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Multi-Beam-Interferometer für Längen bis 80 m

 Längenmesstechnik für Labor und Industrie

15.12.2021 - Laserinterferometer erfassen Längen­änderungen mit einer Genauigkeit von bis zu 0,1 ppm und verbinden durch die Eigenschaft, große Bereiche mit hohen Auf­lösungen zu messen, die Makro- mit der Nanowelt. In der Wissenschaft wie auch in zahlreichen Industriefeldern sind die hochpräzisen Messsysteme heutzutage nicht mehr wegzudenken. So vielfältig die Einsatzbereiche jedoch sind, so unterschiedlich gestalten sich deren Anforderungen – etwa in Bezug auf die Nutzerfreundlichkeit, die Messunsicherheit oder die Anwendung im industriellen Umfeld. Die Multi-Beam-Interferometer eines deutschen Herstellers erfassen synchron mehrere Freiheitsgrade einer Bewegung und lassen sich mit einer integrierten ­optischen Ausrichtefunktion sehr einfach und präzise justieren.

"Während wissenschaftliche Labore und nationale Messinstitute allerhöchste Genauigkeit erwarten, wird bei den zahlreichen Anwendungen in der High-Tech-Indus­trie großer Wert darauf gelegt, dass die Messsysteme einerseits flexibel einsetzbar sind und andererseits industriellen Einsatzbedingungen standhalten“, so Dr. Denis Dontsov, Geschäftsführer von Sios Meßtechnik. Die Interferometer von Sios eignen sich unter anderem dafür, dynamische Vorgänge, etwa im Rahmen der Kalibrierung von Koordinatenmessgeräten, mit einer Genauigkeit von 0,1 ppm und einer Auflösung zwischen 5 und 20 pm über eine Länge von – je nach Modell – bis zu 80 m sehr schnell und simultan zu erfassen. Durch die synchrone Messwerterfassung kommt es auch bei einer Objektgeschwindigkeit von 3 m/s zu keiner Verfälschung der Ergebnisse.

Darüber hinaus integriert der Hersteller optische Justierhilfen in seine Messsysteme, sodass sich die korrekte Ausrichtung der Messanordnung über eine grafische Software-Oberfläche unkompliziert und zügig vornehmen lässt. Das verringert das Risiko justagebedingter Messfehler und vereinfacht es, auch sehr kurze Bewegungen fehlerfrei zu erfassen.

Damit diese Messungen nicht durch Wärmeeintrag unvorteilhaft beeinflusst werden, befindet sich die Lichtquelle grundsätzlich außerhalb des Sensors in unkritischer Entfernung. 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 alle Sensoren und Kabel darüber hinaus komplett eingekapselt. So können den robusten Interferometern der neuen Generation auch raue Einsatz­umgebungen nichts anhaben.

Das passende Multi-Beam-Interferometer für jeden Einsatzzweck

Die Ein- und Mehrstrahl-Interferometer von Sios adressieren zahlreiche Anwendungsszenarien – von Kalibrieraufgaben und simultanen Weg-Winkel­messungen über hochstabile Differenzmessungen und Schwingungsanalysen bis hin zu mehr­achsigen Systemkombinationen, bei denen dreidimensionale Vorgänge erfasst werden. Das Grundkonzept aller Ausführungen verkörpert dabei das kompakte Einstrahl-Kalibrierinterferometer der SP-NG-Produktfamilie, dessen Sensor­kopf samt Justiergelenk 133 x 91 x 54 mm umfasst – beziehungsweise 227 x 91 x 67 mm für Messungen großer Längen. Denn dabei handelt es sich um ein Präzisionslängenmesssystem, bei dem der einzelne Messstrahl vom Reflektor auf demselben Wege zurückgeworfen wird. Mit diesem bewährten Prinzip ergibt sich ein definierter Antastpunkt am Messobjekt, sodass Ausrichtungsfehler sowie der typische Abbe-Fehler kompensiert werden.

Die optischen Eigenschaften der Reflektoren ermöglichen es, derartige Ausrichtfehler zu erkennen und zu korrigieren. Da sie um bis zu ±12,5° verkippen dürfen, ohne den Messstrahl zu verlieren, ist stets eine schnelle und einfache Justage der Messaufbauten möglich. Bei großen Messbereichen oder umfangreichen Kalibrieraufgaben kann außerdem statt der verkabelten Standardtemperatursensoren auf drahtlose Funksensoren oder auf die modulare Klimamessstation des Herstellers zurückgegriffen werden, um alle Umweltgrößen unkompliziert und effektiv zu erfassen.

Dreistrahlige Interferometer für simultane Weg- und Winkelmessungen

„Ausgehend von diesem Grundkonzept vereinen beispielsweise die Dreistrahl-Modelle der SP-TR-Reihe drei Laser­interferometer in einem“, erläutert Dontsov. „Auf diese Weise werden hochpräzise simultane Weg- und Winkelmessungen zum Kinderspiel.“ Denn diese hinsichtlich der Abmessungen des Sensorkopfs lediglich wenige Zentimeter größeren Geräte nutzen für die drei Messkanäle nur einen He-Ne-Laser mit einer Langzeit-Laserfrequenzstabilität von ­2·10-8, ­sodass auf einer Länge von bis zu 5 m synchron drei Werte mit Nanometergenauigkeit erfasst werden können.

Ist zusätzlich zur linearen Position eine simultane Bestimmung des Nick- und Gierwinkels sowie der horizontalen und vertikalen Geradheit einer Bewegung erforderlich, so kann auf ein Kalibrier-Interferometer zurückgegriffen werden: die SP-C5-Serie. Bei diesem Vierstrahl-Interferometer ist der Geradheitsspiegel direkt am Sensorkopf angebracht, sodass auch hier mit Sensor und Reflektor nur zwei Komponenten zueinander ausgerichtet werden müssen. Damit ist das Gerät perfekt auf die speziellen Ansprüche von Maschinen- und Geräteherstellern abgestimmt, die ihre Kalibrierungen andernfalls mithilfe von mehreren linearen Positionierachsen vornehmen müssten. Die Genauigkeit des Gesamtsystems würde dabei durch das Zusammentreffen der rotatorischen und translatorischen Abweichungen beeinträchtigt. „Um den Ansprüchen der verschiedenen industriellen Einsatzzwecke zu genügen, sind unsere Interferometer neben der Standard-Ausführung jeweils als Vakuum-Version und in Sonderausführung für OEM-Anwendungen erhältlich“, fügt Dontsov hinzu.

Mehrdimensionale Messungen

Mehrere – gleiche oder unterschiedliche – Single- und Multi-Beam-Interferometer aus dem Hause Sios lassen sich zudem bei Bedarf miteinander kombinieren, wobei sie mit nur einer Versorgungs- und Auswerte­einheit betrieben werden können. So können Messwerte synchron auf mehreren Achsen gleichzeitig erfasst werden.

Der Thüringer Interferometrie-Spezialist bietet einerseits eine umfangreiche Produktpalette für eine große Bandbreite an Standardanwendungen an. Andererseits decken diese nur rund 60 Prozent des Sortiments ab. „Knapp die Hälfte unseres Produktspektrums besteht aus Geräten, die für spezifische Anwendungen unserer Kunden angepasst oder sogar neu entwickelt wurden“, erläutert Dontsov abschließend.

Autorin
Sandra Walz, Fachredakteurin bei ABOPR Pressedienst

Kontakt

SIOS Meßtechnik GmbH

Am Vogelherd 46
98693 Ilmenau

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