DE2944390A1 - Laser displacement measurer for processing line - uses two overlapping gratings and interfering split beam giving digital signal - Google Patents
Laser displacement measurer for processing line - uses two overlapping gratings and interfering split beam giving digital signalInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Längenmessung und Meßanordnung bestehend ausDevice for length measurement and measuring arrangement consisting of
diesen Vorrichtungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Längenmessung mit einer Einheit zur Erzeugung eines Interferenzfeldes aus zwei Laserstrahlbündeln, mit einer Streifenblende, einem fotoelektrischen Detektor zur Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale und mit einem Zähler zum Zählen der elektrischen Signale. These devices The invention relates to a device for Length measurement with a unit for generating an interference field from two laser beam bundles, with a strip diaphragm, a photoelectric detector for converting the light signals in electrical signals and with a counter for counting the electrical signals.
Aus der polnischen Patentschrift 105 392, der US-PS 4 112 295, der DE-OS 2 557 136, CH-PS 602 981 und FR-PS 2 296 836 sind Vorrichtungen zur unmittelbaren digitalen messung von linearen und winkoligen Verschiebungen bekannt, die einen Lichtimpulsgenerotor aufweisen, der eine Hologrammskala mit einer Liniendichtc in der Größenordnung von einigen Tausend Linien pro 1 mm und ein optisches likroskopsystem, das ausschließlich die nullte Beugungsordnung ausnutzt und das vergrößerte Skalenbild erzeugt, sowie eine Streifenblende enthält, die das fotografisch registrierte vergrößerte Bild der gebeugten Streifen 0-ter Ordnung dieser Skala darstellt. Die Verschiebung der mit dem Neßglied verbundenen Skala verursacht die Abdeckung des durch das optische System erzeugten Skalenbildes, der Zwischenlinienbereiche der Streifenblende durch die Streifen, und dadurch die Erzeugung der Lichtimpulse, deren Anzahl zur Größe der gemessenen Verschiebung direkt proportional ist. Diese Impulse werden anschließend mit Hilfe eines fotoelektrischen Detektors in elektrische Impulse ugewandelt, die mit hilfe eines Zählers gezählt werden. Es ist zu betonen, daß die Anwendung des optischen Mikroskop systems im Impulsgenerator der beschriebenen Vorrichtung nicht nur die Erzeugung des vergrößerten Skalenbildes,sondern auch die Beseitigung der ungünstigen 6eugungserscheinung als Ziel hat, die das Ergebnis der Beugung der Lichtwelle auf der Hologrammskala mit derart großer Dichte ist.From Polish patent specification 105 392, US Pat. No. 4,112,295, the DE-OS 2 557 136, CH-PS 602 981 and FR-PS 2 296 836 are devices for direct digital measurement of linear and angular displacements known to be one Have light pulse generator, which has a hologram scale with a Liniendichtc in of the order of a few thousand lines per 1 mm and an optical microscope system, that only uses the zeroth diffraction order and the enlarged scale image generated, as well as a strip diaphragm, which registered the photographically enlarged Image represents the diffracted stripes of the 0th order of this scale. The postponement of the scale connected to the neuter limb causes the coverage of the by the optical System generated scale image, the intermediate line areas of the strip diaphragm through the strips, and thereby the generation of the light pulses, their number to the size is directly proportional to the measured displacement. These impulses are subsequently converted into electrical impulses with the help of a photoelectric detector can be counted with the help of a counter. It should be emphasized that the application of the optical microscope system in the pulse generator of the device described not only the generation of the enlarged scale image, but also the elimination of the The aim is an unfavorable diffraction phenomenon which is the result of the diffraction of the light wave is on the hologram scale with such great density.
Die Eigenschaften des Mikroskopsystems bewirken jedoch, daß die Verkleinerung des Sichtfeldes wie auch der Toleranz der Schärfentiefe mit der wachsenden Skalendichte und der damit verbundenen, notwendigen Erhöhung der Vergrüßerung des optischen Systems erfolgt. Diese Erscheinungen rufen eine Beschränkung der Skalendichtc auf 100 Linien pro 1 mm hervor; Versuche, den ungünstigen Einfluß auf dem optischen Wege zu verbessern, erhöhen bei positiven Ergebnissen die Kosten des Generators, so daß eine derartige Vorrichtung zum Beispiel fUr Werkstattmessungen nicht geeignet ist.The properties of the microscope system, however, cause the downsizing the field of view as well as the tolerance of the depth of field with the increasing scale density and the associated, necessary increase in the magnification of the optical system he follows. These phenomena call for the scale density to be limited to 100 lines per 1 mm protrudes; Attempts to improve the unfavorable influence on the optical path, increase the cost of the generator with positive results, so that such Device is not suitable for workshop measurements, for example.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten sErt zu schaffen, welche die vorstehend dargelegten Nachteile und Schwierigkeiten vermeidet und eine exakte Längenmessung ermöglicht.The invention is based on the object of providing a device of the initially described mentioned sErt to provide which the disadvantages and difficulties set out above avoids and enables an exact length measurement.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemüßt durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält eine Einheit zur Erzeugung eines Interferenz feldes unter Verwendung eines LaserstrahlenbUndels, einem Fühler, der ein parallel reflektierends und mit dem tleßglied verbundenes Element ist; außerdem ist ein Impulsgenerator vorgesehen, der aus einer llehrstreifenblende mit exakt festgelegten Konstanten gleich der Konstanten der erzeugten Interferenzfeldes oder Vielfachen desselben sowie aus einem fotoelektrischen Detektor und einem Impulszahler besteht.According to the invention, this object is achieved by the characterizing part of claim 1 solved. Preferred configurations emerge from the subclaims. The inventive device includes a Unit for generation an interference field using a laser beam, a sensor, which is a parallel reflective element connected to the dissipating member; aside from that a pulse generator is provided, which consists of a gauge strip cover with exactly specified constants equal to the constants of the generated interference field or Multiples of the same as well as from a photoelectric detector and a pulse counter consists.
Eine Dleßanordnung besteht aus mehreren, an verschiedenen teßste1-len untergebrachten erfindungsgemüßen Vorrichtungen, welchen die nit Hilfe eines lichtteilenden Elementes getrennten Teile eines LaserstrahlenbUndels zugeführt werden, so daß alle Meßgeräte mit genau der gleichen Meßskala arbeiten.A Dleß arrangement consists of several, at different teßste1-len housed inventive devices, which the n with the help of a light-splitting Element are fed to separate parts of a laser beam bundle, so that all Measuring devices work with exactly the same measuring scale.
Untersuchungen haben gezeigt, daß die Erhöhung des Auflösungsvermögen bei der Messung durch die vollständige Beseitigung des optischen Systems zur Erzeugung des vergrößerten Skalenbildes als auch der Skala selbst und der Ersatz durch das im Raum erzeugte Interferenzfeld mit kleiner Streifendichte möglich ist, das infolge der Interferenz von zwei Laserstrahlenbündeln erreicht wird.Studies have shown that the increase in resolving power when measuring through the complete elimination of the optical system for generating of the enlarged scale image as well as the scale itself and the replacement by the Interference field generated in the room with a small fringe density is possible, as a result of the interference of two laser beams is achieved.
Die Vorrichtung zur Längenmessung weist hohes Auflösungsvermögen auf.The device for measuring length has a high resolution.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Laserstrahlenbündel durch ein lichtteilendes Element in zwei miteinander interferierende BUndel geteilt, die in einem bestimmten Bereich ein Interferenzfeld erzeugen. Eines der Bündel wird dabei auf ein parallel reflektierendes Element gerichtet, das mit dem theßglied verbunden ist. Die Verschiebung dieses lsießgliedes verursacht die Verschiebung der Streifen des erzeugten Interferenzfeldes und erzeugt die Lichtsignale mit Hilfe der in diesem Feld angeordneten Streifenblende. Diese Signale werden anschließend in elektrische Impulse mit llilfe eincs fotoelektrischen Detektors umgewandelt und mit einem Zahler gezählt, wobei ihre Anzahl direkt proportional zur Größe der Verschiebung des tießgliedes ist. Die Erfindung benutzt das ähnliche Prinzip bei der Erzeugung der Lichtimpulse wie es zum Beispiel in der US-PS 4 112 295 beschrieben ist, wobei der Zwischenlinienbereich der Streifenblende abgedeckt wird. Es wird jedoch die Notwendigkeit der Erzeugung eines holographischen Skalenbildes beseitigt und somit infolge der nicht erforderlichen Verwendung eines Mikroskopsystems das Meßauflösungsvermügen der Vorrichtung nicht beschränkt, das bei der Erfindung anschließlich durch die \Jcllenlänge des Laserstrahles begrenzt wird.In the device according to the invention, the laser beam is divided into two interfering bundles by a light-splitting element, which generate an interference field in a certain area. One of the bundles will directed at a parallel reflective element that is connected to the thesink connected is. The displacement of this closing link causes the displacement the strip of the generated interference field and generated the light signals with the help of the strip diaphragm arranged in this field. These signals are subsequently converted into electrical impulses with the help of a photoelectric detector counted with a counter, their number being directly proportional to the size of the shift of the connecting link is. The invention uses the similar principle in generation of light pulses as described, for example, in US Pat. No. 4,112,295, wherein the area between the lines of the strip diaphragm is covered. However, it will be the The need to generate a holographic scale image is eliminated and thus the measurement resolution capability due to the unnecessary use of a microscope system the device is not limited, which is then followed by the invention by the \ Jcllen length of the laser beam is limited.
Es hat sich fernor herausgestellt, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an mehreren lleBstellen, z.B. an einzelnen Werkzeugmaschinen einer Bearbeitungsstraße und die Zufuhrung von Teilen des geteilten Laserstrahlenbündels aus derselben Quelle zu den Vorrichtungen eine Meßanordnung erhalten läßt, bei der alle Vorrichtungen zur Längenmessung mit exakt derselben Meßskala arbeiten.It has also been found that the application of the invention Device at several workplaces, e.g. on individual machine tools in a processing line and the supply of parts of the split laser beam from the same source To the devices a measuring arrangement can be obtained in which all devices work with exactly the same measuring scale for length measurement.
Es ist besonders zu beachten, daß sich das Arbeitsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Längenmessung auf entscheidende Weise vom Arbeitsprinzip des optischen Interferometers unterscheidet, das zur genauen Längenmessung verwendet wird. führend die parallelen StrahlungsbUndel, die Flächen mit bestimmten Phaseneigenschaften erzeugen, im Interferometer ausgenutzt werden, dienen die interferierenden Laserstrahlen in der erfindungsge mäßen Vorrichtung zur Erzeugung des Bereiches des Interferenzfeldes, das mit der Streifenblende mit exakt derselben Konstanten zusammenwirkt. Dadurch sind die strengen Forderungen an die Parallelität der interferierenden BUndel bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht zu erfüllen, wogegen dieser Parallelität die grundlegende Bedingung der richtigen Funktion des optischen Interferometers darstellt.It should be noted that the working principle of the invention Device for length measurement in a decisive way from the working principle of the optical Interferometer distinguishes which is used for precise length measurement. leading the parallel bundles of radiation, the surfaces with certain phase properties are used in the interferometer, the interfering laser beams are used in the device according to the invention for generating the area of the interference field, which interacts with the strip diaphragm with exactly the same constant. Through this are the strict demands on the Parallelism of the interfering Bundles cannot be fulfilled in the device according to the invention, whereas this parallelism the basic condition of the proper functioning of the optical interferometer represents.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung anhand der Zeichnung zur Beschreibung weiterer Merkmale erläutert.The following is a preferred embodiment of the device explained with reference to the drawing to describe further features.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung, Fig. 2 die Streifenblende der Vorrichtung und die Streifen des Interferenzfeldes, Fig. 3 dis? durch das Zusammenwirken der Streifenblende und der Streifen des Interferenzfeldes entstehenden Lichtimpulse, und Fig. 4 eine Meßanordnung aus mehreren, an verschiedenen Meßstellen angeordneten und durch einen Laser gespeisten Vorrichtungen.The figures show: FIG. 1 a block diagram of the device, FIG. 2 the Strip diaphragm of the device and the strips of the interference field, Fig. 3 dis? by the interaction of the strip diaphragm and the strips of the interference field resulting light pulses, and FIG. 4 shows a measuring arrangement of several, at different Devices arranged at measuring points and fed by a laser.
Die Vorrichtung zur genauen Längenmessung ist als Blockschaltbild in Fig. 1 gezeigt. Die Vorrichtung besteht aus einem Laser 1, der das durch eine Blende 3 durchgehende Laserstrahlenbündel 2 erzeugt, aus einem lichtteilenen Element 4 (Strahlenteiler), welcher das einfallende LaserstrahlenbUndel 2 in zwei Bündel 5 und 6 trennt, einem FUhler, der ein parallel zum ein fallenden Strahl reflektierendes Element 7 und mit dem Meßglied 8 verbunden ist, dessen Verschiebungslünge die Messung bildet,und einen Spiegel 9, der das BUndel 5 unter einem vorbestimnten Winkel so derart refle ktiert, daß es mit dem Bündel 6 interferiert.The device for precise length measurement is shown as a block diagram shown in fig. The device consists of a laser 1, which by a Aperture 3 continuous laser beam 2 generated from a light-splitting element 4 (beam splitter), which divides the incident laser beam bundle 2 into two bundles 5 and 6 separates, a sensor that reflects a beam parallel to the falling beam Element 7 and is connected to the measuring element 8, the displacement length of which the measurement forms, and a mirror 9, the bundle 5 at a predetermined angle so like that reflects that it interferes with the beam 6.
In einem bereich 11 des erzeugten Interferenzfeldes 12 ist die Streifenblende 13 angeordnet, deren Konstante q genau gleich der Konstanten des erzeugten Interferenzfeldes 12 ist. tiit der Streifenblende 13 ist ein fotoelektrischer Detektor 14 verbunden, der die erzeugten Lichtsignale in elektrischc Impulse unwcnde lt, die mit '-'ilfe des an ihn angeschlossenen Zählers 15 gezählt werden.The strip diaphragm is in a region 11 of the interference field 12 generated 13, whose constant q is exactly the same as the constant of the generated interference field 12 is. A photoelectric detector 14 is connected to the strip diaphragm 13, which converts the generated light signals into electrical impulses, which are of the counter 15 connected to it are counted.
Cie ir. rig. 2 getrennt und in vergrößertem th3stab gezeigte Streifenblunde 13 wird durch eine durchsichtige Plctte mit aufgetragenden Linien 16 und 17 gebildet, die gegeneinander um die Länge der Konstanten q verschoben sind. Die Zwischenlinienlänge, also die konstante q der Streifenblende 13, ist genau festgelegt und gleich der Konstanten des erzeugten Interferenzfeldes 12 im Bercich 11 und in der Ebene, in der die Streifenblende 13 angeordnet ist. Die Anwendung der Streifenblende mit zwei zueinander verschobenen Streifen- bzw. Liniensötzen 16 und 17 dient der Eliminierung der Verschiebungsrichtung des lsleßgliedes 8 und der Erhöhung des Auflösungsvernögens bei der Messung.Cie ir. Rig. 2 striped blinds shown separately and in enlarged th3stab 13 is formed by a transparent plate with applied lines 16 and 17, which are shifted from one another by the length of the constant q. The intermediate line length, thus the constant q of the strip diaphragm 13 is precisely defined and equal to the Constants of the generated interference field 12 in area 11 and in the plane in which the strip diaphragm 13 is arranged. Applying the strip aperture with two Strip or line sets 16 and 17 displaced with respect to one another are used for elimination the direction of displacement of the loss member 8 and the increase in the ability to dissolve when measuring.
Die Arbeitsweise der 1"eßvorrichtung nach Abb. 1 ist wie folgt: Der Laser 1 erzeugt das Laserstrahlenbündel 2, das nach dem Durchgan durch die Blende 3, welche als Abdeckrahmen wirksam ist, in zwei Bündel mit Hilfe des lichtteilenden Elements 4 getrennt wird, d.h. in das Bezugsbündel 6 und das reflektierte Bündel 5. Das reflektierte Bündel 5 wird durch den Spiegel 9 in der Form des Bündels 5' auf das parallel reflektierende Element 7 gerichtet, das sich zusammen mit dem Meßglied 8 bewegt und nach der Reflexion von diesem Element 7 als bleßbündel 10 auf den Bereich 11 gerichtet ist.The operation of the 1 "eating device according to Fig. 1 is as follows: The Laser 1 generates the laser beam 2, which after passing through the aperture 3, which acts as a cover frame, in two bundles with the help of the light-splitting Element 4 is separated, i.e. into the reference beam 6 and the reflected beam 5. The reflected beam 5 is reflected by the mirror 9 in the shape of the beam 5 ' directed to the parallel reflective element 7, which is together with the measuring element 8 moves and after the reflection of this element 7 as bleßbündel 10 on the area 11 is directed.
Im Bereich 11 erfolgt die Interferenz des Bezugsbündels 6 mit dem N'eb'bUndel 10, die phasenversciioben sind und sich unter dc-r:i Llinkel schneiden, wodurch das Interferenzfeld 12 erzeugt wird. Der Abstond der Streifen des Interferenzfeldes 12 im Bereich 11 und in der Ebene, in der die Streifenblende 13 untergebracht wurde, ist gleich dem Abstand q der Linien 16 und 17 der Streifenblende 13.The interference of the reference beam 6 with the occurs in the area 11 Adjacent bundles 10, which are phase-reversed and intersect at dc-r: i angles, whereby the interference field 12 is generated. The distance between the strips of the interference field 12 in area 11 and in the plane in which the strip diaphragm 13 was accommodated, is equal to the distance q between the lines 16 and 17 of the strip diaphragm 13.
Die Verschiebung des Meßgliedes 3, die Gegenstand der Messung ist, verursacht die Bewegung des mit diesem Glied verbundenen, parallel reflektierenden Elements 7 und dadurch die Änderung der Länge des optischen Weges des ileßbündels 10. Infolgedessen erfolgt die entsprechende Änderung der Phaseneigenschaften dieses zünders im Vergleich mit dem mit ihm interferierenden Bezugsbundel 6 und dadurch die entsprechende Verschiebung der Streifen des Interferenzfeldes 12 im Vergleich zu den Linien 16 und 17 der Streifenblende 13.The displacement of the measuring element 3, which is the subject of the measurement, causes the movement of the parallel reflecting one connected to this link Element 7 and thereby the change in the length of the optical path of the ileßbündels 10. As a result, the corresponding change in the phase properties of this takes place igniter in comparison with the interfering with it reference bundle 6 and thereby the corresponding displacement of the strips of the interference field 12 in comparison to the lines 16 and 17 of the strip diaphragm 13.
Infolge der Verschiebung der Streifen hintcr dr Streifenblende 13 entstehen die Lichtsignale, die anschließend in elektrische Impulse mit Hilfe des fotoelektrischen Detektors 14 u.igewc.delt und vom Zähler 15 bezahlt werden. Die Zahl der erhaltenen Signale ist exakt direkt proportional der Größe der Verschiebung des ì:eßgliedes 8.As a result of the displacement of the strips behind the strip diaphragm 13 arise the light signals, which are then converted into electrical impulses with the help of the photoelectric detector 14 u.igewc.delt and paid for by the meter 15. the The number of signals received is exactly directly proportional to the size of the shift of the ì: limb 8.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur genauen Längenmessung nach dem Prinzip der Interferenz von zwei Laserstrahlenbündeln, nämlich dem Meßbündel 10 vom parallel reflektierenden Element 7, das mit ibießclement 8 verbunden ist, und dem bündel 6, wobei die Streifenblende 13 im eg des Bündels 10 liegt. Die Streifenblende 13 besteht aus den zueinander verschobenen Linien 16 und 17, deren Konstante q der Konstante des Interferenzfeldes 12, das infolge der Interferenz des Meßbündels 10 und des Bezugsbündels 6 in der Ebene erzeugt wird, in der die Streifenblende 13 liegt, oder dem Vielfachen dieser Konstante gleich ist.The invention creates a device for accurate length measurement the principle of the interference of two laser beams, namely the measuring beam 10 from the parallel reflective element 7, which is connected to ibießclement 8, and the bundle 6, the strip diaphragm 13 lying in the eg of the bundle 10. The strip aperture 13 consists of the mutually shifted lines 16 and 17, the constant q of which is the Constant of the interference field 12, which as a result of the interference of the measuring beam 10 and of the reference beam 6 is generated in the plane in which the strip diaphragm 13 lies, or that Multiples of this constant is equal.
Die Verschiebung des Meßelements 8 verursacht die Änderung der optischen Länge des Meßbündels 10 und die Verschiebug der Streifen des Interferenzfeldes 12 bezüglich der Streifen 16 und 17 der Streifenblende 13 als auch die Erzeugung der cnts¢rechenden Zahl der Lichtsignale proportional zum Verschiebungswart des Neßelements 8. Diese Signale werden in elektrische Signale mit Hilfe des fotoelektrischen Detektors 14 umgcformt und mit hilfe des Zählers 15 gezählt.The displacement of the measuring element 8 causes the change in the optical Length of the measuring beam 10 and the displacement of the strips of the interference field 12 with respect to the strips 16 and 17 of the strip diaphragm 13 as well as the generation of the cnts ¢ calculated number of light signals proportional to the amount of movement of the measuring element 8. These signals are converted into electrical signals with the help of the photoelectric detector 14 reshaped and counted with the help of the counter 15.
Die ,eßanordnung besteht aus mehreren,an verschiedenen Neßstellen plazicrten Vorrichtungen 18, die den vorstehend erläuterten Aufbau haben, und wird von einem Laserstrahlenbundel 2 mit Licht versorgt, dessen entsprechend geteilte Strahlenbündel zu den Vorrichtungen 18 nach Teilungen an dem lichtteilenden Element (Strahlenteiler) 19 gefUhrt werden. Dadurch arbeiten alle Vorrichtungen 18 mit der gleichen Meßskala, die ein Ergebnis des gemeinsamen Musters ist.The eating arrangement consists of several at different eating points placed devices 18, which have the structure explained above, and will supplied with light by a laser beam bundle 2, its correspondingly divided Beams to the devices 18 after splits on the light-splitting element (Beam splitter) 19 are guided. As a result, all devices 18 work with the same measuring scale, which is a result of the common pattern.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| PL21069378A PL124778B1 (en) | 1978-11-03 | 1978-11-03 | Apparatus for exact measurement of length and measuring system composed of such apparatuses |
Publications (1)
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Family
ID=19992364
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|---|---|---|---|
| DE19792944390 Ceased DE2944390A1 (en) | 1978-11-03 | 1979-11-02 | Laser displacement measurer for processing line - uses two overlapping gratings and interfering split beam giving digital signal |
Country Status (2)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| FR2490808A1 (en) * | 1980-09-22 | 1982-03-26 | Philips Nv | INTERFEROMETER AND DEVICE COMPRISING THIS INTERFEROMETER |
| EP0094709A2 (en) * | 1982-05-13 | 1983-11-23 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Laser device and interferometer comprising such a laser device |
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1979
- 1979-11-02 DE DE19792944390 patent/DE2944390A1/en not_active Ceased
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| EP0094709A2 (en) * | 1982-05-13 | 1983-11-23 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Laser device and interferometer comprising such a laser device |
| EP0094709A3 (en) * | 1982-05-13 | 1984-04-25 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Laser device and interferometer comprising such a laser device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| PL210693A1 (en) | 1980-06-16 |
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