DE10260256B4

DE10260256B4 - Interferometersystem und Meß-/Bearbeitungswerkzeug

Info

Publication number: DE10260256B4
Application number: DE2002160256
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Hauger; Theo Lasser; Augustin Dr. Siegel; Frank Dr. Höller; Klaus Dr. Knupfer; Ludwin Dr. Monz; Herbert Dr. Gross
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: WO2004057266A2; DE10260256A1; DE10392656B4; WO2004057266A8; DE10260256B9; WO2004057266A3; AU2003290103A1; DE10392656D2

Abstract

Interferometersystem mit einem Meßkopf (36) zum Senden von Beleuchtungsstrahlung (48) auf ein Objekt (9) und zum Empfang von von dem Objekt (9) zurückgeworfener Detektionsstrahlung (57), wobei eine Anordnung des Meßkopfes (36) mit einem Arbeitsabstand von dem Objekt (9) vorgesehen ist, und wobei das Interferometersystem (41) eine erste Strahlungsquelle (43) zur Bereitstellung von Strahlung (45) mit einer vorbestimmten ersten Kohärenzlänge, ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten teilreflektierenden Grenzflächen (52, 53), eine Strahlungsweiche (49) und einen Detektor (61) umfaßt, wobei
eine erste Grenzfläche (53) des Grenzflächenpaares (52, 53) in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und dem Objekt (9) angeordnet ist,
eine zweite Grenzfläche (52) des Grenzflächenpaares (52, 53) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und der ersten Grenzfläche (53) angeordnet ist, und
die Strahlungsweiche (49) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und der ersten Grenzfläche (53) angeordnet ist, und wobei
die erste Grenzfläche...

Description

Die Erfindung betrifft ein Interferometersystem sowie ein Werkzeug, insbesondere ein Meßwerkzeug oder/und ein Bearbeitungswerkzeug, mit einem solchen Interferometersystem.

Beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 101 22 200 A1 ist ein Koordinatenmeßgerät mit einer Werkstückhalterung zur Anbringung eines zu vermessenden bzw. anzutastenden Werkstücks und einem bezüglich der Werkstückhalterung räumlich verlagerbaren Tastkopf bekannt. An dem Tastkopf ist ein Taststift in einer Ruhelage bezüglich des Tastkopfes gehaltert, wobei Auslenkungen des Taststiftes aus dieser Ruhelage gegen eine Federkraft möglich sind und von dem Tastkopf registriert werden. Zur Bestimmung von Koordinaten einer Oberfläche des Werkstücks wird der Tastkopf bezüglich der Werkstückhalterung räumlich verfahren, bis eine Spitze des Taststiftes, welche beispielsweise die Gestalt einer Kugel aufweisen kann, mit der Oberfläche des Werkstückes in Berührungskontakt kommt. Dies führt zu einer Auslenkung der Tastspitze aus ihrer Ruhelage, was von dem Tastkopf registriert wird. Sodann werden die Relativpositionen des Tastkopfes bezüglich der Werkstückhalterung bestimmt, woraus die Koordinaten des Punktes auf der Oberfläche des Werkstückes ermittelt werden können, an welchem der Berührkontakt zwischen Werkstückoberfläche und Taststift stattfindet. Es können auf ähnliche Weise weitere Koordinaten von Oberflächenpunkten des Werkstückes ermittelt werden. Es ist ebenfalls möglich, den Tastkopf relativ zu dem Werkstück so zu verfahren, daß der Taststift mit einer vorbestimmten Anlagekraft gegen die Werkstückoberfläche gedrückt wird, so daß die Werkstückoberfläche nach und nach systematisch abgetastet werden kann, um deren Geometrie zu vermessen.

Das bekannte Koordinatenmeßgerät setzt zur Ermittlung von Koordinaten der Werkstückoberfläche einen mechanischen Kontakt zwischen der Werkstückoberfläche und dem Meßkopf voraus. Dies kann zum einen bei empfindlichen Werkstücken zu einer Beschädigung oder Deformation des Werkstückes selbst führen und zum anderen, insbesondere bei miniaturisierten Tastköpfen, zu einer Beschädigung des Tastkopfes bzw. Taststiftes selbst, wenn dessen Annäherung an das Werkstück mit einer zu hohen Geschwindigkeit erfolgt.

Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug, insbesondere ein Meßwerkzeug oder/und ein Bearbeitungswerkzeug vorzuschlagen, welches einen berührungslos arbeitenden Tastkopf aufweist.

Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Interferometersystem vorzuschlagen, welches als ein Abstandssensor arbeiten kann und insbesondere in einem Tastkopf des Werkzeuges einsetzbar ist.

Hierzu schlägt die Erfindung unter einem ersten Aspekt ein Interferometersystem mit einem Meßkopf zum Senden von Beleuchtungsstrahlung auf ein Objekt und zum Empfang von von dem Objekt zurückgeworfener Detektionsstrahlung vor, wobei eine Anordnung des Meßkopfes mit einem Arbeitsabstand von dem Objekt vorgesehen ist.

Das Interferometersystem umfaßt insbesondere eine erste Strahlungsquelle zur Bereitstellung von Strahlung mit einer vorbestimmten ersten Kohärenzlänge, ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten teilreflektierenden Grenzflächen, eine Strahlungsweiche und einen Detektor. Das Interferometersystem stellt insbesondere einen Beleuchtungsstrahlengang für auf das Objekt gerichtete Beleuchtungsstrahlung bereit. In dem Beleuchtungsstrahlengang ist vorzugsweise die erste Grenzfläche des Grenzflächenpaares zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt angeordnet, eine zweite Grenzfläche des Grenzflächenpaares zwischen der Strahlungsquelle und der ersten Grenzfläche angeordnet und die Strahlungsweiche zwischen der Strahlungsquelle und der ersten Grenzfläche angeordnet.

Ferner stellt das Interferometersystem insbesondere einen Detektionsstrahlengang für die von dem Objekt zurückgeworfene Detektionsstrahlung bereit. In dem Detektionsstrahlengang ist die erste Grenzfläche zwischen dem Objekt und dem Detektor angeordnet und die Strahlungsweiche zwischen der ersten Grenzfläche und dem Detektor angeordnet.

Bei diesem Aufbau des Interferometersystems ergeben sich dann an dem Detektor aufgrund von konstruktiven bzw. destruktiven interferenten Strahlungsüberlagerungen Erhöhungen und Abschwächungen eines Detektionssignals, wenn eine optische Weglänge zwischen der ersten Grenzfläche und dem Objekt in einem Bereich um einer optischen Weglänge zwischen den beiden Grenzflächen liegt. Derartige Signalerhöhungen bzw. -abschwächungen sind durch eine Auswerteschaltung des Interferometersystems detektierbar, so daß von der Schaltung ein Signal ausgegeben werden kann, welches anzeigt, ob der Meßkopf mit im wesentlichen dem vorbestimmten Arbeitsabstand von dem Objekt angeordnet ist oder nicht. Diese Detektion ist ohne direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Meßkopf und dem Objekt möglich, weshalb das Interferometersystem beispielsweise als Ersatz für einen einen mechanischen Kontakt registrierenden Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes dienen kann.

Vorzugsweise ist die Strahlungsweiche in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der zweiten Grenzfläche und der Strahlungsquelle angeordnet, es ist jedoch ebenfalls bevorzugt die Strahlungsweiche zwischen dem Grenzflächenpaar anzuordnen.

Die erste Kohärenzlänge ist vorzugsweise kürzer als der Arbeitsabstand und insbesondere wesentlich kürzer als ein Abstand zwischen der ersten Grenzfläche und dem Objekt, wenn dieses mit dem Arbeitsabstand von dem Meßkopf angeordnet ist. Vorzugsweise umfaßt das Interferometersystem eine Fokussieroptik zur Fokussierung der von der ersten Strahlungsquelle bereitgestellten Strahlung in einem ersten Beleuchtungsstrahlungsfokus, welche mit einem Abstand von dem Meßkopf angeordnet ist, der im wesentlichen dem Arbeitsabstand entspricht.

Es sind dann vorzugsweise eine zweite Strahlungsquelle zur Bereitstellung von Strahlung ebenfalls einer vorbestimmten Kohärenzlänge vorgesehen, wobei die von der ersten und der zweiten Strahlungsquelle bereitgestellten Strahlungen in dem Beleuchtungsstrahlengang überlagert sind. Hierbei unterscheiden sich die von der ersten bzw. der zweiten Strahlungsquelle bereitgestellten Strahlungen hinsichtlich ihrer Wellenlänge, so daß die Fokussieroptik die jeweilige Strahlung an verschiedenen Beleuchtungsstrahlungsfoki fokussiert, welche mit unterschiedlichem Abstand von dem Meßkopf angeordnet sind. Es ist somit möglich, festzustellen, ob das Objekt nahe dem ersten, nahe dem zweiten oder nahe einem möglichen weiteren Beleuchtungsstrahlungsfokus angeordnet ist.

Um festzustellen, ob das Objekt mit in etwa dem Arbeitsabstand von dem Meßkopf angeordnet ist, ist vorzugsweise wenigstens eine Grenzfläche des Grenzflächenpaares mittels eines Antriebes relativ zu dem Meßkopf verlagerbar. Bei einer Untersuchung des von dem Interferometersystem bereitgestellten Meßsignals in Abhängigkeit von der Verlagerung der wenigstens einen Grenzfläche relativ zu dem Meßkopf ist es dann möglich, festzustellen, ob das Objekt in einem Bereich um den vorbestimmten Arbeitsabstand von dem Meßkopf liegt.

Das Grenzflächenpaar kann, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, durch zwei einander gegenüberliegende Oberflächen eines transparenten Körpers bereitgestellt sein. Ebenfalls bevorzugt ist es jedoch, das Grenzflächenpaar durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete transparente Platten bereitzustellen. Bei einer Realisierung des Interferometersystems mittels lichtleitender Fasern ist es weiterhin bevorzugt, in einer der lichtleitenden Fasern mit Abstand voneinander angeordnete teilreflektierende Strukturen, beispielsweise als Bragg-Gitter, bereitzustellen, um das Grenzflächenpaar zu realisieren.

Das Interferometersystem ist vorzugsweise ein Weißlicht-Interferometersystem, das heißt die von der ersten Strahlungsquelle bereitgestellte Strahlung weist eine Kohärenzlänge auf, die in etwa der Genauigkeit, mit der eine Bestimmung des Abstandes zwischen dem Meßkopf und dem Objekt möglich ist, entspricht. Ist das Objekt zunächst mit einem Abstand von dem Meßkopf angeordnet, welcher größer ist als der vorbestimmte Arbeitsabstand, und wird der Meßkopf sodann mit einer konstanten Geschwindigkeit dem Objekt angenähert, so treten in einem Bereich um den vorbestimmten Arbeitsabstand abwechselnd Signalerhöhungen aufgrund konstruktiver Interferenz und Signalabschwächungen aufgrund destruktiver Interferenz auf. Die Abfolge der Signalerhöhungen bzw. -abschwächungen tritt mit einer Frequenz auf, welche von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sich der Meßkopf und das Objekt einander annähren. Da das Detektionssignal des Interferometersystems mit einem starken Rauschen behaftet ist, ist es vorteilhaft, das Detektionssignal einer Frequenzfilterung, insbesondere Bandpaßfilterung, zu unterwerfen, um die Anordnung des Objekts in einem Bereich um den vorbestimmten Arbeitsabstand zu registrieren.

Unter einem weiteren Aspekt geht die Erfindung aus von einem Weißlicht-Interferometersystem mit einem ersten Detektor und einer Verarbeitungsschaltung für von dem ersten Detektor bereitgestellten Meßsignalen, wobei die Verarbeitungsschaltung einen Frequenzfilter für Signale umfaßt, welche eine von dem ersten Detektor registrierte Strahlungsintensität repräsentieren.

Die Erfindung zeichnet sich unter diesem Aspekt dadurch aus, daß an dem Meßkopf ein Geschwindigkeitsmeßsystem vorgesehen ist, welches ein Geschwindigkeitssignal bereitstellt, das eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und dem Meßkopf repräsentiert. Es wird dann der Frequenzfilter für die Signale des ersten Detektors in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal eingestellt. Hierdurch ist es möglich, die Auswertung der Signale des ersten Detektors des Weißlicht-Interferometers im wesentlichen optimal auf eine an sich unbekannte Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt einzustellen.

Vorzugsweise umfaßt das Geschwindigkeitsmeßsystem einen Strahlengang für eine von einer dritten Strahlungsquelle bereitgestellte Strahlung mit einer großen Kohärenzlänge. Auch diese Strahlung wird zu dem Objekt hin ausgesendet, und von dem Objekt zurückkommende Strahlung wird in interferente Überlagerung mit einer Referenzstrahlung gebracht, so daß, im wesentlichen unabhängig von dem Abstand zwischen Meßkopf und Objekt, abwechselnd eine interferente Signalerhöhung bzw. -abschwächung bei der Detektion dieser Strahlung entsteht und aus der Frequenz dieser Signalerhöhungen bzw. -abschwächungen die Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt wenigstens hinsichtlich ihrer absoluten Größe bestimmbar ist.

Vorzugsweise sind die Strahlengänge für die Strahlung der kurzen Kohärenzlänge und die Strahlung der großen Kohärenzlänge zwischen Meßkopf und Objekt einander überlagert. Für die von dem Objekt zurückgeworfene Strahlung der kurzen Kohärenzlänge und die von dem Objekt zurückgeworfene Strahlung der großen Kohärenzlänge sind vorzugsweise separate Detektoren vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, beide Strahlungen mit einem gemeinsamen Detektor nachzuweisen.

Unter einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Werkzeug vor, welches eine Werkstückplattform zur Anbringung eines Werkstückes, einen Werkzeugkopf und eine den Werkzeugkopf tragende Verlagerungsmechanik zur Verlagerung des Werkzeugkopfes relativ zu der Werkstückplattform umfaßt. Hierbei umfaßt das Werkzeug dann vorzugsweise eines der vorangehend beschriebenen Interferometersysteme, wobei dessen Meßkopf an dem Werkzeugkopf angebracht ist.

Das Werkzeug ist vorzugsweise ein Meßwerkzeug, wie etwa ein Koordinatenmeßgerät. Es ist jedoch auch vorgesehen, daß das Werkzeug ein Bearbeitungswerkzeug, wie etwa eine Fräsmaschine, Schleifmaschine oder dergleichen ist, bei der ein Abstand eines Bearbeitungswerkzeuges von dem Objekt gemessen wird.

Unter einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Positionieren eines Meßkopfes mit einem vorbestimmten Arbeitsabstand von einem Objekt vor. Hierin wird ein erstes Interferometersystem bereitgestellt, welches ein Abstandssignal bereitstellt, welches anzeigt, ob der Meßkopf mit einem Abstand von dem Objekt angeordnet ist, der im wesentlichen gleich dem Arbeitsabstand ist, oder ob dies nicht der Fall ist.

Ferner wird ein Geschwindigkeitsmeßsystem bereitgestellt, welches ein Geschwindigkeitssignal bereitstellt, welches eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und dem Meßkopf repräsentiert. Die Ermittlung des Abstandssignals erfolgt dann in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Koordinatenmeßgeräts,
2 eine Ausführungsform eines Interferometersystems, welches in dem Koordinatenmeßgerät gemäß 1 einsetzbar ist,
3 eine schematische Darstellung von Strahlengängen zur Erläuterung einer Funktion des Interferometersystems gemäß 2,
4 eine Darstellung eines Detektionssignals, wie es im Betrieb des Interferometersystems gemäß 2 auftritt,
5 eine Variante des in 2 gezeigten Interferometersystems,
6 eine weitere Variante des in 2 gezeigten Interferometersystems,
7 eine Darstellung eines Detektionssignals, wie es beim Betrieb des in 6 gezeigten Interferometersystems auftritt,
8 eine weitere Variante des in 2 gezeigten Interferometersystems,
9 ein Detektionssignal, wie es beim Betrieb des Interferometersystems gemäß 8 auftritt,
10 eine Detaildarstellung eines Meßkopfs des Interferometersystems gemäß 8,
11 eine Variante des in 10 gezeigten Meßkopfs für ein weiteres Interferometersystem,
12 eine weitere Variante des in 2 gezeigten Interferometersystems,
13 bis 16 zeigen weitere Varianten des in 2 gezeigten Interferometersystems, und
17 bis 19 zeigen Details einer Auswerteschaltung.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Koordinatenmeßgeräts in perspektivischer Darstellung. Das Koordinatenmeßgerät umfaßt einen Sockel 3 mit vier Standfüßen 5. Der Sockel 3 trägt in seiner Mitte eine Werkstückhalterung 7, auf der ein zu vermessendes Werkstück 9 angebracht ist. Beidseits der Werkstückhalterung erstrecken sich an dem Sockel 3 Streben 11, 12 nach oben, welche zwei beidseits der Werkstückhalterung angeordnete und in einer horizontalen y-Richtung sich erstreckende Längsführungen 13, 14 tragen. In Horizontalrichtung senkrecht (in x-Richtung) zu den Längsführungen 13, 14 erstreckt sich eine Querführung 15, welche an den Längsführungen 13, 14 in y-Richtung verschiebbar gelagert ist. Hierzu ist an einem Ende der Querführung 15 ein Führungsprofil 17 vorgesehen, welches die Längsführung 14 von oben U-förmig umgreift und an welchem mehrere Luftkissen 19 vorgesehen sind, mit denen die Querführung 15 an der Längsführung 14 abgestützt ist. Mit ihrem anderen Ende ist die Querführung 15 mit einem weiteren Luftkissen 20 auf der Oberseite der Längsführung 17 abgestützt und damit auch gegenüber dieser in y-Richtung verschiebbar gelagert. Durch einen motorischen Antrieb kann die Querführung 15 entlang der Längsführung 14 verschoben werden, wobei eine entsprechende Verschiebestellung über einen an dem Sockel 3 festgelegten Maßstab und einen zugehörigen an dem U-Profil 17 festgelegten Sensor 21 abgelesen wird. An der Querführung 15 ist über ein Führungsprofil 20 eine Vertikalführung 27 in x-Richtung verschiebbar gelagert, wobei die Verschiebestellung wiederum über einen an der Querführung 15 angebrachten Maßstab 29 und einen an dem Profil 25 festgemachten Sensor 31 abgelesen wird. An dem Führungsprofil 25 sind zwei weitere mit Abstand voneinander angeordnete Führungsprofile 30 vorgesehen, welche eine sich in senkrechte Richtung (z-Richtung) erstreckende Stange 32 über einen Motor 33 verschiebbar lagern. Die Verschiebestellung der Stange 37 in z-Richtung wird über einen an der Stange 32 vorgesehenen Sensor 34 erfaßt, der die Position an einem an der Vertikalführung 27 vorgesehenen Maßstab 35 abliest. An einem unteren Ende der Stange 31 ist ein Meßkopf 36 angebracht, welcher eine Meßstrahlung 37 derart emittiert, daß diese in einem Meßstrahlungsfokus 39 fokussiert ist, welcher mit einem Abstand in z-Richtung von dem Meßkopf 36 angeordnet ist.
Der Meßkopf 36 ist Teil eines nachfolgend beschriebenen Interferometersystems, welches dann ein charakteristisches Meßsignal abgibt, wenn in einem Bereich um den Fokus 39 eine Objektoberfläche angeordnet ist. Es ist somit möglich, das Koordinatenmeßgerät 1 derart zu betreiben, daß sich der Meßkopf dem Werkstück 9 solange annähert bis das Interferometersystem eine Anordnung der Werkstückoberfläche in einem Bereich um den Fokus 39 registiert. Durch Ablesen der Stellungen an den Maßstäben 23, 29 und 35 über das Auslesen der Sensoren 21, 31 bzw. 34 ist es somit möglich, die Koordinaten des Ortes der Werkstückoberfläche zu bestimmen, welche im Bereich des Fokus 39 des Meßkopfs 36 liegt. Dieser Vorgang kann systematisch für eine Vielzahl von Orten der Werkstückoberfläche wiederholt werden, um dessen Geometrie zu vermessen.
Ein schematischer Aufbau eines Interferometersystems 41, von dem einige Komponenten in dem Meßkopf 36 angeordnet sind, ist in 2 gezeigt.
Das Interferometersystem 41 umfaßt eine Superlumineszenzdiode als Weißlichtquelle, das heißt Quelle einer Strahlung mit kurzer Kohärenzlänge, um Weißlichtinterferometrie mit dieser Strahlung durchzuführen. Diese Art von Interferometrie wird ebenfalls als OCT ("Optical Coherence Tomography") bezeichnet.
Beispielsweise ist als Quelle 43 eine Superlumineszenzdiode einsetzbar, wie sie unter der Produktbezeichnung SLD-38-MP, von der Firma Superlum Ltd. aus Moskau bezogen werden kann.
Die von der Quelle 43 bereitgestellte Strahlung 45 weist eine Wellenlänge λ₁ = 800 nm und eine Kohärenzlänge l_c = 15 μm auf. Die Strahlung 45 wird mittels einer Kollimationsoptik 47 zu einem parallelen Strahl 48 kollimiert, der zunächst einen Strahlteiler 49 geradlinig durchsetzt und sodann in einen Glaskörper 51 über eine erste teilreflektierende Grenzfläche 52 desselben eintritt. Aus dem Glaskörper 51 tritt die Strahlung 48 sodann durch eine teilreflektierende Grenzfläche 53 wieder aus, welche der Grenzfläche 52 diametral gegenüberliegt und parallel zu dieser orientiert ist. Ferner sind die beiden Grenzflächen 52, 53 orthogonal zur Richtung des Strahls 48 orientiert. Ein Abstand zwischen den beiden Grenzflächen 52 und 53 beträgt l₁.
Nach dem Austritt aus dem Glaskörper 51 über die Grenzfläche 53 wird der Strahl 48 von einer weiteren Fokussieroptik 54 derart fokussiert, daß die Strahlung in dem Fokuspunkt 39 derart fokussiert ist, daß der Fokuspunkt 39 mit einem Abstand l₂ von der Grenzfläche 53 angeordnet ist.
In 2 ist ferner das Objekt 9 gezeigt, welches mit einem solchen Abstand von dem Meßkopf 36 angeordnet ist, daß dieser Abstand dem vorbestimmten Arbeitsabstand des Meßkopfes 36 entspricht. Der Arbeitsabstand kann beispielsweise als Abstand zwischen der Forderfläche der Fokussierlinse 54 und dem Fokuspunkt 39 gemessen werden. Bei Anordnung des Objekts 9 mit dem Arbeitsabstand von dem Meßkopf 36 ist die Objektoberfläche 55, gesehen in z-Richtung, nahe dem Fokuspunkt 39 angeordnet.
Die Objektoberfläche 55 wirft die auf diese gerichtete Meßstrahlung 48 wenigstens teilweise zurück, so daß die zurückgeworfene Detektionsstrahlung wieder in die Fokussieroptik 54 eintritt, von dieser zu einem parallelen Strahlenbündel geformt wird, welches den Glaskörper 41 durchsetzt und sodann von dem Strahlteiler 49 als Detektionsstrahl 57 reflektiert wird, welcher mittels einer Fokussieroptik 59 auf einen Strahlungsdetektor 61 fokussiert wird.
Strahlengänge, wie sie in dem Interferometersystem 41 auftreten können, sind symbolisch in 3 dargestellt:
Bei einem Strahlengang I tritt Strahlung der Quelle 43 von oben über die Grenzfläche 52 in den Glaskörper 51 ein, durchsetzt diesen, tritt aus diesem durch die Grenzfläche 53 aus, wird von der Objektoberfläche 55 reflektiert, tritt über die Grenzfläche 53 in den Glaskörper 51 ein, durch setzt diesen erneut und tritt aus diesem über die Grenzfläche 52 wieder aus.
In einem Strahlengang II tritt Strahlung der Quelle 43 über die Grenzfläche 52 in den Glaskörper 51 ein, wird an dessen Grenzfläche 53 reflektiert, wird daraufhin an der Grenzfläche 52 reflektiert, wird daraufhin an der Grenzfläche 53 erneut reflektiert und tritt über die Grenzfläche 52 aus dem Glaskörper 51 aus.
Wenn die beiden Strahlengänge I und II gleiche optische Weglängen bereitstellen, registriert der Detektor 61 eine interferente Signalerhöhung. Die optischen Weglängen der Strahlengänge I und II sind dann gleich, wenn die optische Weglänge der Strecke l₁, das heißt der Abstand der beiden Grenzflächen 52, 53 voneinander, gleich der optischen Weglänge der Strecke l₂, das heißt dem Abstand der Grenzfläche 53 von der Oberfläche 55, ist.
Die optische Weglänge auf der Strecke l₂ ist im wesentlichen gleich l₂, da der Strahlengang, abgesehen von der Fokussieroptik 54, durch Luft läuft. Die optische Weglänge auf der Strecke l₁ ist im wesentlichen gleich n × l₁, wobei n der Brechungsindex des Mediums des Glaskörpers 51 ist.
Ein in 3 gezeigter Strahlengang III unterscheidet sich von dem Strahlengang I dadurch, daß eine zusätzliche Hin- und Herreflexion zwischen den Grenzflächen 52 und 53 auftritt. Ebenso unterscheidet sich ein Strahlengang IV von dem Strahlengang II durch eine zusätzliche Hin- und Herreflexion an den Grenzflächen 52, 53. Auch die Strahlengänge III und IV überlagern sich interferent intensitätserhöhend, wenn, abgesehen von der Weglänge der Fokussieroptik 54, in etwa gilt: n·l1 = l2
Aufgrund der mehrmaligen Reflexion an den Grenzflächen 52, 53 tragen die Strahlengänge III und IV, im Vergleich zu den Strahlengängen I und II, wesentlich weniger zu dem von dem Detektor 61 detektierten Signal bei. Es gibt neben den in 3 gezeigten Strahlengängen I bis IV noch weitere Strahlengänge, welche eine noch höhere Anzahl von Reflexionen an den Grenzflächen 52, 53 aufweisen, deren relativer Beitrag zu der Gesamtintensität an dem Detektor 61 jedoch noch geringer ist.
In 4 ist als Kurve 65 ein Verlauf eines Intensitätssignals I des Detektors 61 dargestellt, wie er bei Annäherung des Meßkopfes 36 an die Objektoberfläche 55 auftritt. Für große z-Werte ist der Abstand zwischen Meßkopf 36 und Objektoberfläche 55 größer als der Arbeitsabstand z₀ des Meßkopfes. Es treten bei derart großen Abständen keine Intereferenzerscheinungen an dem Detektor 61 auf, und eine registrierte Strahlungsintensität I ist zu 1,0 normiert. Mit zunehmender Annäherung des Meßkopfes 36 an die Objektoberfläche 55, das heißt abnehmenden z-Werten, treten dann abwechselnd interferente Signalerhöhungen bzw. Signalauslöschungen auf, welche in 4 als Maxima 67 bzw. Minima 68 der Kurve 65 eingetragen sind. Das höchste Maximum 67 tritt dann auf, wenn die Objektoberfläche 55 exakt mit dem Arbeitsabstand z₀ von dem Meßkopf angeordnet ist. Dies ist dann der Fall, wenn die optische Weglänge der Strecke l₁ genau gleich der optischen Weglänge der Strecke l₂ ist.
Wird der Meßkopf 36 über den vorbestimmten Arbeitsabstand hinaus weiter an die Objektoberfläche 55 angenähert, so treten zunächst noch weitere Maxima 67 und Minima 68 der nachgewiesenen Intensität I auf, welche jedoch zunehmend abnehmen, bis schließlich keine Interferenzerscheinungen mehr auftreten und das Meßsignal I wieder den auf eins normierten Wert annimmt.
Erfolgt die Annäherung des Meßkopfes 36 an die Objektoberfläche 55 mit einer konstanten Geschwindigkeit, so treten die Maxima 67 bzw. Minima 68 in dem Meßsignal des Detektors 61 mit einer konstanten Frequenz f₁ auf. Eine Auswerteschaltung 71 des Interferometersystems 41 umfaßt einen auf die Frequenz f₁ abgestimmten Bandpaßfilter 73, welcher Signalkomponenten des von dem Detektor 61 bereitgestellten Signals an eine Demodulationsschaltung 74 passieren läßt, welche in einem Frequenzband um die Frequenz f₁ liegen. Die Demodulationsschaltung 74 generiert aus dieser Signalkomponente ein Ausgabesignal, wie es in 4 als gestrichelte Linie 75 eingetragen ist. Diese hat die Form einer bezüglich dem Arbeitsabstand z₀ zentrierten Glockenkurve mit einer Halbwertsbreite, welche in etwa der Kohärenzlänge l_c der von der Quelle 43 bereitgestellten Strahlung entspricht.
Nachfolgend werden Varianten der in den 1 bis 4 erläuterten Ausführungsformen beschrieben. Hierbei sind Komponenten, die hinsichtlich ihres Aufbaus oder ihrer Funktion Komponenten der 1 bis 4 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern, zur Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben versehen.
Ein in 5 dargestelltes Interferometersystem 41a weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das in 2 gezeigte Interferometersystem. Allerdings werden bei dem Interferometersystem 41a Glasfasern zur Bereitstellung der Strahlengänge eingesetzt. Von einer Weißlichtquelle 43a bereitgestellte Strahlung einer kurzen Kohärenzlänge wird in eine Glasfaser 77 eingekoppelt, durch einen Strahlteiler 79 geleitet und in der Glasfaser 77 weitergeführt, bis sie an einem Ende 80 derselben austritt. Nach dem Austritt aus der Glasfaser 77 wird die Strahlung mittels einer Fokussieroptik 47a zu einem parallelen Strahl 48a geformt, welcher nacheinander zwei planparallele Glasplatten 81 und 82 durchsetzt und schließlich durch eine Fokussieroptik 54a in einem Fokuspunkt 39a fokussiert wird. Jeweils eine der beiden Oberflächen der Glasplatten 81 und 82 ist teilweise verspiegelt, so daß an den Glasplatten 81, 82 Grenzflächen 52a und 53a mit Abstand voneinander angeordnet bereitgestellt sind, um hierzwischen eine vorbestimmte optische Weglänge bereitzustellen (vergleiche Strahlengänge II, IV gemäß 3).
Von einem in der Nähe des Fokuspunktes 39a angeordneten Objekt zurückgeworfene Strahlung wird von der Fokussieroptik 54a wiederum zu einem parallelen Strahl geformt, welcher nacheinander die Glasplatten 82 und 81 und die Fokussieroptik 47a durchsetzt, von letzterer fokussiert und in das Ende 80 der Glasfaser 77 eingekoppelt wird. Diese zurückgeworfene Strahlung wird dann von der Faser 77 zu dem Strahlteiler 79 geführt und geht in diesem in eine Glasfaser 83 über, um schließlich von dem Detektor 61a nachgewiesen zu werden. Eine Auswertung der Signale des Detektors 61a erfolgt, ähnlich wie dies vorangehend mit den 2, 3 und 4 beschrieben wurde, über einen Bandpaßfilter 73a und eine Demodulationsschaltung 74a.
Bei dem Interferometersystem 41a ist die Glasplatte 82 in eine Richtung transversal zur Orientierung der teilreflektierenden Fläche 53a durch einen Antrieb hin und her ver lagerbar, wie dies in 5 durch einen Pfeil 85 symbolisiert ist. Der Antrieb erfolgt über einen in 5 nicht im Detail dargestellten Aktuator, welcher einen elektromagnetisch arbeitenden Aktuator oder einen piezoelektrischen Aktuator oder dergleichen umfassen kann. Aufgrund der Verlagerung der Grenzfläche 53a sind somit die Strecken l₁ und l₂ änderbar. Damit kann, wenn eine Objektoberfläche in etwa mit dem Arbeitsabstand von dem Meßkopf angeordnet ist, die Kurve 65 gemäß 4 wiederholt durchfahren werden, um die Lage des höchsten Maximums 67 und damit die genaue Anordnung der Objektoberfläche in Bezug auf den Meßkopf wiederholt zu ermitteln. Die Frequenz f₁, mit der die Maxima bzw. Minima nacheinander auftreten, ist dann im wesentlichen bestimmt durch die Verlagerungsgeschwindigkeit der Grenzfläche 53a in Strahlrichtung, und der Bandpaßfilter 73a ist vorteilhafterweise auf die Frequenz f₁ derart eingestellt, daß er Frequenzen in einem Bereich um diese Frequenz f₁ zu der Demodulationsschaltung 74a passieren läßt.
Ein in 6 schematisch dargestelltes Interferometersystem 41b weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie das in 2 gezeigte Interferometersystem:
Von einer Weißlichtquelle 43b bereitgestellte Strahlung 45b einer kurzen Kohärenzlänge wird durch eine Fokussieroptik 47b zu einem Beleuchtungsstrahl 48b kollimiert, welcher einen Strahlteiler 49b durchläuft und weiterhin zwei mit einem Abstand l₁ voneinander angeordnete Grenzflächen 52b und 53b durchsetzt und weiter von einer Fokussieroptik 54b in einem mit einem Abstand l₂ von der Grenzfläche 53b angeordneten Fokuspunkt 39b fokussiert wird. Die Grenzfläche 52b ist durch eine teilweise verspiegelte Oberfläche des Strahlteilers 49b bereitgestellt, und die Grenzfläche 53b ist durch eine teilweise verspiegelte Planfläche der Fokussieroptik 54b bereitgestellt.
Von einer in einem Bereich um den Fokuspunkt 39b angeordneten Oberfläche 55b eines Objekts 9b reflektierte Strahlung wird von der Fokussieroptik 54b wiederum fokussiert und von dem Strahlteiler 49b als Detektionsstrahl 57b ausgekoppelt und von einer Fokussieroptik 59b auf einen Detektor 51b fokussiert. Das von dem Detektor 51b bereitgestellte Meßsignal durchläuft einen Bandpaßfilter 73b und eine Demodulationsschaltung 74b.
In Ergänzung zu dem in 2 gezeigten Interferometersystem umfaßt das Interferometersystem 41b eine Laserlichtquelle 91 zur Erzeugung einer Strahlung 92 einer großen Kohärenzlänge, welche bei Ausführung der Quelle 91 als grüner Laser beispielsweise über 100 m betragen kann. Zwischen der Fokussieroptik 47b und dem Strahlteiler 49b ist in dem Strahl 48b ein weiterer Strahlteiler 94 angeordnet, welcher den Strahl 48 teilweise passieren läßt und welcher den passierenden Teil des Strahls 48 der Strahlung 92 nach deren Kollimierung mittels einer Kollimationsoptik 95 überlagert. Damit wird auch die Strahlung 92 auf das Objekt 9b gerichtet, und ein von der Objektoberfläche 55 zurückgeworfener Teil der Strahlung 92 wird ebenfalls durch die Kollimationsoptik 54b zu einem parallelen Strahl geformt, welcher durch den Strahlteiler 49b gemeinsam mit dem Strahl 57b reflektiert wird. Zwischen dem Strahlteiler 49b und der Kollimationsoptik 59b ist ein weiterer Strahlteiler 97 angeordnet, welcher die von der Objektoberfläche 55b zurückgeworfene Strahlung der Lichtquelle 91 reflektiert und nach Fokussierung durch eine Kollimationsoptik 99 auf einen Detektor 101 fokussiert.
Ein Verlauf einer Intensität I des von dem Detektor 101 registrierten Detektionssignals in Abhängigkeit von dem Abstand z der Objektoberfläche 55b von dem Meßkopf ist als Kurve 103 in 7 schematisch dargestellt.
Aufgrund der großen Kohärenzlänge der von der Quelle 91 bereitgestellten Strahlung 92 treten über einen großen Bereich von Abständen (z-Werten) der Objektoberfläche 55b von dem Meßkopf abwechselnd Intensitätsmaxima und -minima auf. Bei einer gleichförmigen Annäherung des Meßkopfes an die Objektoberfläche 55b treten die Maxima bzw. die Minima mit einer konstanten Frequenz f₂ auf. Diese Frequenz wird aus dem von dem Detektor 101 bereitgestellten Signal mittels einer Frequenzanalyseschaltung 103 ermittelt. Die Frequenz f₂ repräsentiert damit den Absolutwert der Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt 9b. Die von der Schaltung 103 ermittelte Frequenz f₂ wird an den Bandpaßfilter 73b ausgegeben, welcher das Frequenzband der ihn passierenden Signalkomponenten des Detektors 61b in Abhängigkeit von der Frequenz f₂ einstellt. Die Einstellung erfolgt hierbei gemäß der Formel:
wobei
f₁ eine Mittenfrequenz des Bandpaßfilters 73b,
λ₁ eine Frequenz der Quelle 43b der Strahlung 45b mit kurzer Kohärenzlänge und
λ₂ eine Wellenlänge der von der Quelle 91 bereitgestellten Strahlung 92 mit großer Kohärenzlänge ist.
Somit ist es möglich, eine zunächst unbekannte Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt unabhängig zu messen und dann den Bandpaßfilter 73b zur Analyse des Weißlicht-Interferenzsignals in Abhängigkeit von dieser Geschwindigkeit einzustellen.
Analog zur vorbeschriebenen Ausführungsform kann auch ein faseroptischer Aufbau eingesetzt werden (13), bei dem die Lichtstrahlen zwischen Lichtquellen 43f, 91f und quellenseitiger Grenzfläche 52f einerseits, sowie zwischen quellenseitiger Grenzfläche 52f und Detektoren 61f, 101f andererseits in Lichtleitfasern 77f, 77f1, 77f2, 83f geführt sind. Zwischen dem Faserende 80f und dem Objekt 39f entspricht diese Anordnung der in 5 dargestellten. Die Strahlteiler 79f, 79f', 97f sind in dieser Ausführungsform durch Faserkoppler gebildet. Wird der Grenzflächenabstand 11 variiert, insbesondere periodisch, und besonders bevorzugt sinusoidal, so erzeugt das von der langkohärenten Lichtquelle 91f emittierte Licht an dem hierfür vorgesehenen Detektor 101f in einem weiten Durchstimmbereich durch die Mehrfachreflexion ein Interferenzsignal, dessen Frequenz einerseits von der Frequenz der verwendeten Lichtquelle 91f, andererseits von der momentanen Verlagerungsgeschwindigkeit abhängt. Mit einer geeigneten Schaltung 103f kann diese Frequenz des Interferenzsignals verwendet werden, um die Auswerteschaltung 147f für den Detektionszweig des kurzkohärenten Signals jeweils auf die momentane Verlagerungsgeschwindigkeit einzustellen.
Eine solche Schaltung 103 verwendet eine phasenunabhängige Synchrongleichrichtung (17, 18 und 19). Hierbei wird zunächst das Signal des Detektors 101 für die langkohärente Strahlung, deren Haupt-Wellenlänge ja ebenso wie die der kurzkohärenten Strahlung bekannt ist, im Verhältnis dieser Wellenlängen in einem ersten Teiler Tn1 ganzzahlig geteilt. Sind z.B. die Wellenlängen 820 nm (kurzkohärent) und 670 nm (langkohärent), so ist das Verhältnis etwa 122 : 100, der erste Teilungsfaktor beträgt also 122. Der Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators VCO wird entsprechend in einem zweiten Teiler Tn2 durch 100 geteilt, und beide geteilten Signale werden einem Phasendetektor φ zugeführt (17). Dessen Ausgangssignal dient dann dazu, über einen Regler R, der aus diesem Ausgangssignal ein Regelsignal für den Oszillator VCO bereitstellt, die Frequenz des Oszillators VCO auf den gewünschten Wert zu regeln. Das so geregelte Oszillator-Signal dient der Auswerteschaltung 147 der Detektoranordnung für das kurzkohärente Signal als Referenzfrequenz. Hierbei wird vorzugsweise in Quadratur gemessen (18), d.h. das Referenzsignal wird in zwei mittels eines Phasenschiebers Π/2 gegeneinander um 90° phasenverschobenen Zweigen in den Multiplizierern X1 bzw. X2 jeweils mit dem Messsignal multipliziert und durch einen Tiefpass TP1 bzw. TP2 geführt, und die beiden Zweige danach im Sinne eines Root Mean Square (Wurzel aus der Quadratsumme, "Vektormessung") in einem Kombinierer VM wieder kombiniert. Dadurch ist das Messergebnis von der jeweiligen Phasenlage, und von der momentanen Verlagerungsgeschwindigkeit unabhängig, sofern letztere nicht gerade Null ist. Dies wäre an Umkehrpunkten einer sinusoidalen Relativbewegung der Grenzflächen 52, 53 der Fall. Auch bei einer solchen sinusoidalen Verlagerung könnte aber fast der gesamte Verlagerungsbereich zur Messung genutzt werden.
In 19 ist die Schaltung des Kombinieres VM erläutert: Das Signal aus dem Tiefpass TP1 wird an beide Multiplikationseingänge des Multiplizierers/Dividierers M/D gelegt, das Signal aus dem Tiefpass TP2 mit dem Ausgangssignal des Kombinierers VM addiert und an den Divisionseingang des Multiplizierers/Dividierers M/D gelegt. Dessen Ausgangssignal wird mit dem Signal aus dem Tiefpass TP2 addiert und bildet so das Ausgangssignal des Kombinierers VM.
Alternativ kann die momentane Verlagerungsgeschwindigkeit auch direkt an der Verlagerungsanordnung oder an dem Aktuator zur Betätigung derselben gemessen oder anderweitig bestimmt werden oder auch von einer Treiberschaltung für den Aktuator abgegriffen werden. In dieser Ausführungsform sind die langkohärente Lichtquelle 91f, der zugehörige Detektor 101f und der Strahlteiler 97f im Detektionszweig sowie der Strahlkombinierer 79f' entbehrlich.
Die teilreflektierenden Grenzflächen 52, 53 können in einer solchen faseroptischen Bauweise durch in die Faser 77 eingebrachte Bragg-Gitter 105g1, 105g2 gebildet sein (14). Zur Erzeugung solcher Bragg-Gitter wird die Umhüllung der Faser entfernt, sodann wird die Faser mit einer UV-Quelle (ca. 240 nm) durch eine Phasenmaske belichtet, und die durch den photosensitiven Effekt gebildete periodische Brechungsindexvariation wird durch Erhitzen stabilisiert. Die Periodizität der Indexvariation wird dabei der zu reflektierenden Wellenlänge gemäß gewählt, die Länge des belichteten Bereichs der gewünschten Bandbreite (invers) entsprechend. Schliesslich wird das entfernte Mantelstück wiederhergestellt.
Wenn das Faserende als Gradientenindex-(GRIN-)Linse 109h ausgebildet ist, kann die Oberfläche 111h der GRIN-Linse teilverspiegelt werden (15) und so als Grenzfläche dienen; die zweite Grenzfläche wird wie vorbeschrieben durch ein Faser-Bragg-Gitter 105h gebildet.
In den letzten beiden Ausführungsformen erfolgt die Verlagerung der Grenzflächen 105g1, 105g2 bzw. 105h, 111h zueinander durch Piezo-Faserstrecker 107g bzw. 107h. Hierbei wird die Faser 77g bzw. 77h mehrfach um zwei halbzylinderförmige, beabstandete Führungen 207g1, 207g2, 207h1, 207h2 gewickelt, deren Abstand dann durch einen piezoelektrischen Aktuator 307g, 307h verändert wird. Dadurch ändert sich auch die Faserlänge. Die Ansteuerung 407g, 407h des Piezo-Aktuators 307g, 307h erfolgt periodisch. Die Steuerspannung des Piezo-Aktuators ist dabei ein Maß für die Faserlänge, also ist die zeitliche Änderung der Steuerspannung ein Maß für die Verlagerungsgeschwindigkeit, und damit für die Frequenz des Detektorsignals. Folglich muss die Auswerteschaltung 147 der Detektoranordnung entsprechend der zeitlichen Änderung der Steuerspannung des Piezo-Aktuators 107g, 107h eingestellt werden; die zeitliche Änderung dieser Spannung ist bei periodischer Ansteuerung proportional zur Steuersignal-Amplitude und zur Steuersignal-Frequenz. Da in diesen Ausführungsformen keine großen Massen bewegt werden, und Trägheitseffekte daher keine große Rolle spielen, kann die Ansteuerung 407g, 407h des Piezo-Aktuators 307g, 307h statt sinusoidal auch sägezahn-förmig oder dreieckförmig erfolgen. Besonders bevorzugt ist eine Ansteuerung 407g, 407h, die die aus Eichmessungen zugängliche Antwortfunktion des Piezo-Aktuators 307g, 307h so kompensiert, dass die tatsächliche Verlagerungsgeschwindigkeit der teilreflektierenden Grenzflächen 105g1, 105g2 bzw. 105h, 111h relativ zueinander über einen großen Durchstimmbereich konstant wird.
Ist diese tatsächliche Verlagerungsgeschwindigkeit zudem bekannt, kann der objektseitige Zweig der vorbeschriebenen Ausführungsform mit Faser-Bragg-Gitter 105, teilverspiegelter GRIN-Linse 109 und Piezo-Faserstrecker 107 in der in 5 dargestellten Ausführungsform mit nur einer, kurzkohärenten Lichtquelle 43a eingesetzt werden und dort den nicht-faseroptischen Teil von der Lichtleitfaser 77 bis einschliesslich der Fokussieroptik 54a ersetzen. Diese Kombination ist in 16 dargestellt: Die optische Weglänge 11 zwischen Faser-Bragg-Gitter 105i und teilverspiegelter Oberfläche 111i der GRIN-Linse 109i wird durch den Piezostrecker 107i mit Piezo-Aktuator 307i durch die Ansteuerung 407i periodisch linear variiert, und der einstellbare Bandpass-Filter 73i auf die resultierende Interferenzsignalfrequenz eingestellt.
Ein in 8 schematisch dargestelltes Interferometersystem 41c weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das Interferometersystem gemäß 2.
Allerdings sind hier zwei Quellen 43c₁ und 43c₂ vorgesehen, welche jeweils Meßstrahlung 45c₁ bzw. 45c₂ kurzer Kohärenzlänge bereitstellen. Mittels Spiegeln 111 und 113 und einen Strahlteiler 115 werden die Meßstrahlungen 45c₁ und 45c₂ nach deren Kollimierung mittels Kollimationsoptiken 47c₁ bzw. 47c₂ zu einem gemeinsamen Strahl 48c überlagert. Dieser durchsetzt einen Strahlteiler 94c und einen Glaskörper 51c mit einander gegenüberliegenden Grenzflächen 52c und 53c und wird sodann durch eine Kollimationsoptik 54c kollimiert. Da sich die Wellenlängen λ₁ und λ₂ der von den Quellen 43c₁ bzw. 43c₂ bereitgestellten Strahlung unterscheiden, erfolgt die Fokussierung durch die Fokussieroptik 54c in einem Fokuspunkt 39c₁ für die Strahlung der Wellenlänge λ₁ und in einem Fokuspunkt 39c₂ für die Strahlung der Wellenlänge λ₂. Die Fokuspunkte 39c₁ und 39c₂ sind in z-Richtung mit einem Abstand voneinander angeordnet.
Von einer Objektoberfläche, die in einem Bereich um die Fokuspunkte 39c₁ und 39c₂ angeordnet ist, zurückgeworfene Strahlung wird wiederum durch die Fokussieroptik 54c kollimiert und nach Durchlaufen des Glaskörpers 51c von dem Strahlteiler 49c umgelenkt, aus welchem sie als Strahl 57c austritt. Ein Strahlteiler 117 teilt diesen Strahl in Teilstrahlen 57c₁ und 57c₂ , welche durch Kollimationsoptiken 59c₁ bzw. 59c₂ auf Detektoren 61c₁ bzw. 61c₂ fokussiert werden. Der Detektor 61c₁ ist zur Detektion der von dem Objekt zurückgeworfenen Strahlung der Wellenlänge λ₁ ausgelegt, genauso wie ein Bandpaßfilter 73c₁ für von dem Detektor 61c₁ bereitgestellte Meßsignale ausgelegt ist. Entsprechend ist der Detektor 61c₂ für die Detektion der Strahlung mit der Wellenlänge λ₂ ausgelegt, genauso wie der nachfolgende Bandpaßfilter 73c₂ für die von dem Detektor 61c₂ bereitgestellten Signale. Dem Bandpaßfilter 73c₁ bzw. 73c₂ sind wiederum die Modulationsschaltungen 74c₁ und 74c₂ nachgeschaltet. Die Demodulationsschaltung 74c₁ registriert ein Maximum einer Meßkurve 75c₁ dann, wenn die Objektoberfläche in einem Bereich um den Fokuspunkt 39c₁ für die Wellenlänge λ₁ angeordnet ist, und die Demodulationsschaltung 74c2 registriert ein Maximum ihrer Meßkurve 75c₂ dann, wenn die Objektoberfläche in einem Bereich nahe dem Fokuspunkt 39c₂ für die Wellenlänge λ₂ angeordnet ist. Die von den Demodulationsschaltungen 74c₁ , 74c₂ ausgegebenen Meßkurven 75c₁ bzw. 75c₂ sind in Abhängigkeit von dem Ort der Objektoberfläche in z-Richtung in 9 als Graphen schematisch dargestellt.
Durch Auswerten einer zeitlichen Reihenfolge, mit der die Maxima der Kurven 75c₁ und 75c₂ auftreten, ist es somit möglich, eine Richtung einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Meßkopf und dem Objekt zu ermitteln.
Bei dem Interferometersystem 41c ist es ebenfalls möglich, der Meßstrahlung eine Strahlung großer Kohärenzlänge zu überlagern, wie dies anhand der 6 und 7 erläutert wurde.
Es ist dann weiter möglich, die Bandpaßfilter 73c₁ und 73c₂ hinsichtlich ihres Frequenzbandes variabel auszulegen, wobei diese das Frequenzband dann immer so einstellen können, daß dieses optimal auf einen Absolutwert der Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt eingestellt ist.
In 10 sind der Glaskörper 51c und die Fokussieroptik 54c des Interferometersystems 41c im Detail dargestellt.
Ein Durchmesser des Strahls 48c beträgt 4 mm. Der Glaskörper 51c mit seinen teilreflektierenden Endflächen 52c und 53c weist eine Länge l₁ = 60,9973 mm auf. Der Glaskörper 51c ist aus einem Glas der Type SF6 erhältlich von der Firma SCHOTT, gefertigt.
Die Fokussieroptik 54c ist als ein Kittglied aus zwei Linsengläsern 122 und 124 gefertigt, wobei die Linse 122 aus einem Glas des Typs BK7, erhältlich von der Firma SCHOTT, gefertigt ist, und die Linse 124 aus einem Glas des Typs SF6.
Eine dem Glaskörper 51c zuweisende Oberfläche 121 der Linse 122 weist einen Krümmungsradius von r₁ = 31,25 mm auf und ist mit ihrem Scheitelpunkt mit einem Abstand von d₁ = 2,24 mm in Luft von der Grenzfläche 53c des Glaskörpers 51c angeordnet. Eine den Linsen 122 und 124 gemeinsame Grenzfläche 123 weist einen Krümmungsradius r₂ = –42,313 mm auf und ist mit ihrem Scheitelpunkt mit einem Abstand d₂ = 3,00 mm von dem Scheitelpunkt der Fläche 121 angeordnet. Eine von dem Glaskörper 51c wegweisende Oberfläche 125 der Linse 124 ist als Planfläche ausgebildet und weist von dem Scheitelpunkt der Fläche 123 einen Abstand von d₃ = 3,00 mm auf.
Für Licht der Wellenlänge λ₁ = 630 nm beträgt eine Fokuslänge f₁ der Fokussieroptik 54c 95 mm, und für Licht einer Wellenlänge λ₂ = 850 nm beträgt die Fokuslänge der Fokussieroptik 54c 94 mm. Damit sind die Fokuspunkte 39c₁ und 39c₂ mit einem Abstand von einem Millimeter voneinander angeordnet.
Bei dem anhand der 8, 9 und 10 erläuterten Interferometersystem, welches zwei Lichtquellen mit Wellenlängen λ₁ = 630 nm und λ₂ = 850 nm aufweist, sind somit zwei Fokuspunkte der Meßstrahlung bereitgestellt, welche einen Abstand von einem Millimeter in Strahlrichtung voneinander aufweisen.
In 11 sind ein Glaskörper 51d und eine Fokussieroptik 54d für ein Interferometersystem gezeigt, welches drei Weißlichtquellen mit Wellenlängen λ₁ = 630 nm, λ₂ = 850 nm und λ₃ = 1300 nm aufweist.
Die Kombination aus Glaskörper 51d und Fokussieroptik 54d gemäß 11 ist einsetzbar in einem Interferometersystem, welches dem Interferometersystem gemäß 8 ähnlich ist, welches allerdings eine dritte Lichtquelle mit λ₃ = 1300 nm aufweist, deren Strahlung dem Licht der beiden anderen Lichtquellen überlagert ist.
Der Glasblock 51d ist aus zwei aneinander gekitteten Teilblöcken 131 und 132 zusammmengefügt, von denen der Teilblock 131 eine teilreflektierende Grenzfläche 52d des Interferometersystems bereitstellt und der andere Teilblock 132 eine der Grenzfläche 52d gegenüberliegende und dem Ob jekt zuweisende Grenzfläche 53d bereitstellt. Der Teilblock 131 ist aus einem Glasmaterial des Typs Lasf18a, erhältlich von der Firma SCHOTT, gefertigt und weist eine Länge von d₁ = 24,3 mm auf, und der andere Teilblock 132 ist aus einem Glasmaterial des Typs Lak31, erhältlich von der Firma SCHOTT, gefertigt und weist eine Länge von d₂ = 75,13 mm auf.
Die Fokussieroptik 54d ist als ein Kittglied aus zwei Linsen 122d und 124d zusammengesetzt. Eine dem Glasblock 51d zuweisende Oberfläche 121d der Linse 122d weist einen Krümmungsradius R₁ = –14,9 mm auf und ist mit ihrem Scheitel mit einem Abstand von d₃ = 31,83 mm von der Grenzfläche 53d des Teilblocks 132 angeordnet. Eine den Linsen 122d und 124d gemeinsame Grenzfläche 123d weist einen Krümmungsradius R₂ = –7,23 mm auf und ist mit ihrem Scheitel mit einem Abstand d₄ = 5,0 mm von dem Scheitel der Fläche 121 angeordnet, wobei die Linse 122 aus einem Material des Typs BAF, erhältlich von SCHOTT, gefertigt ist. Eine von dem Glasblock 51d wegweisende Oberfläche 125d der Linse 124 weist einen Krümmungsradius R₃ = –11,87 mm auf und ist mit ihrem Scheitel mit einem Abstand d₅ = 5,0 mm von dem Scheitel der Fläche 123d angeordnet, wobei die Linse 124d aus einem Material des Typs SF64a, erhältlich von SCHOTT, gefertigt.
Die Fokussieroptik 54d stellt für die Wellenlänge λ₁ = 630 nm eine Fokuslänge f₁ = 126 mm bereit, für die Wellenlänge λ₂ = 850 nm eine Fokuslänge f₂ = 125 mm, und für die Wellenlänge λ₃ = 1300 nm eine Fokuslänge f₃ = 124 mm.
Somit stellt die Fokussieroptik 54d drei Fokuspunkte 39d₁ , 39d₂ und 39d₃ für die Strahlungen der Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ bereit, welche in Strahlrichtung nacheinander mit einem Abstand von jeweils einem Millimeter voneinander angeordnet sind.
Ist das Interferometersystem 41d, welches teilweise in 11 dargestellt ist, an einem Koordinatenmeßgerät gemäß 1 montiert, so ist es möglich, den Meßkopf einem zu vermessenden Objekt soweit anzunähern bis eine Anordnung der Objektoberfläche in der Nähe des mittleren Fokuspunkts 39d₂ registriert wird. Sodann erfolgt eine Bewegung des Meßkopfes lateral entlang der Objektoberfläche, das heißt quer zur Richtung des Strahls 48d, und eine Bewegung des Meßkopfes erfolgt dann in -z-Richtung, das heißt in 1 nach unten, wenn eine Anordnung der Objektoberfläche in einem Bereich nahe dem Fokuspunkt 39d₁ registriert wird, und sie erfolgt in umgekehrte z-Richtung, das heißt nach oben, wenn eine Anordnung der Objektoberfläche in einer Nähe des Fokuspunkts 39d₃ registriert wird.
Auf diese Weise ist es einfach möglich, die Oberfläche des Objekts abzutasten und deren Koordinaten mit Hilfe des Koordinatenmeßgerätes gemäß 1 zu ermitteln.
Ein in 12 schematisch dargestelltes Interferometersystem 41e weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das in 2 gezeigte Interferometersystem.
Im Unterschied hierzu ist allerdings ein Strahlteiler 49e zur Zuführung von Detektionsstrahlung zu einem Detektor 61e mit einem Glaskörper 51e zur Bereitstellung der beiden mit Abstand l₁ voneinander angeordneten Grenzflächen 52e und 53e des Interferometersystems 41e vereinigt, das heißt eine teilreflektierende Fläche 49e des Strahlteilers ist innerhalb des Glaskörpers 51e angeordnet.
Bei der Ausführungsform gemäß 6 sind zwei separate Detektoren 61b und 101 zur Detektion der kurzkohärenten Strahlung der Quelle 43b bzw. zur Detektion der langkohärenten Strahlung der Quelle 91 vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, für beide Strahlung einen gemeinsamen Detektor vorzusehen, dessen Detektionssignal parallel der Frequenzanalyseschaltung 103 und dem Bandpaßfilter 37b zugeführt wird.
Ebenso ist es möglich, bei der in 8 dargestellten Ausführungsform einen gemeinsamen Detektor für die Strahlungen der Wellenlängen λ₁ und λ₂ bereitzustellen und dessen Detektionssignal parallel den beiden Bandpaßfiltern 73c₁ und 73c₂ zuzuführen.
Ferner ist es möglich, bei der Ausführungsform gemäß 8, 9 und 10 sowie bei der Ausführungsform gemäß 11 die mehreren Lichtquellen für die Wellenlängen λ₁ und λ₂ bzw. λ₁, λ₂ und λ₃ in einer gemeinsamen Lichtquelle mit änderbarer Wellenlänge zu integrieren, deren Emissionswellenlänge dann abwechselnd auf die Werte λ₁, λ₂ und λ₃ eingestellt wird.
Bei der anhand der 5 beschriebenen Ausführungsform wird eine der Grenzflächen des Grenzflächenpaares mittels eines Aktuators quer zur Orientierung der Grenzfläche verlagert. Es ist jedoch ebenfalls möglich, beide Grenzflächen des Grenzflächenpaares gemeinsam zu verlagern, genauso wie es möglich ist, den Glaskörper in den Ausführungsformen gemäß 2 ff. in Richtung quer zur Orientierung der Grenzflächen zu verlagern.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, auch in engen Kanälen, z.B. Bohrungen, hochgenau zu messen, insbesondere axial. Ferner kann der Fokus und damit die Lateralauflösung wesentlich kleiner gestaltet werden als bei einem konventionellen taktilen Taster.
Die vorbeschriebenen Messanordnungen und verfahren können aber außer bei der Werkstückvermessung auch bei jeder anderen OCT-Anwendung zum Einsatz kommen.
Zusammenfassend wird ein Interferometersystem insbesondere zur Verwendung für ein Koordinatenmeßgerät vorgeschlagen, wobei das Interferometersystem in einem Beleuchtungsstrahlengang ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten Grenzflächen aufweist und eine einem Objekt zuweisende Grenzfläche des Grenzflächenpaares in einem Detektionsstrahlengang angeordnet ist, wobei in dem Detektionsstrahlengang ferner eine Strahlungsweiche und ein Detektor angeordnet sind. Ferner wird ein Interferometersystem, insbesondere der vorangehend geschilderten Art, vorgeschlagen, welches ein Geschwindigkeitsmeßsystem zur Erfassung einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Meßkopf und dem Objekt aufweist, wobei ein Frequenzfilter des Interferometersystems in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit eingestellt wird.

Claims

Interferometersystem mit einem Meßkopf (36) zum Senden von Beleuchtungsstrahlung (48) auf ein Objekt (9) und zum Empfang von von dem Objekt (9) zurückgeworfener Detektionsstrahlung (57), wobei eine Anordnung des Meßkopfes (36) mit einem Arbeitsabstand von dem Objekt (9) vorgesehen ist, und wobei das Interferometersystem (41) eine erste Strahlungsquelle (43) zur Bereitstellung von Strahlung (45) mit einer vorbestimmten ersten Kohärenzlänge, ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten teilreflektierenden Grenzflächen (52, 53), eine Strahlungsweiche (49) und einen Detektor (61) umfaßt, wobei eine erste Grenzfläche (53) des Grenzflächenpaares (52, 53) in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und dem Objekt (9) angeordnet ist, eine zweite Grenzfläche (52) des Grenzflächenpaares (52, 53) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und der ersten Grenzfläche (53) angeordnet ist, und die Strahlungsweiche (49) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und der ersten Grenzfläche (53) angeordnet ist, und wobei die erste Grenzfläche (53) in einem Detektionsstrahlengang zwischen dem Objekt (9) und dem Detektor (61) angeordnet ist und die Strahlungsweiche (49) in dem Detektionsstrahlengang zwischen der ersten Grenzfläche (53) und dem Detektor (6) angeordnet ist, wobei das Interferometersystem einen Antrieb (85) aufweist, um den Meßkopf (36a) relativ zu dem Objekt (9) zu verlagern, und wobei das Interferometersystem ferner ein Bandpaßfilter umfasst, dessen Frequenzband auf eine von der Verlagerung des Meßkopfs abhängige Frequenz abgestimmt oder abstimmbar ist.
Interferometersystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens die erste Grenzfläche (53) eine Komponente des Meßkopfes (36) ist und wobei, bei Anordnung des Meßkopfes (36) mit dem Arbeitsabstand von dem Objekt, eine erste optische Weglänge (l₂) zwischen der ersten Grenzfläche (53) und dem Objekt (9) im wesentlichen gleich einer zweiten optischen Weglänge (l₁) zwischen den beiden Grenzflächen (52, 53) ist.
Interferometersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahlungsweiche (49) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und der zweiten Grenzfläche (52) angeordnet ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Kohärenzlänge kleiner als das 0,3fache des Arbeitsabstands ist, insbesondere kleiner als das 0,07fache und weiter bevorzugt kleiner als das 0,01fache des Arbeitsabstands ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Meßkopf (36) eine Fokussieroptik (54) zur Fokussierung der von der ersten Strahlungsquelle (43) bereitgestellten Strahlung (45) in einem ersten Beleuchtungsstrahlungsfokus (39) aufweist, welcher mit einem Abstand von dem Meßkopf (36) angeordnet ist, der im wesentlichem dem Arbeitsabstand entspricht.
Interferometersystem nach Anspruch 5, wobei die von der ersten Strahlungsquelle (43c₁ ) bereitgestellte Strahlung (45c₁ ) eine erste Wellenlänge (λ₁) aufweist und das Interferometersystem (41c) ferner wenigstens eine zweite Strahlungsquelle (43c₂ ) zur Bereitstellung von Strahlung (45c₂ ) einer zweiten Wellenlänge (λ₂) umfaßt, welche in dem Beleuchtungsstrahlengang der von der ersten Strahlungsquelle (43c₁ ) bereitgestellten Strahlung (45c₁ ) überlagert ist.
Interferometersystem nach Anspruch 6, wobei die Fokussieroptik (45c) die von der zweiten Strahlungsquelle (43c₂ ) bereitgestellte Strahlung (45c₂ ) in einem zweiten Beleuchtungsstrahlungsfokus (39c₂ ) fokussiert, welcher ebenfalls mit einem Abstand von dem Meßkopf angeordnet ist, der im wesentlichem dem Arbeitsabstand entspricht, allerdings von dem ersten Beleuchtungsstrahlfokus (39c₁ ) einen Abstand aufweist.
Interferometersystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Detektor zur Detektion der von der ersten und der zweiten Strahlungsquelle (43c₁ , 43c₂ ) bereitgestellten Strahlung (45c₁ , 45c2) jeweils verschiedene Teildetektoren (61c₁ , 61c₂ ) umfaßt, und wobei einem jeden Teildetektor ein separater Bandpaßfilter (73c₁ , 73c₂ ) zur Verarbeitung der von diesem bereitgestellten Meßsignale vorgesehen ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Grenzflächenpaar durch einen transparenten Körper (51) mit zwei planparallelen einander gegenüberliegenden Oberflächen (52, 53) bereitgestellt ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Grenzflächenpaar (52a, 52b) durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete transparente Platten (81, 82) bereitgestellt ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Grenzflächenpaar durch zwei mit Abstand voneinander in einer Glasfaser angeordnete teilreflektierende Strukturen bereitgestellt ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Interferometersystem (41b) einen ersten Strahlengang für Strahlung (45b) einer vorbestimmten kurzen ersten Kohärenzlänge aufweist, wobei in dem ersten Strahlengang der Reihe nach eine erste Strahlungsquelle (43b) zur Bereitstellung der Strahlung (45b) mit der ersten Kohärenzlänge, eine dem Objekt (9b) nächstliegende Komponente (54b) des Meßkopfes (36b), das Objekt (9b), die dem Objekt (9b) nächstliegende Komponente (54b) des Meßkopfes (36b) und ein erster Detektor (61b) angeordnet sind, wobei das Interferometersystem einen zweiten Strahlengang für Strahlung (92) einer vorbestimmten langen dritten Kohärenzlänge aufweist, wobei in dem zweiten Strahlengang der Reihe nach eine dritte Strahlungsquelle (91) zur Bereitstellung der Strahlung (92) mit der dritten Kohärenzlänge, die dem Objekt (9b) nächstliegende Komponente (54b) des Meßkopfes (36b), das Objekt, die dem Objekt (9b) nächstliegende Komponente (54b) des Meßkopfes (36b) und ein zweiter Detektor (101) angeordnet sind, und wobei das Interferometersystem ferner umfaßt: eine erste Verarbeitungsschaltung (103) für von dem zweiten Detektor (101) bereitgestellte Meßsignale und zur Bereitstellung eines eine Modulationsfrequenz (f₂) des von dem zweiten Detektor (101) bereitgestellten Meßsignals repräsentierenden Frequenzsignals, eine zweite Verarbeitungsschaltung (71b) für von dem ersten Detektor (61b) bereitgestellte Meßsignale, wobei die zweite Verarbeitungsschaltung (71b) einen Bandpaßfilter (73b) mit einem von dem Frequenzsignal abhängenden Frequenzband aufweist.
Interferometersystem mit einem Meßkopf (36b) zum Senden von Strahlung auf ein Objekt (9b) und zum Empfang von von dem Objekt (9b) zurückgeworfener Strahlung, wobei eine Anordnung des Meßkopfes (36b) mit einem Arbeitsabstand (l₂) von dem Objekt (9b) vorgesehen ist, wobei das Interferometersystem (41b) einen ersten Strahlengang für Strahlung (45b) einer vorbestimmten kurzen ersten Kohärenzlänge aufweist, wobei in dem ersten Strahlengang der Reihe nach eine erste Strahlungsquelle (43b) zur Bereitstellung der Strahlung (45b) mit der ersten Kohärenzlänge, eine dem Objekt (9b) nächstliegende Komponente (54b) des Meßkopfes (36b), das Objekt (9b), die dem Objekt (9b) nächstliegende Komponente (54b) des Meßkopfes (36b) und ein erster Detektor (61b) angeordnet sind, wobei das Interferometersystem einen zweiten Strahlengang für Strahlung (92) einer vorbestimmten langen dritten Kohärenzlänge aufweist, wobei in dem zweiten Strahlengang der Reihe nach eine dritte Strahlungsquelle (91) zur Bereitstellung der Strahlung (92) mit der dritten Kohärenzlänge, die dem Objekt (9b) nächstliegende Komponente (54b) des Meßkopfes (36b), das Objekt, die dem Objekt (9b) nächstliegende Komponente (54b) des Meßkopfes (36b) und ein zweiter Detektor (101) angeordnet sind, und wobei das Interferometersystem ferner umfaßt: eine erste Verarbeitungsschaltung (103) für von dem zweiten Detektor (101) bereitgestellte Meßsignale und zur Bereitstellung eines eine Modulationsfrequenz (f₂) des von dem zweiten Detektor (101) bereitgestellten Meßsignals repräsentierenden Frequenzsignals, gekennzeichnet durch eine zweite Verarbeitungsschaltung (71b) für von dem ersten Detektor (61b) bereitgestellte Meßsignale, wobei die zweite Verarbeitungsschaltung (71b) einen Bandpaßfilter (73b) mit einem von dem Frequenzsignal abhängenden Frequenzband aufweist.
Interferometersystem nach Anspruch 13, wobei wenigstens die erste Grenzfläche (53) eine Komponente des Meßkopfes (36) ist und wobei, bei Anordnung des Meßkopfes (36) mit dem Arbeitsabstand von dem Objekt, eine erste optische Weglänge (l₂) zwischen der ersten Grenzfläche (53) und dem Objekt (9) im wesentlichen gleich einer zweiten optischen Weglänge (l₁) zwischen den beiden Grenzflächen (52, 53) ist.
Interferometersystem nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Strahlungsweiche (49) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und der zweiten Grenzfläche (52) angeordnet ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die erste Kohärenzlänge kleiner als das 0,3fache des Arbeitsabstands ist, insbesondere kleiner als das 0,07fache und weiter bevorzugt kleiner als das 0,01fache des Arbeitsabstands ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Meßkopf (36) eine Fokussieroptik (54) zur Fokussierung der von der ersten Strahlungsquelle (43) bereitgestellten Strahlung (45) in einem ersten Beleuchtungsstrahlungsfokus (39) aufweist, welcher mit einem Abstand von dem Meßkopf (36) angeordnet ist, der im wesentlichem dem Arbeitsabstand entspricht.
Interferometersystem nach Anspruch 17, wobei die von der ersten Strahlungsquelle (43c₁ ) bereitgestellte Strahlung (45c₁ ) eine erste Wellenlänge (λ₁) aufweist und das Interferometersystem (41c) ferner wenigstens eine zweite Strahlungsquelle (43c₂ ) zur Bereitstellung von Strahlung (45c₂ ) einer zweiten Wellenlänge (λ₂) umfaßt, welche in dem Beleuchtungsstrahlengang der von der ersten Strahlungsquelle (43c₁ ) bereitgestellten Strahlung (45c₁ ) überlagert ist.
Interferometersystem nach Anspruch 18, wobei die Fokussieroptik (45c) die von der zweiten Strahlungsquelle (43c₂ ) bereitgestellte Strahlung (45c₂ ) in einem zweiten Beleuchtungsstrahlungsfokus (39c₂ ) fokussiert, welcher ebenfalls mit einem Abstand von dem Meßkopf angeordnet ist, der im wesentlichem dem Arbeitsabstand entspricht, allerdings von dem ersten Beleuchtungsstrahlfokus (39c₁ ) einen Abstand aufweist.
Interferometersystem nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Detektor zur Detektion der von der ersten und der zweiten Strahlungsquelle (43c₁ , 43c₂ ) bereitgestellten Strahlung (45c₁ , 45c₂ ) jeweils verschiedene Teildetektoren (61c₁ , 61c₂ ) umfaßt, und wobei einem jeden Teildetektor ein separater Bandpaßfilter (73c₁ , 73c₂ ) zur Verarbeitung der von diesem bereitgestellten Meßsignale vorgesehen ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei der Meßkopf (36a) einen Antrieb (85) aufweist, um wenigstens eine Grenzfläche (53a) des Grenzflächenpaares (52a, 53a) relativ zu dem Meßkopf (36a) zu verlagern.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei das Grenzflächenpaar durch einen transparenten Körper (51) mit zwei planparallelen einander gegenüberliegenden Oberflächen (52, 53) bereitgestellt ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei das Grenzflächenpaar (52a, 52b) durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete transparente Platten (81, 82) bereitgestellt ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei das Grenzflächenpaar durch zwei mit Abstand voneinander in einer Glasfaser angeordnete teilreflektierende Strukturen bereitgestellt ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 24, wobei eine innerhalb des Frequenzbands angeordnete Frequenz f₁ der Gleichung
erfüllt, wobei f₂ die Modulationsfrequenz (f₂) des von dem zweiten Detektor (101) ausgegebenen Meßsignals ist, λ₁ eine Wellenlänge der Strahlung (45b) der ersten Kohärenzlänge ist und λ₃ eine Wellenlänge der Strahlung (92) der dritten Kohärenzlänge ist.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 25, wobei der erste und der zweite Strahlengang zwischen dem Meßkopf (36b) und dem Objekt (9b) einander überlagert sind.
Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 26, ferner umfassend eine in dem ersten Strahlengang zwischen einer dem Objekt (9b) nächstliegenden Komponente (54b) des Meßkopfes (36b) und dem ersten Detektor (61b) und in dem zweiten Strahlengang zwischen der dem Objekt (9b) nächstliegenden Komponente (54b) des Meßkopfes (36b) und dem zweiten Detektor (101) angeordnete Strahlweiche (97), wobei der erste und der zweite Strahlengang zwischen der dem Objekt (9b) nächstliegenden Komponente (54b) des Meßkopfes (36b) und der Strahlweiche (97) einander überlagert sind.
Werkzeug, umfassend: eine Werkstückplattform (7) zur Anbringung eines Werkstücks (9), einen Werkzeugkopf (36) und eine den Werkzeugkopf tragende Verlagerungsmechanik zur Verlagerung des Werkzeugkopfes (36) relativ zu der Werkstückplattform (7), wobei das Werkzeug ferner ein Interferometersystem (41) nach einem der Ansprüche 1 bis 27 umfaßt, dessen Meßkopf (36) an dem Werkzeugkopf (36) angebracht ist.
Werkzeug nach Anspruch 28, wobei das Werkzeug ein Meßwerkzeug, insbesondere ein Koordinatenmeßgerät (1), umfaßt.
Werkzeug nach Anspruch 29, wobei das Werkzeug ein Bearbeitungswerkzeug umfaßt.
Verfahren zum Positionieren eines Meßkopfes mit einem vorbestimmten Arbeitsabstand von einem Objekt, umfassend: Bereitstellen eines ersten Interferometersystems, welches ein Abstandssignal bereitstellt, welches anzeigt, ob der Meßkopf mit einem Abstand von dem Objekt angeordnet ist, der im wesentlichen gleich dem Arbeitsabstand ist, oder nicht, Bereitstellen eines Geschwindigkeitsmeßsystems, welches ein Geschwindigkeitssignal bereitstellt, welches eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und dem Meßkopf repräsentiert, wobei das Bereitstellen des Abstandssignals in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Bereitstellen des Abstandssignals eine Frequenzfilterung eines von einem Detektor des ersten Interferometersystems bereitgestellten Meßsignals umfaßt und die Frequenzfilterung in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Frequenzfilterung eine Bandpaßfilterung umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei das Geschwindigkeitsmeßsystem ein zweites Interferometersystem umfaßt.
Weißlichtinterferometer mit einem Lichtdetektor und einem Bandpaßfilter für ein von dem Lichtdetektor bereitgestelltes Meßsignal, wobei der Bandpaßfilter einen Eingang zur Zuführung eines Frequenzsignals aufweist, in Abhängigkeit von welchem eine Filtercharakteristik des Bandpaßfilters einstellbar ist, ferner umfassend eine Detektionsschaltung zur Bereitstellung des Frequenzsignals.
Weißlichtinterferometer nach Anspruch 35, wobei die Detektionsschaltung eine Geschwindigkeitsmeßschaltung oder/und eine Treiberschaltung für einen Aktuator umfaßt.