Absolutinterferometer mit 20 m Reichweite

In einigen Fertigungsprozessen, z. B. im Flugzeug- oder im Windkraftanlagenbau, müssen Distanzen über mehrere 10 m Länge mit höchster Genauigkeit vermessen werden. In den letzten zwei Jahrzehnten sind eine Reihe interferometrischer Methoden zur Absolutdistanzmessung entwickelt worden, deren routinemäßige Implementierung aber an Zuverlässigkeit und/oder Komplexität scheiterten. Durch Kombination zweier komplementärer Interferometrietechniken, der Interferometrie mit variabler und fester synthetischer Wellenlänge, ist es gelungen, die Nachteile der einzelnen Techniken zu kompensieren und die relative Messunsicherheit einer solchen Messung bis 20 m auf unter 1x10^-6 zu reduzieren.

Beide Techniken konnten in einem Aufbau mit nur zwei Diodenlasern und somit mit relativ überschaubarem experimentellen Aufwand realisiert werden. Ein Laser wurde hierbei während des gesamten Experimentes auf die Kalium D1-Linie stabilisiert, während der zweite Laser sowohl auf die Kalium D2-Linie stabilisiert als auch frequenzmoduliert betrieben werden konnte. Bei Nutzung beider stabilisierter Laser ergibt sich eine feste synthetische Wellenlänge λ von ca. 174 µm.

Das Prinzip der hier verwendeten Hybridtechnik ist die Längenmessung in zwei Schritten: Zunächst wird die Distanz mit einer relativ großen Messunsicherheit (<λ/4) mit variabler synthetischer Wellenlänge bestimmt. Dieses Ergebnis wird durch das wesentlich genauere, aber auf Distanzen größer als λ nicht eindeutige Resultat der Messung mit fester synthetischer Wellenlänge interpoliert und verfeinert.

Der neu entwickelte Aufbau wurde mit einem konventionellen zählenden HeNe-Laserinterferometer auf der 50 m Strecke der geodätischen Basis der PTB verglichen. Die Abweichung der Ergebnisse der Hybridmessung von dieser Referenzmessung sind bis zu einer Messstrecke von 20 m in Bild 1 dargestellt. Die Streuung der Daten stimmt gut mit der theoretisch erreichbaren Messunsicherheit von kleiner 12 µm bei 20 m Messstrecke überein.
Bild 1: Differenz der gemessenen Längen von drei repräsentativen Messungen des Hybrid-Absolutinterferometers zum konventionellen, zählenden PTB-HeNe-Referenzinterferometer.