DE1473812B2 - Interferometrische Längenmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine interferometrische Längenmeßeinrichtung, ζ. B. zur Messung der Verschiebungsstrecke eines längs der Führung einer Werkzeugmaschine verschiebbaren Schlittens, unter Verwendung eines zusammen mit dem Meßobjekt verschiebbaren Lichtstrahlreflektors und eines im Abstand davon angeordneten feststehenden Kösterschen Interferenzdoppelprismas mit halbtransparenter und strahlenteilender Zwischenfläche zur Aufteilung eines von einer Lichtquelle kommenden monochromatischen gebündelten Lichtstrahles in einen zu dem verschiebbaren Reflektor geleiteten variablen Längenmeßstrahl und einen auf einen feststehenden Reflektor gerichteten Bezugsstrahl, wobei die von dem festen und dem verschiebbaren Reflektor reflektierten Lichtstrahlen in der strahlenteilenden Zwischenfläche des Kösterschen Doppelprismas zur Erzeugung der Interferenzstreifenmuster kombiniert und diese durch einen Photodetektor erfaßt und gezählt werden.

Die Verwendung interferometrischer Längenmeßeinrichtungen bei Werkzeugmaschinen zur Feststellung der Lage einzelner Maschinenteile ist bekannt. Mit derartigen aus einer Kombination von Laser und Optik arbeitenden Einrichtungen läßt sich bei einem Meßbereich von 2540 mm eine Genauigkeit von 2,5 bzw. 0,8 μ je nach Meßbereich erreichen. Derartige Einrichtungen können insbesondere für numerische gesteuerte Werkzeugmaschinen und Meßgeräte in Verbindung mit elektronischer Datenverarbeitung verwendet werden. Bei den bekannten Anordnungen werden jedoch in aller Regel eine größere Anzahl voneinander gesondert angeordneter Einrichtungen verwendet, wodurch eine sehr erhebliche Justierarbeit erforderlich ist und außerdem bei dem rauhen Betrieb von Werkzeugmaschinen erhebliche Fehlerquellen entstehen. Dies insbesondere durch die durch die Anordnung mehrerer Bauelemente bedingte größere Anzahl freier Achsen, die in jedem Falle der Meßstrecke entsprechen.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine derartige interferometrische Längenmeßeinrichtung zu schaffen, bei der Fehlerquellen auch bei rauhem Betrieb weitgehend ausgeschaltet sind und bei denen die Justierarbeit wesentlich vereinfacht wird. Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, an Stelle der bei bekannten Anordnungen durch die Vielzahl von Bauelementen entstehenden freien Strahlenachsen zu den einzelnen Elementen eine einzige Strahlenachse zu schaffen, die in der Meßstrecke liegt.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Köstersche Interferenzdoppelprisma mit der Lichtquelle und dem Photodetektor zu einer einzigen optischen Einheit fest verbunden sind und daß der Basisteil der einen Prismenhälfte des Kösterschen Doppelprismas einen Reflektor mit reflektierenden Innen- und Außenflächen bildet, von denen die Innenfläche als feststehender Reflektor für den auftreffenden, vollständig im Inneren der Prismenhälfte verlaufenden Bezugsstrahl dient, und daß der im Abstand angeordnete verschiebbare Reflektor als trihedrales Prisma ausgebildet ist, welches den auftreffenden Längenmeßstrahl längs eines parallelen Weges auf die Außenfläche des Reflektors des Kösterschen Doppelprismas projiziert, von wo der Meßstrahl wieder in sich selbst zurückreflektiert und auf dem gleichen Weg zur strahlenteilcnden Zwischenfläche des Kösterschen Doppelprismas geleitet wird.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird eine Längenmeßeinrichtung der eingangs erwähnten Art geschaffen, die nur aus im wesentlichen zwei im Abstand voneinander und gegeneinander bewegbaren Bauelementen besteht. Im Gegensatz zu der Vielzahl der miteinander elektrisch-mechanisch und/ oder optisch in Verbindung stehenden Elemente der bekannten Einrichtungen werden gemäß der Erfindung nur zwei einheitliche prismatische Elemente ίο verwendet, deren eines ein an sich bekanntes Köstersches Interferenzdoppelprisma ist und deren anderes eine relativ zum Kösterschen Prisma bewegbare optische Anordnung ist, die ein trihedrales Prisma einschließt.

Gemäß der Erfindung sind also die Lichtquelle und der Photodetektor fest mit dem Kösterschen Doppelprisma verbunden, und die Basis der einen Prismenhälfte des Kösterschen Doppelprismas ist als Reflektor mit reflektierenden Innen- und Außenflächen ausgebildet.

Durch diese Verbindung des Interferenzdoppelprismas mit dem Photodetektor und der Lichtstrahlquelle wird eine vollkommen in sich geschlossene optische Anordnung gebildet. Ein Neueinstellen dieser Hauptelemente erfordert also keine mechanischen Einstellmittel, ebenso wie für den Strahlengang des Bezugsstrahles im Inneren des Interferenzdoppelprismas. Alle kritischen optischen Beziehungen sind vorher festgelegt. Zusätzliche Sammellinsen zwischen der Ausgangslinse der Lichtquelle und dem Interferenzdoppelprisma bzw. zwischen diesem und dem Photodetektor sind nicht erforderlich. Zwischen beiden optischen Anordnungen der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht nur eine freie Licht-Strahlachse, längs der die Längenmessung ausgeführt werden soll. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist die optische Ausrichtung längs dieser einzigen Meßachse nicht kritisch, da eine geringe Fehlausrichtung in seitlicher, schräger oder verdrehter Richtung zu beiden Grundelementen der erfindungsgemäßen Einrichtung die Genauigkeit der Messung nicht beeinflußt. Dies ist insbesondere bei Werkzeugmaschinen von Bedeutung, bei denen ein gewisses Spiel an den Führungsflächen der gegeneinander bewegten Führungsteile eine optisch genaue Ausrichtung schwierig macht.

Vorzugsweise ist die Lichtquelle ein als Lichtquelle für interferometrische Längenmeßeinrichtungen bekannter Laser, der mit dem Interferenzdoppelprisma so fest verbunden ist, daß er einen gebündelten kohärenten Laserstrahl in das Prisma leitet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann eine phasendifferenzierende Reflexionsplatte aufweisen, die an einer Seitenfläche des Prismenelementes so befestigt ist, daß sie einen der geteilten Strahlen in zwei benachbarte phasendifferenzierte Strahlenteile in der Weise aufteilt, daß die wiederkombinierten Strahlen phasendifferenzierte Interferenzstreifen bilden, wobei der Photodetektor 68 mit zwei getrennten individuellen Detektoren 168 B, 1695 ausgestattet ist, welche zur Betätigung durch die phasendifferenzierten Interferenzstreifen entsprechend angeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i p. 1 eine zum Teil schematische und zum Teil schaubildliche Darstellung einer Maschine, die das verbesserte Längenmeßinstrument verkörpert,

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F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt einer Drauf- nen Pfad innerhalb des Prismenelementes 55 reflek-

sicht auf die Maschine und auf das Längenmeßgerät, tiert und zum Strahlteiler 57 zurückgeleitet, um einen

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer abge- extrem stabilen Bezugsstrahl zu erzeugen. Der andere wandelten Ausführung von zwei relativ bewegbaren Teil des ausgespaltenen Lichtstrahls wird vom Strahlprismatischen Elementen zum Messen des Ausmaßes 5 teiler 57 aus dem Prismenelement 55 nach außen der relativen Bewegung, und längs eines Lichtstrahlpfades 60 geleitet und

F i g. 4 eine Ansicht des rückwärtigen Endes eines stellt einen Meßstrahl dar.

trihedralen Prismas oder eines bevorzugten wesent- Die andere optische Anordnung 43 weist ein rohrlichen Elementes eines Meßgerätes, förmiges Gehäuse 62 auf, das direkt am bewegbaren

F i g. 5 eine schaubildliche Darstellung der beiden io Maschinenelement 35 befestigt ist. In eine Bohrung

relativ bewegbaren prismatischen Elemente, des Gehäuses 62 ist ein trihedrales oder Würfelecken-

F i g. 6 eine Vorderansicht eines abgeänderten prisma 63 eingesetzt und bildet einen prismatischen

Strahlteilungsprismas nach K ö s t e r sowie eine Reflektor für den aus dem Prismenelement 55 aus-

schematische Darstellung der inneren Bezugsstrahl- tretenden Lichtstrahl 60. Das einzelne trihedrale

bahn und 15 Prisma 63 ist im Gehäuse 62 so ausgerichtet, daß es

F i g. 6 A einen Schrägschnitt durch das Köstersche den Strahl 60 empfängt, der zuerst im Inneren des

Prisma allgemein nach der Linie 6A-6A in der Prismas reflektiert und dann nach außen längs eines

F i g. 6, wobei die phasendifferenzierten Teile des parallelen Strahlenpfades 65 reflektiert wird. Der

Bezugsstrahls und der zu einem Strahl wiederver- Strahl 65 wird zu einem äußeren Reflektor 66 geleitet,

einigten Teilstrahlen dargestellt sind. 20 der mit dem Prisma 55 aus einem Stück besteht,

Die Maschine nach F i g. 1 weist einen Sockel 30 derart, daß längs des parallelen Strahlenpfades 65

auf, der mit einem Basisteil 31 aus einem Stück zurück zum trihedralen Prisma 63 nach außen ein

besteht, wobei der Basisteil mit in Längsrichtung damit zusammenfallender Meßstrahl reflektiert wird,

verlaufenden Führungen 32 und 33 versehen ist. Auf Der zurückgeleitete Strahl wird aus dem trihedralen

diesen Führungen ist ein entsprechend ausgestaltetes 25 Prisma 63 nach außen längs des Pfades 60 reflektiert,

Maschinenelement 36 gleitbar gelagert und längs der dann zum Prismenelement 55 geleitet und mit dem

Führungen geradlinig bewegbar. Eine drehbare Zug- reflektierten Bezugsstrahl an der halbtransparenten

spindel 37 ist in einem Stegteil 38 des Basisteils ge- Zwischenfläche 57 vereinigt, wobei Interferenzstreifen

lagert und mit einem Mutterschloß 40 im Eingriff, erzeugt werden. Die Richtung des zusammenfallen-

das an der Unterseite des bewegbaren Maschinen- 30 den Pfades ist in Fig. 1 durch die Pfeile 65R und

elementes36 befestigt ist. Eine Drehung der Spindel 6Oi? angezeigt.

37 bewirkt eine Längsbewegung des Maschinen- In den Pfaden des einen Teilstrahls sind phasen-

elementes 36. differenzierende Mittel angeordnet, die an der

Zum Bestimmen des Ausmaßes und der Richtung Zwischenfläche 57 zwei phasendifferenzierte Wellender Bewegung des Elementes 36 ist an diesem eine 35 fronten erzeugen, die sowohl die Richtung als auch erste optische Anordnung 43 befestigt, die mit einer das Ausmaß der Bewegung anzeigen,
auf diese ausgerichteten einheitlichen optischen Ein- Die an der halbtransparenten Zwischenfläche 57 richtung 44 zusammenwirkt, die an einem schräg von den wieder miteinander vereinigten Teilstrahlen verlaufenden Basisteil 45 befestigt ist, der aus einem erzeugten Interferenzstreifen wirken auf einen Photo-Stück mit dem Maschinensockel 30 besteht. Die op- 4° detektor 68 ein. Das Gehäuse für den Photodetektor tische Einrichtung 44 enthält einen Laser 48, dessen 68 ist an einer gegenüberliegenden Seitenfläche des Gehäuse 49 mit einem langgestreckten Basisteil ver- Prismenelementes 55 befestigt und führt über die sehen ist, der direkt am Basisteil 45 befestigt ist. Der Leiter 70, 71 und 72 einem Zweirichtungszählkreis 75 Laser 48 besteht aus einem Helium-Neon-Gas-Laser Ausgangssignale zu. Je nach der Richtung der Bemit einem aktivierenden Plasmarohr, das zwischen 45 wegung werden aus der Zählschaltung 75 über die den auf Abstand stehenden und am Gehäuse 49 be- Leiter 76 und 77 entsprechende Signale zu einem festigten Haltegliedern 50 und 51 angeordnet ist. Zweirichtungszähler 78 geleitet, der mit einer Anzahl Das am Gehäuseende gelegene Halteglied 51 ist mit rechteckiger Öffnungen zum sichtbaren Anzeigen des einem sphärischen Reflektor und einer Sammellinse Ausmaßes der Bewegung versehen ist. Der Zwei-53 (Kollimator) versehen, die nach außen auf die 50 richtungszähler 78 kann ferner mit den Richtungseine Seite eines einheitlichen Prismenelementes 55 anzeigepfeilen 79 und 80 versehen werden, von denen einen zusammengefaßten monochromatischen Licht- ein Pfeil während der Bewegung erleuchtet wird und strahl wirft. Das Prismenelement 55 ist an der Unter- die Bewegungsrichtung anzeigt. Das Ausmaß der seite direkt über einer seitlichen Verlängerung 56 des Bewegung, die in der F i g. 1 dargestellt ist, beträgt Haltegliedes 51 befestigt. Das Prismenelement 55 55 303,188 cm, wodurch der nach der Erfindung erzielte wird in bezug auf das Lasergehäuse 49 ortsfest ge- stark vergrößerte Meßbereich veranschaulicht wird, halten derart, daß eine Seitenfläche des Prismen- Zwecks weiterer Erläuterung der vollständigen elementes in einer vorherbestimmten Ausrichtung interferometrischen Länsenmeßeinrichtung sind die auf den aus der Linse 53 austretenden monochroma- zusammenwirkenden Teile in der F i g. 2 mit enttischen Lichtstrahl gehalten wird. Das einheitliche 60 sprechenden Bezusszeichen versehen. Zwei Druck-Prismenelement 55 besteht aus einer abgeänderten lagerringe 86 und 87 sind an der Leitspindel 37 be-Ausführungsform eines Kösterprismas mit einer halb- festigt und liegen an beiden Seiten des Maschinentransparenten Zwischenfläche 57, die auf der Basis gestellteils 38 an. Das linke Ende 89 der Spindel 37 senkrecht steht und als halbtransparentes Strahlen- ist in einem Lagerglied 90 drehbar gelagert, das am spaltelement wirkt, das aus der Linse 53 eintretendes 65 Maschinenunterbau befestigt ist. Ein an der Spindel Licht in zwei Lichtstrahlen aufspaltet und diese 89 befestigtes Kupplungselement 91 kann mit einem wieder miteinander vereinigt. Der eine Teil des Kupplungselement 92 in Eingriff gebracht werden, Laserstrahls wird über einen vollständig geschlosse- das an einer axial bewegbaren Welle befestigt ist, die

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in einem vom Maschinengestell 30 getragenen auf- längs des Pfades 13Oi? an die Strahlteilfiäche 57 gerecht stehenden Lagerglied 94 gelagert ist. An der leitet. Während seines Rückweges wird der Strahl Welle 93 ist eine Handkurbel 95 angebracht, mit der 6Oi? durch die innere Reflexionsfläche 117 reflekdie Spindel 37 gedreht werden kann, um das Ma- tiert und auf einen Wiedervereinigungsabschnitt 128 schinenelement 36 zu bewegen. Sind die Kupplungs- 5 der Zwischenfläche 57 gerichtet. Der gestrichelte elemente 91, 92 ausgerückt, so kann die Spindel Kreis 128 ist eine schematische Darstellung des Teils durch nicht dargestellte kraftbetriebene Mittel ge- der Zwischenfläche 57, der sowohl zum Teilen des dreht werden, um das Maschinenelement 36 zu be- eintretenden Lichtes in zwei Teilstrahlen als auch wegen. zum Wiedervereinigen der reflektierten Teile der

F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine io zwei Teilstrahlen dient.

vereinfachte Ausführungsform einer Längenmeßein- Die Vorderseite des trihedralen Prismas 63 ist in

richtung sowie das verbesserte optische System zum ähnlicher Weise mit einem nichtreflektierenden Film

Erzeugen des inneren gerichteten Bezugsstrahls und oder einer nichtreflektierenden Schicht 138 bedeckt,

des äußeren gerichteten Meßstrahles. Das einstückige welche sowohl den Eintritts- als auch den Austritts-

Prismenelement 55 ist ein abgeändertes Köstersches 15 pfad für den Meßstrahl vollständig bedeckt.

Prisma mit zwei 30°-60^o-90°-Prismen 114 und 115, Der andere Teilstrahl 129 wird intern durch die

die an einer halbversilberten Zwischenfläche 57 zu- halbtransparente Fläche 57 gegen die innere reflek-

sammengeklebt sind. Das Prismenelement 55 ist mit tierende Fläche 116 reflektiert und dann nach unten

einer weiteren inneren reflektierenden Fläche 120 längs eines Pfades 140 gegen den inneren Reflektor

versehen, die der äußeren reflektierenden Fläche 66 20 120 geleitet. Der im Innern reflektierte Strahl 140

abgewandt ist. wird von dem inneren Reflektor 120 längs eines

Um vollständige undurchsichtige reflektierende Pfades zurückgeleitet, der in der Fig. 3 mit 14Oi?

Flächen zu erzeugen, ist an dem Basisteil des ein- bezeichnet ist. Der zurückgeleitete innere Strahl 140 i?

heitlichen Prismenelementes 55 eine reflektierende wird von der schräg verlaufenden inneren reflek-

Schicht aus im Vakuum aufgedampftem Aluminium 25 terenden Fläche 116 nochmals reflektiert und längs

121 angeordnet. Obwohl die Aluminiumschicht 121, des Strahlenpfades 129 R zum Strahlspaltungs- und

die schematisch in F i g. 3 dargestellt ist, mit einer Wiedervereinigungsteil 128 geleitet.

Dicke 122 gezeigt ist, beträgt die wirkliche Dicke des Wird der durch Reflexion zurückgeleitete Teilstrahl

reflektierenden Films weniger als einige Tausendstel oder innere Bezugsstrahl 129 R mit dem durch Re-

eines Zentimeters. 30 flexion zurückgeleitenden Meßstrahl 13Oi? wieder

Die Laserlichtquelle 48 und die Photodetektor- vereinigt, so bilden sich längs des Wiedervereini-

einrichtung 68 sind schematisch in F i g. 3 in vorher- gungsteils 128 der halbtransparenten Zwischenfläche

bestimmter Beziehung zu den durch das Prismen- 57 Interferenzstreifen. Vom Wiedervereinigungsteil

element oder Köstersche Prisma 55 gegebenen 128 der Zwischenfläche 57 aus wird der wiederver-

Winkelflächen dargestellt. 35 einigte Strahl längs eines Austrittspfades 143 durch

Im Betrieb des Instrumentes tritt ein Lichtstrahl einen nichtreflektierenden Belag 144 hindurchgeleitet, 126 in das Prisma über einen nichtreflektierenden der auf dem Prisma 115 aufgetragen ist. Der Photo-Film oder eine nichtreflektierende Schicht 127 ein, detektor 68 spricht auf die Interferenzstreifen an.
die an der Winkelfläche des Prismas 114 zwischen Die Lichtinterferenzstreifen am Wiedervereiniden gestrichelten Linien angebracht ist. Die Zwischen- 40 gungsteil 128 zeigen das Ausmaß der relativen Befläche 57 spaltet dann den eingetretenen Lichtstrahl wegung zwischen dem Prismenelement 55 und dem 126 in zwei entsprechende Teilstrahlen 129 und 130. mit diesem zusammenwirkenden einheitlichen pris-Der Meßstrahl 130 wird durch die innere reflek- matischen Reflektor an. Die Entfernung dieser beiden tierende Fläche 117 des Prismenelementes 55 längs Elemente voneinander ist mit Z bezeichnet und stellt eines abgehenden Pfades 60 senkrecht zu der Basis- 45 den Abstand zwischen der Vorderseite oder der fläche 148 und durch eine nichtreflektierende Schicht Basis 148 des Prismenelementes oder des Kösterschen 132 auf einen Teil der Basis gerichtet. Der Strahl Prismas 55 und der Vorderseite 149 des trihedralen setzt sich längs des Pfades 60 zu einer inneren reflek- Prismas 63 dar.

tierenden Fläche 134 fort, die durch das trihedrale Die Länge des Meßstrahlpfades verändert sich in Prisma 63 gebildet ist. Von der inneren reflektieren- 50 direkter Übereinstimmung mit der Entfernung Z.
den Fläche 134 wird der Meßstrahl 60 nach innen Unter Einschluß des Ausgangsteils des Meßstrahles zu der zweiten inneren reflektierenden Fläche 135 und dessen reflektorisch zurückgeführter Teile umreflektiert und von dort zu der dritten inneren Re- faßt der vollständige optische Pfad des Meßstrahles flexionsfläche 136, die durch das Prisma 63 gebildet insgesamt das Vierfache der mit Z bezeichneten verist. Der Meßstrahl wird dann direkt nach außen 55 änderlichen Strecke. Eine Veränderung der Strecke Z längs des Strahlenpfades 65 gegen den äußeren Re- entsprechend einem Viertel einer Lichtwellenlänge flektor 66 gerichtet, der aus einem Stück mit dem bewirkt daher eine eine volle Wellenlänge umfassende einheitlichen Prismenelement 55 besteht. Der Strahl Änderung der Länge des optischen Pfades, der vom 65 wird durch den äußeren Reflektor 66 längs eines Meßstrahl durchlaufen wird. Eine solche eine vollzusammenfallenden Strahlenpfades reflektiert, der in 60 ständige Wellenlänge umfassende Änderung ent-F i g. 4 bei 65 i? schematisch dargestellt ist. Der spricht einer vollständigen Periode der Lichtinterreflektierte Meßstrahl 65 i? tritt in das trihedrale ferenz am Wiedervereinigungsteil 128 der Zwischen-Prisma 63, um wieder innen durch die Reflexions- fläche 57, d. h., das belichtete einzelne Feld an der flächen 136, 135 und 134 reflektiert zu werden. Zwischenfläche 57 wechselt von dunkel zu hell zu Beim Erreichen der inneren Reflexionsfläche 134 65 dunkel.

wird er zusammenfallend nach außen längs des Da die Laserstrahlquelle 48, der Photodetektor 68

Pfades 60 R und dann über den nichtreflektierenden und das Prismenelement 55 zu einer einzigen op-

FiIm 132 in das Prismenclement 55 zur Übertragung tischen Ausgangsanordnung 44 fest miteinander ver-

bunden sind, besteht zwischen diesen zusammenwirkenden Elementen eine vorherbestimmte unveränderliche optische Beziehung. Bei der in der F i g. 3 dargestellten interferometrischen Meßeinrichtung besteht an sich eine kontinuierliche Stabilität der optischen Beziehungen, so daß die Notwendigkeit für mechanische Einstellmittel vollständig entfällt.

Zwecks weiterer Klärung der inneren Reflexionen des Meßstrahles innerhalb des trihedralen Prismas 63 zeigt Fig. 4 eine Unteransicht dieses mit im Winkel schräg auseinanderstrebenden Außenseiten versehenen Prismas, die mit den Bezugszeichen 134JY", 135.Y und 136A^ versehen sind, welche den Bezugszeichen entsprechen, mit denen die inneren Reflexionsflächen bezeichnet sind.

Zwecks weiterer Erläuterung der Bahn des Meßstrahles im Inneren des trihedralen Prismas 63 zeigt F i g. 5 in schaubildlicher Darstellung die beiden einheitlichen und zusammenwirkenden optischen Elemente 63 und 55. Die Prismen 114 und 115 sind gesondert dargestellt, bevor sie, miteinander vereinigt, die halbtransparente und den Strahl teilende Zwischenfläche bilden. Zwecks weiterer Vereinfachung der Darstellung wird nur ein Ausgangsmeßstrahlpfad vom Prisma 115 ausgehend längs des Pfades 60 und 65 gezeigt.

Wie aus der F i g. 6 zu ersehen ist, ist die Seitenfläche 114 des Prismenelementes 55 direkt am Tragglied 51 der Laserstrahlquelle 48 mittels eines halbkreisförmigen Abstandselementes 160 befestigt, während der Photodetektor 68 an der schräg verlaufenden Seitenfläche des Prismas 115 des Prismenelementes 55 befestigt ist. Die verschiedenen Reflexionsflächen, die aus einem Stück mit dem Prismenelement 55 bestehen, sowie die halbreflektierende Strahlspaltoder Zwischenfläche 57 sind mit Bezugszeichen versehen, die den Bezugszeichen der bisher beschriebenen Bauelemente entsprechen.

Vom Zwischenflächenteil 128 aus wird der reflektierte Teilstrahl 129 nach innen zu den Reflexionsflächen 116 und 156 geleitet, die von dem Prisma 114 und dem an diesem angebrachten transparenten Belag 155 gebildet werden. Mit anderen Worten, der transparente Belag 155 verhindert eine Totalreflexion des Teilstrahles 129 durch die innere Reflexionsfläche 116. Infolgedessen wird ungefähr eine Hälfte des Teilstrahles 129 von der Fläche 116 nach unten reflektiert und bildet einen Strahlteil 140-P1, der über denselben Pfad zurückgeleitet und über die reflektierende Fläche 116 zum halbtransparenten Zwischenflächenteil 128 geleitet wird und der ein erstes Belichtungsfeld bildet. Zugleich wird die andere Hälfte des Teilstrahles 129 "von der seitlich auf Abstand stehenden reflektierenden Fläche 156 (Fig. 6 und 6A) nach unten reflektiert und innen nach unten längs eines Strahlpfades 161-P2 geleitet. Von der inneren reflektierenden Fläche 120 aus (F i g. 6) wird die eine Hälfte des Teilstrahles 161-P2 nach oben reflektiert und von derselben seitlich versetzten reflektierenden Fläche 156 (Fig. 6 und 6A) nochmals reflektiert, wobei der phasendifferenzierte Teil des Bezugsstrahles zum verciniaten Teil 128 zurückeeleitet wird und ein zweites Belichtuncsfeld bildet.

Eine axial verlaufende Linie (Fig. 6A) setzt sich durch den Vereinitninasteil 128 hindurch als axial verlaufende Linie 143 fort, die den wiedcrvercinictcn Strahl darstellt zum Unterschied von den phasendifferenzierten benachbarten wiedervereinigten Strahlenteilen 143-CP1 bzw. 143-CP2.

Je nach der Richtung der Meßbewegung eilen die Interferenzstreifenmuster 165F (Fig. 6A) den Interferenzmustern 164F voraus oder nach. In der Photodetektoreinrichtung 68 sind gesonderte Festkörper-Photodetektoren 168 D und 169 D vorgesehen, die auf die gesonderten Interferenzmuster 164 F und F ansprechen, die von den wiedervereinigten

ίο Strahlen 143-CPl und 143-CP2 erzeugt werden. Die Photodetektoren 168 D und 169 D werden dementsprechend mit einem zeitlichen Abstand betätigt, der dem Auftreten der um eine Viertelphase gegeneinander verschobenen Interferenzmuster 164 F und 165 F entspricht. Das Ausgangssignal der Detektoren besteht aus zwei elektrischen, um 90° phasenverschobenen Signalen entsprechend der Frequenz, die von den sich ändernden, phasenverschobenen gesonderten Gruppen von Interferenzmustern erzeugt wird.

ao Der Zweirichtungszähler 78 kann mit einer nicht dargestellten, die Interferenzstreifen direkt anzeigenden Anzeigetafel versehen werden oder mit einer nicht dargestellten Interpolationsschaltung, die eine Ablesung in Zentimeter ermöglicht, wie in F i g. 1

as graphisch dargestellt. Für Zwecke der Vereinfachung mag jedoch die Angabe genügen, daß der Zweirichtungszähler 78 die Richtung und das Ausmaß der Bewegung sichtbar anzeigt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Interferometrische Längenmeßeinrichtung, z. B. zur Messung der Verschiebungsstrecke eines längs der Führung einer Werkzeugmaschine verschiebbaren Schlittens, unter Verwendung eines zusammen mit dem Meßobjekt verschiebbaren Lichtstrahlreflektors und eines im Abstand davon angeordneten feststehenden Kösterschen Interferenzdoppelprismas mit halbtransparenter und strahlenteilender Zwischenfläche zur Aufteilung eines von einer Lichtquelle kommenden monochromatischen gebündelten Lichtstrahles in einen zu dem verschiebbaren Reflektor geleiteten variablen Längenmeßstrahl und einen auf einen feststehenden Reflektor gerichteten Bezugsstrahl, wobei die von dem festen und dem verschiebbaren Reflektor reflektierten Lichtstrahlen in der strahlenteilenden Zwischenfläche des Kösterschen Doppelprismas zur Erzeugung von Interferenzstreifenmuster kombiniert und diese durch einen Photodetektor erfaßt und gezählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Köstersche Interferenzdoppelprisma (55) mit der Lichtquelle (48) und dem Photodetektor (68) zu einer einzigen optischen Einheit (44) fest verbunden sind und daß der Basisteil (121) der einen Prismenhälfte (114) des Kösterschen Doppelprismas einen Reflektor mit reflektierenden Innen- und Außenflächen (120 bzw. 66) bildet, von denen die Innenfläche (120) als feststehender Reflektor für den auftreffenden, vollständig im Inneren der Prismenhälfte (114) verlaufenden Bezugsstrahl (129) dient, und daß der im Abstand angeordnete verschiebbare Reflektor als trihedrales Prisma (63) ausgebildet ist. welches den auftrennenden Längenmeßstrahl (60) länes eines parallelen Weces auf die Außenfläche (66) des Reflektors (121) des Kösterschen Doppelprismas (55) projiziert, von wo der Meßstrahl

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wieder in sich selbst zurückreflektiert und auf dem gleichen Weg zur strahlenteilenden Zwischenfläche (57) des Kösterschen Doppelprismas geleitet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser (48) ist, der mit dem Interferenzdoppelprisma (55) so fest verbunden ist, daß er einen gebündelten kohärenten Laserstrahl (126) in das Prisma leitet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine phasendifferen-

zierende Reflexionsplatte (155) vorgesehen ist, die an einer Seitenfläche des Prismenelementes so befestigt ist, daß sie einen der geteilten Strahlen in zwei benachbarte phasendifferenzierte Strahlenteile in der Weise aufteilt, daß die wiederkombinierten Strahlen phasendifferenzierte Interferenzstreifen bilden, wobei der Photodetektor (68) mit zwei getrennten individuellen Detektoren (168 D, 169D) ausgestattet ist, welche zur Betätigung durch die phasendifferenzierten Interferenzstreifen entsprechend angeordnet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen