DE19630191C1 - Laser-Interferometer und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laser-Interferometer sowie ein Verfah­ ren zu dessen Betrieb. Insbesondere geeignet ist das erfindungsgemäße Laser-Interferometer bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Laser-Interferometers für den Einsatz im Werkzeugmaschinenbereich.

Neben bekannten Positionsmeßsystemen auf optischer oder magnetischer Basis werden für Werkzeugmaschinen in Folge höherer Genauigkeitsanfor­ derungen zusehends auch Laser-Interferometer in Betracht gezogen. Als Bezugsnormal dient innerhalb von Laser-Interferometern die jeweilige Wel­ lenlänge der eingesetzten Laserstrahlung. In die erreichbare Genauigkeit der Längenmessung gehen demzufolge Schwankungen in der gewählten Laser-Wellenlänge unmittelbar ein. Zu den Umgebungsparametern, die die Laser-Wellenlänge beeinflussen, gehören beispielsweise die Temperatur, der Druck, die Feuchte sowie die jeweilige Zusammensetzung des gasför­ migen Mediums, welches die Meßstrecke umgibt. Es existieren daher eine Reihe von bekannten Korrektur- bzw. Kompensationsmaßnahmen, um die umgebungsbedingten Meßfehler zu eliminieren oder zumindest zu minimie­ ren. Ein Überblick über geeignete Maßnahmen findet sich beispielsweise im Abschnitt 3.3 der Veröffentlichung "Positionsmeßsysteme für Werkzeugma­ schinen", A. Weckenmann, H. Weber, Werkstattechnik 80 (1990), Seite 435-440.

Die in dieser Veröffentlichung vorgeschlagenen Einzelmaßnahmen erweisen sich für den Einsatz innerhalb von Werkzeugmaschinen jedoch nur bedingt geeignet. So liefert das sogenannte "Parameterverfahren" wegen der von vorausgesetzten Standardbedingungen abweichenden Luftzusammenset­ zung unzulässig hohe Meßabweichungen. Beim "Refraktometerverfahren" ergeben sich Probleme hinsichtlich der räumlichen Anordnung von Meß­ strecke und Refraktometerkammer. Die beiden ferner erwähnten Korrektur-Varianten "Referenzverfahren" sowie "Konstante Strömungsverhältnisse" deuten lediglich Aufgabenstellungen an; Details einer möglichen Lösung sind dieser Veröffentlichung jeweils nicht zu entnehmen.

Aus der US 5,146,284 A ist in diesem Zusammenhang bekannt, in einem ge­ kapselten Interferometer neben dem eigentlichen Meß-Interferometer eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der aktuellen Laserwellenlänge anzuord­ nen. Desweiteren umfaßt das vorgeschlagene Interferometer-Gehäuse ein Gebläse, mittels dem gleichbleibende Umgebungsbedingungen über eine konstante Luftströmung hergestellt werden sollen.

Die DE 42 30 748 A1 offenbart des weiteren, zum Konstant-Halten der ver­ wendeten Wellenlänge eines Meß-Interferometers mehrere Regel-Inter­ ferometer mit verschieden langen Regelstrecken einzusetzen. Je nachdem, wie exakt die Laser-Wellenlänge gerade geregelt werden muß, werden die verschiedenen Regel-Interferometer zur Regelung einer konstanten Laser-Wellenlänge herangezogen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Laser-Interferometer sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb für den Einsatz im Werkzeugmaschinenbe­ reich anzugeben, das gegenüber den bekannten Interferometern und Ver­ fahren zu deren Betrieb optimiert ist. Insbesondere ist eine während der Messung von den Umgebungsbedingungen möglichst unbeeinflußte und konstante Laser-Wellenlänge als Messungs-Normal gefordert sowie ein gleichzeitig einfacher und mechanisch zuverlässiger Aufbau.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Laser-Interferometer mit den Merkma­ len des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Laser-Interferome­ ters ergeben sich aus den Maßnahmen in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

Ein Verfahren zum Betrieb eines Laser-Interferometers, das die oben aufge­ führte Aufgabe löst, ist in Anspruch 12 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Maßnahmen in den von Anspruch 12 abhängigen Ansprüchen.

Beim erfindungsgemäßen Laser-Interferometer bzw. Verfahren zu dessen Betrieb ist nunmehr eine vollständige Kapselung des kompletten Meßauf­ baus vorgesehen, ähnlich wie bei bekannten photoelektrischen Meßsyste­ men. Hiermit erreicht man die gewünschte Unempfindlichkeit gegenüber den gravierendsten Umgebungseinflüssen, beispielsweise gegenüber Spä­ nen, Kühlflüssigkeit etc. Zudem wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Kapselungsgehäuse des Laser-Interferometers von einem Gas mit definier­ tem Druck, vorzugsweise mit geringem Überdruck, durchströmen zu lassen. Zudem kann dabei die Zusammensetzung des verwendeten Gases kontrol­ liert werden, indem man z. B. Luft von außerhalb des Betriebsraumes an­ saugt. Die Schwankungen in der Wellenlänge des verwendeten Lasers wer­ den mit Hilfe eines Sensors erfaßt, der vorzugsweise als Refraktometer ausgebildet ist. Über einen entsprechenden Regelungskreis werden die er­ faßten Änderungen verwendet, um eine Regelung der Laser-Wellenlänge vorzunehmen, so daß eine gleichbleibende Wellenlänge als Bezugsnormal für die erfolgenden Messungen resultiert.

Hierzu kann die Regelungseinheit etwa auf eine Druck-Anpaßeinheit ein­ wirken, um den Druck in der Gasströmung gezielt zu verändern. Die Einwir­ kung auf den Druck im Kapselungsgehäuse erweist sich zum einen als vor­ teilhaft, da sich Druckschwankungen im Vergleich zu sonstigen Umge­ bungseinflüssen am stärksten auf die Laser-Wellenlänge auswirken. Zum anderen kann der Druck als wichtiger Umgebungsparameter im Kapse­ lungsgehäuse sehr rasch variiert werden, d. h. es ist eine sehr schnelle Re­ gelung möglich.

Daneben ist es aber auch möglich, erfindungsgemäß einen Halbleiter-Laser einzusetzen und die Regelungseinheit derart auszubilden, daß sie zur Rege­ lung der Laser-Wellenlänge während des Meßbetriebes auf einen gleich­ bleibenden Wert auf die Temperatur und/oder den Speisestrom des Halblei­ ter-Lasers in Abhängigkeit der erfaßten Laser-Wellenlänge einwirkt. Sämtli­ che nachfolgend beschriebenen Einzelmaßnahmen lassen sich grundsätz­ lich auch in einer derartigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen La­ ser-Interferometers einsetzen.

Darüberhinaus bewirkt die Zuführung des Gases, beispielsweise von troc­ kener Luft unter geringem Überdruck, daß die optischen Komponenten in­ nerhalb des Laser-Interferometers stets beschlagfrei bleiben.

Jede Achse einer Werkzeugmaschine, die mit einem Längenmeßsystem ausgestattet sein soll, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Laser-Inter­ ferometer ausrüsten. Hierbei sind grundsätzlich auch verschiedene Inter­ ferometer-Anordnungen realisierbar, d. h. die erfindungsgemäße Lösung ist keineswegs auf einen bestimmten Interferometer-Aufbau beschränkt. Bei­ spielsweise können neben rein inkremental arbeitenden Interferometer-An­ ordnungen auch absolut-messende Interferometer eingesetzt werden usw.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemäßen Laser-Inter­ ferometers sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dessen Betrieb ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spieles anhand der beiliegenden Zeichnung.

Diese zeigt eine schematisierte Darstellung einer möglichen Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Laser-Interferometers. Anhand dieses Aus­ führungsbeispiels soll nachfolgend auch das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden.

Das dargestellte Laser-Interferometer (1) umfaßt zum einen ein eigentliches Meß-Interferometer, dessen optische Komponenten im unteren Teil der Ge­ samtanordnung erkennbar sind. Die einzelnen optischen Komponenten des Meß-Interferometers sind erfindungsgemäß in einem Kapselungsgehäuse (2) angeordnet, das sowohl die Abschirmung von den verschiedensten Um­ gebungseinflüssen sicherstellt als auch definierte Umgebungsbedingungen gewährleisten soll. Das Kapselungsgehäuse (2) kann in einer möglichen Ausführungsform ähnlich wie die Kapselung einer bekannten photoelektri­ schen Längenmeßeinrichtung ausgebildet sein, d. h. in Form eines längli­ chen Profiles, das nach einer Seite mittels geeigneter Dichtelemente abge­ dichtet wird. Durch die Dichtelemente greift ein entlang des Profiles beweg­ licher Mitnehmer (10), der die bewegliche Meß-Interferometer-Komponente (8) mit einem linear verschiebbaren Maschinenteil verbindet. Als Material für das Kapselungsgehäuse erweist sich etwa Aluminium als vorteilhaft. Hin­ sichtlich weiterer Details zur möglichen mechanischen Ausbildung des Kap­ selungsgehäuses (2) sei an dieser Stelle beispielsweise auf die EP 0 035 651 A2 verwiesen, in der ein gekapselter Interferometer-Aufbau beschrieben wird, bei dem die Meßstrecke jedoch im Vakuum angeordnet ist.

Die von einem Laser (3), beispielsweise ausgeführt als Helium-Neon-Laser, emittierte Laserstrahlung gelangt über ein erstes Eintrittsfenster (4a) des Kapselungsgehäuses (2) in den eigentlichen Meßraum. Auf die Funktion des zwischen Laser (3) und erstem Eintrittsfenster (4a) angeordneten Aus­ koppelspiegels (5) wird später noch detaillierter eingegangen. Im Meßraum trifft die Laserstrahlung zunächst auf einen weiteren Strahlteilerspiegel (6), der einen Teil der Laserstrahlung auf einen ortsfesten Referenzreflektor (7) umlenkt. Der restliche Anteil der Laserstrahlung wird vom Strahlteilerspiegel (6) durchgelassen und trifft auf den beweglich entlang der Längsachse des Kapselungsgehäuses (2) angeordneten Meßreflektor (8). Die Meßrichtung sei in der Darstellung durch den unterhalb des Kapselungsgehäuses (2) an­ gedeuteten Verschiebungspfeil (9) angegeben. Über den geeignet ausge­ bildeten Mitnehmer (10), der auch von außerhalb des Kapselungsgehäuses (2) zugänglich ist, wird der Meßreflektor (8) vom - nicht dargestellten - be­ weglichen Maschinenteil entlang der Meßrichtung verschoben. Der Mitneh­ mer (10) kann beispielsweise wie bei bekannten photoelektrischen Meßsy­ stemen zwischen zwei Dichtlippen des Kapselungsgehäuses (2) nach außen geführt werden.

Die vom Meßreflektor (8) zurückreflektierte Laserstrahlung gelangt wie­ derum auf den Strahlteilerspiegel (6) und wird von dort auf einen Photode­ tektor (11) umgelenkt. Ebenso trifft die vom Referenzreflektor (7) rückreflek­ tierte Strahlung auf den Photodetektor (11), wo die verschiedenen Strah­ lungsanteile aus dem Meß- und Referenzstrahlengang interferieren. Das vom Photodetektor (11) gelieferte Interferenzsignal kann in bekannter Art und Weise zur Bestimmung der Relativverschiebung des Meßreflektors (8) respektive des damit verbundenen beweglichen Maschinenteiles ausgewer­ tet werden. Die dem Photodetektor (11) zu diesem Zweck nachgeordnete Auswerteeinheit, beispielsweise ausgebildet als Rechner mit geeigneter Auswerte-Software, ist in der Figur nicht dargestellt.

Wie bereits oben angedeutet, ist der beschriebene Aufbau des Meß-Inter­ ferometers als Michelson-Interferometer in keiner Weise einschränkend zu verstehen, vielmehr können auch andere Interferometer-Anordnungen mit anderen Strahlengang-Anordnungen innerhalb des erfindungsgemäßen La­ ser-Interferometers realisiert werden. Alternativ zum erwähnten Helium- Neon-Laser können auch andere Laser eingesetzt werden, beispielsweise Halbleiter-Laser. Ebenso kann in einer vorteilhaften Ausführungsform das Meß-Interferometer als Homodyn-Interferometer ausgebildet sein, welches durch die entsprechende Anordnung von polarisationsoptischen Elementen in den Strahlengängen zwei phasenverschobene Ausgangssignale liefert.

Mit Hilfe eines derartigen Interferometer-Aufbaus ist zusätzlich eine Rich­ tungserkennung möglich.

Ebenfalls schematisiert angedeutet ist in der Figur ein Regelungskreis er­ kennbar, der in der dargestellten Ausführungsform innerhalb des Kapse­ lungsgehäuses (2) eine Gasströmung mit definierten Druckverhältnissen gewährleistet, d. h. das Kapselungsgehäuse (2) wird während des Meßbe­ triebes von Gas mit einem regelbarem Druck durchströmt. Die Gasströmung verläuft hierbei in Längsrichtung des Kapselungsgehäuses (2), d. h. in Meß­ richtung. Vorzugsweise eignet sich hierzu beispielsweise gereinigte Luft, die das Kapselungsgehäuse (2) durchströmt, wozu geeignete Ein- und Aus­ laßöffnungen an den Enden des Kapselungsgehäuses (2) vorgesehen sind. Schematisiert dargestellt sind in der Figur ferner die Leitungen (22), in denen die Luft außerhalb des Kapselungsgehäuses (2) geführt und aufbe­ reitet wird. Zur Aufbereitung der Luft kann zudem vorgesehen werden diese zu trocknen, indem hierfür geeignete, nicht dargestellte, Vorrichtungen in den Leitungen (22) außerhalb des Kapselungsgehäuses (2) angeordnet werden.

Der Regelungskreis umfaßt u. a. einen Sensor (12), der in der dargestellten Ausführungsform als Refraktometer bzw. als Referenz-Interferometer aus­ gebildet ist. Über den Sensor (12) ist die Schwankung der Laser-Wellen­ länge während der Längenmessung als Meßgröße erfaßbar. Alternativ zum dargestellen Refraktometer wäre grundsätzlich auch eine andere Ausbil­ dung des Sensors (12) möglich, beispielsweise in Form eines Refraktome­ ters, das die Laser-Wellenlänge über die resultierende Beugung des Lichtes an einem Gitter oder einem Prisma ermittelt.

Darüberhinaus könnte der Sensor (12) auch als Kombination mehrerer Druck- und Temperatursensoren realisiert werden, welche den Gasdruck im Kapselungsgehäuse (2) erfassen. Die einzelnen Druck- und Temperatur­ sensoren könnten beispielsweise im Inneren des Kapselungsgehäuses (2) angeordnet werden, um so an verschiedenen Stellen den Druck zu erfas­ sen.

Über den vorgesehenen Sensor (12) erfolgt demzufolge die laufende Be­ stimmung der Laser-Wellenlänge im Kapselungsgehäuse (2). Die vom Sen­ sor (12) ermittelten Meßwerte werden an eine Regelungseinheit (14) über­ geben. In einer möglichen Ausführungsform umfaßt die Regelungseinheit (14) etwa einen Rechner mit entsprechender Software. Die Regelungsein­ heit (14) bestimmt aus den jeweiligen Meßwerten, ob ggf. die Gasströmung durch das Kapselungsgehäuse (2) variiert werden muß um die Laser-Wel­ lenlänge konstant zu halten und liefert geeignete Regelungssignale für eine nachgeordnete Druck-Anpasseinheit (13). Die ebenfalls nur schematisch dargestellte Druck-Anpasseinheit (13) ist so ausgebildet, daß die Gasströ­ mung im Kapselungsgehäuse (2) beeinflußt werden kann, so daß wiederum die Laser-Wellenlänge im Kapselungs-Inneren respektive im Meßraum konstant bleibt.

Die Druck-Anpasseinheit (13) kann hierbei in verschiedenen Ausführungs­ formen realisiert werden. So ist es möglich, die Druck-Anpasseinheit (13) als Gebläsemotor mit variabler Drehzahl auszubilden. Hierbei eignet sich in be­ sonders vorteilhafter Weise ein bürstenloser Antrieb, da sich dann keine Probleme hinsichtlich Verschmutzung über eventuell vorhandenes Ab­ riebmaterial im Kapselungsgehäuse (2) ergeben. Alternativ kann auch eine geeignete, definiert einstellbare Drossel am Ausgang des Kapselungsge­ häuses (2) bzw. an den Enden des Kapselungsgehäuses (2) zu diesem Zweck eingesetzt werden.

Optional kann neben der Druckregelung ferner vorgesehen werden, die Temperatur im Inneren des Kapselungsgehäuses (2) mittels mindestens eines Temperatursensors (15) zu erfassen. Die derart bestimmte Tempera­ tur des Gases kann dann innerhalb eines Temperatur-Regelungskreises herangezogen werden, um über eine Temperatur-Anpasseinheit (16) auf die Temperatur des gasförmigen Mediums einzuwirken, d. h. definiert einzustel­ len und während der Messung konstant zu halten. Hierbei erwärmt bzw. kühlt die Temperatur-Anpasseinheit (16) die Temperatur des jeweiligen gasförmigen Mediums in den Leitungen (22) außerhalb des Kapselungsge­ häuses (2).

Insbesondere könnte über eine derartige Temperatur-Regelung etwa vorge­ sehen werden, die Temperatur des Gases zu erwärmen, um ein aufwendi­ ges Abkühlen eines Werkstückes zu vermeiden, das mit einer Werkzeug­ maschine bearbeitet wird, von der ein oder mehrere Achsen mit dem erfin­ dungsgemäßen Laser-Interferometer ausgestattet sind.

Wie bereits angedeutet, ist der Sensor (12) zur Bestimmung der Laser-Wellenlänge im Kapselungsgehäuse (2) in der dargestellten Ausführungs­ form als Refraktometer respektive Referenz-Interferometer ausgebildet, das vom gleichen Laser (3) gespeist wird wie das eigentliche Meß-Interferome­ ter. Hierzu wird ein Teil der vom Laser (3) emittierten Laserstrahlung über den zwischen dem ersten Eintrittsfenster (4a) und dem Laser (3) angeordneten Auskoppelspiegel (5) sowie über einen weiteren Umlenkspie­ gel (17) und ein zweites Eintrittsfenster (4b) ebenfalls in das Kapselungsge­ häuse (2) geführt. Im Kapselungsgehäuse (2) ist unmittelbar benachbart zum eigentlichen Meß-Interferometer das Referenz-Interferometer angeord­ net, so daß damit möglichst die identischen Umgebungsbedingungen wie im Meßstrahlengang erfaßt werden können.

Das Referenz-Interferometer weist in der dargestellten Ausführungsform prinzipiell den gleichen optischen Aufbau auf wie das vorab beschriebene Meß-Interferometer, d. h. es ist ebenfalls als Michelson-Interferometer aus­ gebildet. So erfolgt an einem ersten Strahlteilerspiegel (18) eine Auskoppe­ lung eines Strahlanteiles in Richtung des stationären Referenzreflektors (19). Der andere, durchgelassene Strahlungsanteil trifft auf den Meßreflek­ tor (20), der ebenfalls stationär im Kapselungsgehäuse (2) angeordnet ist. Die Meßstrecke des Referenz-Interferometers, d. h. der Abstand zwischen dem Meßreflektor (20) und dem Strahlteilerspiegel (18), liegt vorzugsweise zwischen der halben und der maximalen Meßlänge des Meß-Interferome­ ters. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde eine Länge der Meß­ strecke des Referenz-Interferometers gewählt, die annähernd der maxima­ len Meßlänge des Meß-Interferometers entspricht. Alternativ hierzu kann grundsätzlich auch die Länge der Meßstrecke des Referenz-Interferometers stets an die jeweilige mittlere Meßstrecke des Meß-Interferometers ange­ paßt werden.

Der Strahlteilerspiegel (18) sowie der Meßreflektor (20) sind in der darge­ stellten Ausführungsform an den entgegengesetzten Enden des Kapse­ lungsgehäuses (2) angeordnet.

Über den Strahlteilerspiegel (18) gelangen die vom Meßreflektor (20) und Referenzreflektor (19) zurückreflektierten Strahlungsanteile schließlich ebenfalls auf ein weiteres Photoelement (23), über das das resultierende Interferenzsignal erfaßt wird. Die Auswertung des Interferenzsignales er­ möglicht in bekannter Art und Weise die Bestimmung des jeweiligen Bre­ chungsindex des Gases im Kapselungsgehäuse (2). Die Ausgangssignale des Photoelementes (23) werden hierzu an die Regelungseinheit (14) über­ geben, die aus diesen Signalen schließlich die Laser-Wellenlänge bestimmt.

Auch das Referenz-Interferometer kann hinsichtlich der Strahlengänge und optischen Komponenten alternativ zur dargestellten Ausführungsform aus­ gebildet sein. Beispielsweise ist etwa eine integriert-optische Ausführung ebenfalls möglich usw.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des La­ ser-Interferometers ist zudem ein schematisiert angedeuteter Referenz-Maßstab (21) im Inneren des Kapselungsgehäuses (2) vorgesehen. Vor der eigentlichen Längenmessung wird in einer Kalibriermessung zum Initialisie­ ren des Referenz-Interferometers die momentane Laser-Wellenlänge be­ stimmt. Hierzu erfolgt eine Längenmessung mit dem Meßreflektor (8) des Meß-Interferometers zwischen zwei definierten Positionen, d. h. über eine bekannte Strecke wird die Anzahl von Signalperioden als Meßwert be­ stimmt. Durch den Vergleich des Meßwertes mit der bekannten Länge der Strecke läßt sich die aktuelle Laser-Wellenlänge bestimmen.

Zur Durchführung der Kalibriermessung wird der Meßreflektor (8), der in der dargestellten Ausführungsform mit einer photoelektrischen Abtasteinheit (24) verbunden ist, beispielsweise zwischen zwei auf dem Referenz-Maß­ stab (21) angeordneten Referenzmarken verfahren. Die photoelektrische Abtasteinheit tastet dabei den Referenz-Maßstab (21) in bekannter Art und Weise ab.

Alternativ könnte auch lediglich eine einzige Referenzmarke auf dem Refe­ renz-Maßstab (21) angeordnet sein, ab der eine definierte Anzahl von In­ krementen verfahren wird und die Länge einer bekannten Strecke derart erfaßt wird.

Die Anordnung des Referenz-Maßstabes (21) im Kapselungsgehäuse (2) könnte alternativ zur dargestellten Ausführungsform auch derart erfolgen, daß dieser fluchtend zum Meßreflektor an einem Ende der Meßstrecke an­ geordnet ist. Hiermit ließen sich insbesondere Fehler vermeiden, die durch Geradheitsabweichungen der Führungen verursacht sind.

Nach der Kalibriermessung wird die momentane Laser-Wellenlänge in der eigentlichen Meßstrecke berechnet. Anschließend wird das Ausgangssignal des Referenz-Interferometers auf Null gesetzt und liefert somit ab diesem Zeitpunkt ein Signal, das eventuelle Abweichungen der Laser-Wellenlänge anzeigt. Dieses Signal wird wiederum wie vorab erläutert zur Regelung des Druckes im Kapselungsgehäuse (2) herangezogen, d. h. während des Meß­ betriebes werden Abweichungen von der ursprünglichen Laser-Wellenlänge mit Hilfe des Sensors (12) erfaßt und ausgeregelt.

Zusätzlich bzw. optional zum beschriebenen Verfahren kann vorgesehen werden, nach der Kalibriermessung und der Bestimmung der aktuellen La­ ser-Wellenlänge den Druck im Kapselungsgehäuse definiert zu verändern. Hierbei erfolgt die Veränderung derart, daß der bekannten Länge des Refe­ renz-Maßstabes eine vorbekannte bzw. vorgegebene Anzahl von Signalpe­ rioden der Laser-Wellenlänge entspricht. Es wird demzufolge die Laser-Wellenlänge durch die Druck-Regelung nach der Kalibriermessung auf ei­ nen vorgegebenen Wert eingestellt, der in der nachfolgenden Messung als Bezugsnormal verwendet und in der beschriebenen Art und Weise konstant gehalten wird. Ein derartiges Vorgehen erweist sich zum einen wegen des vorbekannten Bezugsnormales für eine nachgeordnete Auswerteeinheit als vorteilhaft. Zum anderen kann damit auch die Regelung immer in einem günstigen Arbeitsbereich betrieben werden.

Analog hierzu kann im Fall des Einsatzes eines Halbleiter-Lasers durch Va­ riation der Temperatur und/oder des Speisestromes des Halbleiter-Lasers vorgegangen werden, um eine definierte Laser-Wellenlänge nach der Kali­ briermessung einzustellen.

Vorzugsweise ist der vorgesehene Referenz-Maßstab (21) aus einer tempe­ raturstabilen Glaskeramik mit einem kleinen thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten gefertigt, beispielsweise Zerodur. Damit läßt sich eine weitge­ hende Invarianz der temperaturbedingten Längenausdehnung sicherstellen.

Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, den Referenz-Maßstab (21) bei­ spielsweise aus Stahl bzw. aus dem gleichen Material herzustellen wie die Werkstücke, welche typischerweise auf der jeweiligen Maschine bearbeitet werden. Ist zudem die Länge der Meßstrecke des Referenz-Interferometers ebenfalls durch Elemente aus Stahl bestimmt bzw. aus einem Material, des­ sen thermischer Ausdehnungskoeffizient mit dem des Werkstückes iden­ tisch ist, das mit einer Werkzeugmaschine bearbeitetet wird, von dem zu­ mindest eine Achse mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Laser-In­ terferometer ausgestattet ist, so entspricht der effektive Temperaturbeiwert des erfindungsgemäßen Laser-Interferometers ebenfalls diesem thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten.

Es ergeben sich somit neben der beschriebenen Ausbildung des erfin­ dungsgemäßen Laser-Interferometers eine Reihe weiterer Ausführungsfor­ men, die allesamt auf den Prinzipien der vorliegenden Erfindung beruhen.

Claims (18)

1. Laser-Interferometer, bestehend aus einem Meß-Interferometer, des­ sen Meßstrecke durch ein Kapselungsgehäuse (2) von Umgebungs­ einflüssen abgeschirmt ist, wobei das Kapselungsgehäuse (2) wäh­ rend des Meßbetriebes von einem Gas mit definiertem Druck durch­ strömt wird, wozu das Laser-Interferometer einen Regelungskreis aufweist, der einen Sensor (12) zur Bestimmung der Laser-Wellen­ länge im Kapselungsgehäuse (2) umfaßt sowie eine Regelungseinheit (14) zur definierten Regelung der Laser-Wellenlänge während des Meßbetriebes auf einen konstanten Wert, wobei die Regelungseinheit (14) zur Regelung der Laser-Wellenlänge eine Druckregelung inner­ halb des Kapselungsgehäuses (2) in Abhängigkeit der erfaßten Laser-Wellenlänge vornimmt.

2. Laser-Interferometer nach Anspruch 1, wobei ferner ein Temperatur-Regelungskreis vorgesehen ist, der mindestens einen Tempe­ ratursensor (15) sowie eine Temperatur-Anpasseinheit (16) aufweist, welche auf das Gas einwirkt das durch das Kapselungsgehäuse (2) strömt.

3. Laser-Interferometer nach Anspruch 1, wobei der Regelungskreis fer­ ner eine Druckanpaßeinheit (13) umfaßt, die als Gebläsemotor mit definiert einstellbarer Drehzahl ausgebildet ist.

4. Laser-Interferometer nach Anspruch 1, wobei der Regelungskreis fer­ ner eine Druckanpaßeinheit (13) umfaßt, die als Drossel mit definiert einstellbarer Durchlaßcharakteristik ausgebildet ist, die an einem Ende des Kapselungsgehäuses (2) angeordnet ist.

5. Laser-Interferometer nach Anspruch 1, wobei der Sensor (12) als Refraktometer in Form eines Referenz-Interferometers ausgebildet ist, das vom gleichen Laser (3) wie das Meß-Interferometer gespeist wird und unmittelbar benachbart zum Meß-Interferometer ebenfalls in­ nerhalb des Kapselungsgehäuses (2) angeordnet ist.

6. Laser-Interferometer nach Anspruch 5, wobei die Länge der Meß­ strecke des Referenz-Interferometers annähernd der maximalen Meßlänge des Meß-Interferometers entspricht.

7. Laser-Interferometer nach Anspruch 6, wobei zur Kalibrierung der La­ ser-Wellenlänge im Kapselungsgehäuse (2) ein Referenz-Maßstab (21) angeordnet ist.

8. Laser-Interferometer nach Anspruch 7, wobei der Referenz-Maßstab (21) aus einer temperaturstabilen Glaskeramik gefertigt ist.

9. Laser-Interferometer nach Anspruch 7, wobei der Meßreflektor (8) des Meß-Interfernmeters mit einer photoelektrischen Abtasteinheit (24) verbunden ist, die eine Abtastung des Referenz-Maßstabes (21) zur Längenmessung ermöglicht.

10. Laser-Interferometer nach Anspruch 7, wobei die Länge des Referenz-Interferometers durch Elemente bestimmt ist, die aus dem gleichen Material bestehen wie der Referenz-Maßstab (21).

11. Laser-Interferometer nach Anspruch 7, das einer zu vermessenden Achse einer Werkzeugmaschine zugeordnet ist, wobei der Referenz-Maßstab aus einem Material gefertigt ist, das einen thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten aufweist, der demjenigen von Werkstücken entspricht, die mit der Werkzeugmaschine bearbeitet werden, und die Länge des Referenz-Interferometers durch Elemente bestimmt ist, die aus dem gleichen Material bestehen wie der Referenz-Maßstab.

12. Verfahren zum Betrieb eines für Längenmessungen geeigneten Laser-Interferometers, dessen Meßstrecke in einem Kapselungsgehäuse (2) angeordnet ist, in dem definierte Druckverhältnisse einstellbar sind und in dem ferner ein Referenz-Interferometer als Sensor (12) für die Laser-Wellenlänge sowie ein Referenz-Maßstab (21) angeordnet sind, wobei

• - in einer einer Längenmessung vorhergehenden Kalibriermessung die momentane Laser-Wellenlänge bestimmt wird durch den Ver­ gleich des Ergebnisses einer Interferometer-Längenmessung mit der bekannten Länge eines Abschnitts des Referenz-Maßstabes (21),
• - das Ergebnis der Kalibriermessung als Bezugs-Normal für das Referenz-Interferometer im nachfolgenden Meßbetrieb genutzt wird,
• - während des Meßbetriebes Abweichungen der in der Kalibrier­ messung ermittelten Laser-Wellenlänge vom Referenz-Interfero­ meter erfaßt werden,
• - die erfaßten Änderungen der Wellenlänge durch Regelung des Druckes im Kapselungsgehäuse (2) kompensiert werden, so daß stets eine gleichbleibende Laser-Wellenlänge resultiert.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Ausgangssignal des Refe­ renz-Interferometers nach der erfolgten Kalibriermessung und der Bestimmung der momentanen Laser-Wellenlänge auf Null gesetzt wird und im nachfolgenden Meßbetrieb Abweichungen von diesem Ausgangssignal als Eingangsgröße für die Regelung der Laser-Wel­ lenlänge herangezogen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zur Regelung der Laser-Wellen­ länge auf das Strömungsverhalten eines Gases eingewirkt wird, das das Kapselungsgehäuse (2) durchströmt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Strömungsverhältnisse durch einen Gebläsemotor mit definiert veränderbarer Drehzahl eingestellt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Strömungsverhältnisse durch eine Drossel mit definiert variierbarer Durchlaßcharakteristik einge­ stellt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei während des Meßbetriebes zu­ sätzlich die Temperatur im Kapselungsgehäuse (2) erfaßt wird und mittels einer Temperaturanpaßeinheit (16) konstant gehalten wird.

18. Verfahren nach Anspruch 12, wobei nach der erfolgten Kalibriermes­ sung und der Bestimmung der momentanen Laser-Wellenlänge über die Regelungseinheit der Druck im Kapselungsgehäuse derart verän­ dert wird, daß der Länge des Referenz-Maßstabes eine vorbekannte Anzahl von Signalperioden der Laser-Wellenlänge entspricht und im nachfolgenden Meßbetrieb mit der eingestellten Laser-Wellenlänge als Bezugsnormal gearbeitet wird, die konstant gehalten wird.