Dreistrahl-Laserinterferometer

Ein Dreistrahl-Laserinterferometer ist ein Präzisionsmessgerät, das drei parallel geführte Laserstrahlen aus einem einzigen frequenzstabilisierten HeNe-Laser nutzt, um gleichzeitig Länge, Nickwinkel (Pitch) und Gierwinkel (Yaw) eines Messobjekts zu erfassen. Aus der Differenz der drei Längenwerte und dem kalibrierten Strahlabstand von 12 mm berechnet das System die Winkel mit Auflösungen von 0,01 Mikroradiant – ohne zusätzliche Optiken oder mehrfache Messläufe. Das SIOS SP 5000 TR ist in dieser Kategorie das am Markt etablierte Messsystem.

Ein Dreistrahl-Laserinterferometer misst Länge, Nickwinkel und Gierwinkel simultan in einem Messvorgang. Einstrahl-Systeme benötigen für Winkelmessung zusätzliche Optiken und zusätzliche Messläufe. Der praktische Vorteil: kein Umrüsten zwischen Längen- und Winkelmessung, geringere Messunsicherheit durch fehlende Umrüstschritte, und die Winkelmessung ist direkt mit der Länge gekoppelt – der Abbe-Fehler kann dadurch rechnerisch korrigiert werden. Zusätzlich ist das SP 5000 TR durch die integrierte Ausrichthilfe robust gegen Cosinus-Fehler.

Der Abbe-Fehler entsteht, wenn die Messachse der Positionsmessung einen Versatz zur Bewegungsachse des Messobjekts hat und durch unbekannte Winkelabweichungen die Positionsmessung verfälscht wird. Das Dreistrahl-Messprinzip erfasst den Winkel parallel zur Längenmessung. Aus den drei simultanen Längenwerten und dem kalibrierten Strahlabstand von 12 mm berechnet die Software den Winkelbeitrag. Auf Basis dieser Messwerte kann der Abbe-Fehler in der Auswertung der Messergebnisse rechnerisch kompensiert werden. Praxisrelevant für Wiederholgenauigkeit, Positioniergenauigkeit und Maschinenabnahme nach VDI/DGQ 3441 oder ISO 230.

Das SP 5000 TR erreicht eine Längenauflösung von 20 Pikometer (pm), eine lineare Messunsicherheit von 0,15 µm pro Meter und eine Winkelauflösung von 0,01 Mikroradiant. Die Messung ist SI-rückführbar über die Wellenlänge des frequenzstabilisierten HeNe-Lasers. Die konkrete Messunsicherheit hängt zusätzlich von Umgebungsbedingungen wie Änderungen der Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchte als auch von am Messplatz vorhandenen Vibrationen ab. Für eine Berechnung der Gesamt-Messunsicherheit empfehlen wir eine individuelle Klärung der Anforderungen mit unserem Anwendungsingenieur.

Mit der Retroreflektor-Einheit (Dreifach-Reflektor A039992 bzw. A041318) erreicht das SP 5000 TR einen Winkelbereich von ±12,5°. Bei der Messung mit Planspiegel beträgt der Messbereich ±430 Mikroradiant ( das entspricht ca. ±0,025°). Der große Bereich mit dem Retroreflektor deckt die meisten Messungen an Linearachsen und Mehr-Achs-Maschinen nach ISO 230 ab.

Ja, das SP 5000 TR erfasst Messwerte bei Verfahrgeschwindigkeiten bis 3 Meter je Sekunde ohne Signalverlust. Damit sind produktionsnahe Prüfungen an CNC-Werkzeugmaschinen, dynamische Winkelmessungen und Vermessung von Schwingungen ohne Abbremsung möglich. Für besonders schnelle dynamische Vorgänge empfehlen wir die Kombination mit der InfasVIBRO-Software zur Schwingungsbewertung.

Das Gerät basiert auf dem klassischen Michelson-Interferometer, erweitert auf drei parallele Strahlen. Ein frequenzstabilisierter HeNe-Laser dient als die Lichtquelle. Das Licht wird über eine Lichtwellenleiterkopplung zum Sensorkopf geführt und dort in drei parallele Messstrahlen mit 12 mm Strahlabstand aufgeteilt. Jeder Strahl bildet ein eigenes Interferometer und misst durch die Auswertung des Interferenzmusters die Änderung der Weglänge ausgehend von der Startposition des Reflektors. Aus der Differenz der Längenwerte zweier Messtrahlen und dem bekannten Strahlabstand berechnet die Software den jeweiligen Winkel (Nick- und Gierwinkel). Die Messung ist SI-rückführbar über die Laser-Wellenlänge.

Das SP 5000 TR misst im Grundgerät drei Freiheitsgrade simultan — Länge, Pitch und Yaw. Mit optionalen Rollwinkelsensoren (Artikel-Nr. A042869 mit Kabel bzw. A042868 mit Funk, basierend auf RAS 175 W) wird das System zu einem Laserinterferometer mit simultaner 4-DoF-Messung (Länge + Pitch + Yaw + Roll) erweitert. Die Sensoren bieten ±1° Messbereich bei 0,2 arcsec Auflösung und bestehen aus einem Mess- und einem Referenzsensor (2 × RAS 175 W).

Für das SP 5000 TR stehen fünf Infas-Softwaremodule plus eine SIOS API zur Verfügung: InfasWORKBENCH (Datenerfassung, Universalsoftware für alle SIOS Interferometer), InfasVIBRO (Schwingungsmessung mit FFT-Analyse, Datenfilterung, Spectrenmittelung, Scriptsteuerung), InfasAXIS (Kalibrierung von Linearachsen nach VDI/ISO-Norm inkl. Positions-, Nick-, Gierwinkel- und Geradheitserfassung), InfasALIGN (Visualisierung aller Freiheitsgrade für die Justage von Führungen), InfasMTCAL (volumetrische Kompensation für Linearachsen, KMGs/Koordinatenmessgeräte und Werkzeugmaschinen) sowie die SIOS API für Kundensoftware mit Programmierbeispielen für gängige Programmierumgebungen.

Ja, SIOS bietet das SP 5000 TR als Leihgerät für Demonstrationen, Pilotaufbauten oder Pre-Invest-Evaluierungen an. Ausführliche Informationen zu Kauf, Leihe, Pre-Sales-Beratung und Serviceoptionen finden Sie auf unserer Beratungsseite SP 5000 TR kaufen oder leihen.