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Laserinterferometer für hochpräzise simultane Längen- und Winkelmessungen

Dreistrahl-Interferometer SP 5000 TR

Von der Medizintechnik über die Halbleiter- bis hin zur Optikindustrie sowie für Mess- und Kalibrieraufgaben ist allerhöchste Genauigkeit gefragt.

Das Dreistrahl-Laserinterferometer SP 5000 TR ist ein Präzisionsmessgerät von SIOS zur schnellen, hochgenauen und simultanen Längen- und Winkelmessung. Dadurch ergeben sich eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten. Während wissenschaftliche Labore und nationale Messinstitute allerhöchste Genauigkeit erwarten, wird bei den zahlreichen Anwendungen in der Hightech-Industrie großer Wert darauf gelegt, dass die Messsysteme einerseits flexibel einsetzbar sind und andererseits industriellen Einsatzbedingungen standhalten.

Anwendung des Interferometers SP 5000 TR zur Längen- und Winkelmessung

Das Interferometer wird z. B. eingesetzt

als laserinterferometrisches Präzisionslängenmesssystem zum Einbau in ein- und mehrachsige Messtische

in Mikroskoptischen, Werkzeugmaschinen und Positioniereinrichtungen

als Messsystem zur Positionssteuerung von ein- und mehrachsigen Tischen

zum Kalibrieren von Werkzeugmaschinen und Koordinatenmessmaschinen

Funktionsweise des Dreistrahl-Laserinterferometers

Das Funktionsprinzip des interferenzoptischen Messsystems basiert – wie alle Laser Interferometer der SIOS  – auf der Anwendung des Michelsons-Interferometerprinzipes.

Das Dreistrahl-Laserinterferometer SP 5000 TR vereint drei Interferometer in einem Gerät. In allen drei Messkanälen wird gleiche hochstabile Langzeit-Laserfrequenzstabilität von 2·10-8 des He-Ne-Lasers genutzt. So können simultan drei Längenwerte mit Nanometergenauigkeit erfasst werden. Aus der Differenz von jeweils zwei Längenwerten und dem kalibrierten Strahlabstand lässt sich der entsprechende Winkel hochgenau bestimmen, dadurch wird die gleichzeitige Messung von Position, Nicken und Gieren möglich. Auf diese Weise werden hochpräzise simultane Weg- und Winkelmessungen möglich.

Das Laser-Interferometer verfügt über einen Wegmessbereich über 5 Meter und einen Winkelmessbereich von ± 12,5° mit einem Reflektor. Dabei beträgt die Winkelauflösung bis zu 0,002 Winkelsekunden unter stabilen Umweltbedingungen. Beim Standard-Dreistrahl-Interferometer beträgt der Strahlabstand der drei Laserstrahlen zueinander jeweils 12 mm. Durch die simultane und hochsynchrone Messwerterfassung kommt es selbst bei einer hohen Objektgeschwindigkeit von bis zu 3m/s zu keiner Verfälschung der Ergebnisse.

Optimale Ausrichtung des Laser Interferometer Systems

Zur Richtungsjustage der Messstrahlen dient standardmäßig ein Justiergelenk. Es ermöglicht auf einfache Weise die parallele Ausrichtung der Messstrahlen zur Führungs- bzw. Messrichtung.
Durch die im Interferometersensor integrierten optischen Justierhilfen kann die korrekte Ausrichtung des Messaufbaus einfach und schnell mit Hilfe der grafischen Softwareoberfläche des SIOS Signal Monitors durchgeführt werden (siehe Screenshot).
Auf diese Weise können justagebedingte Messfehler minimiert werden.

Kompensation von Umweltfaktoren

Damit die hochpräzisen Längen- und Winkelmessungen nicht durch Wärmeeintrag unvorteilhaft beeinflusst werden, wird der als Lichtquelle genutzte stabilisierte He-Ne-Laser außerhalb des Sensors in unkritischer Entfernung platziert. Da der Laserstrahl durch einen faseroptischen Lichtwellenleiter zum Sensorkopf gelangt, befinden sich in diesem lediglich optische Bauelemente, die dessen Funktionalität bestimmen, aber keine Wärme verursachen. Insbesondere mit Blick auf die Anwendung im industriellen Umfeld sind der Interferometer Sensor und die Kabel darüber hinaus komplett geschützt. So können den robusten Dreistrahl-Interferometern auch potenziell schmutzigere Einsatzumgebungen nichts anhaben.

Das Messergebnis wird durch schwankende Umgebungsfaktoren wie Lufttemperatur, Luftdruck oder Luftfeuchte stark beeinflusst. Mit Hilfe von kabelgebundenen oder drahtlosen Messsensoren und -fühlern werden die Umweltgrößen erfasst und das Messergebnis entsprechend korrigiert. Dadurch wird eine sehr hohe Messgenauigkeit erreicht.

Passende Messsoftware für das SP 5000 TR

Die Steuerung des Dreistrahl-Interferometers erfolgt über die Software InfasNTC, InfasMTCAL oder InfasAXIS, die auf einem externen PC installiert wird. Die Messsoftware ermöglicht es, die Komponenten des Laser-Interferometers über eine Bedienoberfläche zu steuern. Alternativ kann das Laser Interferometer System auch durch kundeneigene Software angesteuert werden.
Durch den modularen Aufbau der Auswerteelektronik können verschiedene Schnittstellen und Interfaces verwendet und unterschiedlichste Gerätekonfigurationen realisiert werden.

InfasNTC

Software zur Datenerfassung und Visualisierung

Universalsoftware für alle SIOS Interferometer

Basisfunktionen für die Messdatenerfassung

Synchronisations-Einstellungen

InfasMTCAL

Software zur Kalibrierung und volumetrischen Kompensation

Kalibrierung, Fehleranalyse und Verifikation

Anwendung bei Linearachsen, KMGs und Werkzeugmaschinen

InfasAXIS

Kalibriersoftware nach VDI / ISO Norm

zur Kalibrierung von Linearachsen

Erfassung von Position-, Nick- und Gierwinkel und Geradheit

Fazit

Aufgrund seiner kompakten Bauweise lässt sich das Interferometer leicht an unterschiedlichste Messaufgaben der Längen- und Winkelmessung anpassen und in bestehende Aufbauten integrieren. Mehrere – gleiche oder unterschiedliche – Einstrahl- und Mehrstrahl-Interferometer können bei Bedarf miteinander kombiniert werden. 
Mit einem kombinierten Messaufbau können alle sechs translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade gleichzeitig gemessen und für eine exakte Positionsregelung genutzt werden. Für den Betrieb mehrerer Interferometer wird nur eine Versorgungs- und Auswerteeinheit benötigt.

Um den Anforderungen unterschiedlicher industrieller Anwendungen gerecht zu werden, ist das Interferometer neben der Standardausführung auch als Vakuumversion und in Sonderausführung als OEM-Lösung erhältlich.

 

Weitere Informationen zum Interferometer System

Detaillierte Informationen zum Dreistrahl-Laserinterferometer SP 5000 TR wie allgemeine Produktinformationen, technisches Datenblatt, Fachartikel oder Maßskizze finden Sie auf der Produktdetailseite

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Unser SIOS Service

Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob das laserinterferometrische Messsystem für Ihre Anforderungen zur hochgenauen Längen- und Winkelmessung geeignet ist, lassen Sie sich beraten.

Gerne stellen wir Ihnen ein Leihgerät für erste Testmessungen zur Verfügung. Schließlich helfen wir Ihnen bei der Installation Ihres Geräts vor Ort und stehen Ihnen jederzeit mit Rat und Tat zur Seite.

Falko Seyfferth

Anwendungsingenieur

+49 (0) 3677 64 47-49

falko.seyfferth@sios.de

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