[发明专利]用于干涉式间距测量的设备

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于干涉式间距测量的设备。

背景技术

除了检测在横向方向上两个可彼此移动的对象的位置变化之外，还存在其中只需要或必要时附加地还需要确定这些对象在与其垂直的、竖直测量方向上的间距的测量任务。如例如在DE10 2007 016 774 A1或在DE10 2010 003 157 A1中公开的干涉式（interferentielle）方法适合于沿着这种测量方向进行高度精确的间距测量。

由DE10 2007 016 774 A1公知的用于干涉式间距测量的设备包括布置在玻璃板上的辐射器-接收器单元，其按与对象的待确定间距被放置，其中在对象处布置反射镜。在玻璃板上布置将由光源所发射的射线束分裂为至少一个测量射线束和至少一个参考射线束的分裂光栅。测量射线束朝着对象处的反射镜方向传播并且经由该反射镜在辐射器-接收器单元的方向被反射回；参考射线束仅在玻璃板中传播并且在多次反射后到达辐射器-接收器单元中以便与测量射线束干涉地叠加。从这样获得的干涉信号中可以确定玻璃板与对象之间的间距或这些部件之间的间距变化。该设备的缺点是一方面在玻璃板与反射镜之间有倾斜的情况下导致有误差的间距信号。另一方面在对该设备证明有缺点的是，测量结果取决于所使用的光源的波长。波长可能由于环境条件的波动而变化并且这样在间距测量时引起误差。

由DE10 2010 003 157 A1公知的设备通过测量和参考射线束的合适射线引导解决了DE10 2007 016 774A1中的所述问题。在此情况下，至少在预先给定的额定间距下保证了间距测量与可能的波长波动的无关性以及保证了倾斜不灵敏性。

与此相对地再次优化的、用于干涉式间距测量的设备由Hideaki Tamiya的出版物“Non-contact displacement meter for pm resolution”（Precision Engineering Society of Japan; Spring Meeting March 2012）公知；在形成权利要求1的前序部分时以该设备为出发点。该设备包括测量反射器、光源、分束器立方体形式的分裂元件、会聚元件以及探测器装置。经由分裂元件将由光源发射的射线束分裂为至少一个测量射线束和至少一个参考射线束。测量射线束在其到达会聚元件以便与参考射线束干涉地叠加之前在进一步的射线进程中4次轰击测量反射器。经由探测器装置，从干涉性测量和参考射线束中针对测量反射器与设备的一个或多个其它部件之间沿着测量方向的间距产生至少一个间距信号。

所建议的该设备的缺点是，在测量反射器倾斜时在实际波长偏离假定的标称波长的情况下，在间距确定时产生测量误差。为此应参照图1，其示出来自所提到的出版物的设备的光路的简化子图示。从左上方，根据该图示测量射线束M在射中地点A1处以入射角α=45°入射到测量反射器MR上，然后到达光栅G，并且接着在射中地点A2处重新入射到测量反射器MR上。当在回射器处的未示出的背向反射之后，测量射线束M在相反的方向上第二次经历该路径，并且在其与未示出的参考射线束发生干涉性叠加之前轰击测量反射器MR总共4次。如此产生的干涉信号在测量反射器MR与其余部件沿着图1中说明的测量方向z的间距发生变化的情况下是待确定的间距信号。

在所经过的路径的进程中对测量射线束M的k向量的未详细示出的观察在测量反射器MR围绕所说明的y轴倾斜的情况下根据下式方程式（1）提供在测量射线束M中的所产生的相移：

(方程式1)

其中：

在测量反射器MR围绕y轴倾斜的情况下的相移；测量射线束与测量反射器的4次交互；α=45°

围绕y轴的旋转角

射中点A1，A2与倾斜轴之间在x方向上的距离

实际波长

标称波长。

如从方程式（1）可看出的，在这种倾斜以及实际波长与标称波长偏离的情况下在测量射线束M的侧产生相移。这种相移通过在的情况下在光栅G处的与波长有关的偏转以及与此相关联的、射中地点A2的偏移而出现。该相移在所产生的间距信号中引起间距变化，尽管就沿着测量方向z的待测量间距而言没什么变化。在参数和的情况下，利用方程式（1）在测量射线束M中将会产生相移=1.15，这在间距确定时引起显著的误差。

来自所提到的出版物的所建议的设备因此不是在所有条件下都与可能产生的波长变化无关；这些波长变化例如可能通过变化的环境条件产生并且在测量反射器倾斜的情况下引起涉及待确定间距的误测量。

发明内容