DE4100773A1 - Interferometrische laengenmesseinrichtung - Google Patents
Interferometrische laengenmesseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Längenmeßeinrichtung
zur frequenz- und umweltvarianten Messung von Weglängen
mit einem Laser als Lichtquelle. Die Einrichtung ist für
alle Einsatzgebiete der interferometrischen Längenmeßtechnik nutzbar,
welche einen mechanisch gebundenen Meßbereich besitzen.
In der interferometrischen Längen- oder Wegmeßtechnik gibt es
bereits Meßeinrichtungen, bei denen der Einfluß der Umweltbedingungen
auf die Meßgenauigkeit weitestgehend berücksichtigt bzw.
beseitigt ist. Dazu wird die Frequenz eines als Lichtquelle benutzten
Lasers hinreichend gut stabilisiert. Durch Führung der
Strahlengänge der interferometrischen Meßeinrichtung im Vakuum
(DD-PS 2 21 008; DE-OS 24 60 406; DE-OS 21 13 477) werden Änderungen des
Berechnungsindexes infolge veränderter Umweltbedingungen weitestgehend
vermieden. Nachteilig ist jedoch, daß Frequenzänderungen
der Lichtquelle nicht kompensiert werden.
Weiterhin ist es bekannt, mittels sogenannter Klimastationen die
Parameter der Umweltbedingungen gesondert zu messen und
rechnerisch bei der Ermittlung der Meßergebnisse zu erfassen.
Voraussetzung für eine hohe Meßgeschwindigkeit ist auch hier eine
konstante Frequenz des Lichtquellenlichtes.
Aus der DD-PS 1 20 082 ist ein interferometrisches Längenmeßsystem
mit einer Einrichtung zur Korrektur der Meßergebnisse in Abhängigkeit
von den herrschenden Umweltbedingungen bekannt, welches eine
Laserlichtquelle, ein erstes Interferometer mit Referenzspiegel
und einen, mit einem auf einem Schlitten eines Meßgerätes verschiebbaren
Meßobjekt verbundenen Meßspiegel umfaßt.
Es ist ferner eine Korrektureinrichtung vorgesehen, welche ein
zweites Interferometer umfaßt, daß aus einem Strahlenteilerelement
und aus einer Vergleichsstrecke besteht, die vorzugsweise in der
Nähe der Meßstrecke angeordnet ist und mit einem, die Meßwerte auf
den Abstand der Meßmarken beziehenden Rechner verbunden ist.
Zwischen der Laserlichtquelle und dem ersten Interferometer ist
ein dem zweiten Interferometer Licht zuführender Strahlenleiter
angeordnet.
Ein Nachteil ist darin zu sehen, daß Meßstrecke und Vergleichsstrecke
räumlich getrennt verlaufen und somit unterschiedliche
Umweltbedingungen in beiden Strecken herrschen können. Da diese
Vergleichsstrecke eine weitere vollständige Meßeinrichtung verkörpert,
ist der technische Aufwand vergleichsweise groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interferometrische
Längenmeßeinrichtung zu schaffen, bei welcher der Einfluß der
Änderungen der Frequenz des Lichtes der Laserlichtquelle und der
Umweltbedingungen sowie Materialtemperaturänderungen auf die Meßergebnisse
kompensiert und dadurch bei geringem technischen Aufwand
die Meßgenauigkeit erhöht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß der in den Patentansprüchen
dargelegten kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Die Erfindung gestattet den Aufbau von interferentiellen Längenmeßgeräten
mit höchster Genauigkeit mit metrologischen Anschluß an
das Längenbezugsnormal. Der Einfluß von Änderungen der Frequenz
der Laserlichtquelle und der in der Meßstrecke herrschenden Umweltbedingungen
auf die Meßergebnisse wird in weitestgehender
Weise ausgeschaltet. Die räumliche Trennung von Meßstrecke und
Vergleichsstrecke ist aufgehoben. Der technische Aufwand zur
Realisierung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist vergleichsweise
gering. Eine hohe Meßgenauigkeit wird erzielt.
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Längenmeßeinrichtung mit zusammengesetztem Meßreflektor und
Fig. 2 eine Längenmeßeinrichtung mit einfachem Reflektor.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte interferometrische Längenmeßeinrichtung
umfaßt eine Laserlichtquelle 1 und zwei an sich
bekannte, auf dem Meßgerät fest angeordnete vorzugsweise
symmetrische Interferometer 2 und 3, welche je einen Referenzreflektor
4 bzw. 5 und einen gemeinsamen Meßreflektor 6 umfassen.
Über ein der Laserlichtquelle 1 nachgeordnetes strahlenteilendes
Element 8 und über Umlenkelemente 9; 10 und 11 werden die Interferometer
2 und 3 mit Laserlicht versorgt. Es ist weiterhin ein
ortsfest auf dem Meßgerät angeordnetes Längenbezugsnormal 12 vorgesehen,
an welchem in einem konstanten Abstand die Referenz
reflektoren 4 und 5 sowie Anschläge 13 und 14 starr befestigt
sind, wobei vorzugsweise der Abstand dieser Anschläge 13 und 14
mit dem Abstand der Referenzreflektoren 4 und 5 übereinstimmt.
Zwischen diesen Anschlägen 13 und 14 ist ein den Meßreflektor 6
tragender Meßschlitten 15 verschiebbar auf dem Meßgerät gelagert.
Diese Anschläge 13; 14 definieren exakt die Positionen des Meßschlittens
15 und damit auch die Positionen des Meßreflektors 6,
an denen die mit den Fotoempfängern der Interferometer 2 und 3
verbundenen Inkrementezähler 16 und 17, die mit einer Auswerteeinrichtung
18 verbunden sind, "Null" gesetzt werden. In der Auswerteeinrichtung
18 erfolgt die Meßwertberechnung und die Anzeige
bzw. Ausgabe der Meßergebnisse in bekannter Weise.
Die in Fig. 2 dargestellte Längenmeßeinrichtung besitzt ein der
Laserlichtquelle 1 nachgeordnetes, als Dreistrahlinterferometer
mit zwei Referenzstrahlengängen und einem gemeinsamen Meßstrahlengang
ausgebildetes Interferometer 19 und ein mit optischen Meßmarken
20 und 21 anstelle der Anschläge 13; 14 nach Fig. 1 versehenes
Längenbezugsnormal 22, an welchem Referenzreflektoren 23 und 24
fest angeordnet sind, deren Abstand vorzugsweise dem Abstand der
Meßmarken 20 und 21 entspricht. Ein zwischen den Meßmarken 20 und
21 verschiebbarer Meßschlitten 25 besitzt eine Meßmarke 26 und
einen Meßfaktor 27 für den Meßstrahlengang 28. Das Interferometer
19 ist, wie die Interferometer 2 und 3 (Fig. 1), über die Inkrementezähler 16 und 17 mit der Auswerteeinrichtung 18 verbunden.
Die in beiden Ausführungsbeispielen vorhandenen, mit den Meßschlitten
15 bzw. 25 in Meßrichtung verschiebbaren Meßreflektoren
6 bzw. 27 besitzen also zwei ausgewählte Positionen vorzugsweise
an den Enden des Meßbereiches, für die bei symmetrischem Aufbau
der Interferometer 2, 3 und 19 die jeweiligen Meßstrahllängen mit
den Referenzstrahllängen übereinstimmen. Diese Positionen der
Meßreflektoren 6 bzw. 27 werden mit einer der Meßgenauigkeit
entsprechenden hohen Reproduzierbarkeit eingestellt, wobei der
Abstand der beiden Positionen der Länge des Längenbezugsnormals 12
und 22 entspricht. Dieser Abstand muß einmalig unter Normalbedingungen
exakt bestimmt werden. Diese Meßreflektoren 6 bzw. 27
müssen nacheinander in diese ausgewählten Positionen bewegt werden,
und die jeweils zugeordneten Inkrementezähler 16; 17 sind
dann "Null" zu setzen, womit die Meßbereitschaft der interferometrischen
Längenmeßeinrichtung und ihr metrologischer Anschluß
hergestellt sind.
Dieses interferometrische Längenmeßsystem arbeitet unabhängig von
der Lichtfrequenz der Laserlichtquelle 1 und ermöglicht metrologisch
hochgenaue Längenmessungen unter variablen Umgebungsbedingungen.
Es ist sowohl für hochgenaue Längenmessungen mit einer Lichtfrequenz
als auch für Interferometer mit zwei Lichtfrequenzen, die
nach dem Heterodynprinzip arbeiten, geeignet.
Claims (3)
1. Interferometrische Längenmeßeinrichtungen mit einer Einrichtung
zur Korrektur der Meßergebnisse in Abhängigkeit von den in
einer Meßstrecke herrschenden Umweltbedingungen und unabhängig
von der Wellenlänge, umfassend eine Laserlichtquelle und ein
erstes und zweites Interferometer oder ein Dreistrahlinterferometer
mit Referenz- und Meßreflektoren, wobei diese Interferometer
über ein, der Laserlichtquelle nachgeordnetes,
strahlteilendes Element mit Licht versorgt und über getrennte
Inkrementezähler mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Referenzreflektoren (4; 5 bzw. 23; 24) der Interferometer
(2; 3 bzw. 19) in einem definierten Abstand voneinander an
einem ortsfest auf einem Meßgerät befestigten Längenbezugsnormal
(12 bzw. 22) angeordnet sind und jedem dieser Referenzreflektoren
(4; 5 bzw. 23; 24) eine am Längenbezugsnormal (12)
fest vorgesehene Meßmarke (20; 21) oder ein Anschlag (13; 14)
zugeordnet ist, und daß ein Meßreflektor (6 bzw. 27) auf einem mindestens
zwischen den beiden Anschlägen (13; 14) oder Meßmarken (20; 21)
verschiebbaren Meßschlitten (15 bzw. 25) angeordnet ist.
2. Interferometrische Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in zwei entgegengesetzte Richtungen reflektierender,
aus zwei Reflektoren zusammengesetzter Meßreflektor 6 auf dem
in Meßrichtung verschiebbaren Meßschlitten (15) angeordnet ist.
3. Interferometrische Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem als Dreistrahlinterferometer ausgebildeten Interferometer
(19) zwei auf dem Längenbezugsnormal (22) fest angeordnete
Referenzreflektoren (23; 24) und ein auf dem zwischen den
Meßmarken (20; 21) verschiebbaren Meßschlitten (25) angeordneter
Meßreflektor (27) zugeordnet sind.
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Publications (2)
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