DE2308643A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen und interpolieren mit einem praezisionsmassstab - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum messen und interpolieren mit einem praezisionsmassstab

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Description

Paten lan wcli
2 HAMBURG j]
BaUindsmm 15 ίΛ__
JeL 33si is 20. Feb. 1973
Meine Akte: 5651/73
Societe Genevoise d*Instruments
de Physique
8, rue des Vieux-Grenadiers
Geneve (Schweiz)
Verfahren und Vorrichtung zum Messen und Interpolieren mit einem Präzisionsmaßstab
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und Interpolieren mit einem Präzisionsmaßstab, bei dem die Maßstabsintervalle mit einem Gitter verglichen werden, dessen Steigungshöhe höchstens der Maßstabsteilung entspricht.
Die zwei klassischen metrologischen Meßverfahren vermittels eines Maßstabs oder eines Interferometers sind beide mit hinreichend bekannten Nachteilen behaftet, und ihr Einsatz ist manchmal mit willkürlichen Fehlern behaftet oder auch nicht möglich.
Ein Interferometer wie z.B. die Ausführungen nach Michelson oder Kösters usw. unterteilt eine Strecke in Bruchteile von Wellenlängen. Die Wellenlängenbruchteile, welche den Interferenzstreifen bzw. -ringen entsprechen, sind jedoch in keinem Falle genaue Vielfache des jeweils verwendeten Maßsystems. Daher müssen die Streifenabstände beispielsweise in Mikrometer umgewandelt werden, was zeitraubend und mühselig ist. Von noch größerem Nachteil ist, daß Wellenlängenschwankungen des von einer Quelle emittierten Lichts (im allgemeinen ein Helium-Neon-Laser) nicht nur aufgrund der Frequenzinstabilität des Lasers, der in jedem Falle kostenaufwendig stabilisiert werden muß, sondern auch und vor allem durch die sich stetig
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ändernde Brechzahl der Luft bedingt sind. Zur Beseitigung dieser Nachteile wurden bereits zahlreiche Lösungen vorgeschlagen. Die Erfahrung zeigt jedoch, daß die Verwendung von Interferometern zur Streckenmessung für industrielle Anwendungen wenig geeignet ist.
Der klassische Maßstab mit einer Teilung aus feinen Strichlinien in regelmäßigen gegenseitigen Abständen weist Meßlücken auf, indem Stellen zwischen den Strichlinien interpoliert werden müssen. Zur Abhilfe wurden auch bereits zahlreiche Lösungen vorgeschlagen, die jedoch alle den Nachteil haben, daß sie entweder sehr zeitaufwendig oder verwickelt oder ungenau sind.
Ein Problem bei der Herstellung von Präzisionsmaschinen und -geräten ist, die Lage eines Stellglieds in Bearbeitungsmaschinen mit einer Genauigkeit von wenigstens ± 1 μΐη und in Meßmaschinen oder -geräten mit einer Genauigkeit von wenigstens ±0,1 \im zu messen. Die dazu vorgeschlagenen oder bereits ausgeführten Lösungen lassen sich in die folgenden Hauptgruppen unterteilen:
a) Lichtinterferometer. Diese sind jedoch sehr empfindlich gegenüber äußeren Einwirkungen und daher außerhalb von Laboratorien nicht einsetzbar.
b) Geteilte Maßstäbe (mit z.B. Strichlinien von 10 pm Breite an jeder mm-Stelle) machen einen sehr feinen Interpolator erforderlich, mit dem sich zwar genau messen läßt, jedoch bei optischer Ablesung ein erheblicher Zeitaufwand erforderlich ist. Bei elektrischen Maßstäben (wie z.B. dem System Inductosyn nach Farrand) ist eine sehr feine Interpolation aufgrund unbestimmter Fehler nicht möglich.
c) Maßstäbe mit Feinteilung, die als Gitter bezeichnet werden. Gitter haben den Vorteil, daß zur genauen Lagenbestinunung eine weniger feine Interpolation erforderlich ist. Der Idealfall wäre, daß gar keine Interpolation erforderlich
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ist, was bedeutet, daß die Gittersteigung für Bearbeitungsmaschinen 2 ym und für Meßmaschinen oder -geräte 0,2 pm betragen müßte.
Derartig feine Teilungen sind jedoch nach bekannten Verfahren nicht herstellbar.
Durch die Erfindung soll nunmehr ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und Interpolieren geschaffen werden, die eine für die Bedürfnisse des Maschinenbaus ausreichend hohe Genauigkeit aufweisen und zugleich aus praktischen Gründen ausreichend einfach sind.
Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren zum Messen und Interpolieren beruht auf der Verwendung eines Präzisionsmaßstabs, bei dem die Maßstabsintervalle mit einem Gitter verglichen werden, dessen Steigungsverhältnis höchstens der Maßstabsteilung entspricht, und das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Gitter aus Interferenzstreifen gleicher Breiten durch Kreuzen zweier von der gleichen Lichtquelle ausgehender und vor der Maßstab-sebene konvergierender monochromatischer Lichtbündel erzeugt und die Steigungshöhe des Gitters durch Wahl der Lichtwellenlänge und des zwischen den Achsen der beiden Lichtbündel eingeschlossenen Winkels eingestellt wird.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Ausführung des vorstehend angegebenen Verfahrens vorgeschlagen, die entsprechend der Erfindung gekennzeichnet ist durch ein Kösters-Prisma, dessen halbdurchlässige Grenzfläche senkrecht zu dem Maßstab ausgerichtet ist, eine zur Belichtung der einen Prismenseitenfläche dienende monochromatische Lichtquelle und durch wenigstens eine im Weg der von dem Maßstab reflektierten Lichtstrahlen angeordnete Fotozelle.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung werden im nachfolgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in
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welcher
Fig. 1 das Prinzip des Meßverfahrens, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Ausführung des Meßverfahrens und
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer abgeänderten
Ausführungsform der Vorrichtung von Fig.2 zeigt.
Zum Verständnis der Erfindung stelle man sich einen Maßstab aus einer metallisierten Glasplatte vor, der beispielsweise in Abständen von Millimetern oder Bruchteilen von Millimetern in der Weise geteilt ist, daß er auf bekannte Weise schmale, lichtdurchlässige Bereiche aufweist, welche vermittels einer üblichen Teilmaschine ausgebildet werden.
Der Interpolator besteht aus einem kleinen Interferometer, das senkrecht zur Maßstabsebene angeordnet und so beschaffen ist, daß es im Raum ein Feld aus Interferenzstreifen gleicher Breiten erzeugt, deren (beliebig einstellbare) Steigungshöhe so bemessen wird, daß eine Maßstabsteilung genau einer bestimmten Anzahl von Streifen entspricht.
Bei Beobachtung der Interferenzstreifen gleicher Breiten durch die Maßstabsteilung hindurch fallen bei Verschiebung des Maßstabds in Längsrichtung die lichtdurchlässigen Strichlinien abwechselnd mit den hellen und den dunklen Stellen der Interferenzstreifen gleicher Breite zusammen. Wenn das bei Verschiebung des Maßstabs im Raum modulierte und durch den Maßstab hindurchtretende Licht auf eine Fotozelle fällt, erzeugt diese bei Verschiebung des Maßstabs einen zeitlich modulierten Strom.
Wenn sich beispielsweise zwischen zwei Strichlinien des Maßstabs 100 Interferenzstreifen gleicher Breiten befinden, treten bei Verschiebung des Maßstabs in seiner Längsrichtung
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um eine Maßstabsteilung abwechselnd 100 helle und 100 dunkle Stellen auf.
Die Arbeitsweise ist wie folgt:
Der Teilungsraum des Maßstabs muß sich im Raum an der Stelle verlagern, an der sich die Interferenzstreifen gleicher Breiten befinden. Die Breite der Strichlinien des Maßstabs muß gleich oder kleiner sein als die halbe Steigungshöhe der Interferenzstreifen. Wenn sich beispielsweise zwischen zwei Strichlinien eines Millimetermaßstabs 100 Interferenzstreifen befinden, dürfen die Strichlinien eine Breite von höchstens0,5 \im aufweisen.
Die Anordnung muß folgendermaßen beschaffen sein:
1. Zur Erzeugung von Streifen gleicher Breite müssen zwei, von der gleichen Lichtquelle ausgehende Lichtbündel sich unter einem Winkel kreuzen, der von der gewünschten Steigungshöhe abhängig ist. Die Mittelhalbierende dieses Winkels muß im wesentlichen senkrecht zur Maßstabsebene verlaufen.
2. Die Interferenzstreifen werden in dem ganzen Raum erhalten, in dem sich die Lichtbündel kreuzen. Die Streifen liegen in zueinander parallelen Ebenen und parallel zur Mittelhalbierenden der beiden Bündel, wenn diese zylindrisch sind. In diesem Falle ist die Lage entlang der Mittelhalbierenden ohne Einfluß. Daher ist nicht erforderlich, wie bei einem Abbildungsobjektiv eine Scharfeinstellung vorzunehmen. Wenn die beiden Lichtbündel aus einander gleichen Lichtkegeln bestehen, liegen die Bündel in konvergierenden Ebenen, wobei sich die Steigungshöhe der Interferenzstreifen in Abhängigkeit von der Lage einer Schnittebene ändert. In diesem Falle läßt sich daher die Steigungshöhe der Interpolation sehr fein verändern, indem das Interferometer in bezug auf den Maßstab verstellt wird, ohne jedoch die Winkel der Strahlungsbündel zu verändern. Die Steigungshöhe ist theoretisch zwischen Unendlich (eine Farbe, d.h. hell
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oder dunkel, Lichtbündel parallel zueinander) und der Wellenlänge des verwendeten Lichts (parallel gegenläufige Lichtbündel) oder in einem Winkelbereich von 0 bis 180° veränderlich einstellbar.
Es ist jedoch offensichtlich, daß es für den hier beschriebenen Zweck nicht von Interesse ist, breite Interferenzstreifen zu erhalten, und außerdem keine Möglichkeit zur Beobachtung von Interferenzstreifen besteht, welche durch zwei sich entgegengesetzte Lichtbündel gebildet werden und parallel dem Maßstab verlaufen.
Für einen V/inkel von angenähert 18° zwischen den beiden Bündeln (bei der Wellenlänge λ = 0,628 ym) wird ein tiefer Bereich erhalten, in dem die Streifen gegenseitige Abstände von 2 ym aufweisen, so daß sich Steigungshöhen von 1 ym vermittels eines Zählwerks messen lassen, das über einen symmetrischen Verstärker mit der Fotozelle verbunden ist. (Die Strichlinien des Maßstabs dürfen dabei eine Breite von höchstens 1 ym aufweisen).
Die Zwischenräume zwischen den Strichlinien des Maßstabs müssen mindestens der Steigungshöhe der Interferenzstreifen (d.h. dem Streifenabstand) entsprechen und dürfen ein genaues Vielfaches des Streifenabstands nicht überschreiten. Die Länge der Strichlinien soll nicht größer sein als der Durchmesser des Bereichs, in dem sich die beiden Bündel kreuzen, um eine kontinuierliche Zählung zu gewährleisten.
Wenn Zählungen in beiden Richtungen gewünscht sind, müssen zwei um eine Viertel Streifenbreite zueinander versetzte Modulationen vorhanden sein, beispielsweise durch zwei zueinander versetzte Streifengruppen. Bei Lagenänderung des Maßstabs ergibt sich eine sinusförmige Modulation, welche auf elektronischem Wege eine zusätzliche Interpolation innerhalb
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einer Streifenbreite ermöglicht.
Wenn die Streifen gleicher Breiten in bezug auf den Maßstab unter einem Winkel verlaufen, lassen sich Moirestreifen erzeugen» die in Verbindung mit einem Fadenkreuz eine noch feinere Interpolation als mit der Steigungshöhe der Streifen gleicher Breiten gestatten.
Die Koinzidenz zwischen einem in dieser Weise angeordneten Gittermaßstab und den Interferenzstreifen gleicher Breiten liefert einen besseren Mittelwert für die Lagenbestimmung und eine höhere Lichtausbeute als bei einem in herkömmlicher Weise geteilten Maßstab mit sehr großen Steigungsintervallen und feinen Strichlinien, und das trifft gleichermaßen auf Parallelkoinzidenz wie auch auf Moirestreifen zu.
Zur Erzielung von Streifen gleicher Breiten im Raum kann beispielsweise ein Kösters-Prisma verwendet werden, wobei die Einfallsrichtung so gewählt wird, daß sich die austretenden Lichtstrahlen unter dem gewünschten Winkel kreuzen. Eine solche Anordnung ist daher sehr einfach und erfordert keine verwickelten optischen Teile.
Die an Ort und Stelle erzeugten Streifen stellen ein sinusförmiges Gitter dar, das scharf und kontrastreich ist. Sämtliches Licht wird ausgenutzt, wobei die Tiefenschärfe sehr groß ist im Vergleich zu beispielsweise einem Fadenkreuz mit Strichteilung, das vermittels einer Verkleinerungsoptik abgebildet wird, welche eine nicht plane, gewölbte oder verformte und wenig kontrastreiche Bildebene liefert. Andererseits ist es auch praktisch unmöglich, ein Fadenkreuz mit einer Strichteilung in zwei Mikrometer-Abständen ausreichend nahe an einem Maßstab anzuordnen, ohne daß Streuungseffekte auftreten oder eine Berührung zwischen Fadenkreuz und Maßstab erfolgt.
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Die Interferenzstreifen gleicher Breiten sind nur dann verhältnismäßig geradlinig, in gleichen gegenseitigen Abständen und parallel zueinander, wenn die Wellenfront plan und die Interferometerbauteile ebenfalls plan sind. Unter der Bedingung, daß die Maßstabsintervalle eine ausreichend hohe Genauigkeit aufweisen, so daß eine Interpolation auf etwa 1/10 Intervall möglich ist, muß die Planheit der V7ellenfront besser sein als 1/10 Streifen, was mit heutzutage üblichen Präzisionsoptiken leicht erreichbar ist.
Folglich liefert eine Interferenzinterpolation mit einem Maßstab, dessen Teilstriche beispielsweise 100 pm Abstand voneinander und eine Strichbreite von 1 ym aufweisen, mit einem Streifenbereich, in dem die Streifenabstände 2 pm betragen, einen numerischen Interpolationswert jeweils jeden 1 ym mit einer auf 1/2 Streifen planen Optik. Wenn jedoch die Interpolation anhand von Moirestreifen mit einem zusätzlichen Fadenkreuz oder elektronisch auf 1/10 ym genau erfolgen soll, muß die Planheit der Optik im Meßstrahlengang 1/20 Streifen betragen, was in jedem Falle vertretbar ist. Wenn die Abstände der Moirestreifen beispielsweise 200 \im betragen, lassen sich diese leicht einem Fadenkreuz überlagern, das sich auch etwas weiter weg von dem Maßstab befinden kann, oder es ist sogar möglich, eine Abbildung mit einem handelsüblichen Objektiv vorzunehmen.
Das Steigungsverhältnis der Interferenzstreifen gleicher Breiten ist vorgegeben durch den Winkel der miteinander interferierenden Lichtbündel und durch die sich ggf. unter dem Einfluß von Frequenzabweichungen in dem Laser oder durch Veränderung der Brechzahl der Luft plötzlich ändernde Lichtwellenlänge.
sein
Es dürfte ohne weiteres ersichtlich/ daß sämtliche Stabilisierung smaßnahmen für Längsinterferometer auch bei diesem "Quer-
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interferometer" angewandt werden können. Da jedoch die Fehler nur innerhalb des Intervalls einer Maßstabsteilung kumulativ sind, ergibt sich bei dieser Anordnung der Vorteil, daß die vorgenannten Fehlerquellen praktisch vernachlässigbar sind.
Wenn keinerlei Maßnahmen getroffen werden, um den Laser und die Brechzahl der Luft zu stabilisieren, können die relativen Wellenlängenschwankungen in der Größenordnung von 10 liegen.
Im Falle eines herkömmlichen Interferometers mit einem Meßbereich von 1 m Länge entspricht dieser Wert einem zeitlich veränderlichen Fehler von 10" m, d.h. 100 ym. Im Falle eines Maßstabs mit einer 1-mm-Strichteilung entspricht dieser Schwankungsbereich einem zeitlichen Fehler von 10 mm, d.h. 1/10 ym, und bei Maßstabsteilung in 1/10 mm einem Fehler von 0,1 χ 10~4 mm, d.h. 1/100 ym (unabhängig von der Gesamtlänge des Maßstabs). Wenn der Maßstab aus einem Gitter besteht, welches das gleiche Steigungsverhältnis wie die Interferenzstreifen aufweist, beträgt der unbestimmte Fehler gleich null. Die Teilungsfehler des Maßstabs sind zeitlich unabhängig und lassen sich auf bekannte Weise wie z.B. vermittels eines Korrekturnockens korrigieren.
Zusammenfassend läßt sich daher sagen, daß der Maßstab auf einfache und genaue Weise interpoliert werden kann, wobei keine unvorhersehbaren Schwankungen zu erwarten sind.
Figur 1 dient zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens. Mit la und Ib sind zwei konvergierende monochromatische Lichtbündel bezeichnet, welche in ihrem Kreuzungsbereich Interferenzstreifen 2 gleicher Breiten erzeugen. Der hier beispielweise dargestellte Maßstab 3 ist transparent und besteht aus einer opaken Beschichtung mit transparenten Schlitzen oder Strichlinien 5. Im Interferenz-
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Streifenbereich befinden sich ein oder mehrere Schlitze 5. '^nn ein oder mehrere Schlitze auf einen bzw. mehrere helle Streifen zentriert sind, wird mehr Licht durchgelassen als wenn sich der oder die Schlitze in zentrischer Lage zu einem bzw. mehreren dunklen Streifen befinden. Der Abstand zwischen zwei Schlitzen muß kleiner sein als die Länge des Streifenfeldes, damit sich bei Verschiebung des Maßstabs keine Meßlücke ergibt.
Gemäß einem Anwendungsbeispiel des Verfahrens wird ein Gitter mit einer Steigungshöhe von z.B. 2 ym verwendet, bei dem die Strichlinien auf einem reflektierenden Metallmaßstab aufgebracht sind. Die Herstellung eines derartigen Gitters kann vermittels Hochleistungsinterferenz erfolgen, wie in einer weiteren Patentschrift der Anmelderin beschrieben ist. Der Maßstab muß im allgemeinen aus Metall bestehen, damit sein Wärmeausdehnungskoeffizient in etwa dem der Maschine und dem der zu bearbeitenden oder zu vermessenden Werkstücke entspricht. Die Steigungshöhe von 2 ym sei hier nur als typisches Beispiel angeführt, da bei Zählung der "schwarzen" und der "weißen" Stellen der Teilung eine Steigungshöhe von 1 ym erhalten wird und da eine auf 1/10 leicht durchführbare Interpolation die Lagenbestimmung auf etwa 0,1 ym genau gestattet. Kleinere Steigungshöhen als 2 ym sind aus herstellungstechnischen Gründen schwieriger, während größere Steigungshöhen eine feinere und damit weniger genaue Interpolation erforderlich machen.
Das Gitter wird in den Bereich gebracht, in dem sich zwei monochromatische, kohärente Lichtbündel einer kontinuierlich strahlenden Lichtquelle kreuzen. Der Kreuzungswinkel der Lichtbündel ist so bemessen, daß die im Raum parallel zueinander verlaufenden Interferenzstreifen die gleiche Steigungshöhe wie das Gitter (d.h. beispielsweise 2 ym) aufweisen. Wenn nun die hellen Streifen auf die reflektierenden Gitterbereiche treffen, wird sämtliches Licht reflektiert. Wenn
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die hellen Streifen des Gitters jedoch auf die nichtreflektierenden Bereiche auftreffen, wird das Licht gestreut. Auf diese Weise läßt sich eine sehr intensive Modulation des reflektierten Lichts erzielen. (Bei Verwendung eines Maßstabs mit reflektierenden und transparenten Bereichen kann diese Modulation auch im durchfallenden Licht erhalten werden.) Bei Verschiebung des Maßstabs in bezug auf das Interferenzstreifenfeld findet eine sinusförmige Veränderung des Lichtstroms statt, der ein gewisses Beleuchtungsstärkenkontinuum überlagert ist.
Vermittels einer oder mehrerer, schnell ansprechender Fotozellen lassen sich die Lichtstromwerte in elektrische Signale umsetzen, wodurch die Anzahl der LichtStromschwankungen bei einer Lagenänderung des Maßstabs gemessen werden kann. Gleichzeitig wird dabei das Beleuchtungskontinuum unterdrückt. Die entsprechende Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt.
Da die Lichtstromschwankungen (und die elektrischen Signale) sinusförmig sind, ist der Interpolationsvorgang nach bekannten Verfahren durch Kombination zweier, um eine Viertel Steigungshöhe zueinander versetzter Signale, die beispielsweise von zwei um eine Viertel Steigungshöhe zueinander versetzten Meßpunkten ausgehen, ganz erheblich erleichtert. Zur Interpolation braucht daher nur die Phase des kombinierten Signals in bezug auf die beiden Ursprungssignale gemessen zu werden. In gleicher Weise gestatten zwei um eine Viertel Phase zueinander versetzte Signalzüge in bekannter Weise die Zählung der Signaldurchgänge bei gleichzeitiger Anzeige der Verlagerungsrichtung .
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung weist ein Kösters-Prisma 6 auf, welches aus zwei Prismen mit einem Scheitelwinkel von jeweils 30 und einer halbreflektierenden Zwischenschicht 7 besteht. Das einfallende Lichtbündel a + b ist
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parallel, kohärent und monochromatisch. Das LichtbUndel wird typischerweise von einem Helium-Neon-Laser erzeugt. Im Prisma wird das Lichtbündel in die beiden sich kreuzenden LichtbUndel a und b aufgespalten, welche ein ebenes Streifenfeld fp bilden. Das Steigungsverhältnis, d.h. der gegenseitige Streifenabstand läßt sich durch Veränderung des V/inkels α beliebig einstellen.
Der Maßstab 8 stellt ein Gitter mit der gleichen Steigungshöhe wie das InterferenzStreifenfeld fp dar und reflektiert oder reflektiert nicht die Lichtbündel a' und b1, was jeweils von seiner Stellung abhängig ist. Die reflektierten Lichtbündel a1 und b1.werden vermittels der Linse 9 auf die Fotozelle 10 abgebildet.
Die zwischen den Lichtbündeln a1 und b1 erzeugten Interferenzlinien haben eine festgelegte Lage im Raum und werden bei Verschiebung des Maßstabs oder Gitters 8 nicht moduliert. Die Lichtbündel beeinflussen die Messung in keiner Weise, da der Maßstab 8 in keinem Falle so eben ist, daß eine vollflächige Reflexion erfolgt und sich die Lichtbündel a1 und b1 gegenseitig auslöschen. Um diesen Extremfall zu vermeiden, kann die Anordnung in jedem Falle leicht unsymmetrisch ausgelegt werden.
Die Vorteile der beschriebenen Anordnung sind wie folgt:
a) Es lassen sich Interferenzstreifen mit jeder gewünschten Feinheit unter Beibehaltung eines hohen Kontraste erzeugen. Bei Abbildung eines Gitters mit einer sphärischen Abbildungsoptik ist diese Feinheit nicht erzielbar.
b) Der Bereich, in dem die Streifen erzeugt werden, ist so breit oder "tief", daß die Höhe des Maßstabs absolut unkritisch ist.
c) Die modulierten Lichtbündel werden zur gleichen Seite reflektiert, auf der sich die Lichtquelle befindet. Bei
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Verwendung eines teilweise reflektierenden und teilweise durchlässigen Maßstabs kann daher das von dem Maßstab durchgelassene Licht außer Betracht gelassen werden. In der Praxis werden vornehmlich opake und reflektierende Metallmaßstäbe verwendet.
d) Die Vorrichtung ist von äußerst einfachem Aufbau und besteht aus weniger Teilen als andere bekannte Anordnungen.
e) Eine plane Glasplatte 11 mit zueinander parallelen Oberflächen läßt sich entsprechend Fig. 3 in den halben Querschnitt eines oder beider Li.chtbündel einbringen, um einen beliebig großen phasenversetzten Bereich zu erhalten. In diesem Falle sind die beiden reflektierten Lichtbündel a'+b1 verdoppelt und lassen sich auf bekannte Weise vermittels (hier nicht dargestellter) zweier Ablenkspiegel und zweier Fotozellen in der Weise trennen, daß zur Interpolation oder Zählung in beiden Richtungen zwei Signale erhalten werden.
Patentansprüche 309835/0986

Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    1. Jverfahren zum Messen und Interpolieren mit einem Präzi- - sionsmaßstab, bei dem die Maßstabsintervalle mit einem Gitter verglichen werden, dessen Steigungshöhe wenigstens der Maßstabsteilung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gitter aus Interferenzstreifen gleicher Breiten durch Kreuzen zweier von der gleichen Quelle ausgehender und vor der Maßstabsebene konvergierender monochromatischer Lichtbündel erzeugt und die Steigungshöhe des Gitters durch Wahl der Lichtwellenlänge und des zwischen den Achsen der beiden Lichtbündel eingeschlossenen Winkels eingestellt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Stellung des Maßstabs in bezug auf das aus Interferenzstreifen gleicher Breiten gebildete Gitter modulierte Licht mit einer Fotozelle aufgefangen und das von dieser erzeugte Signal einem numerischen Zählwerk zugeführt wird, durch welches die Anzahl der Streifen an zeigbar ist, um welche der Maßstab in bezug auf das Gitter verlagert wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Maßstabs im Intervall zwischen zwei Interferenzstreifen durch elektrische Interpolation gemessen wird.
    U. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch ein Kösters-Prisma (6), dessen halbreflektierende Zwischenschicht (7) senkrecht zu dem Maßstab (8) ausgerichtet ist, eine zur Beleuchtung der einen Prismenseitenfläche dienende monochromatische Lichtquelle und wenigstens eine im Weg der von dem Maßstab reflektierten Lichtstrahlen angeordnete Fotozelle (10).
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    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab (8) transparente Linien (5) auf einem opaken Untergrund (4) aufweist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet» daß der Maßstab (8) reflektierende Linien (5) auf einem nichtreflektierenden Untergrund aufweist.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Maßstab (8) und dem Kösters-Prisma (6) eine plane Glasplatte (11) mit zueinander parallelen Oberflächen im Bereich des halben Lichtbündels (a + b) angeordnet ist und zwei Fotozellen (10) derart angeordnet sind, daß sie die um eine Viertelwellenlänge zueinander versetzten Lichtstrahlen auffangen.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche H - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotozelle (10) in bezug auf das in das Kösters-Prisma (6) eintretende Lichtbündel symmetrisch derart angeordnet ist, daß sie von dem Maßet ab (8) reflektiertes und bei Verlagerung desselben moduliertes Licht auffängt.
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DE2308643A 1972-02-22 1973-02-21 Meßanordnung zur Lagebestimmung mit einem PräzisionsmaBstab Ceased DE2308643B2 (de)

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