Laser-Interferometer für Längenmessungen

Das Grundsystem der Serie SP-NG basiert auf dem bewährten Konzept der kompakten Einstrahl-Laserinterferometer der SIOS Meßtechnik GmbH. Diese Interferometer zeichnen sich dadurch aus, dass für die interferometrische Längenmessung lediglich ein Messstrahl Verwendung findet, der vom Messreflektor in sich selbst zurückreflektiert wird. Dadurch ergibt sich ein definierter Antastpunkt am Messobjekt. Es ist deshalb möglich, die messtechnische Anordnung so zu gestalten, dass der Laserstrahl genau fluchtend zur Messachse liegt. Hierdurch kann der Abbé-Fehler, der als typische Fehlerquelle bei allen Längenmessungen problematisch ist, minimiert werden. Mit einem kleinen Reflektor, der bis zu ±12,5° verkippen darf, können Messaufbauten schnell und einfach justiert werden. Das Messprinzip des Interferometers ermöglicht auch den Einsatz eines einfachen Planspiegels als Reflektor, wenn eine große Verschiebung des Messobjektes quer zur Strahlrichtung, im Aufbau stattfindet. Mit der umweltkorrigierten Lichtwellenlänge eines stabilisierten He-Ne-Lasers als natürlicher hochstabiler Maßverkörperung verfügen diese Sensoren über Nanometergenauigkeit und eine hervorragende Linearität. Die Lichtquelle befindet sich außerhalb des Sensors in der Auswerteelektronik und die Lichtzuführung erfolgt generell über Lichtwellenleiter. Dadurch wird die Größe des Sensorkopfes nur durch optische Elemente bestimmt und ist sehr kompakt gestaltet.

Die herausragenden Möglichkeiten einer Längenmessung mit einem Interferometer liegen in der Verbindung zwischen der Messauflösung im Sub-Nanometerbereich und großen Messlängen von einigen Metern. Diese Verbindung ist möglich, weil die Messsysteme über mehrere messtechnisch relevante Optionen im Gerätekonzept verfügen.

Für Messungen über größere Längen dominieren bei der Längenmessung die Anforderungen an die genaue Erfassung der Umweltparameter in der Luft, die Wellenlängenstabilität und die Materialtemperatur. Deshalb werden die SP-NG Interferometer mit einer hochgenauen Umweltkompensation ausgestattet, die maßgeblich für die Messabweichung ist.

Bei kurzen Messstrecken können sehr oft vernachlässigte und messmittelunabhängige Ausrichtfehler die Messunsicherheit maßgeblich bestimmen. Stimmt die Messrichtung mit der Bewegungsrichtung eines Objektes bei einer kurzen Führung nicht überein, können diese Fehler das Messergebnis dominieren. Das SP-NG Interferometer verfügt in der Standardversion über eine integrierte Ausrichtoptik, die bei diesen Anwendungen unverzichtbar ist. Der reflektierte Messstrahl wird ausgewertet und eine Abweichung zwischen der Messrichtung und der Objektbewegung wird visualisiert. Die geometrische Ausrichtung des Systems kann fehlerfrei erfolgen.

Folgende Tabelle stellt Anforderungen an Längenmesssysteme und Optionen eines SP-NG Interferometers zusammen, die für eine genaue Längenmessung erforderlich sind. Die angegebenen Messaufgaben sind nur beispielhaft dargestellt und leiten sich von Erfahrungswerten ab.

Der Mess- und Kalibriervorgang mit dem SP-NG Interferometer kann auch mit der Positioniersteuerung der Anlage synchronisiert werden. Umfangreiche Möglichkeiten zur galvanisch getrennten Triggerung des Systems wie:

• Start/Stopp-Triggerung
• Triggerung der Einzelmesswerte
• Substitution der Abtastfrequenz

erlauben eine Steuerung der Messwertaufnahme. Dadurch können Messungen über größere Entfernungen „on-the-fly“ und dadurch zeitsparend erfolgen. Eine Übertragung der Messwerte erfolgt über eine schnelle USB-Schnittstelle zu einem Laptop oder Rechner.

Die neue Generation der Laserinterferometer, stellt ein wertvolles Werkzeug für alle Anwendungen dar, bei denen genaue Längenmessungen erforderlich sind. Die Systeme zeichnen sich durch hohe Präzision und Auflösung sowie große Störfestigkeit aus. Die Lichtwellenleiterkopplung zur Übertragung des Laserlichts verhindert Wärmequellen im Sensorkopf und ermöglicht dessen flexible Anordnung im Raum sowie schnelle und einfache Justage. Eine hohe Kippinvarianz und geringe Empfindlichkeit gegenüber einem Lateralversatz des Messreflektors machen diese Interferometer zu einem vielseitig einsetzbaren Werkzeug für die Inbetriebnahme, Justage und Kalibrierung von Präzisionsführungen, Koordinatenmessgeräten und Werkzeugmaschinen. Diese Messsysteme sind äußerst vielfältig einsetzbar und lassen sich problemlos an unterschiedlichste Messaufgaben anpassen.