Prototyp eines beidseitig antastenden Interferometers erfolgreich aufgebaut

Die „traditionellen“ Methoden der interferentiellen Längenmessung für Endmaße basieren auf der Messung einer Stufenhöhe, die eine Maßverkörperung (Endmaß) auf einer angesprengten Endplatte erzeugt. Die Messunsicherheit der Länge stößt dabei an eine Grenze, die durch die Wechselwirkung des Körpers mit der Endplatte verursacht wird. Eine alternative Methode besteht in einer beidseitig antastenden Interferometer-Konfiguration (Abb. 1). Hierbei entfällt die Ansprengung einer Referenzfläche (Endplatte) an den Probekörper. Dies eröffnet grundsätzlich die Möglichkeit einer weiteren Reduzierung der Messunsicherheit im Zusammenhang mit Längenmessungen von Körpern.

An der PTB soll in den nächsten Jahren ein derartiges Interferometer entstehen, welches die einzigartigen Vorteile der vorhandenen Präzisionsinterferometer mit der beidseitigen Antastung verbindet. Um Erfahrungen mit dem beidseitig antastenden Konzept der interferentiellen Längenmessung zu sammeln, wurde zunächst ein Prototyp entwickelt und als Tischgerät aufgebaut. Dadurch gelang es, Schritt für Schritt die „Tücken der Details“ zu erkennen und Alternativen zu entwickeln, die für die zukünftige Entwicklung des „finalen Gerätes“ von großer Bedeutung sind.

So wurde beispielsweise ein neues Konzept für die Lichtquelle entwickelt, die nunmehr aus einer Single-Mode Faser besteht, die für grünes und rotes Licht gleichermaßen geeignet ist. Ein einfacher Wechsel der zu benutzenden, hoch stabilisierten Lichtquelle wird durch die Kombination moderner faseroptischer Komponenten erreicht. Des weiteren konnten die Ursachen einer unerwarteten Störinterferenz erkannt und beseitigt werden.

Die Entwicklung des Prototyps war von Software- und Elektronikentwicklung begleitet, die letztlich ebenso wichtige Voraussetzungen für die Durchführung interferentieller Längenmessungen sind. Vergleichsmessungen mit „traditionellen“ Interferenzkomparatoren zeigen sehr gute Übereinstimmungen der Länge verschiedener Endmaße bis 100 mm in Luft (Abb. 2). Dies zeigt, dass es sich um ein schlüssiges Gesamtkonzept handelt, welches eine solide Basis für das aufzubauende beidseitig antastende Interferometer darstellt. Beispiele für sich mit dieser Technik eröffnende Wege sind die Bereitstellung von (neuartigen) rückführbaren Kalibriernormalen und die Ermöglichung von Messungen an komplexen (auch kleinen) Strukturen, Folien etc. verschiedenster undurchsichtiger Materialien.

Abb. 1:
Schematische Darstellung des Prototyps, 1- Frequenz-verdoppelter Nd:YAG -Laser, Jod-stabilisiert, 2- He-Ne-Laser, Jod-stabilisiert, 3- Beam-Combiner mit Verschlüssen, 4- Singlemode Faser, 5- Kollimator, 6, 7- Strahlteiler, 8, 10- Achromatische Objektive, 9- Ausgangsblende, 11- CCD-Kamera, 12- Referenzspiegel, 13- Piezo-Aktuator and 14- Endmaß.

Abb. 2:
Vergleichende interferentielle Längenmessungen an Endmaßen verschiedener Längen (INKO: etabliertes Gerät zur Messung von Endmaßen mit angesprengter Endplatte, DIE: Double Ended Interferometer, Prototyp des beidseitig antastenden Interferometers).