DE2420732C3 - Anordnung zur Untersuchung der Bewegung eines festen Körpers mit einer kohärenten Lichtquelle - Google Patents
Anordnung zur Untersuchung der Bewegung eines festen Körpers mit einer kohärenten LichtquelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Untersuchung der Bewegung eines festen ivörpers mit einer
kohärenten Lichtquelle, die ein Meßlichtbündel und ein Referenzlichtbündel erzeugt, bei der ferner das
Meßlichtbündel zum Körper gelenkt ist und das vom Körper zurückgestrahlte Meßlichtbündel am Empfangsort
einer einen ersten fotoelektrischen Wandler umfassenden Meßwerteiririchtung mit dem vom Körper
unbeeinflußten Referenzlichtbündel zur Interferenz kommt.
Bekanntlich hat das insbesondere bei Interferenzmessungen störende sog. »Speckle«-Phänomen seine
Ursache darin, daß der Körper, dessen Vibrationen punktweise untersucht werden sollen, keinen idealen
Spiegel darstellt, so daß bei der Reflexion kohärenten Lichts an einem solchen Körper auch eine gewisse
Streuung, d. h. Diffusion, stattfindet, welche bei der Abbildung durch ein optisches System unregelmäßige
Intensitätsverteilungen des Lichts auftreten läßt.
Bei einer bekannten Anordnung zur Untersuchung bewegter Objekte unter Verwendung von kohärentem
Licht wird der zu untersuchende Körper nicht direkt mit kohärentem Licht, sondern mit diffusem Licht beleuchtet,
welches durch eine Mattscheibe erzeugt wird, so daß bereits ein bestimmtes, von der Mattscheibe selbst
herrührendes Speckle-Muster in Erscheinung tritt, das optisch wahrnehmbar und fotografisch abbildbar ist.
Eine Interferenzsmessung ist jedoch mit dieser bekannten Methode nicht möglich. Außderdem können mit
diesem Verfahren immer nur größere Flächen beobachtet werden. Eine punktförmige Untersuchung von
Vibrationen eines Körpers labt diese bekannte Methode nicht zu. Das an sich störende Speckle-Phänomen wird
dabei nicht ausgeschaltet, sondern anstelle eines kohärenten Meßlichtbündels zur Beleuchtung des zu
untersuchenden Körpers benutzt Präzisionsmessungen sind mit dieser bekannten Methode nicht durchführbar.
Nach einem anderen bekannten Verfahren zur Messung mechanischer Schwingungen mit Hilfe eines
Interferometers (DE-AS 15 48 394); das die mechanischen Schwingungen in Intensitätsschwankungen eines
kohärenten Lichtstrahls umwandelt und nach Umwandlung dieser Intensitätsschwankungen in -elektrische
Signale Frequenz, Amplitude und Verlauf der mechanischen
Schwingungen durch Auswertung der elektrischen Signale bestimmt werden, wird durch gleichförmiges
Bewegen des den Umweg des einen Teilstrahls bestimmenden Spiegels des Interferometers zu der sich
ändernden Frequenz der intensitätsschwankungen eine konstante Frequenz hinzuaddiert.
Voraussetzung für die einwandfreie Funktionsweise dieses bekannten Verfahrens ist jedoch, daß das sog.
Speckle-Phänomen dabei gar nicht auftritt. Voraussetzung dafür ist jedoch, daß der zu untersuchende Körper
zumindest an den zu untersuchenden Punkten mit einer möglichst idealen Spiegelfläche versehen wird, die das
Meßlichtbündel störungsfrei reflektiert Somit ist dieses Verfahren grundsätzlich nur dort anwendbar, wo der zu
untersuchende Körper mit einer entsprechenden Spiegelfläche versehen ist bzw. versehen werden kann,
die gewährleistet, daß das Speckle-Phänomen nicht störend in Erscheinung tritt Dasselbe gilt auch für eine
andere bekannte Einrichtung zur Weg- und/oder Geschwindigkeitsmessung bei Werkstücken, die insbesondere
für die Steuerungen automatischer Werkzeugmaschinen geeignet sein soll (DE-AS 12 58612). Auch
hierbei muß das zu überwachende Werkstück mit einem Spiegel des Interferometers versehen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Untersuchtung der Bewegung eines
festen Körpers mit einer kohärenten Lichtquelle zu schaffen, mit der es möglich ist, das bei Interferenzmessungen
störende Speckle-Phänomen hinsichtlich seines Störeffekts unwirksam zu machen, um dadurch einwandfreie
Präzisionsmessungen zu ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß im Strahlenpfad des vom Körper zurückgestrahlten
Meßlichtbündels eine teildurchlässige Platte derart angeordnet ist, daß am Empfangsort eines zweiten
fotoelektrischen Wandlers ein durch den Körper geprägtes Speckle-Muster erscheint, welches mit
demjenigen am Empfangsort des ersten fotoelektrischen Wandlers identisch ist, und daß der Ausgang des
zweiten fotoelektrischen Wandlers über einen in einer Rückkopplungssch'.eife liegenden Verstärker auf einen
im Strahlenpfad des Meßlichtbündels zwischen Lichtquelle und Körper angeordneten elektrooptischen
Modulator geschaltet ist.
Dabei kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß der Körper mit einer retroreflektierenden
Beschichtung versehen und senkrecht zu dieser Beschichtung bestrahlt ist. Der besondere Vorteil, der
durch die Erfindung erzielt wird, besteht im wesentlichen darin, daß das bei Interferenzmessungen störende
Speckle-Muster praktisch durch sich selbst kompensiert und somit eliminiert wird, so daß sein störender Effekt
völlig verschwindet; daß dies mit verhältnismäßig einfachen Mitteln erreicht wird, ist ein weiterer Vorteil.
Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Untersuchung der Bewegung eines festen Körpers,
Fig.2 schematisch eine andere Ausführungsform einer Anordnung zur Untersuchung der Bewegung
eines festen Körpers.
Eine kohärente Lichtquelle S ist entlang einer ersten Prüfstrecke T\ auf die Stelle P eines festen Körpers M\
gerichtet, dessen geringe Lageveränderungen, die durch Vibrationen hervorgerufen werden, zu untersuchen sind.
Ein Teil des Lichtes, nämlich das Meßlichtbündel 71, das
von der Stelle P des Körpers Mi in Richtung des Bebobachtungspunktes O ausgeht, fällt auf einen ersten
fotoelektrischen Wandler A1, der einen Fotoverstärker
PM\ enthält und mit einer Blende D\ ausgerüstet ist,
welche, sich vor der lichtempfindlichen Fläche befindet
Zuvor durchdringt das Lichtbündel 71 eine teildurchlässige Platte L Am Empfsjigsort O fällt außderdem ein
Referenzlichtbündel auf, das direkt von der Lichtquelle S ausgestrahlt wird und nach der Reflexion an einem
Spiegel M2 entlang einer Bezugsstrecke Tz verläuft
Während der Vibrationsbewegungen des Körpers Mi
zeigen sich am Empfangsort O Interferenzstreifen, aus denen sich die Charakteristiken der Vibrationen
bestimmen lassen, jedoch ist die Auswertung dieser Interferenzstreifen schwierig wegen der S^örungaerscheinungen, die unter dem Namen »Speckle« bekannt
sind, und die von der Tatsache herrühren, daß der diffundierende Bereich des Körpers M\ nicht punktförmig ist, sondern aus mehreren beweglichen Punkten
besteht, die von dem kohärenten Licht bestrahlt werden.
Aus diesem Grund wird ein Teil des Lichtbündels 7*
durch die teildurchlässige Platte L(F i g. 1) in Form eines Lichtbündels T"\ abgelenkt, welches im Punkt O' ein
Störphänomen erscheinen läßt, welches identisch ist mit demjenigen, das am Empfangsort O erscheint
Im Punkt O' ist ein zweiter fotoelektrischer Wandler
Ri angeordnet, der einen Fotoverstärker PMi umfaßt
Der Wandler R2 ist ferner mit einer Blende Di
ausgerüstet Das Signal, das vom Fotoverstärker PMi
ausgesandt wird, gelangt nach einer Verstärkung durch einen Verstärker C zu einem elektrooptischen Modulator K, der aus einer Pockels- oder Kerr-Zelle besteht.
Dieser Modulator K wird vom kohärenten und auf die Stelle P des Körpers M, gerichteten Meßlichtbündel T1
durchsetzt. Die Funktionsweise des Modulators K ist durch die Leitungsschleife B, welche den Verstärker G
für das Störphänomen enthält, derart gesteuert, daß die Wirkung des Störphänomens völlig kompensiert wird.
Diese Kompensation wirkt sich auf cen Fotoverstärker PM\, der im Punkt Odes Empfängers R\ angeordnet ist,
so aus, daß die Untersuchung der Interferenzstreifen, die aus der Interferenz zwischen den Lichtstrahlen des
Bündels 71, und den Lichtstrahlen des Bezugslichtbündels Ti entstehen, durchgeführt werden kann, ohne daß
diese durch das sog. »Speckle«-Phänomen behindert
wird.
Bei der Ausführungsform gem. Fig.2 schickt eine
Laser-Lichtquelle S' ein kohärentes Lichtbündel mif
eine Stellt P eines Körpers M1, auf welcher retroreflek
tierendes Material in Form einer Beschichtung ange
bracht ist Solches Material hat die Eigenschaft, das Licht in der Richtung zurückzuwerfen, in welcher es
auftritt
Das Strahlenbündel Ti trifft normalerweise auf der
ίο Beschichtung E auf, nachdem es zuvor eine erste
teildurchlässige Platte Li und eine zweite teildurchlässige Platte L', die zur Richtung des Strahlenbündels 71
einen Winkel von 45° aufweisen, durchlaufen hat Das sich aus der Diffusion des Strahlenbündels T1 auf dem
Element E des Körpers Mi ergebende Strahlenbündel
7"'t gelangt in einen ersten Wandler Rx, der im
Beobachtungspunkt O angeordnet ist und einen Fotoverstärker PM1 sowie eine Blende A umfaßt Ein
Teil des vom Element E diffundierten MeSlichtbündeis
71 wird an der Platte L' reflektiert und gelangt in Form
des Strahfenbündels Ti" im Punkt O auf einen zweiten
Empfänger Äj. der einen Fotoverstärker PMi und eine
Bende D2 umfaßt Das vom Empfänger A2 gelieferte
Signal wird nach der Verstärkung in einem Verstärker
G auf die Elektrode ei und d einer Pockels oder
Kerr-Zelle K geleitet welche vom Strahlenbündel T, durchsetzt ist
Eine dritte teildurchlässige Platte / liefert, abgeleitet von dem Strahlenbündel der Laser-Lichtquelle S, das
Referenzlichtbündel Ti, welches nach zweimaliger Ablenkung auf den Spiegeln Mj und M» und dem
Durchsetzen einer Zerstreuungslinse d sowie der Platte Li im Fotoverstärker PM\ Interferenzen mit dem
Meßlichtbündel T'\ erzeugt
Die Zerstreuungslinse d fächert das Referenzlichtbündel Ti in Richtung des Empfangsortes O auf, so daß
dort ein Interferenzbild entsteht, das auf das diffundierte bzw. vom Körper zurückgestrahlte Meßlichtbündel
abgestimmt ist.
angeordnet wie die bestrahlte Zone P des Körpers Mi
(dr = PR\), damit in der Ebene des Empfangsortes ein
ebenes Interferenzbild entsteht.
des sog. »Speckle«-Phämomens gesteuert wird, das im Punkt O' vorhanden ist, welcher durch die Platte L dem
Punkt O zugeordnet ist, eliminiert den Einfluß dieses
Störphämomens am Empfangsort O und erlaubt so eine
Auszählung der Interferenzstreifen, welche Auskunft
über die Lageveränderung der Stelle P des Körpers Mi
in Richtung des Doppelpfeiles /'gibt. Die Richtung von f
stimmt mit derjenigen des Meßlichtbündels 71 überein.
Claims (2)
1. Anordnung zur Untersuchung der Bewegung eines festen Körpers mit einer kohärenten Lichtquelle,
die ein Meßlichtbündel und ein Referenzlichtbündel erzeugt, bei der ferner das Meßlichtbündel
zum Körper gelenkt ist und das vom Körper zurückgestrahlte Meßlichtbündel am Empfangsort
einer einen ersten fotoelektrischen Wandler umfassenden Meßwerteinrichtung mit dem vom Körper
unbeeinflußten Referenzlichtbündel zur Interferenz kommt, dadurch gekennzeichnet, daß im
Strahlenpfad des vom Körper (Mx) zurückgestrahlten
Meßlichtbündels (Tx; Tx) eine teildurchlässige
Platte (L, L') derart angeordnet ist, daß am Empfangsort (O') eines zweiten fotoelektrischen
Wandlers (Ri) ein durch den Körper (Mx) geprägtes
Speckle-Muster erscheint, welches mit demjenigen am Empfangsort (O) des ersten fotoelektrischen
Wandlers (ΤϊΊ/identisch ist, und daß der Ausgang des
zweiten fotoelcktrischcn Wandlers (R2) über einen
in einer Rückkopplungsschleife liegenden Verstärker (G) auf einen im Strahlenpfad des Meßlichtbündels
zwischen Lichtquelle (S, S') und Körper (Mx)
angeordneten elektrooptischen Modulator (K) geschaltet ist
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (Mx) mit einer retroreflektierenden
Beschichtung (E) versehen und senkrecht zu dieser Beschichtung bestrahlt ist.
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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GB8522820D0 (en) * | 1985-09-16 | 1985-10-23 | Montgomery P C | Interferometric measurement |
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-
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- 1974-04-22 GB GB1760574A patent/GB1463537A/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2420732A1 (de) | 1974-12-19 |
DE2420732B2 (de) | 1978-11-02 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |