• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1989012799A1
    申请号:PCT/DE1989/000409
    申请日:1989-06-22
    公开日:1989-12-28
    发明作者:Heins-Erdam Bollhagen；Pawel Drabarek
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:G01D5-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur Weg- und Winkelmessung
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur optoelektronischen Weg- und Winkelmessung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der Firmenschrift "Hewlett-Packard-Journal", Nr. 3, April 1983, ist eine elektrooptische Präzisions-Entfernungs- und Winkelmeßvorrichtung bekannt, bei der die Weginformation über den Doppler-Effekt erhalten wird. Es ist ein Laser vorgesehen, der zwei optische Strahlungen mit unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Polarisationsrichtungen bereitstellt. Die überlagerten Strahlungen gelangen sowohl auf einen ersten Strahlungsempfänger als auch auf einen Strahlteiler, der eine der beiden Strahlungen ablenkt und die andere Strahlung passieren läßt. Die vom Strahlteiler abgelenkte Strahlung trifft auf zwei Umlenkspiegel und gelangt zum Strahlteiler zurück. Dabei durchläuft sie eine vorgegebene optische Strecke. Die vom Strahlteiler durchgelassene Strahlung mit der anderen Frequenz trifft ebenfalls auf zwei Umlenkspiegel und wird auf diejenige Stelle im Strahlteiler zurückgeworfen, auf die auch die abgelenkte zurückgeworfene Strahlung trifft. Die im Strahlteiler überlagerten zurückgeworfenen Strahlungen treffen auf einen zweiten optischen Strahlungsempfänger. Die beiden Umlenkspiegel im Strahlengang der vom Strahlteiler durchgelassenen Strahlung sind beweglich angeordnet. Bei einer Bewegung vergrößert oder verkleinert sich die von der durchgelassenen Strahlung durchlaufene optische Strecke. Die Bewegung führt zu einer Erhöhung oder Herabsetzung der Frequenz der reflektierten Strahlung (Doppler-Effekt).
    [0004] Der erste Strahlungsempfänger stellt ein Ausgangssignal bereit, dessen Frequenz proportional zur Frequenzdifferenz der beiden vom Laser erzeugten Strahlungen ist. Der zweite optische Strahlungsempfänger gibt ein Ausgangssignal ab, dessen Frequenz proportional ist zur Frequenzdifferenz der beiden vom Laser erzeugten Strahlungen vermindert oder erhöht um die Doppler-Frequenz. Die beiden Ausgangssignale gelangen zu einem Frequenzzähler, der die Differenz der beiden Signale ermittelt, wobei als Ergebnis die Doppler-Frequenz erhalten wird, die ein Maß für die Geschwindigkeit der beweglichen Umlenkspiegel ist. Aus der Geschwindigkeit wird der zurückgelegte Weg bzw. ein Winkel ermittelt.
    [0005] Vorteile der Erfindung
    [0006] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur optoelektronischen Wegund Winkelmessung ist vorgesehen, daß eine erste optische Strahlung und eine zweite optische Strahlung, die gegenüber der ersten Strahlung eine Phasenmodulation aufweist, mit vorgebbaren Einfallswinkeln auf das Objekt gerichtet werden, wobei wenigstens jeweils Teile der beiden Strahlungen denselben Auftreffort am Objekt aufweisen. Am Auftreffort der beiden Strahlungen findet eine Diffraktion und Interferenz statt, weil die Oberfläche des Objekts stets eine Rauhigkeit aufweist, die die Wirkung eines op- tischen Gitters hat.
    [0007] Die diffraktierten Strahlungsanteile interferieren und gelangen auf einen ersten Strahlungssensor. Eine Phasenänderung des Sensoraus gangssignals in bezug auf die Phase eines Referenzsignals wird als Maß für den zurückgelegten Weg- oder die Winkellage des Meßobjekts ausgewertet. Mit diesen Maßnahmen, in Verbindung mit einem konstanten Abstand zwischen Meßobjekt und Meßvorrichtung, wird der Einfluß von Umgebungsbedingungen wie Luftdruck, Feuchte und Temperatur auf das Meßergebnis reduziert. Weitere Vorteile sind die hohe Auflösung des Meßergebnisses sowie die Stabilität des trägheitslosen und berührungslosen Meßverfahrens.
    [0008] Eine weitere Reduzierung der Umgebungseinflüsse wird erreicht, wenn der Einfallswinkel der ersten, auf das Meßobjekt gerichteten optischen Strahlung gleich dem negativen Einfallswinkel der zweiten, ebenfalls auf das zu vermessende Objekt gerichteten optischen Strahlung festgelegt wird, und daß der erste optische Sensor in Lotrichtung zur Oberfläche des zu vermessenden Objekts ausgerichtet ist, wobei die Einfallswinkel der beiden Strahlungen auf gegenüberliegenden Seiten des Lots liegen. Mit dieser Maßnahme durchlaufen die beiden Strahlungen gleichlange optische Wege und Umgebungseinflüsse wirken sich in beiden Strahlengängen gleich aus.
    [0009] In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Referenzsignal aus den beiden Strahlungen abgeleitet, indem jeweils ein Teil der beiden, auf das zu vermessende Objekt gerichteten Strahlungen ausgekoppelt und auf einen weiteren Strahlungssensor gerichtet wird, dessen AusgangsSignal als Referenzsignal dient. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, daß die beiden ausgekoppelten Strahlungen auf eine Mattscheibe gerichtet werden und daß die durch diese Mattscheibe gebeugten Strahlungen auf den weiteren Sensor treffen. Dadurch wird zunächst eine Anpassung der Intensitäten der beiden, auf den weiteren Sensor auftreffenden Strahlungen an die Intensitäten der beiden, auf den ersten Sensor auftreffenden Strahlungen erreicht, so daß die weitere Signalverarbeitung vereinfacht wird. Durch eine Angleichung der optischen Wege im Referenzsignalzweig im Vergleich zum Meßsignalzweig ergibt sich eine weitere Erhöhung der Symmetrie des Aufbaus und somit eine weitere Reduzierung der Umgebungseinflüsse auf das Meßergebnis.
    [0010] In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die beiden ausgekoppelten Strahlungen auf die Oberfläche eines Referenzobjekts gerichtet werden und daß die am Auftreffort diffraktierten Strahlungen von wenigstens einem weiteren Strahlungssensor erfaßt werden, wobei die beiden, auf das zu vermessende Objekt gerichteten Strahlungen und die auf das Referenzobjekt gerichteten Strahlungen sowie die am zu vermessenden Objekt diffraktierten Strahlungen und die am Referenzobjekt diffraktierten Strahlungen jeweils bis zum Auftreffen auf die beiden Sensoren dieselben optischen Wege zurücklegen. Das zweite Ausführungsbeispiel weist den Vorteil eines vollständig symmetrischen Aufbaus des Meßsignal- und des Referenzsignalzweigs auf.
    [0011] In einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Laser vorgesehen, der eine Strahlung mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt. Die zweite, von der ersten Frequenz unterschiedlichen Frequenz wird von einem akustooptischen Modulator erzeugt, der an geeigneter Stelle in einem der Strahlengänge angeordnet ist.
    [0012] In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein in der Frequenz modulierbarer Laser vorgesehen. Um in dieser Ausgestaltung ein auswertbares Phasensignal zu erhalten, ist in einem der beiden Strahlengänge eine optische Wegverlängerung vorgesehen. Als modulierbarer Laser eignet sich besonders gut ein Halbleiterlaser.
    [0013] Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders leicht realisieren, wenn der Meßaufbau in integrierter Optik realisiert wird, wobei auch faseroptische Bauelemente verwendbar sind. Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.
    [0014] Zeichnung
    [0015] Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Anordnungen näher erläutert.
    [0016] Figur 1 zeigt ein zu vermessendes Objekt 10, das in der angegebenen Richtung 11 bewegbar ist. Auf die Oberfläche 12 des Objekts 10 werden eine erste und zweite optische Strahlung 13, 14 gerichtet, die mit einem auf der Oberfläche 12 errichteten Lot 15 einen Einfallswinkel α bzw. β bilden. Die beiden Einfallswinkel α und β liegen beispielsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Lots 15. Beispielsweise parallel zum Lot 15 liegt eine an der Oberfläche 12 des zu vermessenden Objekts 10 diffraktierte Strahlung 17, die auf einen ersten Strahlungssensor 18 trifft. Die Sichtachse des Sensors 18 ist in diesem speziellen Fall parallel zum Lot 15 ausgerichtet.
    [0017] Die beiden Strahlungen 13, 14 werden von einem Laser 19 abgeleitet, dessen Strahlung 20 von einem Strahlteiler 21 in eine erste und zweite Teilstrahlung 22, 23 aufgeteilt wird. Die erste Teilstrahlung 22 gelangt in einen von einem Generator 24 gesteuerten akustooptischen Modulator 25. Die den Modulator 25 verlassende Strahlung 26 weist eine Phasenmodulation gegenüber der zweiten Teilstrahlung 23 auf. Die Phasenmodulation beinhaltet auch den speziellen Fall einer gegen unendlich strebenden Phasenmodulations-Periodendauer, so daß die Strahlungen 23, 26 eine unterschiedliche Frequenz aufweisen. Die Strahlung 26 trifft nach einer Reflexion an einem Umlenkspiegel 27 auf einen Strahlteiler 28, von dem die erste Strahlung 13 und eine erste Referenzstrahlung 29 ausgehen. Die zweite Teilstrahlung 23 trifft nach der Reflexion an einem Umlenkspiegel 30 ebenfalls auf einen Strahlteiler 31 von dem die zweite Strahlung 14 und eine zweite Referenzstrahlung 32 ausgehen.
    [0018] Die erste Referenzstrahlung 29 trifft unter einem Winkel ɣ und die zweite Referenzstrahlung 32 unter einem Winkel δ auf eine Mattscheibe 33. Die Winkel ɣ und δ sind bezogen auf ein auf der Oberfläche 34 der Mattscheibe 33 errichtetes Lot 35. Die an der Mattscheibe 33 diffraktierte und durchgelassene Strahlung 36, die beispielsweise parallel zum Lot 35 ist, gelangt auf einen weiteren Strahlungssensor 37. Die Sichtachse des Sensors 37 ist in diesem speziellen Fall .parallel zum Lot 35 ausgerichtet.
    [0019] Die AusgangsSignale des ersten und des weiteren Strahlungssensors 18, 37 werden einem Phasenvergleicher 38 zugeführt, der ein Ausgangssignal an einen Zähler 39 abgibt.
    [0020] Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in Figur 1 gezeigten Anordnung näher erläutert. Die Oberfläche 12 des zu vermessenden Teils 10 weist stets eine gewisse Rauhigkeit auf, die für eine optische Strahlung als Gitter wirkt, sofern die Abmessung der mikroskopischen Oberflächenstruktur größer oder wenigstens gleich der Wellenlänge der Strahlung ist. Diese Voraussetzung ist für alle technisch herstellbaren Oberflächen erfüllt. Die unter einem Winkel auf die Oberfläche 12 treffende erste optische Strahlung mit einer vorgegebenen Frequenz wird an der Oberfläche 12 diffraktiert und gelangt auf den ersten Sensor 18. Da vorausgesetzt werden kann, daß die Oberfläche 12 Strukturanteile aufweist, deren Abmessungen größer als die der Wellenlänge der ersten Strahlung 13 sind, treten viele Beugungs- bzw. Diffraktionsordnungen auf. Die diffraktierte Strahlung 17 hat auf jeden Fall eine Ordnung ungleich Null. Eine Bewegung des Objekts 10 in der angegebenen Richtung 11 ändert die Phasenlage der diffraktierten Strahlung 17, die vom ersten Sensor 18 aufgenommen wird. Eine Verschiebung des Objekts 10 führt zu einer Phasen änderung. Eine Verschiebung um eine Wellenlänge führt bei vorgegebenen Winkeln α und β beispielsweise zu einer Phasenänderung von 360°. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist es, daß der Abstand zwischen der oberfläche 12 und dem ersten Sensor 18 konstant ist. Auswertbar sind die Geschwindigkeiten des Objekts 10 sowie der zurückgelegte Weg. Anstelle eines in der Figur 1 gezeigten ebenen Objekts 10 kann auch ein Objekt 10 mit einer gekrümmten Oberfläche 12 vermessen werden. Ein derartiges Objekt ist beispielsweise eine kreisförmige Scheibe, deren Winkellage und/oder Winkelgeschwindigkeit bestimmt werden kann.
    [0021] Die Phasenverschiebung der diffraktierten Strahlung 17 läßt sich ermitteln durch einen Vergleich mit einer Referenzphase. Von der Strahlung 26 wird mit dem Strahlteiler 28 deshalb neben der ersten Strahlung 13 eine erste Referenzstrahlung 29 abgeleitet. Die erste Referenzstrahlung 29 trifft unter einem Winkel ɣ auf die Mattscheibe 33, in der eine Diffraktion stattfindet. Die diffraktierte Strahlung 36, die nicht der nullten Ordnung entspricht, gelangt auf den weiteren Sensor 37. Der weitere Sensor 37 stellt an seinem Ausgang ein Referenzsignal zur Verfügung.
    [0022] Mit der soweit beschriebenen Anordnung ist ein Phasenvergleich deshalb noch nicht möglich, weil die Frequenz der optischen Strahlungen 13, 29 von den beiden Sensoren 18, 37 sowie von dem Phasenvergleicher 38 direkt verarbeitet werden müßte. Die diffraktierten Strahlung 17, 36 werden deshalb mit einer zweiten optischen Strahlung 14 bzw. mit einer zweiten ReferenzStrahlung 32 überlagert und interferieren. Diese beiden Strahlungen werden von der zweiten Teilstrahlung 23 abgeleitet, deren Frequenz sich von der der Strahlung 26 unterscheidet. Der Frequenzunterschied der beiden Strahlungen 26, 23 wird beispielsweise von einem akustooptischen Modulator 25 bewirkt, der von einem Generator 24 gesteuert ist. Der Generator 24 erzeugt eine ausreichend niedrige Frequenz, die von den Strahlungs sensoren 18, 37 und vom Phasenvergleicher 38 problemlos verarbeitet werden kann. Der akustooptische Modulator 25 kann auch im Strahlengang der zweiten Teilstrahlung 23 angeordnet sein.
    [0023] Die zweite optische Strahlung 14 wird unter einem Winkel β auf die Oberfläche 12 des zu vermessenden Objekts 10 gerichtet. Wenigstens Teile der ersten und der zweiten Strahlung 13, 14 weisen denselben Auftreffort auf der Oberfläche 12 auf, damit eine Interferenz der beiden Strahlungen stattfinden kann. Die diffraktierte Strahlung 17, die nicht der nullten Ordnung entspricht, wird demnach aus der Überlagerung der diffraktierten ersten und zweiten Strahlung 13, 14 gebildet.
    [0024] Die zweite Referenzstrahlung 32 trifft unter einem Winkel δ auf die Oberfläche 34 der Mattscheibe 33, in der sie diffraktiert wird. Die gebeugte Strahlung 36, die der weitere Sensor 37 empfängt, ist somit eine Überlagerung der diffraktierten Strahlungsanteile der ersten und zweiten Referenzstrahlung 29, 32.
    [0025] Die von den Sensoren 18, 37 abgegebenen Signale weisen eine Frequenz auf, die der Differenz der Frequenzen der optischen Strahlungen 23, 26 bzw. der Frequenz des Generators 24 entspricht. Beide Signale sind beispielsweise sinusförmig und haben einen Phasenunterschied, der von der Verschiebung des Objekts 10 linear abhängt. Für den Phasenunterschied
    gilt:
    [0026]
    ⋋ : Wellenlänge der Strahlung 23 Δ L : Verschiebung des Objekts 10
    [0027] Der Phasenvergleicher 38 gibt ein Ausgangssignal ab, das proportional ist zu einer Verschiebung des Objekts 10 in die eine oder in die andere Richtung. Vielfache einer Phasenverschiebung von 360° werden beispielsweise mit dem Zähler 39 ermittelt, in dem auch eine Umrechnung in Weg und/oder Winkeleinheiten vornehmbar ist.
    [0028] Ein vorteilhafter symmetrischer Aufbau ergibt sich, wenn wenigstens die Einfallswinkel-α,- β und/oder die Winkel ɣ und-δ jeweils gleich sind. Vollkommene Symmetrie wird erreicht, wenn die Beträge aller Winkel gleich sind. Der Vorteil liegt darin, daß die optischen Wege, die Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind, gleich lang sind, so daß die Strahlungsüberlagerung und die anschließende Differenzbildung der Ausgangssignale der Sensoren 18, 37 die Fehlereinflüsse weitgehend kompensieren.
    [0029] Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diejenigen Teile, die mit den in der Figur 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, tragen in Figur 2 dieselben Bezugszahlen wie in Figur 1. Der wesentliche Unterschied bei der in Figur 2 gezeigten Anordnung liegt in der anderen Ausgestaltung des Referenzsignalszweiges, der in Figur 1 im wesentlichen die beiden Referenzstrahlungen 29, 32, die Mattscheibe 33 sowie den weiteren Sensor 37 enthält. Anstelle der Mattscheibe 33 ist ein Referenzobjekt 40 angeordnet. Die beiden Referenzstrahlen 29, 32 sind auf etwa denselben Auftreffort in der Oberfläche 41 des Referenzobjekts 40 gerichtet. Beide Referenzstrahlungen 29, 32 werden am Auftreffort diffraktiert und überlagern sich zur diffraktierten Referenzstrahlung 42, die von einem weiteren Sensor 43 aufgenommen wird. Der Sensor 43 entspricht dem Sensor 37 in Figur 1. Der Vorteil der in Figur 2 gezeigten Anordnung gegenüber der in Figur 1 gezeigten liegt im wesentlichen darin, daß die Anordnung vollkommen symmetrisch aufgebaut ist. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Oberfläche 41 des Referenzobjekts 40 eine der Oberfläche 12 des zu vermessenden Objekts 10 ähnliche Oberflächenstruktur aufweist und die Winkel α,- β, ɣ und- δ übereinstimmen und wenn der Abstand zwischen der Oberfläche 12 und dem ersten Sensor 18 und der Abstand zwischen der Oberfläche 41 und dem weiteren Sensor 43 gleich sind. Die Erhöhung der Symmetrie der Anordnung verringert weiter die Umgebungseinflüsse auf das Meßergebnis.
    [0030] In Figur 3 ist eine weitere Ausgestaltung der in Figur 1 gezeigten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben. Diejenigen Teile der Figur 3, die mit den in der Figur 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, tragen dieselben Bezugszahlen. Der wesentliche Unterschied der in Figur 3 im Vergleich zu der in Figur 1 gezeigten Anordnung liegt in der unterschiedlichen Ausgestaltung zur Erzeugung der unterschiedlichen Frequenzen der ersten und zweiten optischen Strahlung 13, 14. Anstelle des in Figur 1 gezeigten Lasers 19, der eine weitgehend monochromatische Strahlung 20 abgibt, ist ein modulierbarer Laser 50 vorgesehen, der eine Strahlung 51 abgibt, deren Frequenz mit einem Generator 52 veränderbar ist. Die beiden Teilstrahlungen 53, 54 weisen dieselbe Frequenz auf, die sich zeitlich ändert. Die erste Teilstrahlung 53 gelangt in einen optischen Umweg 55, der beispielsweise mit vier Umlenkspiegeln 56 - 59 realisiert ist. Die den optischen Umweg 55 verlassende Strahlung 60 weist gegenüber der zweiten Teilstrahlung 54 eine Phasenverschiebung auf, deren Betrag von der Frequenzänderung der vom Laser 50 abgegebenen Strahlung 51 abhängt. Die Strahlung 60 wird vom Strahlteiler 28 in eine erste einfallende Strahlung 61 und in eine erste Referenzstrahlung 62 aufgeteilt. Die zweite Teilstrahlung 54 wird vom Strahlteiler 31 in eine zweite einfallende Strahlung 63 und in eine zweite Referenzstrahlung 64 aufgeteilt. Im Gegensatz zu den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Strahlungen 13, 14 und Referenzstrahlungen 29, 32 weisen die in Figur 3 eingezeichneten Strahlungen 61, 63 und die Referenzstrahlungen 62, 64 dieselbe zeitlich sich ändernde Frequenz auf. Die vom optischen Umweg 55 verursachte zeitabhängige Phasenverschiebung führt dazu, daß die beiden Sensoren 18, 37 Ausgangssignale abgeben, die dieser zeitlich veränderlichen Phasenverschie bung entsprechen. Bei ruhendem Objekt 10 ist die zusätzliche Differenz der vom Phasenvergleicher 38 festgestellten Phasenlage der Ausgangssignale der Sensoren 18, 37 Null. Eine Bewegung des zu vermessenden Objekts 10 führt in der bereits beschriebenen Weise zu einer meßbaren zusätzlichen Phasendifferenz, die in eine Weg- oder in eine Winkelangabe umgerechnet wird.
    [0031] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der in Figur 3 gezeigten Anordnung ist in Figur 4 angegeben. Diejenigen Teile, die mit den in Figur 3 angegebenen Teilen übereinstimmen, tragen in Figur 4 dieselben Bezugszahlen wie in Figur 3. Die vom Laser 50 abgegebene Strahlung 51 wird in einem Lichtleiter 70 geführt. Der Lichtleiter 70 enthält einen integrierten Strahlteiler 71, der die vom Laser kommende Strahlung 51 in die beiden Teilstrahlungen 53, 54 aufteilt. Der optische Umweg 55 ist beispielsweise als eine Lichtleiterschleife realisiert. Die Strahlungsführung im Lichtleiter 70 hört jeweils bei den Strahlteilern 28, 31 auf. In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist es möglich, auch den verbleibenden Aufbau mit Lichtleitern und integrierter Optik zu realisieren. Der Vorteil der integrierten Optik mit Lichtleiter-Strahlungsführung besteht hauptsächlich in der Miniaturisierungsmϋglichkeit der gesamten Anordnung. Ferner ist man durch die Führung der Strahlung im Lichtleiter 70 nicht mehr auf die geradlinige Ausbreitung der optischen Strahlung in einem Medium mit homogenem optischen Brechungsindex, wie beispielsweise Luft, angewiesen.
    [0032] Der in Figur 4 gezeigte optische Aufbau mit dem Lichtleiter 70 ist auch in den in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Anordnungen verwendbar. Ferner ist die in der Figur 2 gezeigte vollständig symmetrische Anordnung auch bei den in den Figuren 3 und 4 vorgeschlagenen Anordnungen verwendbar, wobei die Mattscheibe 33 durch das Referenzobjekt 40 ersetzt wird.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Verfahren zur optoelektronischen Weg- und/oder Winkelmessung, bei dem eine erste optische Strahlung mit einem vorgebbaren Einfallswinkel ( α) auf ein zu vermessendes Objekt gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite optische Strahlung (14, 63), die gegenüber der ersten Strahlung (13, 61) eine Phasenmodulation aufweist, mit einem vorgebbaren Einfallswinkel (β) auf das zu vermessende Objekt (10) gerichtet wird, daß wenigstens jeweils Teile der beiden Strahlungen (13, 14 bzw. 61, 63) denselben Auftreffort auf der Oberfläche (12) des Objekts (10) aufweisen, daß die am Auftreffort difflektierten und interferierten Strahlungen (17) von wenigstens einem ersten Strahlungssensor (18) erfaßt werden, wobei der Abstand zwischen Objekt (10) und Sensor (18) wenigstens näherungsweise konstant ist, und daß eine Phasenänderung des SensorausgangsSignals in bezug auf die Phase eines Referenzsignals als Maß für den zurückgelegten Weg oder die Winkellage des Objekts (10) ausgewertet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel (α) gleich dem negativen Einfallswinkel ( β) ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (α, β) auf gegenüberliegenden Seiten eines auf der Oberfläche (12) des Objekts (10) errichteten Lots (15) liegen und daß die Sichtachse des ersten Sensors (18) parallel zum Lot (15) ausgerichtet ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal abgeleitet wird aus einer ersten und zweiten Referenzstrahlung (29, 32 bzw. 62, 64), die auf einen weiteren Strahlungssensor (37) gerichtet werden, dessen Ausgangssignal als Referenzsignal herangezogen wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Referenzstrahlungen (29, 32 bzw. 62, 64) jeweils unter einem vorgegebenen Winkel ( ɣ bzw.δ ) auf eine Mattscheibe (33) gerichtet werden, daß wenigstens jeweils Teile der beiden Referenzstrahlungen (29, 32 bzw. 62, 64) denselben Auftreffpunkt auf der Oberfläche (34) der Mattscheibe (33) aufweisen und daß die durch die Mattscheibe (33) diffraktierte und interferierte Strahlung (36) vom weiteren Sensor (37) aufgenommen wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel ( ɣ ) gleich dem negativen Einfallswinkel ( δ) ist.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel ( ɣ , δ) auf gegenüberliegenden Seiten eines auf der Oberfläche (34) der Mattscheibe (33) errichteten Lots (35) liegen und daß die Sichtachse des weiteren Sensors (37) parallel zum Lot (35) ausgerichtet ist.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (α , - β, ɣ und δ) gleich sind.
    9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Referenzstrahlungen (29, 32 bzw. 62, 64) auf die Oberfläche (41) eines Referenzobjekts (40) gerichtet werden, daß wenigstens jeweils Teile der Referenzstrahlungen (29, 32 bzw. 62, 64) denselben Auftreffort auf der Oberfläche (41) des Referenzobjekts (40) aufweisen und daß die am Auftreffort diffraktierten und interferierte Strah lung (42) von einem weiteren Strahlungssensor (43) erfaßt wird, wobei die erste und zweite optische Strahlung (13, 14 bzw. 61, 63), die erste und zweite Referenzstrahlung (29, 32 bzw. 62, 64) sowie die auf der Oberfläche (12) des zu vermessenden Objekts diffraktierte Strählung (17) und die an der Oberfläche (41) des Referenzobjekts (40) diffraktierte Strahlung (42) jeweils bis zum Auftreffen auf die Sensoren (18, 43) dieselben optischen Wege zurücklegen.
    10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle ein Laser (19) verwendet wird, dessen Strahlung im wesentlichen monochromatisch ist, und daß in einer von zwei Teilstrahlungen (22, 23) ein von einem Generator (24) gesteuerter akustooptischer Modulator (25) angeordnet ist.
    11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Generator (52) frequenzmodulierbarer Laser (50) verwendet wird und daß in einer von zwei Teilstrahlungen (53, 54) ein optischer Umweg (55) vorgesehen ist.
    12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterlaser (19, 50) verwendet wird.
    13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Teile der Strahlungen (13, 14, 20, 22, 23, 26, 29, 32, 51, 53, 54, 60, 61, 62, 63, 64) in Lichtleiter (70) geführt werden.
    13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Teile der optischen Komponenten (21, 28, 30, 31) integrierte optische Bauelemente (61) sind.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US8472029B2|2013-06-25|Methods for using a locator camera in a laser tracker
    JP2015111160A|2015-06-18|対チャープｆｍｃｗコヒーレントレーザレーダー用の小型の光ファイバ配置
    US4660980A|1987-04-28|Apparatus for measuring thickness of object transparent to light utilizing interferometric method
    DE4201511C5|2008-07-17|Positionsdetektor und Verfahren zur Positionsmessung
    US5006721A|1991-04-09|Lidar scanning system
    US8031331B2|2011-10-04|Coordinate measurement instrument
    Kubota et al.1987|Interferometer for measuring displacement and distance
    DE60309291T2|2007-05-16|| Optischer Sensor mit geeigneter Modulation
    EP2275775B1|2015-09-23|Laserbasierte Koordinatenmessvorrichtung und laserbasiertes Verfahren zum Messen von Koordinaten
    JP3491969B2|2004-02-03|変位情報測定装置
    EP1405037B1|2011-07-06|Vorrichtung zur optischen distanzmessung über einen grossen messbereich
    US4355904A|1982-10-26|Optical inspection device for measuring depthwise variations from a focal plane
    US5541730A|1996-07-30|Interferometric measuring apparatus for making absolute measurements of distance or refractive index
    US7196780B2|2007-03-27|Velocimeter, displacement meter, vibrometer and electronic device
    DE3044183C2|1989-11-09|
    WO2014100042A1|2014-06-26|Multi-clad fiber based optical apparatus and methods for light detection and ranging sensors
    JP3279116B2|2002-04-30|レーザドップラ流速計
    US6847436B2|2005-01-25|Chopper-stabilized absolute distance meter
    EP1549974B1|2006-11-29|Bistatische laser radareinrichtung
    JP2846929B2|1999-01-13|中間高度における風速測定装置
    JP4142532B2|2008-09-03|光学式速度計、変位情報測定装置および搬送処理装置
    US4165936A|1979-08-28|Coaxial transmitting and receiving optics for an electro-optic range finder
    JP2913984B2|1999-06-28|傾斜角測定装置
    EP1779058B1|2012-12-26|System und verfahren für optische messungen
    EP0276395B1|1991-09-11|Lichtelektrische Messeinrichtung
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH03505374A|1991-11-21|
    ES2014165A6|1990-06-16|
    US5141317A|1992-08-25|
    DE3821046A1|1989-12-28|
    JP2755757B2|1998-05-25|
    EP0420897A1|1991-04-10|
    EP0420897B1|1992-04-15|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    EP0248277A2|1986-06-03|1987-12-09|Optra, Inc.|Zwei-Frequenz-Laser-Rotationssensorsystem|
    FR2615281A1|1987-05-11|1988-11-18|Canon Kk|Dispositif de mesure d'une distance en mouvement relatif de deux objets mobiles l'un par rapport a l'autre|EP0766067A1|1995-09-28|1997-04-02|Robert Bosch Gmbh|Vorrichtung zur mehrdimensionalen Messung von Positionen oder Positionsänderungen|
    WO1998025103A1|1996-12-06|1998-06-11|Robert Bosch Gmbh|Verfahren zum interferometrischen messen von positionen, positionsänderungen und daraus abgeleiteter physikalischer grössen|DE2240968A1|1972-08-21|1974-03-07|Leitz Ernst Gmbh|Optisches verfahren zur messung der relativen verschiebung eines beugungsgitters sowie einrichtungen zu seiner durchfuehrung|
    DE3316144A1|1982-05-04|1983-11-10|Canon Kk|Verfahren und vorrichtung zum messen des ausmasses einer bewegung|
    US4710026A|1985-03-22|1987-12-01|Nippon Kogaku K. K.|Position detection apparatus|
    FR2598797B1|1986-05-07|1990-05-11|Nippon Telegraph & Telephone|Procede de mesure et/ou d'ajustement du deplacement d'un objet et appareil pour la mise en oeuvre de ce procede|
    DE3736772A1|1987-08-05|1989-05-11|Bundesrep Deutschland|Laser-doppler-anemometer|DE3930554A1|1989-09-13|1991-03-21|Bosch Gmbh Robert|Vorrichtung zur absoluten zweidimensionalen positions-messung|
    DE69111432T2|1991-05-24|1996-02-29|Hewlett Packard Co|Heterodyn-Interferometer Einrichtung.|
    DE4209701A1|1992-03-25|1993-09-30|Asea Brown Boveri|Optischer Entfernungssensor|
    US5682236A|1993-07-02|1997-10-28|Metrolaser|Remote measurement of near-surface physical properties using optically smart surfaces|
    DE4332022C2|1993-09-21|1997-07-03|Tr Elektronic Gmbh|Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen der Winkellage eines Objekts, insbesondere beim Vermessen von länglichen Gegenständen|
    DE19637625A1|1996-09-16|1998-03-26|Bosch Gmbh Robert|Motor oder Generator mit zwei relativ zueinander beweglich gelagerten Teilen und einer Vorrichtung zum interferometrischen Messen eines Weges oder Drehwinkels|
    DE19707109C1|1997-02-22|1998-06-25|Bosch Gmbh Robert|Optisches Vibrometer|
    DE19743156C2|1997-09-30|1999-08-12|Bosch Gmbh Robert|Lage- oder Wegsensor|
    US6459483B1|1998-02-10|2002-10-01|Toolz, Ltd.|Level with angle and distance measurement apparatus|
    US6577401B1|2000-09-14|2003-06-10|Citizen Watch Co., Ltd.|Encoder displacement measuring apparatus with liquid crystal|
    DE102009027266A1|2009-06-29|2010-12-30|Robert Bosch Gmbh|Interferometrische Weg- und/oder Drehmessvorrichtung|
    RU2491511C2|2009-10-26|2013-08-27|Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" |Способ измерения параметров физических полей|
    JP5618898B2|2010-08-31|2014-11-05|Dmg森精機株式会社|変位検出装置|
    JP6455927B2|2015-02-12|2019-01-23|株式会社小野測器|レーザ測定装置|
    CN105277125B|2015-11-04|2018-10-23|宁波舜宇智能科技有限公司|一种测量倾角和位移的系统及方法|
    CN107328952B|2017-05-05|2019-06-18|四川大学|一种无真值时航迹速度稳定度评价方案|
    法律状态:
    1989-12-28| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1989-12-28| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1990-11-23| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989907065 Country of ref document: EP |
    1991-04-10| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989907065 Country of ref document: EP |
    1992-04-15| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989907065 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE19883821046|DE3821046A1|1988-06-22|1988-06-22|Verfahren zur weg- und winkelmessung|
    DEP3821046.0||1988-06-22||DE1989501197| DE58901197D1|1988-06-22|1989-06-22|Verfahren zur weg- und winkelmessung.|
    [返回顶部]