DE3223467A1 - Verfahren und einrichtung zur bestimmung der koordinate eines objektpunktes im raum - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf die Meßtechnik, insbesondere auf Verfahren und Einrichtungen zur Bestimmung von Koordinaten eines Objektpunktes im Raum.

Bei einem bekannten Verfahren und einer Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate eines Objektpunktes im Raum (vgl. z.B. das japanische Patent Nr. 52-7938, nat. Klasse 106c34) wird im Raum nahe dem Objekt zwecks Bestimmung von Koordinaten seiner Punkte ein kohärentes

Ί0 Hauptlichtfeld in der Art einer ο -förmigen Beleuchtungsverteilung im Raum erzeugt. Als optische Kenngröße dieses Feldes, die eine umkehrbar eindeutige Zuordnung des Kenngrößenwertes an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle dieses Feldes und der Koordinate dieses Punktes ergibt, ist die monotone zeitliche Abhängigkeit der erwähnten d -förmigen Beleuchtungsverteilung gewählt. Dabei wird .der am Objekt gewählte Punkt mit einem schmalen Laserlichtbündel gleichmäßig abgetastet. Darauf mißt man den Wert der Kenngröße in diesem Punkt des kohärenten Hauptlichtfeldes. Dieser Wert ergibt sich als Zeitabschnitt zwischen dem Zeitpunkt, in dem das schmale Laserlichtbündel den gewählten Objektpunkt trifft, und dem Anfangs Zeitpunkt der Abtastung. Dieser Zeitabschnitt ist der Koordinate des gewählten übjektpunktes proportional. Wach dem gemessenen Zeitabschnitt bestimmt man die Koordinate des gewählten Ob{}ekt-X^unktes in der Abtastrichtung. Ist die lineare Abtastgeschwindigkeit gleich V, so ist die Koordinate χ des gewählten Objektpunktes

x= V-T, (1)

wobei T den gemessenen Zeitabschnitt zwischen dem Anfangs Zeitpunkt der Abtastung und dem Moment bezeichnet, in dem das schmale Laserlicht bündel den gewählten Objektpunkt se line idet.

Die erwähnte Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate des gewählten OÖjektpunktes im Raum enthält einen Sendeteil und einen Empfangsteil. Im Sendeteil ist ein

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optischer Hauptsendekanal vorgesehen, der zur Erzeugung eines kohärenten Hauptlichtfeldes im Raum um das Objekt einen Laser enthält sowie eine als Abtastvorrichtung zur Abtastung des gewählten Objektpunktes in der Meßrichtung mit dem Laserlichtbündel ausgeführte Einheit zur Vorgabe der optischen Kenngröße und einen optischen Wandler zur Formierung eines schmalen Laserstrahls aufweist, äum Empfangsteil gehört ein Hauptempf angskanal mit einem an den Objektpunkt optisch gekoppelten Lichtempfänger und einem Meßblock, der an eine Recheneinheit zur Koordinatenberechnung angeschlossen ist· Außerdem enthält der Empfangsteil einen Referenzsignalgeber, der beim Beginn der Abtastung ein Signal erzeugt. Die optische Kopplung zwischen dem Licht empf anger und dem Objektpunkt wird in der Einrichtung durch die Anordnung des Lichtempfangers unmittelbar am gewählten Objektpunkt erreicht.

Der Fehler der Koordinatenbestimmung nach dem bekannten Verfahren und mittels der entsprechenden Einrichtung hängt hauptsächlich von der Stabilität der Abtastgeschwindigkeit V und von der Genauigkeit des Zeitabschnitts T ab, die wegen der Divergenz des Laserlichtbündels im Prinzip ausreichend hoch gehalten werden kann.

ßei einem anderen Verfahren und einer entsprechenden Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate eines Objektpunktes im Raum (vgl· z.jtJ, das britische Patent Hr. 1521351, int. Klasse G 01 B 11/14, B 11/24 vom I9.OI.1976J wird zur Messung von Koordinaten der Punkte an der Objektoberfläche längs einer Koordinatenachse in der Nähe der Objektoberfläche ein kohärentes Lichtreld in der Art einer Reihe von Lichtebenen erzeugt, die sich voneinander in gleichen vorgegebenen Abständen befinden. Als eine der optischen Kenngrößen dieses Lichtfeldes dient die Verteilung seiner Phase längs der Richtung, in der die Koordinate des Objektpunktes gemessen wird, ßei Verschiebung des Licht-

\J C- C- w T W

leides in Bezug auf das Objekt erfolgt die kontinuierliche Messung der Phase dieses Lichtfeldes von einem anfänglichen Zeitpunkt an. Nach der gemessenen Phase ermittelt man die Koordinate des Dbjektpunktes in Bezug auf den Objektpunkt, in dem die Lichtfeldphase im Anfangszeitpunkt gemessen wurde.

Die erwähnte bekannte Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate eines Objektpunktes im Raum enthält ebenfalls einen Sendeteil und einen Empfangsteil. Der Sendeteil umfaßt einen Hauptsendekanal, der zur Erzeugung eines Hauptlichtfeldes im Kaum um das Objekt einen Laser enthält sowie eine als Strahlenteiler ausgeführte Einheit zur Vorgabe der optischen Kenngröße und einen optischen Wandler aufweist, der ein Objektiv

Ί5 darstellt. Zum Smpfangsteil gehören ein mit dem gewählten Objektpunkt optisch gekoppelter Lichtempfang er und ein Meßblock, der mit einer Recheneinheit zur Koordinatenberechnung verbunden ist.

Bei dem beschriebenen Verfahren und der entsprechenden Einrichtung ist aber die Bestimmung der Koordinate des gewählten Objektpunktes zu jedem beliebigen Zeitpunkt unmöglich, da zu diesem zwecke nach dem Verfahren das Objekt mit einem Lichcfeld von einem Anfangspunkt an koncinuierlich abgetastet werden muß. Bei zurälligen faeßsignalunterbrechungen errolgc während der Messung von koordinaten des an der Objektoberfläche gewählten Punktes die Anhäufung von Fehlern. Solche zufälligen MeßSignalunterbrechungen sind durch statische eigenschaften des von der Objektoberfläche gestreuten Lichtes bedingt. Außerdem geben das Verfahren und die Einrichtung keine Möglichkeit, die Koordinate des gewählten Objektpunktes unmittelbar in Bezug auf einen Punkt außerhalb des Objekts zu bestimmen.

Dem Verfahren gemäß der Erfindung ist ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung von Koordinaten eines Objektpunktes im Baum am nächsten (vgl. z.B. das USA-Patent Nr. 393073^i int. Klasse G 01 B 9/02 vom

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26,04,74)ι bei dem zur Messung der Koordinate eines übjektpunktes längs einer Koordinatenachse folgende Arbeitsgänge vorgenommen werden:

- im Kaumgebiet des Objekts wird ein kohärentes Hauptlichtfeld erzeugt, bei dem als Kenngröße die infolge der Interferenz zweier einander schneidender kohärenter Lichtbündel entstehende . gleichmäßige Phasenverteilung von 0 ... 360° in der Eoordinatenmeßrichtung benutzt wird;

- die Phase des kohärenten Lichtfeldes in dem Punkt dieses Feldes gemessen wird, der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfällt$

- nach dem gemessenen Phasenwert bestimmt man die Koordinate des gewählten Objektpunktes in Eichtung der Koordinatenmeßachse.

Um aber eine hohe Genauigkeit bei der Koordinatenmessung zu erreichen, muß man bei diesem Verfahren das komplizierte technische Problem der Präzisionsmessung der Phase des Lichtfeldes lösen. Ist z.B. die Objektabmessung in der Koordinatenmeßrichtung gleich 1 m, so muß man die Phase des kohärenten Lichtfeldes mit einem Fehler von 0,036° messen, um Absolutwerte der Koordinate des Objektpunktes mit einem Absolut-

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fehler von 10 m zu bestimmen. Dies ist aber eine komplizierte technische Aufgabe. Die Bestimmung der Koordinate eines Punktes dieses Objekts mit einem mit der Lichtwellenlänge kommensurablen Fehler ist dabei praktisch überhaupt nicht möglich.

Die Erfindung bezweckt eine Erhöhung der lVießgenauigkeit bei der Bestimmung von Koordinaten eines Objektpunktes im Kaum durch Erzeugung eines Systems von zusätzlichen kohärenten Lichtfeldern im Kaumgebiet des Objekts.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung von Koordinaten eines Objektpunktes im ßaum gelöst, bei dem

- im Raumgebiet des Objekts ein kohärentes Hauptlichtfeld erzeugt wird, dessen eine optische Kenngröße eine umkehrbar eindeutige Zuordnung des optischen Kenngrößenwertes an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle dieses Lichtfeldes und der Koordinate des gewählten Punktes wenigstens längs einer Koordinatenachse ergibt,

- der Wert der optischen Kenngröße an dieser Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes gemessen wird und - auf Grund der gemessenen Kenngröße die Koordinate des gewählten Objektpunktes in Richtung der Koordinatenmessung ermittelt wird, wobei erfindungsgemäß

- im Raumgebiet des Objekts wenigstens ein mit dem Hauptlichtfeld nicht in Wechselwirkung stehendes zusätzliches kohärentes Lichtfeld mit räumlicher periodischer Modulation der Beleuchtungsstärke erzeugt wird und

- neben der Messung der optischen Kenngröße an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes die Phase des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes an derselben Stelle in den Grenzen von 2'7l rad bestimmt wird, worauf

- die Kummer der Periode der räumlichen periodischen ßeleuchtungsstärkemodulation gefunden wird, in welcher der gewählte Objektpunkt im Zeitpunkt der Messung liegt, wobei diese Periodennummer als ganzer Teil der Differenz bestimmt Wird, die sich aus dem Verhältnis des Koordinatenwertes des gewählten Objektpunktes, der nach der optischen Kenngröße an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes ermittelt wurde, zur Periodengroße der räumliehen periodischen Modulation der Beleuchtungsstärke des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes und aus der in Bruchteilen der Periode seiner räumlichen periodischen ßeleuchtungsstärkemodulation ausgedrückten Phase dieses zusätzlichen Feldes ergibt, während

- die Koordinate des Objektpunktes län^s der Koor-

dinatenachse als Summe von Perioden der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes und der in Bruchteilen der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ausgedrückten gemessenen Phase bestimmt wird, wobei die Zahl von Summanden dieser Summe um Eins kleiner als die gefundene Nummer der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ist.

Dadurch wird die Genauigkeit der Bestimmung von Koordinaten eines Objektpunktes im Raum bedeutend erhöht und ergibt sich eine höhere Zμverlässigkeit der Messung.

Es ist zweckmäßig, die Periode der räumlichen periodischen Modulation der Beleuchtungsstärke des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes größer als der doppelte Grenzfehler der Koordinatenmessung für den gewählten Objektpunkt nach der optischen Kenngröße des kohärenten Hauptlichtfeldes zu wählen.

Dadurch kann die Nummer der Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation eindeutig bestimmt werden, in der im Zeitpunkt der Messung der gewählte Objektpunkt liegt.

3ei Erhöhung der Forderungen an die Genauigkeit der Koordinatenmessung werden zweckmäßig mehrere mit dem HauptlichtfeId und miteinander nicht in Wechselwirkung stehende zusätzliche kohärente Lichtfelder mit periodischer räumlicher Beleuchtungsstärkeinodulation erzeugt. In dieser Lichtfelderreihe soll die Periode der räumlichen periodischen Modulation der Beleuchtungsstärke jedes vorhergehenden zusätzlichen Feldes größer als die Periode der räumlichen periodischen modulation der Beleuchtungsstärke des darauffolgenden zusätzlichen Lichtfeldes sein. Neben der Messung der optischen Kenngröße an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle des Hauptlichtfeldes ist die Phase für jedes darauffolgende zusätzliche kohärente Lichtfeld an derselben Stelle in den Grenzen von 2% rad zu bestimmen und dann die JNummer der Periode der räumlichen pe-

riodischen Beleuchtungsstärkemodulation zu finden, in welcher der gewählte Objektpunkt im Zeitpunkt der Messung liegt. . Diese Periodennuminer wird als ganzer Teil der Differenz bestimmt, die sich aus dem Verhältnis der mittels dQs vorhergehenden zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes nach der Periodennummer der periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation und nach der Phase bestimmten Koordinate des gewählten Objektpunkt.es zur Periodengröße der periodischen räumlichen Modulation der Beleuchtungsstärke des erzeugten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes und aus der in Bruchteilen der Periode seiner räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation ausgedrückten Phase dieses Feldes in demselben .Punkt ergibt. Darauf wird die Koordinate des Objektpunktes längs der Koordinatenachse als Summe von Perioden der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des erzeugten zusätzlichen kohärenten Lichtreldes una der in Bruchteilen der Periode der räumlichen Beleuciitungsstärkemodulation ausgedrückten gemessenen Phase bestimmt,wobei die Zahl von Summanden dieser Summe um Eins kleiner als die gefundene Nummer der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ist.

Dadurch wird es möglich, die potentiell mögliche Genauigkeit bei der Bestimmung von Koordinaten eines • Objektpunktes zu erreichen, die nur von der Stabilität des benutzten Lasers und vom Schrotrauschen der Lichtempfanger begrenzt wird.

Die Zahl der zusätzlichen kohärenten Lichtfelder mit periodischer räumlicher ßeleuchtungsstärkemodulation in der erwähnten Lichtfelderreihe wird durch die vorgegebene Genauigkeit der Messung von Koordinaten eines Objektpunktes im fiaum bestimmt.

Die Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation jedes nächstfolgenden zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes der Lichtfelderreihe soll größer als der doppelte Grenzfehler bei der mit dem

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vorhergehenden zusätzlichen kohärenten Lichtfeld durchgeführten Messung der Koordinate des Objektpunktes gewählt werden, wobei die Zahl der zusätzlichen kohärenten Lichtfelder in der Lichtfelderreihe mit räumlicher periodischer Beleuchtungsstärkemodulation durch die geforderte Genauigkeit der Messung von Koordinaten eines Objektpunktes im Raum bestimmt wird.

Dadurch wird es möglich, die Nummer der Periode , der räumlichen periodischen Beleuchtung set ar kemodulation des letzten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes ι der Lichtfelderreihe zu bestimmen, in welcher der Ob- : jektpunkt im Zeitpunkt der Messung liegt, sowie den ^! Vorgang der Koordinatenmessung zu optimieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens: zur Messung der Koordinate eines öbjektpunktes im Raum, die einen Sendeteil mit einem optischen Hauptsendekanal zur Erzeugung des kohärenten Hauptlichtfeldes im Kaum um das Objekt enthält, welcher aus einem Laser und aus einer Einheit zur Vorgabe der optischen Kenngröße zwecks Erhaltung der umkehrbar eindeutigen Zuordnung ihrer Werte an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle des Lichtfeldes und der Koordinate dieses Objektpunktes in Richtung der Messung sowie aus einem optischen Wandler besteht, und die einen Empfang st eil aufweist, der einen an den gewählten Cbjektpunkt optisch gekoppelten Lichtempfang er, einen Referenzsignalgeber und einen Meßblock enthält, welcher an die Recheneinheit zur Berechnung von Koordinaten des gewählten Cbjektpunktes angeschlossen ist, - der Sendeteil erfindungsgemäß wenigstens einen zusätzlichen optischen Sendekanal mit einem Laser enthält und an der optischen Achse des letzteren eine Einheit zur periodischen zeitlichen Modulation der ßeleucQtungsstärke, eine Einheit zur periodischen räumlichen Modulation der Beleuchtungsstärke und einen optischen V/andler aufweist, während der Emp-

fangsteil einen zusätzlichen Empfangskanal mit einem an den gewählten Objektpunkt optisch gekoppelten Lichtempfänger sowie einen Meßblock besitzt, der an die erwähnte Recheneinheit zur Berechnung von Koordinaten angeschlossen ist, wobei die Anzahl von zusätzlichen Sende- und Empfangskanälen durch die erforderliche Genauigkeit bei der Ermittlung von Koordinaten des gewählten Objektpunktes bestimmt wird.

Zur Bestimmung von Koordinaten mehrerer Objektiv punkte im Raum wird zweckmäßig im Sendeteil und im Empfangsteil der Einrichtung für jeden Objektpunkt ein Hauptempfangskanal und wenigstens ein zusätzlicher Emplangskanal vorgesehen, deren Meßblöcke an die Secheneinheit zur Koordinatenberechnung angeschlossen werden.

Wird bei der Bestimmung von Koordinaten des gewählten Objektpunktes keine hohe Arbeitsgeschwindigkeit gefordert, so kann im Sendeteil der Einrichtung am Ausgang aller optischen Sendekanäle ein optischer Umschalter eingebaut werden, wobei im Empfangsteil ein mit dem gewählten Objektpunkt optisch gekoppelter Lichtempfänger und ein Empfangskanalumschalter verwendet werden, an dessen Eingang der Ausgang des Lichtempfängers und der Ausgang des ReferenzSignalgebers angeschlossen werden und an dessen Ausgang die Meßblöcke des Hauptempfangskanals und des zusätzlichen Empfangskanals geschaltet v/erden.

Dies ergibt eine wesentliche Vereinfachung der Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate des gewählten Objektpunktes im Haum.

Wenn die Koordinaten mehrerer Punkte eines Objekts im Raum, aber nicht gleichzeitig bestimmt werden sollen, kann der Empfangsteil zweckmäßigerweise je einen mit jedem Objektpunkt optisch gekoppelten Lichtempfänjy-er und einen Licht empfang er umschalt er enthalten, an (Jessen Eingänge die Ausgänge der Lichcempfänger una der Ausgang des Referenzsignalgebers angeschlossen werden,

und an dessen Ausgang der Eingang des Empfangskanalumsehalters gekoppelt wird, wobei mit den Ausgängen des Empf angskanalumschalters die Meßblöcke des Hauptempfang skanals und aller zusätzlicher Empfangskanäle verbunden werden.

Dadurch wird der Aufbau der Einrichtung zur Bestimmung von Koordinaten mehrerer Punkte eines Objekts im Raum wesentlich vereinfacht.

In einer bevorzugten Variante der Einrichtung zur Bestimmung von Koordinaten'eines Objektpunktes oder mehrerer Objektpunkte im .Raum wird zweckmäßig die zur Erhaltung einer umkehrbar eindeutigen Zuordnung der optischen Kenngrößenwerte und des Koordinatenpunktes des Objekts bestimmte Einheit zur Vorgabe der opti-

^J5 sehen Kenngröße des optischen Hauptsendekanals in Richtung der optischen Laserachse mit einer Einheit zur periodischen zeitlichen ßeleuchtungsstarkemodulation und einer dahinter liegenden Einheit zur periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation aufgebaut und die Meßblöcke des Haupt empfang skanals und des zusätzlichen Smpfangskanals identisch ausgeführt.

Dies führt zum einheitlichen Aufbau der Sende- und der Empfangskanäle und zur konstruktiven Vereinfachung der Einrichtung.

Dabei wird zweckmäßig der Meßblock des zusätzlichen Empfangskanals als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2Tl rad ausgeführt.

Zur Bestimmung von Änderungen der Koordinaten eines übjektpunktes im. Kaum wird zweckmäßig im Sendeteil eia optischer Hauptsendekanal und im Empfangsteil ein Hauptempfan^skanal mit einem vor dem Lichtempfänger liegenden, mit diesem fest verbundenen und in der Meßrichtung orientierten periodischen Raster vorgesehen, wobei die Periode des Rasters der Periode der räumlichen Beleuclitungsstärkemodulation des kohärenten Hauptlichtfeldes entsprechen soll und der Meßblock dieses Kanals als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von

• · · « «, .... O Δ Δ. O HfO ι

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0 ... 2 ¹K Ή rad, bei Ν = 1, 2, 3 ··· ausgeführt und an die Recheneinheit zur Koordinatenberechnung angeschlossen wird.

Dies gestattet es, die Messungen bei kontinuierlicher Änderung der Koordinate der gewählten Objektpunktes, .z.B. bei Vibration des Objekts durchzuführen.

Zur Bestimmung von Änderungen der Koordinaten mehrerer Punkte eines Objekts im Raum wird zweckmäßig im Empfangsteil der Einrichtung für jeden Objektpunkt ein Hauptempfangskanal vorgesehen, dessen Meßblock einen an die Recheneinheit zur Koordinatenberechnung angeschlossenen Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 bis 2t N rad darstellt, wobei W = 1, 2, 3 ... ist.

Die Einheit zur periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation kann als Strahlenteiler ausgeführt v/erden.

Dadurch wird es möglich, die Erscheinung der Licht interferenz für die periodische räumliche ßeleuchtungsstärkemodulation in den kohärenten Lichtfeldern zu benutzen.

In einer Variante der Einrichtung zur Bestimmung von Koordinaten eines gewählten Objektpunktes, die zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements des Koordinatenmeßwerkes benutzt wird, wird zweckmäßig auf dem unbeweglichen Träger des Koordinatenmeßwerkes im Hauptsendekanal ein Laser aufgestellt, an dessen optischer Achse die Einheit zur periodischen zeitlichen Modulation der Beleuchtungsstärke, der optische Wandler und die Einheit zur periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation angeordnet werden, wobei die letztere Einheit als Strahlenteiler und zwei auf dem beweglichen Element senkrecht zur optischen Laserachse eingebaute periodische Raster mit unterschiedlichen Rasterperioden ausgeführt wird, die in der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements orientiert sind, während im optischen Hauptempfangskanal auf dem unbeweglichen Träjer des Koordinatenmeßwerkes hinter jedem

periodischen Raster je ei& Licht empfang er montiert v/ird und diese Licht empfang er an den mit der Recheneinheit zur Koordinatenberechnung verbundenen Meßblock angeschlossen werden, der als Hiasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 . .· 2 % rad ausgeführt wird. Dabei wird zweckmäßig die Anzahl von Perioden eines Rasters im Bereich der Lagemessung des beweglichen Elements um Eins größer als die Periodenzahl des anderen Rasters im gleichen Bereich gewählt. Dadurch erhält man die umkehrbar eindeutige Zuordnung der optischen Kenngrößenwerte des kohärenten Hauptlichtfeldes und der Koordinaten des gewählten Objektpunktes, gegebenenfalls der Lage des beweglichen Elements.

Dabei sollen der Ausgang des hinter dem Raster mit kleinerer Periodenzahl liegenden Lichtempfängers an den Meßeingang des Phasenmessers und der Ausgang des hinter dem Raster mit größerer Periodenzahl eingebauten Lichtempfängers an den Referenzeingang des Phasenmessers angeschlossen v/erden.

In dieser Einrichtung zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements kann der zusätzliche optische Sendekanal zweckmäßigerweise einen periodischen Raster enthalten, der auf dem beweglichen Element des Koordinatenmeßwerkes senkrecht zur optischen Laserachse des Hauptkanals angeordnet wird und in der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements orientiert wird, wobei die Zahl von Perioden dieses Rasters im Meßbereich um eine ganze Einerzahl größer als die Periodenzahl eines der Raster des Hauptkanals gewählt wird, und der zusätzliche Empfangskanal soll dabei einen auf dem unbeweglichen Träger des Koordinatenmeßwerkes hinter dem Raster befestigten Lichtempfang er und einen als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2X rad ausgeführten und mit der Recheneinheit zur Koordinatenberechnung verbundenen MeßDlock enthalten, wobei der Ausgang des Lichteinpfängers an den Referenzsitjnaleingang des Phasenmessers angeschlossen werden soll, während mit

dem Meßeingang des Phasenmessers der Ausgang des hinter dem Raster mit größerer Periodenzahl eingebauten Lichtempfängers des Hauptempfangskanals verbunden wird.

Dadurch kann eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der Lage des beweglichen Elements im Koordinatenmeßwerk erreicht werden.

Dabei soll die Periodenzahl des Easters im Meßbereich jedes nächstfolgenden zusätzlichen Sendekanals um eine ganze Einer zahl größer als die Periodenzahl des Rasters des davor liegenden zusätzlichen optischen ßendekanals sein.

Bei Hinzufügung jedes nächstfolgenden zusätzlichen Empfangskanals wird zweckmäßig der Ausgang des Lichtempfängers dieses Kanals ebenfalls an den Referenzsignaleingang des Phasenmessers im davor liegenden zusätzlichen Empfangskanal angeschlossen.

Dadurch kann bei der Bestimmung der Lage des beweglichen Elements im Koordinatenmeßwerk die potentiell mögliche Genauigkeit erreicht werden, die nur vom Rauschen der Lichtempfänger und von der Stabilität der Laserstrahlung begrenzt wird.

Bei allen erwähnten Ausführungsvarianten der Einrichtung wird zweckmäßig die Einheit zur periodischen zeitlichen Beleuchtungsstärkemodulation in der Art eines an der optischen Laserachse angeordneten optischen Frequenzmodulators zur Verschiebung der Laserstrahlungsfrequenz realisiert.

Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Information über die Phase des kohärenten Lichtfeldes in elektrisches Signal des Funkwellenbereichs umzuwandeln. Dabei wird eine hohe Meßgenauigkeit erreicht.

In der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung an konkreten Ausführungsbeispielen und anhand der J>5 beigefügten Zeichnungen näher erläutert, Hierbei zeigen

Fi^. 1 eine schematische Darstellung der gegenseitigen lace eines Objekts und des kohärenten Hauptlichtfeides{

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Frinzips der Koordinatenbestimiaung (X^) für einen Objektpunkt A mit Hilfe des kohärenten Hauptlichtfeldes,gemäßder Erfindung;

Pig· 3 schematiseh dargestellte gegenseitige Lage des Objekts und des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes, gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Schema der Phasenverteilung im zusätzlichen kohärenten Lichtfeld längs der gewählten Koordinatenachse, gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine grafische Erläuterung des Prinzips der UummerbeStimmung für die Periode der räumlichen Beleuchtungsstärdemodulation im zusätzlichen kohärenten Lichtfeld, in der sich der Objektpunkt A im Zeitpunkt der Messung gemäß der Erfindung befindet;

Fig. 6 eine grafische iirläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips der ftumrnerbe Stimmung für die Periode der räumlichen Beleuclrcungsstärkemodulation des zweiten zusätzlichen kohärenten Lichcfeldes, in der im Zeitpunkt der Messung der Objektpunkt A liegt;

Fig. 7 ein Prinzipschema der erfindungsgemäß entwickelten Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate eines gewählten Objektpunktes mit einem optischen Hauptsendekanal, einem Hauptempfangskanal und wenigstens mit einem zusätzlichen optischen Sendekanal sowie einem zusätzlichen Empfangskanal;

Fig. Ö eine gegenseitige Anordnung des Lasers und der als Strahlenteiler ausgeführten Einheit zur periodischen räumlichen ßeleuchtungsstärkemodulation, gemaß der Erfindung;

Fig. 9 ein Schema der Laserstrahlenaufspaltung mit Hilfe eines Strahlendeilers mit zwei Spiegeln;

Fig. 10 ein Schema der Strahlenspaltung mittels eines Glan-Polarisationsprismas; Fig. 11 eine an der optischen Laserachse angeordnete Einheit zur periodischen zeitlichen .Beleuchtungsstärkemodulation, die erfindungsgeinäß als optischer

Ij'requenzmodulator und Strahlenteiler ausgeführt ist;

Fig. 12 ein Prinzipschema der Einrichtung zur Bestimmung von Koordinaten mehrerer Objektpunkte, gemäß der Erfindung;

Fig. 13 ein Prinzipschema der mit Umschaltern ausgestatteten Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate eines Objekt punkte s im Raum, gemäß der Erfindung ;

Pig. 14 ein Prinzipschema der mit Umschaltern ausgestatteten Einrichtung zur Bestimmung von Koordinaten mehrerer Punkte eines Objekts im Saum, gemäß der Erfindung;

Fig. 15 ein Prinzipschema der Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate des gewählten Punktes eines Objekts im Raum, in welcher der Hauptsendekanal und der Haupt empfang skan al gemäß der Erfindung ähnlich den zusätzlichen Sende- und Empfangskanälen ausgeführt sind.

J)¹Ig. 16 ein Prinzipschema der erfindungsgemäßen Einrichtung zur HeStimmung von Koordinaten mehrerer Punkte eines Objekts im Raum;

Fig. 17 ein Prinzipschema der mit einem optischen Kanalumschalter ausgestatteten Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate des gewählten Objektpunktes im Raum, gemäß der Erfindung;

-Fig. 18 ein Prinzipschema der mit einem optischen Kanalumschalter und einem Licht empfang erumschalt er ausgestatteten Einrichtung zur Bestimmung von Koordinaten mehrerer Punkte eines Objekts im Raum, gemäß der Eri'indung ;

Fi&. 19 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Bestimmung der Koordinate eines Objektpunktes gemäß der Erfindung bei seiner kontinuierlichen Bewegung im Kaum in Bezug auf seine Anfangslage;

i''ig. 20 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur .Bestimmung von Koordinaten mehrerer Punkte eines Objekts im Raum bei ihrer Bewegung im Raum;

. 21 eine schematische Darstellung der nur mit einem Hauptsendekanal und einem Hauptempf angskanal ausgeführten Einrichtung zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements im Koordinatenmeßwerk, gemäß der Erfindung;

Fig. 22 ein Schema der mit einem zusätzlichen optischen Sendekanal und einem Empfangskanal erfindungsgemäß ausgeführten Einrichtung zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements im Koordinatenmeßwerk; ·

Fig. 23 eine schematische Darstellung der mit zwei zusätzlichen optischen aenae- und zwei Jünpfangskanälen erx'inaungsgemäß ausgeführten Einrichtung zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements im Koordinatenmeßwerk.

Das vorgeschlagene Verfahren zur Bestimmung der Koordinate eines Objektpunktes im Raum wird wie folgt durchgeführt.

Angenommen, daß die Koordinaten X. des Punktes Δ eines Objekts 1 (Fig. 1) im Baum bestimmt werden sollen. Zu diesem Zweck wird im Raumgebiet des Objekts 1 ein kohärentes Lichtfeld 2 gebildet, welches man Hauptlichtfeld nennt. Hierbei soll dieses Feld so erzeugt werden, daß eine seiner optischen Kenngrößen 0 die umkehrbar eindeutige Zuordnung ihres Wertes η . an der mit dem gewählten Öbjektpunkt A zusammenfallenden Stelle dieses Feldes und der wahren Koordinate X. des Objektpunktes A längs einer Koordinatenachse (Fig. 2) ergibt. Als eine derartige Kenngröße können z.B. gewählt werden:

- die monotone Beleuchtungsstärkeverteilung im Raum im ganzen Koordinatenmeßbereich für die gewählten Objektpunkte, oder

- die monotone räumliche Verteilung der Lichtfeldphase, die sich z.3. bei der Lichtinterferenz, wie im USA-Patent Nr. 3930734 beschrieben, ergibt, oder

- die monotone zeitliche Abhängigkeit der δ' -föriüigen 3eleuchtungsstärkeverteilung, die z.B. bei gleich-

mäßiger Abtastung des Objekts mit einem schiaalen Lichtbündel erreicht wird, wie dies im BRD-Patent Ur.2157813' int.Klasse 01 B 11/06 vom 22.11.71 und im USA-Patent Nr.. 3781115, int.Klasse Ol B 11/00, Ol B 11/04, Ol B 11, vom 02.04.72 beschrieben wurde.

Dann wird der Kenngrößenwert £ . an der mit dem Objektpunkt A zusammenfallenden Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes gemessen. In einem Falle kann dieser Wert die Lichtintensität, im anderen Falle die Phase, in einem dritten Fall ein Zeitintervall usw. darstellen.

Die Messungen werden nach einem beliebigen bekannten Verfahren durchgeführt, indem man z.B. das optische Signal in ein elektrisches umwandelt und dieses mit Hilfe eines Voltmeters, eines Phasenmessers, eines Zeitintervallmeßgerätes usw. mißt. Nach dem gemessenen jienngrößenwert ty . ermittelt man dann den dem wahren X.-Wert angenäherten Koordinatenwert X^₀ des Objektpunktes A in Richtung der Koordinatenachse X, in der die Messung erfolgt.

Auf diese Weise erhält man den Koordinatenwert X.Q des Objektpunktes A an einer Koordinatenachse. Ahnlicherweise findet man die Koordinatenwerte des Objektpunktes A in Richtung der übrigen Koordinatenachsen.

Ist die Genauigkeit der Messung von Koordinatenwerten —A 4P— nicht ausreichend, so wird erfin-

^XA
dungsgemäß wenigstens ein mit dem Hauptlichtfeld 2 nicht in Wechselwirkung stehendes zusätzliches £ohärentes Lichtfeld 3¹ niit periodischer räumlicher Beleuchtungsstärkeruodulation (Fig. J>) erzeugt. Die periodische räumliche Beleuchtun_a-sstärkemodulation erhält tu an mittels eines beliebigen bekannten Verfahrens, z.B. mit Hilfe der interferenz zweier (oder mehrerer) einander schneidender Kohärenter Lichtbä^-ndel wie in den erwähnten Patenten Großbritanniens iir. 1521351 und der USA Sp. 3930734 vorgeschlagen wird.

Hierbei gelangt der Objektpunkt A bei der Messung

seiner Koordinate in eine der Perioden 4 der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation (Pig. 4). Zur Bestimmung der gesuchten Koordinate X.,- als nächster Näherung an den wahren Wert von X. findet man die Nummer IL dieser Periode der räumlichen ßeleuchtungsstärkemodulation und ermittelt man die Phase ¹^.^ des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes im Punkt A in den Grenzen von 2'Tl rad. Darauf bestimmt man die Koordinate X..- des Objektpunktes A längs der gewählten Koordinatenachse als Summe von Perioden A₁ der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes und der in Bruchteilen der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ausgedruckten gemessenen Phase, wobei die Zahl von Summanden der Periodensumme um eins kleiner als die gefundene Nummer der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ist:

^i _A λ. _.\λ₊Ϊιλ

27? ^yV

Hierbei sind

X.^j die gesuchte Koordinate des Objektpunktes A, IL die Kummer der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation, in der im Zeitpunkt der Messung der Objektpunkt A liegt, ύβ* die in den Grenzen von 0 ... 2X rad gemessene Phase des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3^f im Punkt A,

J\.j die Periodengröße der periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulätion des zusätzliehen kohärenten Lichtfeldes 3¹.

Die Uummer N^ der Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation, in welcher der Objektpunkt A im Zeitpunkt der Messung liegt, findet man folgenderweise.

"Mit X.Q sei der Koordinatenwert des Objektpunktes A (Fig. 5) bezeichnet, der nach dem Kenngrößenwert an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden

Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes ermittelt wurde» Dieser Wert wurde mit einem Fehler + Xq in Bezug auf den wahren Wert X. der Koordinate des Objektpunktes A bestimmt, so daß

^XA0 =^XA±

ist. Man teile diese Gleichung durch die Periodengröße der periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation:

A₄ - A₁ ^± A₁ ^W

und subtrahiere von den beiden Seiten den in Radianten ausgedrückten Phasenwert ^Λ-ι &^es zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3* am Objektpunkt A:

Ai 2Tl A₁ 27i - A₁ (5)

Der Phasenwert (A^ wird auch mit einem Fehler gemessen, so daß ^_x

27Z: 2^ 27Γ (6)

ist, wobei j_Ai den wahren Phasenwert des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes am Objektpunkt A bedeutet. Endgültig kann man schreiben

A₁ 2Tl A₁ ITl-ZTl A\

2$ _t φ*¹

Offensichtlich stellt die Größe ~Κ\ " Τπ ^die

gesuchte Nummer N^, der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärke modul at ion, in welcher der Objektpunkt A im Zeitpunkt der Messung liegt. Diese Nummer kann als die der Größe Xao ^Ai . J_

nächste ganze Zahl bestimmt werden, d.h.

unter der Bedingung, daß 11 ~jr- i: ^Γ^· + 4~l· ^ ^ist'

2 Il

Dabei bedeutet int(ζ) die dem Wert ζ nächste ganze Zahl, die nicht größer als ζ ist. Beispielsweise ist int(4, 3) = 4, int (O, 1) = 0, int (-4, 3) = -5-Somit wird die Nummer der Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation, in welcher der öbjektpunkt A im Zeitpunkt der Messung liegt, als ganzer Teil der Differenz bestimmt, die sich aus dem Verhältnis des Koordinatenwertes Xq. des Objektpunktes A, der nach dem optischen Kenngrößenwert an der mit dem gewählten öbjektpunkt zusammenfallenden Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes 2 ermittelt wurde, zur Periodengröße -Λ* der räumlichen periodischen Modulation der Beleuchtungsstärke des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3^f und aus der in Bruchteilen der Periode seiner räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ausgedrückten Phase Yy. dieses zusätzlichen Feldes 3¹ an derselben Stelle ergibt.

Ist die Genauigkeit der auf diese Weise bestimmten Koordinate des Punktes A nicht ausreichend, so wird noch ein (zweites) zusätzliches kohärentes Lichtfeld 3" mit periodischer räumlicher ßeleuehtungsstärkemodulation erzeugt.

Die periodische räumliche Beleuchtungsstärkemodulation erfolgt nach einem beliebigen bekannten Verfahren, z.B. durch Interferenz zweier (oder mehrerer) einander schneidender kohärenter Lichtbündel wie in den erwähnten Patenten Großbritanniens Nr. 1521351 und der USA Nr. 3930734. Im Zeitpunkt der Kessung gerät der Objektpunkt A in eine der Perioden der räumlichen Beleuchtungsstärkexfiodulation in jedem zusätzlichen kohärenten Lichtfeld (Fig. 6). Zur Bestimmung der gesuchten Koordinate X^₂ des Objektpunktes A im zweiten zusätzlichen Feld 3" ermittelt man die Nummer N₂ der Periode der räumlichen Seleuchtungsstarkemodulation, in welcher der Punkt A im Zeitpunkt der Messung liegt, und bestimmt man die Phase lf\^ in den Grenzen von 2X rad. Darauf findet man die Koordinate X.p des Objektpunktes A

längs der gewählten Koordinatenachse als Summe von Perioden der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des zweiten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3" und der in Bruchteilen der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ausgedrückten Phase ψκρί wobei die Zahl von Summanden der Periodensumme um eins kleiner als die ermittelte Nummer N_? ist:

7 Ai a

Hierbei sind:

X^2 die gesuchte Koordinate des Objektpunktes A, Np die Nummer der mit dem Objektpunkt A im Zeitpunkt der Messung zusammenfallenden Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation

des zweiten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3",

Y^₂ die in den Grenzen von 0 ... 2 "5t rad gemessene Phase des zusätzlichen kohärenten Lichtf eldes 3" im Punkt A,

y\_2 die Periodengröße der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation des zweiten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3"· . Die Nummer Np der Periode der räumlichen periodisehen Beleuchtungsstärkemodulation, in welcher der Objektpunkt A im Zeitpunkt der Messung liegt, bestimmt man anhand des Koordinatenwertes X^ des Objektpunktes A, der mit Hilfe des vorhergehenden Hauptlichtfeldes und des zusätzlichen Lichtfeldes nach demselben, vorstehend für die Bestimmung der Koordinate X^ angewandten Verfahren gemessen wurde:

N₂ = int (^- ^r + -T) (10J)

Hier, wie vorher, bedeutet int(z) die dem Wert ζ nächste ganze Zaiii, die nicht größer als ζ ist.

Um im allgemeinen die Forderungen an die Genauigkeit der Bestimmung von Koordinaten des Objektpunktes A

zu erfüllen, wird erfindungsgemäß eine Reihe von η zusätzlichen, miteinander nicht in Wechselwirkung stehenden kohärenten Lichtfeldern (3'; 3"; 3^llf... 3ⁿ; mit periodischer räumlicher lieleuchtungsstärkemodulation erzeugt.

Folgerichtig bestimmt man, wie beschrieben, die immer genauer werdenden Koordinatenwerte X.. (i = 0, 1, ... η - 1), dann findet man im letzten (.η-ten) zusätzlichen kohärenten Lichtfeld 3 die Nummer l\^T _n der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation, in die der Punkt A im Zeitpunkt der Messung fällt, und bestimmt man in diesem Feld die Phase ^L im Punkt A in den Grenzen von 2 51 rad. Darauf wird die Koordinate X. des Objektpunktes A längs der gewählten Koordinatenachse, wie vorher, als Summe von N-1 Perioden der räumlichen ßeleuchtungsstärkemodulation und der in Bruchteilen der Periode der räumlichen üeleuchtungsstärkemodulation ausgedrückten Phase *f ^ bestimmt.

7/enn die Forderungen an die Genauigkeit der .Be-Stimmung von Koordinaten der Punkte A längs der gewählten Koordinatenachse bekannt sind und, beispielsweise der relative Fehler A " An _ £ vorgegeben

ist,sowie der Fehler Δ ψ der Phasenmessung in den zusätzlichen kohärenten Lichtfeldern bekannt ist, so bestimmt man die äahl η von zusätzlichen kohärenten Lichtxeidern und das Verhältnis m = — der

J\-\ + 1

j Perioden der räumlichen periodischen Modulation in den benachbarten Feldern nach der Formeln f^S {

η ₌ int .

Dabei bedeutet m = -~—- das Verhältnis der Periode der räumlichen periodischen üeleuchtungsstärkemodulation des i-ten kohärenten Feldes zur Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation des i+1-Feldes.

Sind z.B. der relative i'ehler b^~ 10-* und der Phasenmeßf ehler Δ ψ - 10° = 0,17 rad gegeben, so ist

η = int -4*4- +1=1 + 1=2.

Um also im angeführten Beispiel die Koordinaten des Punktes A mit einem Jj'ehler von Οχ = 10*"·^ und bei einem eventuellen Phasenmeßrehler von 10° zu messen, muß man zwei zusätzliche konärent;e Lichtrelder erzeugen. Dabei darf man zur Bestimmung des Verhältnisses m von Perioden der räumlichen Modulation des vorhergehenden Feldes zum nächstfolgenden Feld

m - 1 ^ 17,47

schreiben und m gleich 17 setzen, da für den m-Wert eine ganze Zahl bequemer ist.

Die erfindungsgemäß ausgeführte Einrichtung, die für die Verwirklichung des Verfahrens zur Bestimmung der Koordinate eines Punktes A des Objekts 1 im Raum bestimmt ist, besteht aus einem Sendeteil 5 (Fig. 7) und einem Empfangsteil 6. Zum Sendeteil 5 gehören:

- ein optischer Hauptsendekanal 7, der zur Erzeugung des kohärenten Hauptlichtfeldes 2 im Eaumgebiet des Objekts 1 dient. Der Haupt sendekanal 7 enthält einen Laser 8, eine Einheit 9 zur Vorgabe der optischen Kenngröße, mit deren Hilfe die umkehrbar eindeutige Zuordnung der Kenngrößenwerte an der mit dem Objektpunkt A zusammenfallenden Stelle dieses Feldes und der Koordinate di'eses Punktes in der Meßrichtung erreicht wird, und einen optischen Wandler 10, der in der .Nähe des Objekts 1 das Lichtfeld 2 erforderlicher Abmessungen formiert;

- wenigstens ein zusätzlicher optischer Sendekanal 11' zur Erzeugung eines zusätzlichen kohärenten ijichtfeldes 3' i^Iri Itaum^ebiet um das Objekt 1. Dieser zusätzliche Sendekanal 11' enthält einen Laser 12, an dessen optischer Achse eine isänheit I3 zur periodischen zeitlichen Beleuchtungsstärkemodulation und eine jiinheit 14 zur periodischen räumlichen Beleuchtungs-

stärkemodulation sowie ein optischer Wandler 10 liegen. ■

Zum Empfangsteil 6 gehören:

- ein Haupt empfang skanal 15i der einen mit dem Ob'jektpunkt A optisch gekoppelten Licht empfänger 16 und einen Meßblock 17 enthält;

- wenigstens ein zusätzlicher Empfangskanal 18*, der einen mit dem Objektpunkt A optisch gekoppelten Lichtempfanger 19 und einen Meßblock 20 umfaßt j - ein Referenzsignalgeber 21, der an den Meßblock 17 des Hauptempfangskanals und an den Meßblock 20 des zusätzlichen Empfangskanals 1.8·^f angeschlossen ist;

- eine zur Berechnung von Koordinaten bestimmte Recheneinheit 22, die mit dem Meßblock 17 des Hauptempfangskanals 15 und mit dem Meßblock 20 des zusätzlichen Empfangskanals 18 verbunden ist.

Die Recheneinheit 22 kann z.B. eine elektronische Rechenmaschine darstellen, die auf Grund der vom Hauptempfangskanal und von den zusätzlichen Empfangskanälen gelieferten Daten die Koordinatenwerte des Objektpunktes A in der Meßrichtung nach den Formeln (2, 8, 9, 10) berechnet.

Die optische Kopplung der Lichtempfänger 16 und des Hauptempfangskanals 15 und des zusätzlichen Empfangskanals 18* an den Objektpunkt A kann z.B. mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht gezeigten Linse erfolgen, welche die Abbildung des Objektpunktes A auf die ebenfalls nicht gezeigten Eingangsb!enden der Lichtempfänger 16 und 19 überträgt, oder durch die Unterbringung der Lichtempfanger 16 und 19 unmittelbar im Objektpunkt A.

Die im optischen Haupt sendekanal 7 vorhandene einheit 9 zur Vorgabe der optischen Kenngröße kann z.B. ein optisches Element darstellen, mit dessen Hilfe der 3·¹¹ der Oberfläche des Untersuchungsobjekts· angeordnete Lichtempfänü-er 16 mit einem schmalen Laserlichtbündel in der Meßrichtung abgetastet wird, wie im japanischen Patent Nr. 52-7938, nat. Klasse 106 c 34 vorge-

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schlagen wurde. Als optische Kenngröße, die eine umkehrbar eindeutige Zuordnung der Kenngrößenwerte im Objektpunkt A und der Koordinate dieses Punktes in der Meßrichtung ergibt, dient in diesem Falle eine Folge von Zeitabschnitten zwischen dem Beginn der Abtastung und dem Zeitpunkt, in dem das Signal des Lichtempfängers 16 erscheint.

Die periodische räumliche Beleuchtungsstärkemodulation der zusätzlichen kohärenten Lichtfelder wird, wie erwähnt, mit Hilfe der Interferenz zweier (oder mehrerer) in der Nähe des Objekts einander schneidender, gegenseitig kohärenter Laserlichtbündel erreicht. Um die periodische räumliche Beleuchtungsstärkemodulation im zusätzlichen kohärenten Lichtfeld zu erreichen wurde die dazu bestimmte Einheit 14 als Strahlenteiler 23 (Fig. 8) ausgeführt. Der Strahlenteiler 23 erzeugt die erforderliche Frequenz der periodischen räumlichen 3eleuchtungsstärkemodulation des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes an der vorgegebenen Stelle des Raumes. In Fig. 9 und 10 sind zwei Verfahren zur Strahlenspaltung dargestellt. Fig. 9 zeigt schematisch die Strahlenspaltung mit Hilfe von zwei Spiegeln - eines halbdurchlässigen Spiegels 24 und eines total reflektierenden Spiegels 25. Fig. 10 veranschaulicht

2!? die Strahlenspaltung mittels einer Glan-Folarisationsprismas 26.

Zur periodischen zeitlichen Beleuchtungsstärkeiiiodulation des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes dient die einheit 13 (Fig. 7) des zusätzlichen optisehen Sendekanals 11, die als optischer Frequenzmodulator 27 (Fig. 11) ausgeführt ist und die Laserstrahlung sfrequenz in einem der erwähnten Interferenzbündel um die im Funkwellenbereich liegende Größe Ώ. verschiebt. Schneiden sich also in einem Kaumgebiet zwei gegenseitig kohärente Liclitbündel

-S-] = Ii^Q exp j -i(k^r - ^t) J und

[-i(k

exp [-i(k₂r -

wobei E₁₀ und JiJ₂₀ die Licht bündel amplituden, Ic₁, k₂ die Wellenvektoren und r der Radiusvektor des gewählten Punktes im Raum sind, so entsteht bekanntlich im Raum infolge der Interferenz dieser Lichtbündel ein laufendes Interferenzbild, in dem sich die Beleuchtungsstärke I wie folgt verteilt:

+ Jg|₀ + 2E₁₀B₂₀ cos [ (ζ - k* ) r + Qt ] (12)

Der Meßblock 20 stellt einen Phasenmesser mit einem Phasenmeßb ere ich von 0 ... 2¹X rad dar.

Oie Anzahl von zusätzlichen Sende- und Empfangskanälen wird ausgehend vom zulässigen Fehler Ax der Koordinatenmessung für den Objektpunkt A und vom Fehler Δγ der Phasenmessung im elektrischen Signal der zu

1^ den zusätzlichen Empfangskanälen 18 gehörenden Lichtempfänger 19 z.B. nach der Formel (11) bestimmt. Je höhere KoordinatenmeBgenauigkeit gefordert wird, desto mehr zusätzliche Kanäle werden benutzt.

Der Referenzsignalgeber 21 ist für die Vorgabe des Anfangszeitpunktes der Koordinatenmessung erforderlich. Als Referenzsignalgeber kann man z.B. einen in der Zeichnung nicht gezeigten Sinusspannungsgenerator zur Speisung des optischen Frequenzmodulators 27 benutzen, der die Frequenz der Laserstrahlung verschiebt.

Wird die gleichzeitige Bestimmung von Koordinaten zweier Objektpunkte im Raum, z.B. der Punkte A und B gewünscht, so benutzt man im Hauptempfan^skanal 15 und im zusätzlichen Empfangskanal 1Ö des xJmpfan^steils 6 (Fig. 12) für jeden Punkt A und B des Objekts 1 die Lichtempfänger 16 bzw. 19, von denen jeder Lichtempfänger mit dem entsprechenden i.ießblock 17 bzw. 20 und mit dem ReferenzSignalgeber 21 verbunden wird.

Ist die Bestimmung von Koordinaten mehrerer Objektpunkte im Raum erforderlich, so enthält der Empfangsteil der Einrichtung (Fig. 12) für jeden Punkt des Objekts 1, z.B. für die Punkte A, B, C die Licht-

empfänger 16 und 19 i^ Hauptempfangskanal 15 bzw. in den zusätzlichen Empfangskanälen 18, wobei jeder Lichtempfanger mit dem entsprechenden Meßblock 17 bzw. 20 und mit dem Referenzsignalgeber 21 verbunden wird. Die optische Ankopplung der Licht;empfänger 16 und 19 an den entsprechenden Punkt des Objekts 1 erfolgt wie vorher z.B. mit Hilfe eines Objektivs, das die Abbildung des Objektpunktes auf die Blenden dieser Lichtempfänger überträgt, oder durch unmittelbare Anordnung der Lichtempfänger an jedem gewählten Ubjektpunkt.

Die Meßblöcke 17 und 20 werden, wie vorher erwähnt, mit der Recheneinheit 22 zur Koordinatenberechnung verbunden.

Die Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung hängt hauptsächlich von der Leistung der benutzten Laser und von der Durchlaßbandbreite der elektronischen Geräte im Empfangsteil ab. Wird keine hohe Arbeitsgeschwindigkeit gefordert, so ist im Sendeteil 5 der Einrichtung (Fig. 13) am Ausgang aller optischen Sendekanäle der Einbau eines optischen Kanalumschalters 28 zweckmäßig, der auf einen Befehl die vom optischen Hauptsendekanal 7 und von den zusätzlichen optischen Sendekanälen 11 erzeugten Laserbündel ein- und ausschalten kann. Dadurch wird es möglich, im Empfangsteil 6 der Einrichtung nur einen zusätzlichen Empfangskanal mit einem Lichtempfanger 29 und dem daran angeschlossenen Meßblock 20 zu bilden. Dabei muß der Empfangsteil einen Empfangskanalumschalter 30 enthalten, der synchron mit dem optischen Kanalumschalter 2ü die Ausgänge des Lichtempfang ers 29 und des j^eferenzsignalgebers 21 an die Meßblöcke des Hauptempfangskanals 15 und des zusätzlichen Empfangskanals 18 schaltet.

Der Einbau des optischen Kanalumschalters 28 und des jJmpfan^skanalumschalters 30 in die Einrichtung vereinfacht außerdem wesentlich die Erfüllung der Unab-"häriüiükeitsbedinejung für das kohärente Hauptlichtfeld 2 und die kohärenten zusätzlichen Lichtfelder 3.

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Der erwähnte Meßblock 20 stellt einen Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2X rad dar. Die Einrichtung funktioniert folgenderweise. Der optische Kanalumschalter 2d bewirkt die Erzeugung des kohärenten Hauptlichtfeldes durch den optischen Hauptsendekanal 7· Der Ausgang des mit dem Objektpunkt A optisch, gekoppelten Lichtempfängers 29 und der Ausgang des Referenzsignalgebers 21 v/erden in diesem Zeitpunkt mittels des Empfang skanalumschalters 30 εαι den Meßblock 17 des Hauptempfangskanals 15 angeschlossen, der den optischen Kenngrößenwert ^_A des kohärenten Hauptlichtfeldes im Punkt Δ mißt und an die Recheneinheit 22 zur Koordinatenberechnung überträgt. Dann, schaltet der optische Kanalumschalter 28 die optischen Sendekanäle um, indem er den ersten zusätzlichen optischen Sendekanal 11' einschaltet. In diesem Zeitpunkt schließt der Empfangskanalumschalter 30 synchron die Ausgänge des Lichtempfängers 29 und des Referenzsignalgebers 21 an den Eingang des Meßblocks 20 des zusätzlichen Empfangskanals 18 an, in dem die Messung des Ehasenwertes ψ^ des vom Lichtempfänger 29 gelieferten elektrischen Signals erfolgt, der, wie erwähnt, mit dem Fhasenwert des ersten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes im Punkt A übereinstimmt. Der gemessene Phasenwert wird an die Recheneinheit 22 ausgegeben. Durch den synchronisierten Betrieb des optischen lvanalumschalters 28 und des Emprangskanalumschalters 30 werden also die Messung und die Speicherung der Kenngrößenwerce des Hauptlichtfeldes 2 und der Phasenwerte jedes zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes im Objektpunkt A erreicht. Auf Grund der erhaltenen Daten berechnet dann die Recheneinheit 22 die Koordinate des Objektpunktes A nach den Formeln (2, ö, 9, 10).

Wird bei der Bestimmung von Koordinaten mehrerer übjektpunkte keine hohe Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung gefordert, die in ihrem Sendeteil i? den opti-

sehen Kanalumschalter 28 und im Empfang st eil 6 einen mit dem Punkt A des Objekts 1 optisch gekoppelten Lichtempfänger 29 enthält, dessen Ausgang, ebenso wie der Ausgang des Rel'erenzsignalgebers 21 über den Empfangskanalumschalter 30 an die Meßblöcke 17 und 20 angeschlossen ist, so wird zweckmäßig erweise im Empfangsteil 6 (!''ig. 14) für jeden gewählt en. Objektpunkt A, B, G je ein mit dem entsprechenden Objektpunkt A, B bzw. C optisch gekoppelter Lich-cempfanger 29 verwendet.und vor dem Smpf angskanalumschalter 30 ein Lichtemprängerumschalter 31 eingebaut.

Dabei kann im Empfangsteil 6 der Einrichtung nur ein zusätzlicher Empfangskanal 18 gebildet werden, der aus einem Lichtempfanger 29 und einem an diesen über den Licht empfängerumschalt er 31 und den Empfang skanalumschalter 30 angeschlossenen Meßblock 20 besteht. Die Ergänzung der Einrichtung durch den Lichtempfangerumschalter 31 ermöglicht eine wesentliche Vereinfachung ihrer Blockschaltung.

Bei dieser Ausführung funktioniert die Einrichtung wie folgt.

Der optische Kanalumschalter 2Ö, der von der Recheneinheit. 22 gesteuert wird, bewirkt die Erzeugung des kohärenten Hauptlichtfeldes durch den optischen Hauptsendekanal 7· Der Ausgang des z.B. mit dem Objektpunkt A optisch gekoppelten Lichtempfangers 29 und der Ausgang des Referenzsignalgebers 21 werden in demselben Zeitpunkt vom Licht empfängerumschalt er 31 an den ulingang des Smpfangskanalumsehalters 30 angeschlossen.

Dieser schaltet seinerseits der: Ausgang des Lichtempfängers 29 und den Ausgang des Referenzsignalgebers 21 an den Meßblock 17 des Hauptempfangskanals 15 an, der die Messung des Kenngrößenwertes des kohärenten Hauptlichtfeldes im Punkt A durchführt und diesen Wert an die Recheneinheit 22 zur Koordinatenberechnung ausgibt.

Dann schaltet der optische Kanalumschalter 2ö den optiijcnen Haupt sende kanal 7 aus und bewirkt die Bildung

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des kohärenten zusätzlichen Lichtfeldes 3¹, das vom ersten zusätzlichen optischen Sendekanal 11 erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt schaltet der Empfangskanalumschalter 30 den Ausgang des Lichtempfangers 29 und den Ausgang des Referenzsignalgebers 21 auf den Eingang des zum zusätzlichen Empfängskanal gehörenden Meßblocks 20 um, der die Messung des Phasenwertes ^ des elektrischen Signals dieses Lichtempfängers vornimmt und den gemessenen Wert an die Recheneinheit 22 zur Koordinatenberechnung ausgibt. Genau so erfolgen mit Hilfe des optischen Kanalumschalters 2b und des mit diesem synchron betriebenen Empfangskanalumschalters 30 die Messung und Speicherung der Phasenwerte aller folgenden zusätzlichen kohärenten Lichtfelder im Objektpunkt

A. Auf Grund der erhaltenen Daten berechnet dann die Recheneinheit 22 die Koordinate des Punktes A nach den Formeln (2, 8, 9, 10·).

Darauf schließt der Lichtempfängerumschalter 31 den Ausgang des Referenzsiä'nalgebers 21 und den Ausgang des anderen, z.B. mit dem Objektpunkt 3 optisch gekoppelten Lichtempfangers 29 an den Eingang des Empf angskanalumschalters 30 an, wobei der ganze Meßvorgang wiederholt wird.

Der optische Kanalumschalter 20, der Lichteinpfängerumschalter 31 und der Empfangskanalumschalter 30 werden von der Recheneinheit 22 zur Koordinatenberechnung gesteuert.

Bei einer Variante der Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung von Koordinaten eines Übjektpunktes A im Raum ist der im Sendeteil 5 der Einrichtung (Pig. I5) vorgesehene Hauptsendekanal 7 ähnlich dem zusätzlichen optischen Sendekanal 11 aufgebaut und enthält einen Laser Ö und eine Einheit 9 zur Vorgabe einer optischen Kenngröße, mit deren Hilfe die umkehrbar eindeutige Zuordnung der Kenngrößenwerte an· der mit dem Objektpunkt A zusammenfallenden Stelle des Lichtfeldes und der Koordinate des Punktes A in der Meßrichtung erreicht wird. Die Einheit 9 weist ihrerseits an

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der optischen Achse des Lasers 8 eine Einheit 13 zur periodischen zeitlichen Beleuchtungsstärkemodulation und eine Einheit 14 zur periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation auf. Außerdem gehört zum Hauptsendekanal 7 ein optischer Wandler 10. Im Empfangsteil 6 dieser Einrichtung enthält der Hauptempfangskanal 15 einen Lichtempfanger 16 und einen Meßblock 17 (Fig. 14), der ähnlich dem Meßblock 20 des zusätzlichen Empfangskanals 18 als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2X rad ausgeführt ist.

Zur Bestimmung von Koordinaten mehrerer Punkte eines Objekts im Raum enthält der Empfangsteil 6 der Einrichtung (Fig. 16) im Hauptempfangskanal 15 und in den zusätzlichen Empfangskanälen 18 für jeden Punkt des ODjekts 1, z.B. für jeden Punkt A, B, 0 die Lichtempfänger 16 bzw. 19, wobei jeder Lichtempfänger 16 bzw. 19 mit einem entsprechenden Meßblock 20 und mit dem Referenzsignalgeber 21 verbunden ist. Diese Einrichtung funktioniert wie oben beschrieben wurde.

Wenn bei der Bestimmung von Koordinaten eines Objektpunktes im Raum keine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erforderlich ist, wird im Sendeteil 5 de:r Einrichtung (Fig. 17) am Ausgang aller optischen Sendekanale ein optischer Kanalumschalter 28 eingebaut.

Dabei wird im Empfangsteil 6 dieser Einrichtung nur ein Haupt empfangskanal 15 gebildet, der einen mit dem Objektpunkt A optisch gekoppelten Lichtempfanger 29 und einen an diesen angeschlossenen Meßblock 20 enthält, welcher als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2¹Ji. rad ausgeführt wird. Sin Empfangskanalumschalter 30 (Fig. 13) ist in diesem Falle nicht erforderlich.

Die nach dem Blockschaltbild in Fig. 17 ausgei'ührte Einrichtung funktioniert wie vorher beschrieben wurde. Der optische Kanalumsclialter 28 schaltet folgerichtig den Hauptsendekanal 7 und die zusätzlichen Sendekanäle 11 um. Im Haupt empfangskanal 15 er-

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folgt synchron die Messung der Phase jedes kohärenten Lichtfeldes 2, 3¹, 3" ... am Objektpunkt A. Die Meßdaten werden der Recheneinheit 22 zur lioordinatenberechnung zugeführt.

Zur Bestimmung von Koordinaten mehrerer Objektpunkte, z.B. der Punkte A, B, 0,wird in den Empfangsteil 6 der nach dem Blockschaltbild in Pig. 17 ausgeführten Einrichtung, die in ihrem Sendeteil 3 einen optischen Kanalumschalter 2Ö und im Empfangsteil 6 nur einen Hauptempfangskanal 15 aufweist, für jeden Objektpunkt A, B, C je ein mit dem entsprechenden Objektpunkt (A, B oder C) optisch gekoppelter Lichtempfänger 29 (Mg. 18) eingeführt sowie ein Lichtempfangerumschalter 31 eingebaut, an dessen Eingänge diese

>jc; Licht empfänger und der .Referenzsignalgeber 21 angeschlossen werden und an dessen Ausgang der Meßblock 20 geschaltet wird.

Der Betrieb der Einrichtung erfolgt nach der obigen Beschreibung unter Ausschluß der Punktion des fehlenden Empfangskanalumschalters 30. Der Lichtempfängerumschalter schließt jeden Lichtempfanger 29 folgerichtig an den Meßblock 20 an. Bei jedem solchen Anschluß schaltet .der optische Kanalumschalter 26 seinerseits alle optischen Sendekanäle 7 und 11 nacheinander um. Die Meßdaten werden zur Eecheneinheit 22 übertragen, die die Koordinatenberechnung durchführt und den Betrieb des optischen Kanalumschalters 28 sowie des Lichtempfängerumschalters 31 steuert.

Zur Untersuchung von Vorgängen, bei denen eine

^O kontinuierliche Änderung von Koordinaten de;.¹ gewählten Objektpunkte von ihren Anfangswerten an erfolgt, wie dies bei Verschiebung, Verformung oder Vibration des Objekts der Pail ist, wird der Sendeten der Einrichtung nur mit einem Hauptsendekanal 7 (Pig. 19) aufgebaut, der einen Laser d, die Einheiten I3 und 14 zur periodischen zeitlichen bzw. räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation und einen optischen Wandler 10 enthält. Der Exapfangsteil 6

umfaßt in diesem Falle einen mit dem Objektpunkt·A optisch gekoppelten Lichtempfänger 29» ein unmittelbar vor dem Lichtempfänger 29 angeordnetes periodisches Raster 32 (Fig. 19'), einen Referenzsignalgeber 21 und einen Meßblock 20, der als elektronischer Phasenmesser mit einem erweiterten Phasenmeßbereich von O ... 2XN rad (bei N = 1, 2, 3 ··· ) ausgeführt wird. Das vor dem Lichtempfänger 29 angeordnete periodische Raster 32 ist zur abgestimmten räumlichen Filterung des zur Fotokatode des Lichtempfängers kommenden optischen Signals bestimmt und ergibt eine wesentliche Vergrößerung des Signal/Rausch-Verhältnisses im elektrischen Signal am Eingang des elektronischen Phasenmessers. Sin Optimum bei der abgestimmten räumlichen Filterung wird dadurch erreicht, daß die Rasterperiode gleich der Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation im kohärenten Hauptlichtfeld gewählt wird und daß dieses Raster 32 in der Meßrichtung orientiert wird. Mittels des elektronischen Phasenmessers mit erweitertem Phasenmeßbereich von 0 ... 2'JlN rad (bei N = 1, 2, 3·..) erfolgen die reversible Zählung der den Punkt A des Objekts 1 bei seiner kontinuierlichen Bewegung passierenden ganzen Perioden der räumlichen periodischen Beleuchtungsstarkemodulation des kohärenten Hauptlichtfeldes und die Messung der Bruchteile dieser Perioden.

Der Referenzsignalgeber 21 kann, wie erwähnt, beispielsweise als in Fig. 19 nicht gezeigter Sinusspannun^sgenerator aufgebaut werden, der zur Speisung der als optischer Frequenzmodulator 27 ausgeführten Einheit 13 zur periodischen zeitlichen Beleuchtungsstärkemodulation benutzt wird.

Diese Jünrichtung funktioniert v/ie folgt. Bei Bewegung des Objekts 1 durchquert sein Punkt A (Fig. 19) das kohärente Ilauptlichtfeld 2 mit periodischer räumlieber .ieleuchtungsstärkemodulation, welches mehrere im iiauin mit einer Periode Λ einander parallel stehende Ebenen 33 ^von gleicher Beleuchtungsstärke darstellt.

Die Aufgabe besteht dabei darin, die Zahl von; ganzen Perioden η (X₀) der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation und von Bruchteilen ^p- dieser Barioden konttnuJterUbh

zu messen, die den Punkt A bei seiner Verschiebung um die Größe χ durchlaufen. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit und zur Realisierung der reversiblen zählung errolgt mitreis des optischen Jb'requenzmodulators 27» wie erwähnt, die zeitliche ßeleuchtungsstärkeinodulation des kohärenten Hauptlichtfeldes, wobei die Ebenen 33 gleicher Beleuchtungsstärke im Raum mit Hilfe des Frequenzmodulators 27 in der Meßrichtung mit konstanter Geschwindigkeit kontinuierlich bewegt werden. Der mit dem Punkt A des Objekts 1 optisch gekoppelte Lichtempfänger erzeugt ein elektrisches Wechselsignal, dessen Phase der 3ewegung des Objektpünktes A um die Größe χ proportional ist. Das elektrische Ausgangssignal des Lichtempfängers 29 zusammen mit dem Referenzsignal des Gebers 21 gelangen zum Eingang des Phasenmessers mit erweitertem Phasenmeßbereich von 0 ... 2'TlE rad,wobei H = 1, 2, 3 ··· ist. Der gemessene Phasenwert YfXo)= - iTi η(Xo)+ Δψ(K) wird der Recheneinheit 22 zur

Berechnung der x-K.oordinate des Objektpunktes A zugeführt.

Ist die Bestimmung der Verschiebung gleichzeitig mehrerer Objektpunkte im Raum, z.B. der Punkte A, ß und G erforderlich, so enthält der JSmpfan^steil 6 der Einrichtung je einen Lichtempfanger 29 (Fig. 20; für jeden gewählten Punkt A, B und G des Objekts 1 und je einen periodisches Raster 32 vor jedem Lichtempfanger 29 (Fig. 20"), wobei die Rasterperiode der Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation des kohärenten Hauptlichtfeldes entspricht. Der Ausgang jedes lichtempfangers 29 und der Ausgang des Referenzsignalgebers 21 werden an den Eingang des entsprechenden elektronischen Phasenmessers mit erweitertem Phasenmeßbereich von 0 ... 2X N rad (bei Ii = 1, 2, 3 ... ) angeschlossen. Die Ausgänge des Phasenmessers

• · ■ ·

werden init der Eecheneinlieit 22 zur Koordinatenberechnung verbunden. Der Referenzsignalgeber kann, wie oben angegeben, aufgebaut werden.

zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements 34 Cü'ig. 21J im Koordinatenmeßwerk z.B. von Systemen der Mikroelektronik enthält der optische Hauptsendekanal 7 im Sendeteil der Einrichtung einen auf dem unbeweglichen Träger 35 des Koordinatenmeßwerkes eingebauten Laser d und an seiner optischen Achse einen optisehen ü'requenzmodulator 27 zur Verschiebung der Laserstrahlungsfrequenz, einen Strahlenteiler 23 und auf dem beweglichen Element 34 des Koordinatenmeßwerkes zwei periodische Raster 36 und 37 mit unterschiedlichen Perioden Λ ι und A₂ » die senkrecht zur optischen Achse des Lasers ö stehen und in Richtung der Bewegung des beweglichen Elements 34 orientiert sind.

Die periodischen Raster 36 und 37 sind so ausgeführt, daß die Zahl von Perioden des Rasters 37 im Bereich der Messung der Lage des beweglichen Elements 34 um eine Periode größer als die Periodenzahl des Ras-"ners 36 im gleichen Bereich ist.

Der optische Wandler 10 ist zur Formierung des kohärenten Hauptlichtfeldes von erforderlichen Abmessungen im Raumgebiet des beweglichen Elements 34 bestimmt.

Der Hauptempfangskanal 15 enthalt auf dem unbeweglichen Träger 35 des Aoordinatenmeßwerkes hinter den periodisehen Rastern 36 und 37 je einen mit dem Meßblock 20 verbundenen Licht empfänger 16. Der lvießblock

-J₁Q 20 ist als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2% rad ausgeführt.

Hierbei ist der Ausgang des hinter dem Raster 36 mit kleinerer Periodenzahl liegenden Lichtempfängers 16' an den kießeingang des Phasenmessers 20 angeschlossen, während der Ausgang des hinter dem Raster 37 mit ,;röijerer Periodenzahl angeordneten Licht empfang er s 16 ·' liiit dem Referenzsignalein^ang 39 des Phasenmessers 20 verbunden ist.

- 45 -

In dieser Einrichtung wird das kohärente Hauptlichtfeld mit Hilfe von zwei kohärenten Lichtfeldern gebildet, die vom Strahlenteiler 23» vom optischen Wandler 10 und von den Rastern 36 bzw. y? geformt werden. Als optische Kenngröße des kohärenten Haupt liclitfeldes, welche die umkehrbar eindeutige Zuordnung ihrer Werte an der mit dem gewählten Punkt am beweglichen Element 3^ zusammenfallenden Stelle dieses Feldes und der Koordinate dieses Punktes ergibt, dient die Phasendifferenz der zwei Lichtfelder im gewählten Punkt.

Dabei wird der Maximalwert dieser Phasendifferenz (2Jl) nur bei einer Grenzlage des beweglichen Elements 34 erreicht.

Bei Übereinstimmung der Raumfrequenzen des Rasters $6 und des Strahlenteilers 23 ergibt sich das elektrische Signal i^(t) am Ausgang des hinter diesem Raster liegenden Lichtempfängers 16* zu

I₁OO = i₀₁ [ 1 + cos ( α t + -^-)] " (13)

Hierbei sind:

Iq₁ der Maximalwert des elektrischen Signals; jQ die Frequenz der zeitlichen Beleuchtungsstärkemodulation mittels des optischen Frequenzmodulators 27;
A₁ 3i-^e Periode des Rasters 36» Xq die zu messende Koordinate des beweglichen

Elements 34.

Das elektrische Signal ip^^b^ ³^ ^^usSaßg des anderen, hinter dem Raster 37 liegenden Lichtempfängers 16^ff läßt sich durch den Ausdruck

i (t) = if 1 + cos (Qt + ^- )] (14)

Λ ζ beschreiben, in dem

^2 ^die Periode des Rasters 37 und !go den Maximalwert des elektrischen Signals bedeuten.

Die elektrischen Signale i^(t) und !-,(t) werden dem Meßeingang 36 bzw. dem Referenzsignaleingang 39

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des Phasenmessers 20 mit einem Phasenmeßbereich von O ... 2 Jt rad zugeführt. Der Fhasenmesser 20 mißt die Phasendifferenz atf<21L zwischen diesen elektrischen Signalen: _

Die Größe = A ₄ ist die Periode der

räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des kohärenten Hauptlichtfeldes. Da ^₁ ^j- definiert wird, wobei X der Meßbereich der Lage des beweglichen Elements 34 u^d iL die -i-'eriodenzahl des Hasters 36 i^m Bereich X bedeuten, und weil A₂* ITTi is*ι so beträgt die Periode -Λ.* der

räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des kohärenten Hauptlichtfeldes

Indem man also mittels des Phasenmessers 20 die Phasendifferenz i\^<2Ti der von den Licht empfang er η 16 ausgegebenen elektrischen Signale mißt und die bekannte, dem Meßbereich DC der Lage des beweglichen EIement ε 34 gleiche Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des kohärenten Hauptlichtfeldes berücksichtigt, kann man die gesuchte Lage Xq des beweglichen Elements 34 bestimmen:

^x0 = ^r Yf '

Vi/enn die ermittelte Lage Xq des beweglichen Elements 34 der erforderlichen Genauigkeit nicht genügt, soll nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur.Bestimmung von Koordinaten eines übjektpunktes wenigstens ein zusätzliches kohärentes Lichtfeld mit periodischer räumlicher und zeitlicher Beleuchtungsstärkemodulation ger oildet werden. Zu diesem Zweck sollen der Sendeteil der vorstehend beschriebenen Einrichtung zur Bestimmung der La₄J₁ ¹C des beweglichen Elements 34 im Koordinatenmeßwerk

yj (Fici· 22) durch einen ersten zusätzlichen optischen Sendekanal und der Empfanjsteil 6 der Einrichtung durch

einen ersten zusätzlichen Empfangskanal-erweitert werden. Der erste zusätzliche optische Sendekanal 11 benutzt dabei einen Laser ö, die Einheiten 13 und 14 zur zeitlichen bzw. räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation, den optischen Wandler 10, das periodische Easter 37 des optischen Hauptsendekanals und enthält ein periodisches Raster 40, das ebenso wie das periodische Hast er 37 auf dem beweglichen Element 34 des Koordinatenmeßwerkes senkrecht zur optischen Achse des Lasers 8 angeordnet wird und in der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements 34 orientiert wird. Die Anzahl von Perioden des Hasters 40 ist um eine ganze Periodenzahl größer als die des Rasters 37- Im ersten zusätzlichen Empfangskanal wird der hinter dem periodischen Haster 37 angeordnete Lichtempfänger 16" des Hauptempfangskanals benutzt. Zu diesem zusätzlichen Empfangskanal gehört der Lichtempfänger 19', der ebenfalls auf dem unbeweglichen '!rager hinter dem periodischen Hasser 40 eingebaut ist. Außer dem Lichtempfanger 19' enthält der erste zusätzliche Empfangskanal einen Meßblock 20, der als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2JL rad ausgeführt ist. Dabei wird der Ausgang des hinter dem periodischen Haster 37 liegenden Lichtempfängers 16" auch an den ivieß eingang des Phasenmessers 20 geschaltet, während mit dem Referenzsignaleingang 39 des Phasenmessers 20 der Ausgang, des Licht empf ängers 19' des ersten zusätzlichen Empfangskanals verbunden wird.

In der beschriebenen Einrichtung wird das erste zusätzliche kohärente Lichtfeld 3¹ mit Hilfe von zwei kohärenten Lichtfeldern gebildet, die vom Strahlenteiler 23, vom optischen Wandler 10 und von den Rastern bzw. 40 geformt werden.

Die periodische räumliche Beleuchtungsstärkeinodulation des ersten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3' (Fig. 7) ergibt sich als Phasendifferenz dieser geformten kohärenten Lichtfelder. Dies geschieht folgenderweise .

- 48 -

Das elektrische Signal io(t) am Ausgang des hinter dem periodischen Raster 40 liegenden Lichtempfängers 19' ergibt sich zu

i₃(t) = i,_O [1 + cos ( Ω t + )J (18)

wobei A₃ die Periode des Hasters 40 bedeutet, i^Q der Maximalwert des elektrischen Signals ist, x. den zu präzisierenden Koordinatenwert des

beweglichen Elements 34 bezeichnet. Die totale Phasendifferenz Δ Φ*, der elektrischen Signale i^(t) und ipC*') C^G^· 14) beträgt:

^2'^3 (19)

Die Größe ~j~—j~- =yV₂ist die Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des ersten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3^f. Da /I₂= η-j—-. definiert wird, wobei H^+ 1 die Periodenzahl des Rasters 37 3ereich X ist und weil A,= -; ,. ist, wobei N^ + 1 + n^,

³ /Yj+7 + Wt I ·

die Periodenzahl des Rasters 40 im Bereich DC und n^ eine ganze Zahl bedeuten, so ergibt sich die Periode Jl2 der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation zu

> * A3 X

^₂ =

Daraus folgt, daß n^ die Zahl von Perioden der räumlichen ieleuchtungsstärIcemodulation des ersten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3* ist, die im Bereich X liegen.

Somit beträgt die totale Phasendifferenz Δ Φ^ ^bei dieser Lag-e x. des Dewejlichen Clements 34

Andererseits kann die totale Phasendifferenz ά v/ie folgb dargestellt werden:

Δ (f> =2/7 M₁ + Δ^Ζ (22)

• m · ψ Μ

- 49 -.
wobei m^. eine ganze Zalil von Perioden 2'Jc ist und

_Δφ '

~- einen Bruchteil der Periode 2¹JT bedeutet. TC

Aus den Gleichungen (21) und (22) folgt dann:

- = A- (23)

Daraus kann man schließen, daß m. eine ganze Zahl von Perioden der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des ersten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes y darstellt, die im Intervall x^ liegen, und daß m^, + 1 die Hummer der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des ersten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes 3¹ ist, in die der gewählte Punkt des beweglichen Elements 34 im Zeitpunkt der Messung fällt. Diese Nummer wird erfindungsgemäß, wie erwähnt, auf Grund der Meßergebnisse nach den Formeln (d, 10) be-

rechnet. .

Δ Y-)

Der ßruchteil —-z—· wird mit Hilfe des Phasen-

ZTl

messers 20 des ersten zusätzlichen Empfangskanals 1d' gemessen. Zu diesem Zweck wird, wie erwähnt, dem Keferenzsignaleingang 39 des Phasenmessers 20 des ersten zusätzlichen Empfangskanals 18^f das elektrische Signal in(t) zugeführt, während auf den Meßeingang dieses Phasenmessers das elektrische Signal io(t) gegeben wird.

Wenn die ermittelte präzisierte Lage x^, des beweglichen Elements 34 der erforderlichen Genauigkeit nicht entspricht, soll erfindungsgeinäß ein zweites zusätzliches kohärentes Lichtfeld 3" (Fig. 7) mit periodischer räumlicher und zeitlicher Beleuchtungsstärkemodulation gebildet v/erden. Dazu soll die vorstehend beschriebene Einrichtung durch einen zweiten zusätzlichen optischen Sendekanal und einen zweiten zusätzlichen Empfangskanal erweitert werden. Im zweiten zusätzlichen optischen Sendekanal (Fig.23) benutzt man den Laser ö, die Einheiten 13 und 14 zur zeitlichen bzw. räumlichen Seleuchtungsstärkemodulation, den optischen Wandler 10 des optischen Hauptsendekanals 7 und

das periodische Raster 40 des ersten zusätzlichen optischen Sendekanals und verwendet man zusätzlich ein periodisches Raster 41, das ebenso v/ie die periodischen Raster 36, 37 und 40 auf dem beweglichen Element 34 des Koordinatenmeßwerkes senkrecht zur optischen Achse des Lasers 8 angeordnet und in den Bewegungsrichtung des beweglichen Elements 34 orientiert wird. Die Zahl von Perioden des Rasters 41 ist um eine ganze Zahl größer als die Periodenzahl des Rasters 40. im zweiten zusätzlichen Empfangskanal 18" benutzt man den Licht empfang er 29 cles ersten zusätzlichen Empfangskanals 18' und verwendet man zusätzlich einen auf dem unbeweglichen Träger 35 des Koordinatenmeßwerkes hinter dem periodischen Raster 41 angeordneten Lichtempfänger 19" sowie den Meßblock 20, der als Phasenmes— ser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 231 rad ausgeführt ist. Dabei wird der Ausgang des Lichtempfängers 19* des ersten zusätzlichen Empfangskanals 18' auch mit dem Meßeingang 30 des Phasenmessers 20 des zweiten zusätzlichen Empfang skanal s verbunden, während an den Referenzsignaleingang 39 dieses Phasenmessers der Ausgang des zum zweiten zusätzlichen Empfangskanal 18 gehörenden Lichtempfangers 19" angeschlossen wird.

In der beschriebenen Einrichtung wird das zweite zusätzliche kohärente Lichtfeld nach demselben Prinzip wie das erste zusätzliche kohärente Lichtfeld mit fiilfe von zwei kohärenten Lichtfeldern gebildet, die vom Strahlenteiler 23» vom optischen Wandler 10 und von den Rastern 40 bzw. 41 geformt werden.

Das vorgeschlagene Verfahren zur Bestimmung der Koordinate eines Objektpunktes im Raum gestattet es erstmalig, die Koordinaten von Punkten eines in Bezug auf das optische System bewegliche!und unbeweglichen Objekts mit einer überaus hoher Genauigkeit und in einem großen

Ύ Meßbereich zu bestimmen. Dieses Verfahren erschließt die l'-.öü'lichkeiten zur Schaffung einer neuen Klasse von l-räzisiona-ivieaseinrichtungen mit Lasern zur Bestimmung

der Form und der Lage von Objekten im Raum, darunter auch von Einrichtungen, mit deren Hilfe die Bestimmung des Zustande eines verformten bewegten Objekts möglich, wird. Das vorgeschlagene Verfahren zur Bestimmung von Koordinaten eines Objektpunktes im Raum und die zur Realisierung dieses Verfahrens bestimmte Ein richtung ermöglichen die Durchführung von sehr hohen tensometrischen Untersuchungen sowie von Kenngrößenmessungen bei gasförmigen und flüssigen Medien.

-Si-

Leerseite

Claims (22)

1. ANATOLY PROKIPIEVICH BYKOV Zhukovsky Moskovskoi oblasti / UDSSR

2. ANATOLY ANTONOVICH ORLOV Zhukovsky Moskovskoi oblasti / UDSSR

3. DMITRY DMITRIEVICH GRIBANOV - Moskau / UDSSR

4. VLADIMIR PETROVICH KULESH Zhukovsky Moskovskoi oblasti / UDSSR

5. SERGEI DMITRIEVICH FONOV Moskovskaya oblast / UDSSR

6. VITALY VASILIEVICH EGOROV Zhukovsky Moskovskoi oblasti / UDSSR

7. LEONI D MATUSOVICH MOSKALIK Zhukovsky Moskovskoi oblasti / UDSSR

8. APOLLINARY KONSTANTINOVICH MARTYNOV - Moskau / UDSSR

9. VLADIMIR EFIMOVICH RYADCHIKOV Zhukovsky Moskovskoi oblasti / UDSSR

VEEPAHEEN UJND J3INRICHTUJHG ZUE BSSiD IMKUHG DEE KOOBDINATE EINES 03JEKTHJItKTES IM EAUM

PATENTANSPRÜCHE

( 1. Werf ahren zur Bestimmung der Koordinate eines QbjeKtfpunktes im Baum, bei dem

- im Baumgebiet des Objekts ein kohärentes Lichtfeld erzeugt wird, dessen eine optische Kenngröße eine umkehrbar eindeutige Zuordnung des optischen Kenngrößenwertes an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle dieses Lichtfeldes und der Koordinate des gewählten Punktes wenigstens längs einer Koordinatenachse ergibt,

- der Wert der optischen Kenngröße an dieser Stelle des kohärenten Ilauptlichtfeldes gemessen wird und - auf Grund der gemessenen Kenngröße die Koordinate des gewählten Punktes am Objekt (1) in Eichtung der Koordinatenmessung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- im Baumgebiet des Objekts wenigstens ein mit dem Hauptlichtfeld nicht in Wechselwirkung stehendes zusätzliches kohärentes Lichtfeld (3¹) mit räumlicher periodischer Modulation der Beleuchtungsstärke erzeugt wird und

_ p —

- neben der Messung der optischen Kenngröße an der mit dem gewählten Punkt des Objekts (1) zusammenfallenden Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes (2) die Phase des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes (3') an derselben Stelle in den Grenzen von 2Ui rad bestimmt wird, worauf

- die Nummer der Periode der räumlichen periodischen ßeleuchtungsstarkemodulation gefunden wird, in welcher der gewählte Objektpunkt im Zeitpunkt der Messung liegt, wobei diese Periodennuinmer als ganzer Teil der Differenz bestimmt wird, die sich aus dem Verhältnis des Koordinatenwertes des gewählten Objektpunktes, der nach dem optischen Kennwert an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes (2) ermittelt wurde, zur Periodengröße der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes (3¹) und aus der in Bruchteilen der Periode seiner räumlichen periodischen ßeleuchtungsstarkemodulation ausgedrückten Phase dieses zusätzlichen Feldes ergibt, während

- die Koordinate des Objektpunktes längs der Koordinatenachse als Summe von Perioden der räumlichen ßeleuchtungsstarkemodulation des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes (3¹) und der in Bruchteilen der Periode der räumlichen ßeleuchtungsstarkemodulation ausgedrückten gemessenen Phase bestimmt wird, wobei die Zahl von Summanden dieser Summe um Eins kleiner als die gefundene ivummer der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ist·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode der räumlichen periodischen Modulation der Beleuchtungsstärke des zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes (3¹) größer als der doppelte Grenzfehler der koordinatenmessung für den gewählten Objektpunkt nach dem optischen Kennwert des kohärenten Hauptlicütfeldes (2) gewählt wird.

3· Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- mit Vergrößerung der KoordinatenmeBgenauigkeit mehrere mit dem Hauptlichtfeld und miteinander nicht in Wechselwirkung stehende zusätzliche kohärente Lichtfeider (3^lf> 3^ffl ··· ) mit periodischer räumlicher Beleuchtungsstärkemodulation erzeugt werden, wooei die Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation Jedes vorhergehenden zusätzlichen Feldes dieser Lichtfeüterreihe größer als die Periode der räumlichen periodischen Beleuchtiungsstärkemodulation des darauffolgenden zusätzlichen Lichtfeldes ist, und - neben der Messung des optischen Kennwertes an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle des kohärenten Hauptlichtfeldes (2) -

- die Phase in den Grenzen von 2'Jl rad für jedes darauffolgende zusätzliche kohärente Lichtfeld an derselben Stelle bestimmt wird, sowie

- die Hummer der Periode der räumlichen periodisehen Beleuchtungsstärkemodulation gefunden wird, in welcher der gewählte Objektpunkt im Zeitpunkt der Messung liegt, wobei diese Periodennumuier als ganzer !Teil der Differenz bestimmt wird, die sich aus dem mittels des vorhergehenden zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes gefundenen Verhältnis des nach der Periodennummer der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation und nach der Phase bestimmten Koordinatenwertes des ge-

wählten Objektpunktes zur Periodengröße der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation des erzeugten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes und. aus der in Bruchteilen der Periode seiner räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkemodulation ausgedrückten Phase dieses Feldes in demselben Punkt ergibt, worauf die Koordinate des Objektpunktes län^s der Koordinatenachse als Summe von Perioden der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des erzeugten zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes und der in Bruchteilen der Periode der räumlichen Be-

— Zj. —

leuciitungsstärkemodulation ausgedrückten gemessenen Phase bestimmt wird, wobei die Zahl von Summanden dieser Summe um Eins kleiner als die gefundene Nummer der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl von zusätzlichen kohärenten Lichtfeldern (3) mit periodischer räumlicher Beleuchtungsstärkemodulation in der erwähnten Lichtfelderreihe durch die vorgegebene Genauigkeit der Messung von Koordinaten eines Objektpunktes im Raum bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Periode der räumlichen periodischen Beleuchtungsstärkeniodulation jedes nächstfolgenden zusätzlichen kohärenten Lichtfeldes in der Lichtfelderreihe größer als der doppelte Grenzfehler ■ bei der mit dem vorhergehenden zusätzlichen kohärenten Lichtfeld durchgeführten Messung der Koordinate des Objektpunktes gewählt wird.

6. Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1, die einen Sendeteil mit einem optischen Haupt sen de kanal zur .Erzeugung des kohärenten Hauptlichtfeldes im Raum um daß Objekt enthält, welcher aus einem Laser und aus einer Einheit zur Vorgabe der optischen Kenngröße zwecks Erhaltung der umkehrbar eindeutigen Zuordnung ihrer Werte an der mit dem gewählten Objektpunkt zusammenfallenden Stelle des Lichtfeldes und der Koordinate dieses ObjektpunKtes in Sichtung der Messung besteht, und die einen optischen Wandler sowie einen Empfangsteil aufweist, der einen an den gewählten Objektpunkt optisch gekoppelten Lichtempfänger, einen Referenzsignalgeber und einen ivießblock enthält, welcher an eine Recheneinheit zur Berechnung von Koordinaten des gewählten Objektpunktes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeteil (5) wenigstens einen zusätzlichen optischen

Sendekanal (11) mit einem Laser (12) enthält und an der optischen Achse des letzteren eine Einheit (13) zur periodischen zeitlichen Modulation der -Beleuchtungsstärke, eine Einheit (14) zur periodischen räumlichen Modulation der Beleuchtungsstärke und einen optischen Wandler (10) aufweist, während der Empfangsteil (6) einen zusätzlichen Empfangskanal (18) mit einem an den gewählten Objektpunkt optisch gekoppelten LiCh^-Cempfänger (19) sowie einen Meßblock (20) besitzt, der an die erwähnte Recheneinheit (22) zur Koordinatenberechnung angeschlossen ist.

7· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Sende- und Smpfangskanälen (11 bzw. 1ö) durch die erforderliehe Genauigkeit der Messung von Koordinaten des gewählten Objektpunktes bestimmt wird.

S. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsteil (6) der Einrichtung zwecks Bestimmung von Koordinaten mehrerer Objektpunkte im Raum für jeden Objektpunkt einen Hauptempfangskanal (15) und wenigstens einen zusätzlichen Empfangskanal (1S) enthalten, deren Meßblöcke an die Recheneinheit (22-) zur Koordina"tenberechnung angeschlossen sind.

9· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch β ekennzeichne t, daß der Sendeteil {3) der Einrichtung einen am Ausgang aller optischen Sendekanäle (7, 11) eingebauten optischen lianalumschalter (28) enthält, und der Empfaugsteil (6) einen zart; dem tjewähl-

2Q ten Punkt des Objektes (1) optisch gekoppelten Liclrcempfanger (29) sowie einen Smpfangskanalumschalter (30) aufweist, an dessen Eingang der Ausgang des Lichtempfängers (29) und der Ausgang des Heferenzsignalgebers (21) angeschlossen sind und an dessen Ausgang die Meßblöcke (17 und 20) des üauptempfangskanals (15) bzw. des zusätzlichen Empfangskanals (1ö) liegen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9> dadurch

C C s/ *t \J I

gekennzeichnet, daß der Empfangsteil (6) der Einrichtung zwecks Bestimmung von Koordinaten mehrerer Punkte des Objekts (1) im Raum je einen mit jedem Objektpunkt optisch gekoppelten Lichtempfänger

(29) und einen Licht empfang er umschalt er (31) enthält, an dessen Eingänge die Ausgänge der Licircempfanger (29) und der Ausgang des Referenzsignalgebers (21) angeschlossen sind und an dessen Ausgang der Eingang des Empfangskanalumschalters (30) liegt, wobei mit den Ausgangen des Empfangskanalumschalters (3OJ die MeßblÖkke (17 und 20) des Haupt empfang skanals (1i?) bzw. aller zusätzlicher Smpfangskanäle (1ö; verbunden sind.

11. Einrichtung nach Ansprüchen 6, 7, 8, 9» 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im optischen Haupt sende kanal (7) vorgesehene Einheit (9) zur Vorgabe der optischen Kenngröße, welche die umkehrbar eindeutige Zuordnung der optischen Kenngrößenwerte und des Koordinatenpunktes des Objekts (1) ermöglicht, in Richtung der optischen Achse des Lasers (ö) eine Einheit (13) zur periodischen zeitlichen Beleuch-"cungss'cärkemodulation und dahinter eine Einheit (14) zur periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation enchält, wobei die Meßblöcke (17 und 20) im Hauptempfangskanal (15) bzw. im zusätzlichen Empfangskanal (1ö) identisch aufgebaut sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis -11, gekennzeichnet durch die Ausführung des ivleßblocks (20) im zusätzlichen Empfangskanal (1ö) in der Art eines Phasenmessers mit einem Meßbereich von 0 bis 2 -% rad.

13· Einrichtung nach den Ansprüchen 6, 11. zur Bestimmung von Änderungen der Koordinaten eines Objektpunktes im Raum, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeteil (5) einen optischen Hauptsendekanal (7) enthält und der Empfangsteil (6) einen ffouptempfan^skanal (15) mit einem vor dem Licht empfänger (2.9) liegenden, mit diesem fest verbundenen und in

Meßrichtung orientierten periodischen Raster (32) besitzt, wobei die Periode des Rasters (32) der Periode der räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation des kohärenten Hauptlichtfeldes (2) entspricht, und der Meßblock (20) dieses Kanals einen Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2JTN rad , bei N = 1, 2, 3... darstellt und an die Recheneinheit (22)· zur Koordinatenberechnung angeschlossen ist.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 8, 11, 13, d a durch gekennzeichnet, daß der Empfangsteil (6) der Einrichtung zwecks Bestimmung von Änderungen der Koordinaten mehrerer Punkte des' Objekts (1) im Saum für jeden Punkt des Objekts (1) je einen Eauptempfangskanal (15) aufweist, ,dessen Meßblock (20) einen an die Recheneinheit (22) zur Koordinatenberechnung angeschlossenen Phasenmesser mit einem Meßbereich von 0 bis 2X-Ii rad darstellt, wobei 3J s 1, 2, 3' ···' ΐ^βΐ·

15· Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Ausführung der Einheit

(14) zur periodischen räumlichen !Beljeuchtungsstärkemodulation in der Art eines Strahlenteilers. (23)i

16. Einrichtung nach Anspruch 6 zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements (34) des Koordinatenmeßwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Hauptsendekanal (7) auf dem unbeweglichen Träger (35) des Koordinatenmeßwerkes einen Laser (b) enthält, an dessen optischer Achse die Einheit zur periodischen zeitlichen Beleuchtungsstärkemodulation, der optische Wandler (10) und die Einheit (14) zur periodischen räumlichen Beleuchtungsstärkemodulation eingebaut sind, wobei die letztere Einheit (14) als Strahlenteiler (23) und zwei auf dem beweglichen Element (34) senkrecht zur optischen Achse des Lasers (β) angeordnete periodische Raster (36 und 37) mit unterschiedlichen Rasterperioden ausgeführt ist, die in der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements orientiert sind, während der optische Hauptempfangska-

nal (15) auf dem unbeweg liehen ¹Ir ag ex (35) äes Koordinatenmeßwerkes Licht empfang er (16' und 16") - je einen Lichtempfänger hinter jedem periodischen Raster (36 und 37) - aufweist, die an den mit der Recheneinheit (22) zur Koordinatenberechnung verbundenen Meßblock (20) angeschlossen sind, wobei der Meßblock (20) als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von O ... 2% rad ausgeführt ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Perioden eines Hasters im Bereich der Messung der Lage des beweglichen Elements um Eins größer als die Periodenzahl des anderen Rasters im gleichen Bereich ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17 > dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des hinter dem Raster mit kleinerer Periodenzahl liegenden Lichtempfängers an den Meßeingang des Phasenmessers angeschlossen ist, und der Ausgang des hinter dem Raster mit größerer Periodenzahl eingebauten Lichtempfängers mit dem Referenzsignaleingang des thasenmessers verbunden ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche optische Sendekanal (11') einen periodischen Raster (40) enthält, der auf dem beweglichen Element (34) des Koordinatenmeßwerkes senkrecht zur optischen Achse des Lasers (8) des Hauptkanals (7) angeordnet ist und in der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements (34) orientiert ist, wobei die Zahl von Perioden dieses Rasters (40) im Meßbereich um eine ganze Einerzahl größer als die Periodenzahl eines der Raster (36 oder 37) des Haupt kanals (7) ist, während der zusätzliche Empfangskanal (18·) einen auf dem unbeweglichen Träger (35) cles Koordinatenmeßwerkes hinter dem Haster

(40) befestigten Lichtempfänger (19') und einen als Phasenmesser mit einem Phasenmeßbereich von 0 ... 2-3! rad ausgeführten und mit der Recheneinheit (22) zur

ft * Μ Φ A Λ

9 -

Koordinatenberechnung verbundenen Meßblock (20) umfaßt, wobei der Ausgang des Lichtempfängers (19*) an den Referenzsignaleingang des Phasenmessers angeschlossen ist, und am Meßeingang des Phasenmessers der Ausgang des hinter dem Easter mit größerer Periodenzahl einge-. bauten Lichtempfängers (16") des Hauptempfangskanals liegt.

20. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Meßbereich die Periodenzahl des Basters jedes nächstfolgenden zusätzlichen Sendekanals um eine ganze Einerzahl größer als die Periodenzahl des Rasters des davor liegenden zusätzlichen optischen Sendekanals ist.

21. Einrichtung nach Ansprüchen 19, 20, d a -

durch gekennzeichnet, daß bei Hinzufügung ^edes nächstfolgenden zusätzlichen Empfangskanals der Ausgang des Lichtempfängers dieses Kanals ebenfalls an den Referenzsignaleingang des Phasenmessers im davor liegenden zusätzlichen Empfangskanal angeschlossen wird.

22. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Ausführung der Einheit (13) zur periodischen zeitlichen Beleuchtungsstärkemodulation in der Art eines.an der optischen Achse des Lasers (ö) angeordneten 'optischen Frequenzmodulators (27) zur Verschiebung der Laserstrahlungsfrequenz.