DE1548288C - Einrichtung zum Messen der Verschiebung eines bewegten Gegenstandes mit einem Interferometer - Google Patents

Description

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die geeigneten Ausgangssignale zu den Eingängen für stationär gelagert. Ein tetraedisches Prisma wird auf die Addition und für die Subtraktion des Zählers 17 einem bewegbaren Körper montiert, dessen Ort begeführt werden. stimmt werden soll. Wenn der Körper bewegt wird,

Die Vielfachheit der Verwendungsmöglichkeiten dann werden Interferenzstreifen gebildet und gezählt,

und die Unabhängigkeit der Zählraten von der Licht- 5 Sie entstehen zwischen der Vorrichtung und dem

stärke und vom Kontrast machen aus der beschrie- Prisma und geben damit die Verschiebung des Körpers

benen Vorrichtung ein wertvolles Hilfsgerät für die mit äußerster Genauigkeit beliebig oft an.

Instrumenten- und Meßtechnik. Das automatische Zählen der Streifen wird mit einer

Das Interferometer gemäß der Erfindung mit seinen neuartigen, aus drei Fotomultipliern bestehenden Anoptischen Präzisionselementen erzeugt optische Strei- io Ordnung erreicht. Die Kombination aus optischen und fen, die durch eine innere Lichtquelle hervorgerufen elektronischen Elementen ermöglicht sehr genaue werden. Die Zahl der Streifen entspricht der zurück- Messungen, die unabhängig von Schwingungen oder gelegten Strecke. Die Wellenlänge der üblicherweise Überschwingungen des Meßtisches sind. Mit Hilfe verwendeten Hg-198-Quelle besitzt eine ausgesiebte eines Zählers wird ein eindeutiges Ausgangssignal Frequenz von 5461 Ä. 15 hergestellt, welches sichtbar wiedergegeben werden

Die Sicherheit der Messungen nach der Erfindung kann und in Inkrementen geeicht ist, die in der wird durch ein geeignetes Verfahren zur Befestigung Größenordnung von 0,00025 mm liegen. Der Zähler der optischen Elemente sichergestellt, nach dem eine kann zur automatischen Registrierung der Ergebnisse wiederholte Justierung nach längerem Gebrauch nicht auf einem Lochstreifen oder einem Magnetband vernotwendig ist. Die Streifen werden mit einer Vorrich- 20 wendet werden.

tung zur Phasenaufspaltung, die drei Fotomultiplier Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich

enthält, umkehrbar und genau abgezählt, und die sowohl zur Messung von Strecken als auch zur

Vorrichtung ist unabhängig von Schwankungen der Messung von Winkeln. Im Bedarfsfall können auch

Eingangsspannung, von äußeren Einflüssen und von lineare Verschiebungen oder Winkelverschiebungen

der Betriebszeit. 25 über größere Zeiträume hinweg mit großer Genauig-

Zum Betrieb wird die Vorrichtung normalerweise keit gemessen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Drehrichtung sich bei Bewegungsrichtungsumkehr

Patentanspruch: ebenfalls umkehrt. Je nach der Drehrichtung des

Drehfeldes zählt der Zähler vorwärts oder rückwärts.

Einrichtung zum Messen der Verschiebung eines Ein dazu geeigneter Dreiphasenzähler ist beispielsweise bewegten Gegenstandes, der mit dem einen Re- 5 in der USA.-Patentschrift 2 835 445 beschrieben,
flektor eines Michelson Interferometers verbunden Eine ähnliche Einrichtung ist aus der Fachzeitschrift ist, dessen variabler Längenmeßstrahl mit einem Maschinenmarkt, . Würzburg, 31. Jahrgang (1965), feststehenden Bezugsstrahl mit Hilfe eines op- Nr. 37, S. 27 bis 33, bekannt. Bei diesem fototischen Strahlenteilers ein Interferenzstreifensystem elektrischen Interferometer werden aus zwei um bildet, dessen Streifen als Maß für den Verschie- io 90° phasenverschobene elektrische Signale, die aus bungsweg des bewegten Gegenstandes ausgezählt zwei phasenversetzten Interferenzstrahlen abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sind, durch Rechteckverformung und Differentiation zwischen dem Strahlteiler (G) und dem bewegbaren vier Zählimpulse je Zählperiode erzeugt. Aus der Reflektor (C₂) des Interferometers eine Verzöge- Beziehung der Vorzeichen der Zählimpulse zu den der rungsplatte (E) angeordnet ist, welche drei um 15 rechteckverformten Signale wird über eine elektro-120° gegeneinander phasenverschobene Lichtbündel nische logische Schaltung eine Sortierung der Zählerzeugt, die zusammen mit der Bezugswelle von impulse nach Zählrichtung erreicht. . Mit dieser bedrei getrennten Fotomultiplier (F₁, F₂, F₃) abge- kannten Einrichtung ist es möglich, Wegstrecken bis tastet werden, deren elektrische Ausgangssignale zu einem Viertel eines Interferenzstreifens entsprechend (Pi, P₂, P₃) Addierwerken (10, 10a, 106) zugeleitet 20 ein Achtel der Wellenlänge des benutzten Lichts vorwerden zur Erzeugung von paarweise um 90° zeichenrichtig auszuzählen.

phasenverschobenen Signalen (AB, CD, EF), wobei Abgesehen davon, daß stets der Wunsch nach einer die Signalpaare gegeneinander um je 120° phasen- exakten Auszählung von noch kleineren Bruchteilen verschoben sind, und daß die Addierwerke mit eines Interferenzstreifens besteht, macht sich bei den Rechteckgeneratoren (11 bis Hd, 13) zur Erzeu- 25 bekannten Einrichtungen der von den Fotozellen gegung von den Signalpaaren entsprechenden Recht- lieferte Gleichspannungsanteil bei der weiteren Signaleckimpulsen (A_s B_s, Cs Ds, Es Fs) verbunden sind, verarbeitung störend bemerkbar, zumal sich der die in Impulswandlern (12 bis 12d, 14) in ent- Gleichspannungsanteil in den elektrischen Signalen in sprechende Impulse (A_p B_p, C_v D_v, E_v F₁,) um- Abhängigkeit von Eingangsspannungsschwankungen gewandelt werden, welche zusammen mit den 30 sowie von der Lichtstärke und dem Kontrast der zugehörigen Rechteckimpulsen (A$ bis F₈) in Interferenzbilder ändert. Von einer Aussiebung des Addierwerken (15, 15a, \Sb) entsprechend der Gleichspannungsanteils durch Kondensatoren wird Zählrate pro Streifen derart zu Signalen kombiniert im allgemeinen Abstand genommen, da hierdurch und über Amplitudendiskriminatoren (16, 16a, zusätzliche Rauschsignale erzeugt werden und Konden- 16b) den Eingängen eines Streifenzählers (17) für 35 satoren störanfällig sind.

die Addition und Subtraktion der Signale zu- Darüber hinaus arbeiten die bekannten Einrich-

geführt werden, daß die Stellung des bewegten tungen im allgemeinen mit aufwendigen und nicht

Gegenstandes (x) unter Angabe der Bewegungs- leicht herstellbaren reflektierenden Spiegelstufen, um

richtung mit einer Genauigkeit von einem Zwölftel die phasenversetzten Interferenzstrahlen zu erzeugen.

Streifenbreite ausgemessen werden kann. 4° Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der auch Verschiebungswege gemessen

werden können, die geringer als die Breite eines Interferenzstreifens sind, und die Präzisionsmessungen in 45 der Größenordnung von einem Zwölftel eines Streifens

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gestattet, wobei die Einrichtung unabhängig von

zum Messen der Verschiebung eines bewegten Gegen- Lichtstärke- oder Kontrastschwankungen arbeitet und

Standes, der mit dem einen Reflektor eines Michelson automatisch die Bewegungsrichtung des bewegten

Interferometers verbunden ist, dessen variabler Lan- Gegenstandes angeben soll.

genmeßstrahl mit einem feststehenden Bezugsstrahl 50 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gemit Hilfe eines optischen Strahlenteilers ein Inter- löst, daß zwischen dem Strahlteiler und dem bewegferenzstreifensystem bildet, dessen Streifen als Maß baren Reflektor des Interferometers eine Verzögefür den Verschiebungsweg des bewegten Gegenstandes rungsplatte angeordnet ist, welche drei um 120° ausgezählt werden. gegeneinander phasenverschobene Lichtbündel er-Derartige Einrichtungen sind beispielsweise aus den 55 zeugt, die zusammen mit der Bezugswelle von drei USA.-Patentschriften 2 604 004 und 3127 465 be- getrennten Fotomultiplier abgetastet werden, deren kannt. Dabei werden zum Auszählen der Streifen elektrische Ausgangssignale Addierwerken zugeleitet direkt gekoppelte Zähler verwendet, die vorwärts und werden zur Erzeugung von paarweise um 90° phasenrückwärts zählen können. Hierzu ist es zum Bestimmen verschobenen Signalen, wobei die Signalpaare gegender Zählrichtung bzw. der Verschieberichtung des 60 einander um je 120° phasenverschoben sind, und daß bewegten Gegenstandes bekannt, unter Verwendung die Addierwerke mit Rechteckgeneratoren zur Erzeueiner stufenförmig ausgebildeten Reflexionsoberfläche gung von den Signalpaaren entsprechenden Rechteckdes feststehenden Reflektors zwei um 90° versetzte impulsen verbunden sind, die in Impulswandlern in oder drei um 120° versetzte Bezugsstrahlen zu er- entsprechende Impulse umgewandelt werden, welche zeugen, die mit dem Meßstrahl interferieren und von 65 zusammen mit den zugehörigen Rechteckimpulsen in getrennten Fotozellen abgetastet werden, um ent- Addierwerken entsprechend der Zählrate pro Streifen sprechende phasenverschobene elektrische Signale zu derart zu Signalen kombiniert und über Amplitudenerzeugen. Auf diese Weise entsteht ein Drehfeld, dessen diskriminatoren den Eingängen eines Streifenzählers