the relative movement between the individual assemblies. In which Part 63 is, for example, the support of a machine tool.

Der bewegliche Spiegel 19 ist am inneren Ende des Lagemelders 12 in der Weise angebracht, daß das von ihm reflektierte Licht in Richtung der Achse A-A (Kollimatorachse) bzw. parallel hierzu reflektiert wird. Der Ab- stand dieses Spiegels entspricht infolgedessen exakt der Lage des beweglichen Teils 63. Die Teleskoprohre 58 und 59 verlaufen koaxial zur Achse A-A und sind gut abgedichtet ineinander sowie in dem gleichfalls als Rohr ausgebildeten Lagemelder 12 geführt.The movable mirror 19 is at the inner end of the position indicator 12 in mounted so that the light reflected from it in the direction of the axis A-A (Collimator axis) or is reflected parallel to it. From the- was standing this mirror consequently corresponds exactly to the position of the movable part 63. The telescopic tubes 58 and 59 are coaxial with the axis A-A and are well sealed one inside the other as well as in the position indicator 12, which is also designed as a tube.

Das amweitesten gegenüber dem Lagemelder 12 verfahrbare Teleskoprohr 59 besitzt einen Flansch 65, durch den es mittels einer überwurfmutter 66 mit dem Gehäuse 54 verbunden ist. Lagemelder 12 und Teleskoprohre 58, 59 bilden zusammen eine Schutzeinrichtung 67 für den Meßlichtstrahl auf seinem Wege zum Spiegel 19 und zurück.The telescopic tube that can be moved farthest from the position indicator 12 59 has a flange 65 by means of a union nut 66 with the Housing 54 is connected. Position indicators 12 and telescopic tubes 58, 59 form together a protective device 67 for the measuring light beam on its way to the mirror 19 and back.

Wie aus Figur 4 weiter zu erkennen ist, sind Laser-Diode 16 und Kollimator 17 in einer Adapterhülse 68 angeordnet, an deren Ende im Bereich des Kreuzungspunktes "K" von Meß- und Referenzlichtstrahl der Strahlenteiler 18, das mindestens teilweise reflektierende optische Element 20 und der mindestens eine Fotodetektor 21 angeordnet sind. Die Adapterhülse 68 fluchtet dabei mit der Schutzeinrichtung 67. Die Adapterhülse 68 ist über einen Flansch 69 mit einer Trennwand 70 im Gehäuse 54 verbunden, hinter der sich eine Platine 71 mit der Signalverarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt) befindet. Mit dieser Platine ist sowohl die Laser-Diode 16 über eine Steckverbindung 72 als auch der Fotodetektor 21 über eine Leitung 73 verbunden. Von der Platine 74 führen nicht näher bezeichnete Leitungen zu einem externen Anschluß 34.As can also be seen from FIG. 4, there are laser diode 16 and collimator 17 arranged in an adapter sleeve 68, at the end of which in the area of the intersection point "K" of the measuring and reference light beam of the beam splitter 18, at least partially reflective optical element 20 and the at least one photodetector 21 arranged are. The adapter sleeve 68 is aligned with the protective device 67. The adapter sleeve 68 is connected via a flange 69 to a partition 70 in the housing 54, behind which is a circuit board 71 with the signal processing device (not shown) is located. Both the laser diode 16 is connected to this circuit board via a plug connection 72 and the photodetector 21 are connected via a line 73. From the board 74 lead unspecified lines to an external connection 34.

Figur 5 zeigt im oberen Teil eine analoge Einrichtung wie- Figur 4 jedoch mit dem Unterschiede daß der Lagemelder 12 in Form eines radialen Auslegers ausgebildet ist, der durch die Schutzeinrichtung 67 hindurchgeführt ist. Der Lagemelder 12 trägt an seinem inneren Ende den verschiebbaren Spiegel 19 und an seinem äußeren freien Ende. eine Tasteinrichtung 74 für die Erfassung der Position eines Werkstücks etc.In the upper part, FIG. 5 shows a device similar to FIG. 4 but with the difference that the position indicator 12 is in the form of a radial arm is formed, which is passed through the protective device 67. The situation reporter 12 carries the sliding mirror 19 at its inner end and at its outer end free end. a sensing device 74 for detecting the position of a workpiece Etc.

Gemäß Figur 5 ist dem Interferometersystem mit dem bewegl ichen Spiegel 19 ein Referen-z-Interferometersystem 75 mit einem gegenüber den übrigen optischen Elementen feststehenden Spiegel 76 angeordnet. Die übrigen optischen Elemente werden in analoger Weise durch einen Strahlenteiler T7 und einen weiteren feststehenden Spiegel 78 gebildet. Das Referenz-tnterferometersystem 75 erhält Laserlicht von der gleichen Laser-Diode 15, indem durch- entsprechende, im einzelnen nicht dargestellte optische Elemente ein weiterer Strahlengang 16c ausgeblendet wird. Zum Referenz-Interferometersystem 75 gehört weiterhinvein Fotodetektor 79, der in analoger Weise wie der Fotodetektor 21 aus zwei Fototransistoren 79a und 79b besteht,. welche den Durchgang von Hell-Dunkel-Obergängen ebenso erkennen, wie deren Laufrichtung.According to Figure 5 is the interferometer system with the movable ichen mirror 19 shows a reference z interferometer system 75 with an optical system compared to the other Elements fixed mirror 76 arranged. The remaining optical elements are in an analogous manner by a beam splitter T7 and another stationary one Mirror 78 is formed. The reference interferometer system 75 receives laser light from the same laser diode 15 by corresponding, not shown in detail optical elements a further beam path 16c is hidden. To the reference interferometer system 75 also belongs to a photodetector 79, which works in an analogous manner to the photodetector 21 consists of two phototransistors 79a and 79b. which the passage of light-dark transitions recognize as well as their direction of travel.

Durch das Referent-Interferometersystem ist es möglich, sämtliche Veränderungen im Interferometersystem in proportionaler Weise zu erkennen und damit die Vorgänge im Interferometersystem zu kompensieren.The referent interferometer system makes it possible to do all To recognize changes in the interferometer system in a proportional manner and thus to compensate for the processes in the interferometer system.

Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Referenz-lnterferometersystems über eine Leitung 80 dem Mikrocomputer 39 aufgeschaltet, in dem eine weitere, hier nicht dargestellte, Zähleinrichtung für die Zählung der Hell-/Dunkel-Folgen und die Laufrichtungserkennung angeordnet ist, deren Zählergebnis unter Berücksichtigung des Vorzeichens zu dem Zählergebnis des Haupt-Interferometer-Systems hinzu addiert wird. Der Laser-Diode 16 ist im vorliegenden Fall lediglich ein Kühl körper 94 zugeordnet, der in gewissen Grenzen einen Temperaturanstieg zuläßt, jedoch übermäßige Temperaturen der Laser-Diode 16 verhindert. Derartige Kühl körper sind von Halbleiterschaltungen her bekannt und werden daher nicht näher erläutert.For this purpose the output of the reference interferometer system is used connected to the microcomputer 39 via a line 80, by doing another, not shown here, counting device for counting the light / dark sequences and the direction of travel detection is arranged, the counting result of which is taken into account of the sign is added to the count of the main interferometer system will. In the present case, only one cooling body 94 is assigned to the laser diode 16, which allows a temperature rise within certain limits, but excessive temperatures the laser diode 16 prevents. Such cooling bodies are made of semiconductor circuits known and are therefore not explained in more detail.

Die Laser-Doode 16 erhält ihren Betriebsstrom (Injektionsstrom) über eine Stromquelle 48, die hier jedoch nicht geregelt, sondern lediglich auf einen konstanten Strom eingestellt ist. Die Stromquelle 48 erhält den Betriebsstrom über einen Klemme 95. In weiteren Merkmalen stimmt die Signalverarbeitungseinrichtung nach Figur 5 mit derjenigen nach Figur 3 überein, so daß die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden. Es ist jedoch erkennbar, daß die Fühler 50 bis 52 und jegliche Regeleingriffe für die Laser-Diode 16 hier fehlen, undldaß eine Kompensationshandlung lediglich über das Referenz-Interferenzsystem 75 und den Mikrocomputer 39 durchgeführt wird.The laser doodle 16 receives its operating current (injection current) a power source 48, which is not regulated here, but only on one constant current is set. The power source 48 receives the operating current via a terminal 95. The signal processing device is correct in other features according to FIG. 5 corresponds to that according to FIG. 3, so that the same reference numerals were used. It can be seen, however, that sensors 50-52 and any Control interventions for the laser diode 16 are missing here, and that a compensation action only carried out via the reference interference system 75 and the microcomputer 39 will.

Figur 6 zeigt ein externes Anzeigegerät 81 , das beispielsweise mit den externen Ausgängen 34 von drei unter ferometersystemen gemäß den Figuren 4 und 5 verbunden ist.Figure 6 shows an external display device 81, for example with the external outputs 34 of three sub ferometer systems according to Figures 4 and 5 is connected.

Deren Achsen sind an einer Maschine im X-Y-Z-Koordinatensystem angeordnet, so daß eine räumliche Erfassung von Meßobjkten möglich ist. Das Gerät besitzt ein Gehäuse 82 mit einer Vorderseite 83, in der drei Anzeigefelder 84, 85 und 86 für die Koordinaten X, Y und Z angeordnet sind.Their axes are arranged on a machine in the X-Y-Z coordinate system, so that a spatial detection of measurement objects is possible. The device has a Housing 82 with a front side 83, in the three display fields 84, 85 and 86 for the coordinates X, Y and Z are arranged.

Recht daneben befinden sich Rückstelltasten 87 für die Rückstellung der einzelnen Anzeigen. Wiederum rechts daneben befindet sich ein Tastenfeld 88, mit dem Sollwerte für die Koordinaten X, Y und Z eingegeben und bestimmte Programme und Rechenoperationen ausgelöst werden können.To the right there are reset buttons 87 for resetting of the individual advertisements. Again to the right of it is a keypad 88, with the setpoints for the coordinates X, Y and Z entered and certain programs and arithmetic operations can be triggered.

Dte Vorderseite besitzt schließlich noch einen Wahlschalter 89 für die Einstellung der jeweils gewünschten Koordinaten.Finally, the front side has a selector switch 89 for the setting of the required coordinates.

Das externe Anzeigegerät läßt sich sehr einfach an einer Maschine anbringen und ermöglicht eine zentrale überwachung der Meßergebnisse auf kleinstem Raum.The external display device can be very easily attached to a machine attach and enables a central monitoring of the measurement results on the smallest Space.

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Claims (17)

Patentansprüche: 1. Längenmeßvorrichtung mit Lagemelder nach dem Zweistrahl-Laser-Interferometerprinzip mit einer von einer Stromquelle versorgten Laser-Lichtquelle, einem in deren optischer Achse angeordneten Strahlenteiler für die Aufteilung des Lichtstrahls in einen Meßlichtstrahl und einen im Winkel hierzu ausgerichteten Referenzlichtstrahl, mit einem den Meßlichtstrahl mit Querversatz parallel zur optischen Achse reflektierenden beweglichen, mit dem Lagemelder verbundenen Spiegel mit mindestens teilweise reflektierenden weiteren optischen Element (zweiter Spiegel oder zweiter Strahlenteiler). sowie mit mindestens einem im Interferenzbereich der Strahlengänge liegenden Fotodetektor, dessen Ausgang bzw. deren Ausgänge einer Auswerteschaltung mit einer Zähleinrichtung für die Zählung der Hell-/Dunkel-Foloen einschließlich einer Richtungserkennung und mit einem digitalen Anzeigesystem aufgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Lichtquelle eine Laser-Diode (16) für die Erzeugung von gleichzeitig lateral, transversal und longitudinal im wesentlichen mono-modigem Laser-Licht mit einer Kohärenzlänge ist, die mindestens der zu messenden Länge entspricht, und daß die Längenmeßvorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Beseitigung der Einflüsse von Betriebs- und Umgebungsparametern besitzt.Claims: 1. Length measuring device with position indicator based on the two-beam laser interferometer principle with one laser light source supplied by a power source, one in its optical one Axis arranged beam splitter for splitting the light beam into a measuring light beam and a reference light beam aligned at an angle thereto, with a measuring light beam movable with transverse offset parallel to the optical axis reflective, with the Position indicator connected mirror with at least partially reflective further optical element (second mirror or second beam splitter). as well as at least a photodetector located in the interference area of the beam paths, its output or the outputs of an evaluation circuit with a counter for counting the light / dark foloen including a directional recognition and with a digital one Display system are switched on, characterized in that the laser light source a laser diode (16) for the generation of lateral, transversal and simultaneously longitudinal is essentially mono-mode laser light with a coherence length, which corresponds at least to the length to be measured, and that the length measuring device at least one device for eliminating the effects of operating and environmental parameters owns. 2. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Diode (16) eine solche mit einer Emissionswellenlänge von 800 nm ist.2. Length measuring device according to claim 1, characterized in that the laser diode (16) is one with an emission wavelength of 800 nm. 3. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Diode (16) eine Einrichtung zur Stabilisierung ihrer Betriebstemperatur aufweist.3. Length measuring device according to claim 1, characterized in that the laser diode (16) a device for stabilizing its operating temperature having. 4. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Diode (16) an eine stromstabilisierte, steuerbare Stromquelle (48) angeschlossen ist.4. Length measuring device according to claim 1, characterized in that the laser diode (16) is connected to a current-stabilized, controllable current source (48) is. 5. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser-Diode (16) zur tntensitätsmessung ein weiterer Fotodetektor (44) zugeordnet ist, dessen Ausgangssignal über einen Analog-Digital-Wandler (46) einem Mikrocomputer (39) aufgeschaltet ist, in dem ein Vergleich mit einem vorgegebenen Intensitäts-Sollwert durchführbar ist, und daß das entsprechende Ausgangssignal als Korrektursignal über einen Digital-Analog-Wandler (47) der Stromquelle (48) für den Strom der Laser-Diode (16) zuführbar ist.5. Length measuring device according to claim 4, characterized in that a further photodetector (44) is assigned to the laser diode (16) for intensity measurement is, whose output signal via an analog-to-digital converter (46) to a microcomputer (39) is switched on, in which a comparison with a predetermined intensity setpoint value is feasible, and that the corresponding output signal as a correction signal over a digital-to-analog converter (47) of the current source (48) for the current of the laser diode (16) can be supplied. 6. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale von Fühlern (50, 51, 52) für Temperatur (50), Druck (51) und Feuchte (52) im Strahlengang über einen Analog-Digital-Wandler (46) einem Mikrocomputer (39) aufgeschaltet sind, in dem eine Kompensationsoperation für die genannten Großen durchführbar ist.6. Length measuring device according to claim, characterized in that the output signals from sensors (50, 51, 52) for temperature (50), pressure (51) and Moisture (52) in the beam path via an analog-digital converter (46) to a microcomputer (39) are activated, in which a compensation operation for the named large is feasible. 7. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Interferometersystem mit beweglichem Spiegel (19) ein Referenz-Interferometersystem (75) mit einem gegenüber den übrigen optischen Elementen feststehenden Spiegel (76) vorhanden ist, welches Referenz-Interferometersystem (75) vom Licht der gleichen Laser-Diode (16) beaufschlagt ist, und daß der Ausgang des Referenz-Interferometersystems (75) einer weiteren Zähleinrichtung für die Zählung der Hell-/Dunkel-Folgen und die Laufrichtungserkennung zum Zwecke einer Kompensationsoperation für die Wellenlängenänderung aufgeschaltet ist. 7. Length measuring device according to claim 1, characterized in that that in addition to the interferometer system with movable mirror (19) a reference interferometer system (75) with a mirror (76) which is fixed in relation to the other optical elements is present, which reference interferometer system (75) from the light of the same Laser diode (16) is applied, and that the output of the reference interferometer system (75) a further counter for counting the light / dark sequences and the direction of travel detection for the purpose of a compensation operation for the change in wavelength is activated. 8. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung einen Mikrocomputer (39) aufweist, der in der Weise ausgelegt und geschaltet ist, daß wahlweise eine Anzeige des maximalen, des minimalen oder eines optimierten Meßwertes oder der Relation des Meßwertes zu einem Toleranzfeld durchführbar ist. 8. Length measuring device according to claim 1, characterized in that that the signal processing device comprises a microcomputer (39) which in is designed and switched in such a way that optionally a display of the maximum, of the minimum or an optimized measured value or the relation of the measured value to a tolerance field is feasible. 9. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (39) einen Programmspeicher für mindestens ein Meßprogramm und dessen Meßwertverarbeitung aufweist. 9. Length measuring device according to claim 8, characterized in that that the microcomputer (39) has a program memory for at least one measuring program and its measured value processing. 10. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmspeicher zur Aufnahme von Rechenprogrammen zur Signalverarbeitung ausgelegt ist.10. Length measuring device according to claim 9, characterized in that that the program memory for receiving computer programs for signal processing is designed. 11. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Längenmeßvorrichtungen in einem X-Y-Z-Koordinatensystem angeordnet sind und daß deren Ausgänge einem gemeinsamen Anzeigegerät (81) aufgeschaltet sind.11. Length measuring device according to claim 1, characterized in that that three length measuring devices are arranged in an X-Y-Z coordinate system and that their outputs are connected to a common display device (81). 12. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Diode (16) innerhalb eines Gehäuses (1) untergebracht ist, in dessen gegenüber liegender Wand (10) ein Führungsrohr (11) angeordnet ist, dessen Achse zur optischen Achse (A-A) des Kollimators (17) parallel verläuft und in dem der als Taststift ausgebildete Lagemelder (12) mit dem beweglichen Spiegel (19) längsverschiebbar gelagert ist.12. Length measuring device according to claim 1, characterized in that that the laser diode (16) is housed within a housing (1) in which opposite wall (10) a guide tube (11) is arranged, the axis of which to the optical axis (A-A) of the collimator (17) runs parallel and in which the Position indicator (12) designed as a stylus with the movable mirror (19) is longitudinally displaceable is stored. 13. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler (18), das mindestens teilweise reflektierende optische Element (20) und der mindestens eine Fotodetektor (21) am inneren Ende des Führungsrohres (11) im Bereich des Kreuzungspunkts "K" von Meß- und Referenzlichtstrahl angeordnet sind.13. Length measuring device according to claim 12, characterized in that that the beam splitter (18), the at least partially reflective optical element (20) and the at least one photodetector (21) at the inner end of the guide tube (11) arranged in the area of the intersection point "K" of the measuring and reference light beams are. 14. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Anzeigesystem (3) in das Gehäuse (1) mit der Laser-Diode (16) integriert ist.14. Length measuring device according to claim 12, characterized in that that the digital display system (3) is integrated into the housing (1) with the laser diode (16) is. 15. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Diode (16) mit dem Kollimator (17) in einem Gehäuse (54) untergebracht ist, das mit einem ersten Teil (56) einer Maschine verbunden ist, daß der Lagemelder (12) mit dem beweglichen Spiegel (19) mit einem zum ersten Teil (56) relativ beweglichen zweiten Teil (63) der Maschine verbunden ist, und daß Lagemelder (12) und Gehäuse (54) über eine die optische Achse (A-A) umhüllende, längenveränderbare Schutzeinrichtung (67) verbunden sind.15. Length measuring device according to claim 1, characterized in that that the laser diode (16) is housed with the collimator (17) in a housing (54) is that is connected to a first part (56) of a machine that the position indicator (12) with the movable mirror (19) with a relative to the first part (56) movable second part (63) of the machine is connected, and that position indicator (12) and housing (54) via a length-adjustable protective device enveloping the optical axis (A-A) (67) are connected. 16. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagemelder (12) in einem weiteren Gehäuse (60) untergebracht ist, daß mit dem zweiten Teil (63) der Maschine verbunden ist.16. Length measuring device according to claim 15, characterized in that that the position indicator (12) is housed in a further housing (60) that with the second part (63) of the machine is connected. 17. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Laser-Diode (16) und Kollimator (17) in einer Adapterhülse (68) untergebracht sind, an deren Ende im Bereich -des Kreuzungspunktes K" von Meß- und Referenzlichtstrahl der Strahlenteiler (18), das mindestens teilweise reflektierende optische Element (20) und der mindestens eine Fotodetektor (21) angeordnet sind.17. Length measuring device according to claim 15, characterized in that that laser diode (16) and collimator (17) housed in an adapter sleeve (68) are, at the end in the area of the intersection point K "of the measuring and reference light beam the beam splitter (18), the at least partially reflective optical element (20) and the at least one photodetector (21) are arranged.
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