DE2201194B2

DE2201194B2 - Interferometer system for measuring the distance of a moving component

Info

Publication number: DE2201194B2
Application number: DE2201194A
Authority: DE
Inventors: Richard R. Saratoga Baldwin; Gary B. Cupertino Gordon
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1971-02-01
Filing date: 1972-01-12
Publication date: 1973-01-04
Also published as: CA950657A; SE383780B; IT950612B; AU3752271A; DE2201194A1; GB1375091A; FR2124998A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Interferometersystem zur Abstandsmessung eines beweglichen Bauteils, z. B. des Werkzeughalters einer Werkzeugmaschine u. dgl. init einer Strahlenquelle zum Aussenden eines Lichtstrahles, einem Strahlspalier zum Aufspalten des von der Strahlenquelle ausgesandten Lichtstrahles in zwei getrennte Lichtstrahlen, einem ersten Reflektor im Weg eines dieser Lichtstrahlen, einem zweiten Reflektor im Weg des anderen Lichtstrahles, und mit einer Fotodetektoischaltung, wobei der vom ersten Reflektor reflektierte Lichtstrahl mit dem vom zweiten Reflektor reflektierten Lichtstrahl in dem Strahlspalter rekombiniert und das kombinierte Licht auf die Fotodetektorschaltung zur Zählung der Interferenzringe als Maß der Abstandsänderung gerichtet wird.The invention relates to an interferometer system for measuring the distance of a moving component, z. B. the tool holder of a machine tool and the like. With a radiation source for emitting a Light beam, a beam trellis for splitting the light beam emitted by the radiation source into two separate light beams, a first reflector in the path of one of these light beams, a second Reflector in the path of the other light beam, and with a photodetecto circuit, the one from the first Reflector reflected light beam with the light beam reflected by the second reflector in the beam splitter recombined and the combined light on the photodetector circuit for counting the interference fringes is directed as a measure of the change in distance.

Mit den auf dem Markt befindlichen Interferometern, beispielsweise dem mit zwei Frequenzen arbeitenden Gaslaser-Interferometer gemäß der USA.-Patentschrift 3 458 259, können Messungen über Entfernungsänderungen bis auf einige 1 (h⁸ cm ausgeführt werden. Beispielsweise können mit dem Laser-Interferometer Änderungen der EntfernungWith the on the market interferometers, for example, the working with two frequencies gas laser interferometer according to the USA. Patent 3,458,259, measurements can be made on changes in the distance to within a few 1 (h ⁸ cm. For example, the interferometer laser to the changes the distance

von 0 bis mehr als 60 m mit einer Auflösung von rungen in der Positionierung des optischen Strahl-1Ο-^β cm und einer Genauigkeit von 5 :10⁷ ausgeführt Spaliers 13 gegenüber dem Bezugspunkt R, das heißt werden. dem Trägerfuß 24 für das Chassis 25 des Interfero-from 0 to more than 60 m with a resolution of stanchions in the positioning of the optical beam 1Ο- ^β cm and an accuracy of 5: 10 ⁷ executed trellis 13 with respect to the reference point R, that is. the support foot 24 for the chassis 25 of the interfero-

Laser-Interferometer sind elektrisch-optische Vor- metersystems, und Änderungen in der Geschwindigrichtungen, weiche zum Betrieb eine elektrische 5 keit des Lichtes wegen Luftturbulenzen in der toten Stromversorgung erfordern und daher Wärme erzeu- Weglänge herrühren. Zur Veranschaulichung der gen und abstrahlen. Temperaturänderungen in den Fehler wegen derartiger Einflüsse bei einem typischen Bauteilen, aus denen das Interferometersystem be- kalt betriebenen Laser-Interferometer auf einem steht, sowie Temperaturänderungen in den umgeben- Granitsockel, das heißt bei der ersten Einschaltung den Bauteilen, beispielsweise des Sockels, auf dem io des Systems, sei angeführt, daß die differenzielle das Interferometersystem ruht, führen zu fehlerhaften Ausdehnung im Interferometer oder die »Null-Drift« Aufzeichnungen des Interferometersystems. zu einer Änderung von mehr als 1(H mm, die Tur-Laser interferometers are electrical-optical pre-meter systems, and changes in the speed directions, soft to operate an electrical 5 speed of light because of air turbulence in the dead Require power supply and therefore generate heat. To illustrate the gen and radiate. Temperature changes in the fault due to such influences in a typical Components that make up the interferometer system operated cold laser interferometer on a stands, as well as temperature changes in the surrounding granite base, that is, when first switched on the components, for example the base, on the io of the system, it should be noted that the differential the interferometer system is idle, lead to incorrect expansion in the interferometer or the »zero drift« Records of the interferometer system. to a change of more than 1 (H mm, the door

Es wurden verscniedene Versuche unternommen, bulenz in der toten Weglänge zu einem Fehler von u,n sicherzustellen, daß derartige Fehler minimal 1(H: 1 und die Ausdehnung des Granitfundaments gehalten werden. Beispielsweise kann das Interfero- 15 zu einem Fehler von 5 χ 1(H pro Grad Änderung metersystem eingeschaltet werden und eine hinrei- pro cm toter Weglänge führen. Wenn das System sich chende Aufwärmzeit zugelassen werden, beispiels- eine ausreichende Zeitspanne lang erwärmen kann, weise 24 Stunden, so daß das System sich stabilisie- kanu der Fehler wesentlich herabgesetzt werden, aber ren kann, bevo,- die gewünschte Messung vorgenom- er bleibt immer noch groß, ,erglichen mit dem Aufmen wird. Außerdem wird sorgfältig darauf geachtet, ao lösungsvermögen des Interferometers. Selbstverständdaß das Instrument entsprechend aufgebaut wird; lieh werden die Fehler beträchtlich größer, wenn das beispielsweise kann das Interferometer auf einem tragende Fundament aus Metal! besteht, wie es bei Gr.:nitblock aufgebaut werden, um Änderungen auf Maschinen-Werkzeugmessungen der Fall ist.
Grund einer Ausdehnung des Fundamentes minimal Ein anderes unerwünschtes Merkmal derartigerVarious attempts have been made to ensure bulence in the dead path to an error of u, n that such errors are kept to a minimum of 1 (H: 1 and the extent of the granite foundation. For example, the interfero 15 can result in an error of 5 χ 1 (H per degree change meter system are switched on and lead a sufficient per cm of dead path length. If the system is allowed to warm up for a sufficient period of time, for example 24 hours, so that the system can stabilize the error can be significantly reduced, but before the desired measurement is made, it is still large, compared with the exposure. In addition, care is taken to ensure that the interferometer has a resolution. Of course, the instrument is constructed accordingly; The error is considerably greater if, for example, the interferometer is made of metal! i Gr.:nitblock be set up in order to make changes to machine tool measurements the case.
Minimal due to foundation expansion Another undesirable feature of this type

zu machen. 25 Interferometer besteht darin, daß sie oft bestimmteclose. 25 interferometer consists in the fact that it often determined

Bei der Herstellung derartiger Interferometer wer- Parameter nur indirekt durch die Messung eines den besondere Techniken verwendet, um durch Hilfsparameters messen können. Beispielsweise ist bei Wärme erzeugte Fehler minimal zu halten. Beispiels- dem System der Fig. ! der Abstand P zwischen dem weise kann man durch entsprechende Schaltungs- Werkstückhalter 18 und dem auf dem Maschinenanordnungen eine Herabsetzung thermisch bedingter 30 bett 21 gleitenden V/erkzeug 22 von direktem Inter-Fehler erreichen. esse, und dieser Abstand wird indirekt durch dieIn the manufacture of such interferometers, parameters are only used indirectly by measuring one of the special techniques in order to be able to measure by means of auxiliary parameters. For example, errors generated with heat must be kept to a minimum. Example- the system of the figure! The distance P between the wise can be achieved by means of the corresponding circuit workpiece holder 18 and the thermally induced tool 22 sliding on the machine assembly 22 from direct inter-faults. eat, and this distance is indirectly caused by the

Zusätzlich zu den thermisch bedingten Fehlern Messung des Abstandes zwischen dem Werkzeug 22 sind die herkömmlichen Interferometer auch mit einer und dem Chassisteil 11 auf dem Reitstock gemessen anderen Meßfehlerquelle belastet, die von dem Dieser gemessene Abstand gibt in vielen fällen den »toten Weg« solcher Systeme herrührt, wie leicht aus 35 interessierenden Abstand nichi genau wieder, und die Fiel der Zeichnung ersichtlich ist, die einen Werkstückteile werden nicht in der Weise bearbeitet. Grundaufbau eines Laserinterferometers zur Messung wie die Messungen des Interferometers den Schneideder Bewegung des Werkzeughalters einer Drehbank Vorgang anzeigen. Dieses Problem könnte gelöst werdarstellt. In diesem System ist das Chassisteil 11 des den, indem das Chassisteil 11 nahe dem Spannfutter I.aserinterferoineter mit dem Laser 12, dem Strahl- 40 18 angeordnet wird und der Laserstrahl auf einen spalter 13, dem internen Referenz-Winkelspiegel 14, Winkelspiegel auf dem Werkzeugschlitten 19 gerichdem Fotodetektor 15, dem Vorverstärker 16 und der tet wird, oder umgekehrt, und indem die Abstands-Stronversorgung 17 auf dem Reitstock einer Dreh- änderung direkt zwischen dem Spannfutter 18 und bank angeordnet, die ein Spannfutter 18 und einen dem Werkzeug 22 ermittelt wird. Eine derartige Laauf dem Maschinenbett 21 gleitfähig angeordneten 45 seranordnung ist ab;r unpraktisch wegen der Größe Werkzeughalter 19 aufweist, wobei das Schneidwerk- des Chassis des Laser-Interferometers und des bezeug 22 zur Bearbjitung des von dem Spannfutter grenzten Platzes.In addition to the thermally induced errors, measurement of the distance between the tool 22 the conventional interferometers are also measured with one and the chassis part 11 on the tailstock Another source of measurement error is burdened by the distance measured by this in many cases The "dead way" of such systems arises how easily from an interesting distance not exactly again, and the The drawing shows that parts of the workpiece are not machined in this way. Basic structure of a laser interferometer for measuring like the measurements of the interferometer the cutting edge Showing movement of the tool holder of a lathe operation. This problem could be solved. In this system, the chassis part 11 is the one in which the chassis part 11 is close to the chuck I.aserinterferoineter with the laser 12, the beam 40 18 is arranged and the laser beam on a splitter 13, the internal reference corner mirror 14, corner mirror on the tool slide 19 gerichdem Photodetector 15, the preamplifier 16 and the tet is, or vice versa, and by the distance power supply 17 on the tailstock of a change in rotation directly between the chuck 18 and Bank arranged, which a chuck 18 and a tool 22 is determined. Such a run The machine bed 21 is slidably arranged, and is impractical because of its size Has tool holder 19, the cutting mechanism of the chassis of the laser interferometer and the bezeug 22 for processing the space bounded by the chuck.

aufzunehmenden Werkstücks geführt wird. Wenn die Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,workpiece to be picked up is performed. If the invention is therefore based on the object

Laser-Interferometeranzeige auf 0 gestellt ist, befin- ein Laser-Interferometersystem der eingangs gedet sich der äußere LichtrePektor oder Winkelspiegel 50 rannten Art zu schaffen, bei welchem derjenige 23 des Interferometers an der Stelle »0«, vcn der die optische Teil des Systems, welcher die Abstandsmes-Meßbewegung des Werkzeugs 22 beginnen soil. Wenn sung ausführt, von der Wärmeabs'rahlung des elekder Winkelspiegel 23 und damit das Werkzeug 22 tronischen Teils des Systems isoliert ist, und wobei vom Punkt 0 zu dem gewünschten Endpunkt E des der tote Weg aus dem Meßweg des Systems eliminiert Meßweges bewegt werden, wird vom Interferometer 55 ist.If the laser interferometer display is set to 0, a laser interferometer system of the type initially called the outer light reflector or corner mirror 50 is to be created, in which the 23 of the interferometer at the "0" position, from which the optical part of the system, which the distance measuring movement of the tool 22 is to begin. When the solution executes, it is isolated from the heat radiation of the elekder corner mirror 23 and thus the tool 22 tronic part of the system, and is moved from point 0 to the desired end point E of the measuring path eliminated from the measuring path of the system from interferometer 55 is.

der Abstand zwischen 2 und dem Bezugspunkt R Diese Aufgabe wird erfinduni^sgemäß dadurch ge-the distance between 2 and the reference point R According to the invention, this task is thereby achieved

des Interferometersystems angezeigt. Die ausgeführte löst, daß die Strahlenquelle und die Fotodetektor-Messung enthält jedoch darüber hinaus auch die tote schaltung nebst Stromversorgung und Schaltkreisen in Weglänge DP zwischen dem Bezugspunkt R des In- einem aktiven Hauptchassisteil des Interferometerterferometers und dem Nullpunkt »0«. Die ge- 60 systems untergebracht sind, während der optische wünschte Abstandsmessung ist jedoch RO — RE Strahlspaltei sowie der erste Reflektor und der zweite = p. Reflektor in zwei oder mehreren getrennten passivenof the interferometer system is displayed. The above solves that the radiation source and the photodetector measurement also contain the dead circuit along with power supply and circuits in path length DP between the reference point R of the In- an active main chassis part of the interferometer ferometer and the zero point "0". The systems are housed, but during the optical distance measurement required is RO - RE beam columni as well as the first reflector and the second = p. Reflector in two or more separate passive ones

Eine etwaige Änderung in der toten Weglänge DP Interferometerabschnitten des Systems angeordnet wird daher als Änderung der Länge P aufgezeichnet sind, die in genügend wärmeisolierendem Abstand und erzeugt somit einen Fehler in der Abstands- 65 vom aktiven Hauptchassisteil vorgesehen sind,
messung. Änderungen in der toten Weglänge können Dadurch, daß die Lichtstrahlenquelle, z. B. derAny change in the dead path length DP arranged in interferometer sections of the system is therefore recorded as a change in the length P , which is provided in a sufficiently heat-insulating distance and thus creates an error in the distance 65 from the active main chassis part,
Measurement. Changes in the dead path can be caused by the fact that the light beam source, e.g. B. the

z. B. von Temperaturausdehnungen des Fundaments Laser, seine Regelschaltung und Stromversorgung 21, einer Durchbiegung des Fundaments 21, Ände- sowie die Fotodetektoren und deren Hilfsschaltkreisez. B. of temperature expansions of the foundation laser, its control circuit and power supply 21, a deflection of the foundation 21, change as well as the photo detectors and their auxiliary circuits

und Stromversorgung alle in dem aktiven nipt- einer Wellenlänge und einem kompletten Zyklus der chassisteil des Interferometersystems angeordnet Lichtintensitätsänderung an der Zelle 15. Diese grundsind, während die optischen Meßbestandteile des legende Form eines Interferometersystems weist alle Interferometersystems von den Wärmequellen des die vorgenannten Nachteile auf und macht nicht voll aktiven Hauptchassisteils in einem getrennten passi- 5 von dem hohen Auslösungsvermögen derartiger Vorven Interferometerabschnitt isoliert sind, gelangt richtungen Gebrauch, insbesondere von den gesteikeine Wärmeenergie an die optischen Meß-Bauteile. gerten Auflösungsvermögen von mit zwei Frequen-Es gibt auch keine elektrischen Verbindungen zwi- zen arbeitenden Laser-Interferometern gemäß dem sehen dem Hauptchassisteil und den optischen Meß- USA.-Patent 3 458 259.and power supply all in the active nipt - one wavelength and one complete cycle of the Chassis part of the interferometer system arranged light intensity change on the cell 15. while the optical measuring components of the legendary form of an interferometer system exhibits all Interferometer system from the heat sources of the aforementioned disadvantages and does not make full active main chassis part in a separate passi- 5 from the high triggering power of such Vorven Interferometer section are isolated, directions use, in particular the gesteikeine Heat energy to the optical measuring components. Gerten resolving power of with two Frequen-Es there are also no electrical connections between working laser interferometers according to the see the main chassis part and the optical measurement USA.-Patent 3,458,259.

Bauteilen, so daß dadurch eine große Freizügigkeit to Gemäß Fig. 2 weist das mit Gleichspannung oderComponents, so that thereby a great freedom of movement to According to FIG

bei der Anordnung der optischen Meß-Bauteile einer einzigen Frequenz arbeitende erfindungsgemäßeoperating in the arrangement of the optical measuring components of a single frequency according to the invention

erreicht wird. Interferometer einen aktiven Hauptchassisteil 31 mitis achieved. Interferometer with an active main chassis part 31

Da außerdem ein Teil der optischen Meß-Bauteile einem auf einer einzigen Frequenz arbeitenden Gasan dem Nullpunkt »0« (Werkstückhalter) und ein laset 12, einer Stromversorgung 17, einem Vorveranderer Teil an dem Endpunkt »£« (Werkzeughalter) »5 stärkerkreis 16' und mit den beiden Fotodetektoren angeordnet ist, geht der Abstand zwischen dem 32 und 33 auf. Das Licht vom Laser ist mit 45° Nullpunkt 0 und R des Hauptchassis (11) des Inter- bezüglich der Zeichenebene polarisiert, wie durch ferometersystems nicht mehr in den Meßweg ein, so den Pfeil 34 angedeutet ist und wird auf den polaridaß damit die tote Weglänge eliminiert ist. Außerdem sierenden Strahlspalter 35 gerichtet, der in einem wird das Interferometer durch die Abscheidung der ao Abschnitt 36 des passiven Interferometerabschnitts optischen Bauteile in einen passiven Interferometer- des Systems angeordnet ist, wobei dieser Abschnitt auch abschnitt wesentlich vielseitiger gemacht, so daß meh- den Lichtreflektor oder Winkelspiegel 37 aufweist, rere unabhängige Messungen gleichzeitig ausgeführt Der polarisierende Strahlspalter 35 spaltet den Laserwerden können, wobei nur eine Lichtquelle verwen- straH in zwei orthogonal polarisierte Komponenten det wird. Außerdem können zahlreiche miteinander in «5 auf, und richtet eine Komponente auf den Winkel-Beziehung stehende Messungen mit einer Vielzahl spiegel 37 und die zweite Komponente auf den Lichtvon passiven Interferometerabschnitten ausgeführt reflektor oder Winkelspiegel 38 am Werkstückhalter werden. Alle diese Messungen sind frei von tempera- 18, der den zweiten Absrhnitt des passiven Interturabhängigen Fehlern und den durch tote Weg- ferometerabschnitts bildet. Der erste passive Intcrlängen hervorgerufenen Fehlern. Diese Vorteile 30 ferometerabschnitt 36 ist auf einem Werkzeughalter werden auch erreicht, wenn die Abstandsmessung 19 an der Stelle des Schneidwerkzeugs angeordnet, durch Phasenvergleich der Flanken von zerhackten, und der Winkelspiegel 38 ist an der Spindel 18 benicht-monochromatischen Sende- und Referenzstrah- festigt, wo das Werkstück normalerweise befestigt ist. lenbündeln erfolgt. Die beiden Lichtstrahlkomponenten werden vonIn addition, since part of the optical measuring components is a gas working on a single frequency at the zero point "0" (workpiece holder) and a laset 12, a power supply 17, a pre-changing part at the end point "£" (tool holder) "5 stronger circle 16 ' and is arranged with the two photodetectors, the distance between the 32 and 33 goes on. The light from the laser is polarized with 45 ° zero point 0 and R of the main chassis (11) of the interface with respect to the plane of the drawing, as by ferometer systems no longer in the measuring path, so the arrow 34 is indicated and is on the polaridass thus the dead path is eliminated. In addition, sizing beam splitter 35 is directed, which is arranged in a the interferometer by the deposition of the ao section 36 of the passive interferometer section optical components in a passive interferometer of the system, this section also made section much more versatile, so that more light reflector or The polarizing beam splitter 35 splits the laser beam using only one light source into two orthogonally polarized components. In addition, numerous measurements can be made with one another in Figure 5, one component on the angle-related measurements with a plurality of mirrors 37 and the second component on the light from passive interferometer sections reflector or corner mirror 38 on the workpiece holder. All of these measurements are free of temperature, which forms the second section of the passive, intersection-dependent error and that caused by dead path ferometer sections. The first passive intcr length produced errors. These advantages 30 ferometer section 36 are also achieved on a tool holder if the distance measurement 19 is arranged at the point of the cutting tool, by phase comparison of the flanks of chopped, and the corner mirror 38 is attached to the spindle 18 without monochromatic transmission and reference beam, where the workpiece is normally attached. bundling takes place. The two light beam components are from

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungs- 35 dem Winkelspiegel 37 bzw. von dem WinkelspiegelIn the following, preferred embodiments are the corner mirror 37 or the corner mirror

beispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen 38 zu dem polarisierenden Strahlspalter 35 reflektiert,Examples of the invention with reference to the drawings 38 reflected to the polarizing beam splitter 35,

erläutert. Es zeigt wo sie sich rekombinieren, um den orthogonal pola-explained. It shows where they recombine to create the orthogonally pola-

Fig. 1 ein herkömmliches Laser-Interferometer risierten zurückkommenden Strahl für den aktivenFig. 1 shows a conventional laser interferometer ized returning beam for the active one

zur Ausführung von Abstandsmessungen auf einer Interferometerabschnitt 31 zu bilden. Ein polarisie-to form distance measurements on an interferometer section 31. A polarized

Drehbank, 40 render Strahlspalter 39 in dem Hauptchassis 31 trenntLathe, 40 render beam splitter 39 in the main chassis 31 separates

F i g. 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemä- dann die beiden Komponenten des zurückgeworfenenF i g. 2 an embodiment of the invention- then the two components of the thrown back

ßen Interferometers mit einer einzigen Frequenz oder Strahles in die beiden orthogonalen Polarisationenßen interferometers with a single frequency or beam in the two orthogonal polarizations

mit Gleichspannung, zur Aussendung an die beiden Fotodetektoren 32with direct voltage, for transmission to the two photodetectors 32

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Aasführungsform und 33 und die angeschlossene Schaltung, wo dieF i g. 3 an inventive Aasführungsform and 33 and the connected circuit where the

mit zweifacher Frequenz oder Wechselspannung, 45 Zählung der Interferenzringe in bekannter Weisewith twice the frequency or alternating voltage, 45 counting the interference fringes in a known manner

F i g. 4 A ein erfindungsgemäßes Interferometer- erfolgt.F i g. 4 A, an interferometer according to the invention takes place.

system in einer Ausführungsform, um gleichzeitig Gemäß F i g. 3 weist eine mit zwei Frequenzensystem in one embodiment to simultaneously according to FIG. 3 has one with two frequencies

zwei unabhängige Atetandsmessungen auszuführen, arbeitende Λ «sführungsform des erfindungsgemäßenperform two independent Atetandsmessungen, working Λ «sführungsform of invention

Fig.4B eine Querscbiittsansicht gemäß Fig.4A Laser-Interferometers einen Laser41 auf, der dieFIG. 4B shows a cross-sectional view according to FIG. 4A of the laser interferometer on a laser41 which

langes der Schnittlinie 4 £-4 D, 50 Ausgangsstrahlen /1 und /2 mit den beiden Fre-long section line 4 £ -4 D, 50 output beams / 1 and / 2 with the two fre-

F i g. 5 schematisch den passiven Interfero- quenzen abgibt. Diese Strahlen gelangen durch eineF i g. 5 shows the passive interfero frequencies schematically. These rays pass through a

meterabschnitt bei der Messung von Kursabweichun- Viertelwellenplatte 42 und eine Halbwellenplatte 43,meter section when measuring course deviation - quarter-wave plate 42 and a half-wave plate 43,

gen. tun /1 und / 2 in die orthogonalen linearen Polarisa-gen. do / 1 and / 2 into the orthogonal linear polarization

Bei dem bekannten Interferometersystem gemäß tionen zu bringen, wobei /1 in der Zeichenebene und F i g. 1 wird der Lichtstrahl vom Laser 12 auf den 55/2 senkrecht dazu liegt. Diese Strahlen werden zu Strahlspalter 13 geleitet, wobei ein Teil des Lichtes einem Strahlspalter 44 geschickt, wobei ein Teil der zu dem äußeren Winkelspiegel 23 gelangt und der beiden Strahlen durch deu Spalter 44 zu dem ersten Rest des Lichtes zu dem internen Bezugs-Winkel- Abschnitt 45 des passiven Interferometerabschnitts spiegel 14 gebeugt wird. Der vom Winkelspiegel 14 und ein zweiter Teil der beiden Strahlen zu einem reflektierte Lichtstrahl wird mit dem vom Winkel- 60 Referenz-Fotodetektor 46 geschickt wird. Der Ausspiegel 23 reflektierten Lichstrahl rekombiniert, und gang (J 2-f I) des Referenz-Fotodetektors 46 wird zu das kombinierte Licht wird auf den Fotodetektor 15 einem Eingang eines Vorwärts/Rückwärtszählers 47 gerichtet. Es wird ein Interferenzmuster erzeugt, wenn geleitetIn the known interferometer system to bring according to functions, where / 1 in the plane of the drawing and F i g. 1, the light beam from laser 12 on the 55/2 is perpendicular to it. These beams are directed to beam splitter 13, with part of the light being sent to beam splitter 44, part of which goes to outer corner mirror 23 and of the two beams through splitter 44 to the first remainder of the light to the internal reference angle section 45 of the passive interferometer section mirror 14 is bent. The light beam reflected from the corner mirror 14 and a second part of the two beams is sent with the 60 reference photodetector 46 from the corner. The mirror 23 recombines reflected light beam, and output (J 2-f I) of the reference photodetector 46 becomes the combined light is directed onto the photodetector 15 at an input of an up / down counter 47. An interference pattern is created when conducted

sich das Licht in bekannter Weise rekombiniert und Der polarisierende Strahlspalter 48 des passiventhe light is recombined in a known manner and the polarizing beam splitter 48 of the passive

das auf den Fotodetektor 15 auffallende Licht ändert 65 Interferometerabschnitts 45 trennt den übertragenenthe light incident on the photodetector 15 changes 65. Interferometer section 45 separates the transmitted

sich in der Stärke gemäß der Bewegung des Winkel- Strahl in seine beiden verschiedenen Komponenten,varies in strength according to the movement of the angular ray into its two different components,

spiegeis 23. Jede halbe Weglänge des Winkelspiegels schickt/2 an den Winkelspiegel 49 und /1 an denspiegeis 23. Every half path of the corner mirror sends / 2 to the corner mirror 49 and / 1 to the

23 ergibt eine Änderung der optischen Weglänge von Winkelspiegel 51 des zweiten passiven Interferometer-23 results in a change in the optical path length of corner mirror 51 of the second passive interferometer

abschnitte 18. Die reflektierten Strahlen werden rekombinierts Licht wird dann zum Fotodetektor 64Sections 18. The reflected rays are recombined and light is then sent to the photodetector 64

als /2 und /1 ± /im Strahlspalter48 rekombiniert in dem aktiven Hauptchassisteil reflektiert, wo dierecombined as / 2 and / 1 ± / in the beam splitter48 in the active main chassis part where the

und an einen demodulierenden Polarisator 52 in dem unter Bezugnahme auf F i g. 3 beschriebenen Vor-and to a demodulating polarizer 52 in the type described with reference to FIG. 3 described before

Hauptchassis 31 zurückgeschickt und treffen dann gänge ausgeführt werden, um die Zählung der Inter-Main chassis 31 is sent back and then take aisles to be carried out to count the inter-

auf den t otodetektor 33 auf. Der Ausgang dieses 5 ferenzringe als Maß der Abstandsänderung X₁ the t otodetektor 33. The output of these 5 reference rings as a measure of the change in distance X ₁

Fotodetektors (/2 — /1 + /) wird an den anderen (Fig. 5) aufzuzeichnen.Photo detector (/ 2 - / 1 + /) will record on the other (Fig. 5).

Eingang des reversiblen Zählers 47 geleitet. Die Fre- Der passive Interferometerabschnitt 59 ist senkqueD7. vom Fotodetektor 53 ergibt addierende Zähl- recht zu dem anderen passiven Interferometerstufen, und die Frequenz vom Fotodetektor 46 ergibt abschnitt 58 ausgerichtet, so daß ein Abschnitt des subtrahierende Zählstufen, so daß die resultierende io Strahls vom Polarisationsstrahlspalter 65 senkrecht Zählung ein Maß der Dopplerverschiebung/ ist, die zur Zeichenebene und auf den dazu ausgerichteten durch die Abstandsänderung zwischen dem Strahl- feststehenden Winkelspiegel 66 gerichtet wird. Der spalter 48 und dem Winkelspiegel 51 der passiven andere Teil des Strahls vom Strahlspalter 65 wird Interferometerabschnitte des Interferometersystems auf den äußeren bewegbaren Winkelspiegel 67 geerzeugt wird. 15 richtet. Die Strahlen zum und vom Winkelspiegel 67Input of the reversible counter 47 passed. The passive interferometer section 59 is perpendicular to D7. from photodetector 53 results in adding counting rights to the other passive interferometer stages, and the frequency from the photodetector 46 results in section 58 aligned so that a portion of the subtracting counts so that the resulting io beam from polarization beam splitter 65 is perpendicular Counting is a measure of the Doppler shift / is that to the plane of the drawing and to the plane aligned with it is directed by the change in distance between the beam-fixed corner mirror 66. Of the splitter 48 and the corner mirror 51 is the passive other part of the beam from beam splitter 65 Interferometer sections of the interferometer system generated on the outer movable corner mirror 67 will. 15 sets up. The rays to and from the corner mirror 67

Wie aus den Ausführungsformen der F i g. 2 und 3 liegen in einer zur Zeichnung senkrechten Ebene ersichtlich ist, sind die die Abstandsmeßfunktion ebenso wie der ausgesendete und der reflektierte ausführenden passiven Interferometerabschnitte mit Strahl zwischen den Strahlspaltern 57 und 65. Der den Einheiten 36,45 bzw. den Winkelspiegeln 38,51 vom Interferometer 59 zurückkehrende Strahl wird vom aktiven Hauptchassis 31 des Interferometer- ao auf einen zweiten Fotodetektor 68 in dem Hauptsystems entfernt angeordnet und daher von den chassis gelenkt und senkrecht zu dem Detektor 64 Wärmequellen des aktiven Hauptchassis 31 isoliert. ausgerichtet, wie sich klar aus F i g. 4 B ergibt, wobei Zwischen den passiven Interferometerabschnitten und die Interferenzringe gezählt werden und als Maß der dem aktiven Hauptchassis 31 erstrecken sich keine Abstandsänderungen X₂ dienen. Die mit zwei Interelektrischen Verbindungen, da sich die Fotodetekto- 35 ferometetabschnitten ausgeführten Messungen der ren 32, 33, 46,53 im Hauptchassis 31 und nicht außen Abstandsänderung sind unabhängig, und es ist erbei den optischen Einheiten 36, 45, 38, 51 befinden. sichtlich, daß zusätzliche unabhängige MessungenAs can be seen from the embodiments of FIGS. 2 and 3 lie in a plane perpendicular to the drawing can be seen, are the distance measuring function as well as the emitted and the reflected executing passive interferometer sections with beam between the beam splitters 57 and 65. The units 36.45 and the angle mirrors 38.51 from The beam returning interferometer 59 is located away from the main active chassis 31 of the interferometer ao on a second photodetector 68 in the main system and is therefore directed from the chassis and isolates heat sources of the main active chassis 31 perpendicular to the detector 64. aligned, as is clear from FIG. 4 B results, wherein between the passive interferometer sections and the interference rings are counted and no changes in distance X ₂ are used as a measure of the extent to which the active main chassis 31 extends. The measurements of the ren 32, 33, 46, 53 carried out in the main chassis 31 and not outside the change in distance are independent, and it is at the optical units 36, 45, 38, 51 that the photodetectometer 35 is located. obvious that additional independent measurements

Da der Strahl von den Winkelspiegeln 37, 49 und mit demselben Laser 56 und zusätzlichen passivenSince the beam from the angle mirrors 37, 49 and with the same laser 56 and additional passive

der Strahl von den Winkelspiegeln 38, 51 durch die Interferometern ausgeführt werden können, voraus-the beam from the corner mirrors 38, 51 can be carried out through the interferometers,

Strahlspalter 35,48 am Werkzeughalter 19 rekombi- 30 gesetzt, daß im Hauptchassis 31 zusätzliche Foto-Beam splitter 35,48 on the tool holder 19 recombined 30 that in the main chassis 31 additional photo

niert werden, spielt der Weg zwischen dem Haupt- detektoren vorgesehen sind, die den Detektoren 64,be ned, the path between the main detectors are provided, which the detectors 64,

chassis 31 und den Einheiten 36,45 keine Rolle bei 68 ähnlich sind.chassis 31 and units 36,45 do not matter at 68 are similar.

der Messung, und Fehler wegen »toter Weglängen« Es sei angemerkt, daß die bewegbaren Winkelspiewerden bei den Messungen vermieden. gel 63 oder 67 auch feststehen können und dafür diethe measurement, and errors due to "dead paths" It should be noted that the movable angle mirrors are avoided during measurements. gel 63 or 67 can also be fixed and the

Da die Einheiten 36, 45 und 38, 51 kompakt aus- 35 anderen Winkelspiegel 62 oder 66 bewegt werdenSince the units 36, 45 and 38, 51 are compactly moved from 35 other corner mirrors 62 or 66

geführt werden können, lassen sich direkte Abstands- können, so daß die Abstandsänderungen in dercan be guided can be direct distance can, so that the changes in distance in the

messungen ausführen. In diesem Fall kann also der Y- oder Z-Richtung gemessen werdea. Durch dietake measurements. In this case, the Y or Z direction can be measured. Through the

Abstand P zwischen dem gleitfähigen Werkzeughalter Verwendung von drei Fotodetektoren in dem Haupt-Distance P between the slidable tool holder Use of three photo detectors in the main

19 und dem auf dem Maschinenbett feststehenden chassis und drei passive Interferometerabschnitte19 and the fixed chassis on the machine bed and three passive interferometer sections

Spannfutter 18 direkt gemessen werden. Selbstver- 40 können gleichzeitig X-, Y- oder Z-AchsenmessungenChuck 18 can be measured directly. You can take X, Y or Z axis measurements at the same time

ständlich können bei der Abstandsmessung auch die ausgeführt werden.Of course, they can also be carried out when measuring the distance.

Einheiten 36, 45 des passiven Interferometerteils fest Durch die Verwendung eines passiven Interfero-Units 36, 45 of the passive interferometer part fixed By using a passive interferometer

stehen bleiben und dafür sich die Winkelspiegel 38, meterabschnitts mit zwei bewegbaren Reflektorenstop and use the corner mirror 38, meter section with two movable reflectors

51 gegenüber den Einheiten 36,45 bewegen. gemäß F i g. 5 kann der Abstand ernes Gegenstandes51 move in relation to units 36,45. according to FIG. 5 can be the distance of an object

In F i g. 4 A und 4 B ist ein System dargestellt, bei 45 von einem anderen gemessen werden. Der Strahl-In Fig. 4 A and 4 B, one system is shown at 45 being measured by another. The beam-

dem zwei unabhängige Messungen der Abstandsände- spalter 71 sendet einen Anteil des Strahles zu demThe two independent measurements the distance splitter 71 sends a portion of the beam to the

rung mit zwei passiven Interferometerabschnitten und Winkelspiegel 72 und den anderen Anteil zu demtion with two passive interferometer sections and corner mirror 72 and the other portion to the

einem Laser ausgeführt werden können. Winkelspiegel 73 übe- den Spiegel 74. Die zwei be-a laser can be performed. Angled mirror 73 over mirror 74. The two

Der Strabt vom Laset 56 wird durch eroen Strahl- wegbaren Winkelspiegel 72 und 73 werfen dann aufThe beam from the laser 56 is then thrown up by eroen beam-movable angle mirrors 72 and 73

spalter 57 gespalten, und ein Teil vvir- λ einem 50 dem Meßobjekt befestigt, dessen Abstand oder Gie-splitter 57 split, and a part vvir- λ a 50 attached to the measurement object, the distance or Gie-

ersten passiven Interferometerabschnitt 58 geschickt, rung gemessen werden soll, und jede Änderung desfirst passive interferometer section 58 sent, tion is to be measured, and any change in

und der andere Teil wird zu einem zweiten passiven Verhältnisses X₁ bis X₂ ist ein Maß für die Änderungand the other part becomes a second passive ratio X ₁ to X ₂ is a measure of the change

Interferometerabschnitt 59 geschickt Der Interfere- des Winkels des Meßobjektes gegenüber der Normal-Interferometer section 59 sent The Interfere- the angle of the measurement object compared to the normal

meterabschnitt 58 weist einen polarisierenden Strahl- ebene zur Zeichenebene.meter section 58 has a polarizing beam plane to the plane of the drawing.

spalter 61 und einen feststehenden Winkelspiegel 62 55 Durch die Bewegung des Winkelspiegels 73 zusplitter 61 and a fixed corner mirror 62 55 by the movement of the corner mirror 73 to

auf, der den einen Teil ausmacht, und ein beweglicher einer Position direkt oberhalb des Strahkpalters 71,on, which makes up one part, and a movable one position directly above the beam splitter 71,

externer Spiegel 63 bildet den anderen Teil. Der wodurch der vertikale Strahl auf den Winkelspiegelexternal mirror 63 forms the other part. Which causes the vertical beam to hit the corner mirror

Strahlspalter 61 schickt licht der einen Polarisation ohne Reflexion durch einen Spiegel geleitet wird,Beam splitter 61 sends light of which a polarization is passed through a mirror without reflection,

zu einem Winkelspiegel 62 und Licht der anderen bildet die Messung ein Maß für eine Änderung fflFor a corner mirror 62 and light from the other, the measurement is a measure of a change ffl

Polarisation zu einem Winkelspiegel 63. Das bei 61 60 dem Verhältnis AT₁ bis Y. Polarization to an angle mirror 63. The at 61 60 the ratio AT ₁ to Y.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Interferometer system for distance measurement of a movable component, e.g. the tool holder of a machine tool or the like, with a radiation source for emitting a light beam, a beam splitter for splitting the light beam emitted by the radiation source into two separate light beams, a first xo reflector in Path of one of these light beams, a second reflector in the path of the other light beam and with a photodetector circuit, the light beam reflected by the first reflector recombined with the light beam reflected by the second reflector in the beam splitter and the combined light on the photodetector circuit for counting the interference fringes as Measure of the distance is directed, characterized in that the radiation source (12, 41) and the photodetector circuit (32, 33, 46, 53) together with the power supply and circuits are accommodated in an active main chassis part (31) of the interferometer system, during the opt ische beam splitter (35, 48) and the first reflector (38, 51) and the second reflector (37, 49) are arranged in two or more separate passive interferometer sections (36, 45, 18) of the system, which are at a sufficient thermal insulation distance from active main chassis part (31) are seen from above.

2. Interferometer system according to spoke 1, thereby characterized in that one of the two reflectors (z. B. 37. 49) at a fixed distance from the beam splitter (35, 48) and the other reflector (e.g. 38, 51) relative to the beam splitter (35, 48) is movably arranged.

3. Interferometer system according to claim 1 and 2, characterized in that the radiation source (41) e.g. B. a gas laser emits an output light beam at two frequencies, a device (42, 43) for converting this output light beam into two orthogonally linear polarized light beams is provided and the beam splitter (48) a polarizing beam * 5 has trellis through which one of these orthogonally linearly polarized light beams to the first reflector (49) and the other is directed to the second reflector (51).

4. Interferometer system according to claims 1 to 3, characterized in that the active Main chassis part (31) a reference photodetector circuit (46) and a beam splitter (44) for Sending part of the double-frequency output light beam of the gas laser (41) to one Reference photodetector circuit (46) and a counter circuit (47), one input of which with the reference photodetector circuit (46) and its other input with a second Photodetector circuit (53) is connected.

5. Interferometerüsystem according to the claims 1 to 4, characterized in that the active main chassis part (31) has an additional photodetector circuit (68) and an additional separate passive interferometer section is provided which has an additional beam splitter (65) for splitting the radiation from the radiation source (56) emitted light beam into two additional separate light beams and an iron third light beam reflector (66) in the path of one of these additional light beams and a fourth light beam reflector (67) in the path of the other of these additional rays of light, and that of the third and fourth reflectors (66,67) reflected rays in the additional beam splitter (65) and directed to the additional photodetector circuit (68).

6. Interferometer system according to claims 1 to 5, characterized in that one (62 or 66) of the light beam reflectors in each of the passive Ir * erferometeralischnitte in a fixed At ¹¹ IaUd of its associated beam splitter (61 or 65) and the other (63 or 67) are arranged to be movable with respect to the associated beam splitter (61 or 65).

7. InteTferometersystem according to claims 1 to 6, characterized in that the light source (56) e.g. B. a gas laser that emits a double-frequency output light beam, a device (42, 43) for converting this output light beam into two orthogonally linearly polarized ones Light beams is provided and each of the beam splitters (61, 65) has a polarizing beam splitter has through which a linearly polarized light beam to one (62 or 66) of its associated Reflectors and another orthogonally linearly polarized light beam to the other (63 or 67) of the assigned reflectors is passed.

8. Interferometei system according to claim 7. characterized characterized in that the active section comprises a reference photodetector circuit (46) and has a beam splitter (44) through which a T ^ iI of the double-frequency output light beam of the gas laser (56) is passed to the reference photodetector circuit (46) and that the output of the reference fetodetector circuit (46) with the output of the others Photo detector circuits (64, 68) is brought into relationship.