Einen großen Längenmessbereich mit einer sehr hohen Auflösung verbinden Laserinterferometer der neuen Generation. Durch die Verwendung der Wellenlänge von Helium-Neon-Lasern als langzeitstabile Maßverkörperung sind die Messsysteme auf nationale Standards rückführbar und deshalb sehr gut für Kalibrierungen und Aufgaben in der Metrologie geeignet.
Die Basis für die Interferometer bildet das Einstrahl-Konzept von Sios (Halle 4, Stand 4412), das eine sehr hohe Linearität über den gesamten Messbereich mit einer einfachen Justage verbindet. Bei diesem wird für die interferometrische Längenmessung lediglich ein Messstrahl, der vom Messreflektor in sich selbst zurückreflektiert wird, verwendet. 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 Helium-Neon-Lasers als natürlicher hochstabiler Maßverkörperung verfügen diese Sensoren über Nanometergenauigkeit und eine sehr hohe 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.
Der große Vorteil einer Längenmessung mit einem Interferometer liegt 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 erreichbare Messgenauigkeit ist.
Bei kurzen Messstrecken können sehr oft vernachlässigte und messmittelunabhängige Ausrichtfehler die Messunsicherheit entscheidend bestimmen. Stimmt die Messrichtung mit der Bewegungsrichtung eines Objekts bei einer kurzen Führung nicht überein, können diese Fehler das Messergebnis dominieren. Das SP-NG 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.
Der Mess- und Kalibriervorgang mit dem SP-NG kann auch mit der Positioniersteuerung der Anlage synchronisiert werden. Umfangreiche Möglichkeiten zur galvanisch getrennten Triggerung des Systems wie Start/Stopp-Triggerung, Triggerung der Einzelmesswerte und 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.
Mit einer Objektiv-Option und einer speziellen Ausführung des SP-NG Sensorkopfes können Messungen bis 80 m durchgeführt werden.
Für dieses Long-Range Interferometer sind verschiedene optische Reflektoren einsetzbar. Für Standardmessungen über größere Längen wird ein spezieller Reflektor verwendet, bei dem kein Glasmedium zwischen den reflektieren Flächen eingeschlossen ist. Dieser Reflektor besteht aus drei hochgenauen Spiegeln, die in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Es erfolgt hiermit keine zusätzliche Verfälschung der Messwerte durch einen Übergang zwischen Luft und Reflektormedium für den Messstrahl. Die maximale Verkippung des Reflektors um die Reflektormitte kann bis zu ±22,5° betragen Der Einsatz solcher stark kippinvarianten Reflektoren vereinfacht die Justage und Einrichtung des Interferometers erheblich. Der zulässige Bewegungsbereich des Long-Range-Reflektors quer zum Messstrahl beträgt bis ±1,5 mm. Der Umwelterfassung wird bei größeren Längen eine hohe Bedeutung beigemessen. Deshalb können die Systeme optional mit mehreren drahtgebundenen oder auch drahtlosen Temperatursensoren ausgestattet werden, um die Temperaturverteilung in großen Räumen aufnehmen zu können.
Anwendungsgebiete der Long-Range Interferometer sind laserinterferometrische Messungen an Führungen, die Kalibrierung von Hochpräzisionsachsen an Mess- und Werkzeugmaschinen sowie Koordinatenmessgeräten bei Zwei- oder Mehrkoordinatenmessungen.
Das Konzept des SP-NG Messystems ermöglich einen Sensoraufbau mit einer langzeitstabilen Justage-Option des Messtrahls. Diese Lösung kommt zum Einsatz, wenn die Interferometer als eine OEM-Komponente in einem kundenspezifischen Aufbau einsetzt werden. Die Messsysteme in dieser Ausführung werden beim Einbau in einer Anordnung ausgerichtet und die Justage bleibt über lange Zeiträume temperatur- und stressresistent. Im OEM-Segment ist eine Ausführung aus dem an einen Messaufbau angepassten Werkstoffen möglich, um einen driftarmen Messaufbau zu erhalten. ■
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