DE3428474A1

DE3428474A1 - Messeinrichtung

Info

Publication number: DE3428474A1
Application number: DE19843428474
Authority: DE
Inventors: Johann 8235 Piding Aschauer
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1984-08-02
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1986-02-06

Description

Meßeinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE-OS 30 44 183 ist ein Verfahren zur optischen Messung von Längen und Längenänderungen bekannt, bei dem der Gangunterschied der beiden Interferometerarme eines Geberinterferometers direkt mit einem bestimmten Meßwert, beispielsweise einer Länge, verknüpft ist. Diese Länge und Änderungen dieser Länge werden von einem Empfängerinterferometer ermittelt.
Aus der DE-PS 27 51 757 ist ein lichtelektrischer Wandler mit einer eine Lichtstrahlung aus sendenden Lichtquelle und mit einem senkrecht zur Lichtstrahlenrichtung und gegenüber einem Differentialphotoempfänger beweglichen, eine bestimmte Lage (hier mit Nullage bezeichnet) festlegenden Element bekannt, mit dem die auf den Differentialphotoempfänger gerichtete Lichtstrahlung beeinflußbar ist. Eine Auswerteschaltung zum Erfassen der Nullage des beweglichen Elements bei einer derartigen lichtelektrischen Einrichtung ist der DE-AS 12 73 210 zu entnehmen, bei der die beiden Photoempfänger zusammen mit zwei gleichen Widerständen eine mit einer Gleichspannung beaufschlagte Brückenschaltung bilden, in derem Diagonalzweig ein Nullagedetektor liegt.
Aus der DE-OS 33 ol 256 ist ein mechanisch-elektrischer Wandler bekannt, dessen mechanische Eingangsgröße in ein elektrisches Analogsignal umgewandelt wird. Zur Indikation einer Nullage der mechanischen Eingangsgröße wird das Analogsignal des Wandlers in einer Auswerteschaltung einmal dem ersten Eingang einer Triggerstufe und zum anderen dem Eingang einer Referenzstufe zugeführt, dessen Referenzsignal vom Analogsignal abhängig ist und den zweiten Eingang der Triggerstufe beaufschlagt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Meßeinrichtung der genannten Gattung die Genauigkeit der Indikation dieser bestimmten Lage zwischen den Objekten zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die vorgeschlagene Meßeinrichtung bei einfachem Aufbau eine hohe Meßgenauigkeit aufweist. In einer Ausgestaltung wird eine räumliche Trennung zwischen der Meßeinrichtung und der Auswerteeinrichtung durch eine störungsfreie Signalübertragung ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 eine Meßeinrichtung mit einer Auswerteeinrichtung und Figur 2 ein Interferogramm.
Gemäß der Figur 1 besteht die Meßeinrichtung aus einem Zweistrahl-Interferometer (20) in Form eines Michelson-Interferometers. Der inkohärente Primärlichtstrom 1 einer Lichtquelle 2 gelangt über eine Sammellinse 3, eine erste Lichtleitfaser 4 und ein erstes Linsensystem 5 auf einen Strahlenteiler 6 in Form einer halbdurchlässig verspiegelten, planparallelen Glasplatte; der Strahlenteiler 6 ist unter einem Winkel von 45° zum Primärlichtstrom 1 geneigt und zerlegt den Primärlichtstrom 1 in einen ersten Teillichtstrom 7 und in einen zweiten Teillichtstrom 8.
Der am Strahlenteiler 6 reflektierte erste Teillichtstrom 7 wird nach Durchsetzen einer Kompensationsplatte 9 von einem ebenen ersten Spiegel lo und der den Strahlenteiler 6 durchsetzende zweite Teillichtstrom 8 an einem ebenen zweiten Spiegel 11 als Referenzspiegel reflektiert; die beiden reflektierten Teillichtströme 7, 8 vereinigen sich wieder am Strahlenteiler 6- und interferieren dabei.
Der Vereinigungslichtstrom 12 durchsetzt wieder den Strahlenteiler 6 und gelangt über ein zweites Linsensystem 13 und eine zweite Lichtleitfaser 14 auf einen Detektor 15 in Form eines Photoelements, der an einen Trigger 16 angeschlossen ist. Der Detektor 15, der Trigger 16 sowie die Lichtquelle 2 mitsamt der Sammellinse 3 sind in einer Auswerteeinrichtung 17 angeordnet. Die erste und die zweite Lichtleitfaser 4,14 erlauben eine störungsfreie optische Signalübertragung und damit eine räumliche Trennung zwischen der Auswerteeinrichtung 17 und dem Zweistrahl-Interferometer 20 als eigentlicher Meßeinrichtung.
Mit dem ersten Spiegel 1o sind ein erstes zu messendes Objekt 18 und mit dem zweiten Spiegel 11 ein zweites zu messendes Objekt 19 verbunden, deren gegenseitige Nullage ermittelt werden soll. Das zweite Objekt 19 wird mitsamt dem zweiten Spiegel 11 in eine vorgegebene Position gebracht. Zur Ermittlung der Nullage des ersten Objekts 18 bezüglich des zweiten Objekts 19 wird das erste Objekt 18 mitsamt dem ersten Spiegel lo verschoben, bis die optische Weglänge des ersten Teillichtstroms 7 mit der optischen Weglänge des zweiten Teillichtstroms 8 übereinstimmt. In diesem Fall wird vom Detektor 15 das Maximum 21 des optischen Korrelationssignals 22 des in der Figur 2 dargestellten Interferogrammes registriert. Der dem Detektor 15 nachgeschaltete Trigger 16 wird vom Ausgangssignal des Detektors 15 angesteuert und liefert ein Signal 23 für die Indikation der Nullage zwischen den beiden relativ zueinander verschieblichen Objekten 18, 19.
Der vom Strahlenteiler 6 über die Kompensationsplatte 9 zum ersten Spiegel lo verlaufende erste Lichtweg 24 werden als erster Arm und der vom Strahlenteiler 6 zum zweiten Spiegel 11 verlaufende zweite Lichtweg 25 als zweiter Arm des Zweistrahl-Interferometers 20 bezeichnet. Die Kompensationsplatte 9 bewirkt, daß die optischen Weglängen der beiden Teillichtströme 7, 8 bei der Nullage der beiden Objekte 18, 19 gleich sind, besitzt daher die gleiche Stärke wie der Strahlenteiler 6 und ist unter dem Winkel von 450 zum ersten Teillichtstrom 7 angeordnet. Der Strahlenteiler 6 kann auch durch einen Teilerwürfel ersetzt werden.
Unter dem in der vorstehenden Beschreibung der Einfachheit halber verwendeten Ausdruck "Nullage" wird diejenige bestimmte Lage zwischen den beiden relativ zueinander verschieblichen Objekten 18, 19 verstanden, bei der zwischen den beiden Objekten 18, 19 keine Verschiebungsdifferenz besteht.
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Claims

Ansprüche 1. Meßeinrichtung zur reproduzierbaren Ermittlung einer bestimmten Lage zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Objekten, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Objekte (18, 19) jeweils mit einem Arm (24, 25) eines Zweistrahl-Interferometers (20) verbunden sind, dessen Korrelationssignal (22) zur Indikation der bestimmten Lage der beiden Objekte (18, 19) registrierbar ist.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweistrahl-Interferometer (20) durch ein Michelson-Interferometer gebildet ist.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweistrahl-Interferometer (20) von einer inkohärenten Lichtquelle (2) beaufschlagt ist.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korelationssignal (22) des Interferometers (20) einem Detektor (15) zuleitbar ist.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (15) durch ein Photoelement gebildet ist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (15) eine Triggerstufe (16) zur Indikation der bestimmten Lage der beiden Objekte (18, 19) nachgeschaltet ist.
7. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) über eine erste Lichtleitfaser (4) und der Detektor (15) über eine zweite Lichtleitfaser (14) mit dem Interferometer (20) verbunden sind.
8. Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) und der Detektor (15) mitsamt der Triggerstufe (16) in einer vom Interferometer (20) räumlich getrennten Auswerteeinrichtung (17) angeordnet sind.