DE19714602A1

DE19714602A1 - Interferometric angle measuring device

Info

Publication number: DE19714602A1
Application number: DE1997114602
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Phys Steiner; Siegbert Dipl Ing Teichmann
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG; Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1998-10-15

Abstract

The angle measuring device has a laser (1), an interferometer module (2) with a beam splitter (3) and optical elements for providing parallel partial beams (14,15). A rotatable element (11) with a refraction grating (12) provides an optical path difference dependent on the angular position. The diffraction grating has equidistant line structures parallel to a diagonal of the rotatable element, with the grating plane perpendicular to the central rotation axis (10). The transmitted light is reflected by a rear surface (18) at an angle to this axis. The lattice constant of the grating is dimensioned so that the angle of deflection of the first or higher diffraction order of the partial beams corresponds to the slope of the rear surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine interferentielle Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs zum Messen von Teilungen und Winkeleinstellungen an Meßgeräten und Maschinen, sowie von Objekten.The invention relates to an interferential angle measuring device according to the preamble of the first claim for measuring pitches and angle settings on measuring devices and machines, as well as objects.

Interferometrische Meßsysteme arbeiten nach dem Prinzip, daß Lichtbündel eines stabilisierten Lasers, welcher als Lichtquelle dient, in einen Meß- und Referenzstrahl aufgespalten werden. Diese Teilstrahlen erfahren durch unterschiedliche optische Weglängen, die sie durchlaufen, Phasenverschiebungen. Meß- und Referenzstrahlen werden nach Durchlaufen unterschiedlicher Wege in einem Interferenzpunkt eines Strahlenteilers zur Interferenz gebracht, und die entstehenden Interferenzstreifen werden mittels fotoelektrischer Elemente in elektrische Signale umgewandelt, die dann zur Bestimmung der Teilung oder der Winkelverschiebung gezählt und zur Anzeige gebracht oder in geeigneter Weise, z. B. zur Steuerung von Vorgängen, weiterverarbeitet werden.Interferometric measuring systems work on the principle that light beams are one stabilized laser, which serves as a light source, in a measuring and reference beam be split up. These partial beams experience different optical Path lengths they go through, phase shifts. Measuring and reference beams are after passing through different paths in an interference point of a beam splitter Interference, and the resulting interference fringes are identified by means of Photoelectric elements converted into electrical signals, which are then used to determine the Division or the angular displacement counted and displayed or appropriate Way, e.g. B. to control processes, are processed.

Interferentielle Winkelmessungen werden einmal dadurch ermöglicht, daß Anordnungen vorgesehen werden, mit denen eine Rotation des Meßstrahls um eine Achse erfolgt und somit die optische Weglänge dieses Strahls sich während der Rotation ändert. Diese Änderungen der optischen Weglänge bewirken zusammen mit dem Referenzstrahl zur Winkelbestimmung auswertbare Interferenzen.Interferential angle measurements are made possible by arrangements are provided with which the measurement beam rotates about an axis and thus the optical path length of this beam changes during the rotation. This Changes in the optical path length together with the reference beam result in Interference evaluable.

Eine solche Einrichtung ist aus der DE 38 26 149 A1 bekannt. Zur Messung des Drehwinkels oder der Winkeleinstellung eines rotierenden Objekts wird ein optisches Interferometer verwendet, bei welchem eine Wegänderung durch Rotation eines im Meßstrahlengang des Interferometers angeordneten und mit dem rotierenden Objekt verbundenen Meßreflektors erzeugt wird. Diese Wegänderung in Richtung des Laserstrahls und damit die Wegdifferenz in den beiden Strahlengängen des Interferometers ist proportional zur Winkelstellung des Meßreflektors und damit des zu vermessenden Objektes. Auch bei dieser Einrichtung werden die bei der Rotation des Meßreflektors erzeugten Interferenzen gezählt und zur Ermittlung der Winkelposition des Objektes ausgewertet. Gemäß einer Ausführung dieser Einrichtung nach Fig. 2 dieser DE ist zur Erzeugung von dem Drehwinkel proportionalen Wegänderungen ein das Licht des Meßstrahls brechender, optischer Keil vorgesehen. Der optische Wegunterschied wird in diesem Falle durch eine Auslenkung des Lichtstrahls und durch ein damit bewirktes Durchlaufen unterschiedlicher Stärken dem brechenden Keils erreicht.Such a device is known from DE 38 26 149 A1. An optical interferometer is used to measure the angle of rotation or the angle setting of a rotating object, in which a path change is generated by rotating a measuring reflector arranged in the measuring beam path of the interferometer and connected to the rotating object. This path change in the direction of the laser beam and thus the path difference in the two beam paths of the interferometer is proportional to the angular position of the measuring reflector and thus of the object to be measured. With this device, too, the interferences generated during the rotation of the measuring reflector are counted and evaluated to determine the angular position of the object. According to an embodiment of this device according to FIG. 2 of this DE, an optical wedge refracting the light of the measuring beam is provided for generating path changes proportional to the angle of rotation. In this case, the optical path difference is achieved by deflecting the light beam and thereby running through different strengths of the breaking wedge.

Mit dieser Einrichtung kann eine dynamische Messung von Teilungen und Winkelpositionen von Objekten erfolgen. Nachteilig ist jedoch der relativ hohe technische Aufwand. With this device a dynamic measurement of pitches and angular positions can be done of objects. However, the relatively high technical outlay is disadvantageous.

Bei einer vorgeschlagenen Interferometeranordnung (DE 195 28 676) werden aus dem vom Laser ausgesendeten, polarisierten Lichtbündel in einem Interferometerteiler zwei parallele Teilstrahlenbündel erzeugt. Hierzu umfaßt der Interferometerteiler strahlenteilende Elemente, den Polarisationszustand der Teilstrahlenbündel beeinflussende Mittel, wie λ/4- und/oder λ/2-Platten, und Umlenkelemente.In a proposed interferometer arrangement (DE 195 28 676) from the Laser-emitted, polarized light beams in an interferometer divider two parallel ones Partial beams generated. For this purpose, the interferometer splitter comprises beam-splitting elements, means influencing the polarization state of the partial beams, such as λ / 4 and / or λ / 2 plates, and deflection elements.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine interferentiell arbeitende Winkelmeßeinrichtung zu schaffen, welche mit geringem technischen Aufwand dynamische Messungen von Teilungen und Winkelpositionen von Meßobjekten mit hoher Genauigkeit ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide an interferential angle measuring device to create, which with little technical effort dynamic measurements of Graduations and angular positions of objects to be measured with high accuracy.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer interferentiellen Winkelmeßeinrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches dargelegten Mitteln gelöst. In den weiteren Ansprüchen sind Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Damit wird erreicht, daß auf ein axiales optisches Beugungsgitter mit äquidistanter Teilung auftreffende Teilstrahlenbündel so reflektiert und/oder gebeugt werden, daß sie in sich zurückführbar sind. Bei Drehung des drehbaren Elementes um seine zentrale Achse, welche auch die zentrale Achse des in einer Gitterebene angeordneten Beugungsgitters ist, bleibt auf diese Weise die Strahlrichtung der am Beugungsgitter gebeugten Teilstrahlenbündel einer ausgewählten, z. B. ersten oder einer höheren Beugungsordnung erhalten. Die Strahlen der nullten oder einer anderen nicht verwendeten Beugungsordnung taumeln bei Rotation des drehbaren Elementes um einen Kegelwinkel und werden nicht zur Interferenz gebracht. Eine Drehung des Elementes um die zentrale Achse bewirkt stets eine Veränderung der optischen Weglänge oder des Gangunterschiedes im Meßstrahlengang, da der Weg, den das Licht innerhalb des durchlaufenen optischen Mediums (Luft oder Glas) zurückgelegt hat, von der Winkelstellung des drehbaren Elementes relativ zu den einfallenden Teilstrahlenbündeln abhängt. Die Beugungsgitter können als Reflexions- oder Transmissionsgitter ausgeführt sein.According to the invention, this object is achieved with an interferential angle measuring device solved in the characterizing part of the first claim. In the Further claims describe embodiments of the invention. So that will achieved that impinging on an axial optical diffraction grating with equidistant division Partial beams are reflected and / or diffracted so that they are traceable are. When rotating the rotatable element about its central axis, which also the central axis of the diffraction grating arranged in a grating plane remains on this Way the beam direction of the partial beams diffracted at the diffraction grating selected, e.g. B. first or a higher diffraction order. The rays of the zeroth or another unused diffraction order tumbles when the rotatable element by a cone angle and are not brought to interference. A Rotation of the element around the central axis always changes the optical Path length or the path difference in the measuring beam path, since the path that the light within the optical medium (air or glass), from which Angular position of the rotatable element relative to the incident partial beams depends. The diffraction gratings can be designed as reflection gratings or transmission gratings be.

Das drehbare Element kann als eine mit einem Reflexionsgitter versehene Scheibe ausgebildet sein, welche schräg zur zentralen Achse angeordnet ist:The rotatable element can be used as a disk provided with a reflection grating be formed, which is arranged obliquely to the central axis:

Es ist vorteilhaft, wenn das drehbare Element als Keilscheibe aus transparentem Material ausgebildet ist, deren, dem Interferenzmodul zugewandte, erste Fläche senkrecht zur zentralen Achse verläuft, und wenn deren, dem Interferenzmodul abgewandte Fläche mit der ersten Fläche einen Keilwinkel κ einschließt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Keilscheibe aus Glas oder einem anderen geeigneten, lichtdurchlässigen Werkstoff hergestellt und besitzt auf ihrer, senkrecht zur zentralen Achse verlaufenden ersten Fläche ein Transmissionsgitter, welches gerade parallele Strukturen äquidistanter Teilung umfaßt, wobei diese Strukturen des Beugungsgitters parallel zu einem Durchmesser des drehbaren Elementes verlaufen. Die zu dieser ersten Fläche unter dem Keilwinkel κ geneigte zweite Fläche der Keilscheibe ist als reflektierende Fläche ausgebildet, welche das senkrecht auf sie auffallende, gebeugte Strahlenbündel in sich zurückwirft.It is advantageous if the rotatable element as a wedge disk made of transparent material is formed, the first surface facing the interference module perpendicular to central axis, and if their, facing away from the interference module with includes a wedge angle κ of the first surface. According to one embodiment of the Invention is the wedge plate made of glass or another suitable, translucent Material manufactured and has on their, perpendicular to the central axis the first surface is a transmission grating, which just equidistant parallel structures Division comprises, these structures of the diffraction grating parallel to a diameter of the rotatable element. The to this first surface at the wedge angle κ inclined second surface of the wedge disc is designed as a reflective surface, which the diffracted rays of light that are perpendicular to them.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß die aus einem transparenten Material bestehende Keilscheibe auf ihrer, zur ersten Fläche unter dem Keilwinkel κ geneigten zweiten Fläche ein Reflexionsgitter in oben beschriebener Anordnung aufweist. Dieses Gitter beugt die auftreffenden Strahlen so, daß das Licht der verwendeten Beugungsordnung in sich zurückgeführt wird.Another advantageous embodiment of the device according to the invention is that the wedge plate made of a transparent material on its first surface a reflection grating in the above-described second surface inclined at the wedge angle κ Arrangement. This grating diffracts the incident rays so that the light of the used diffraction order is returned.

Vorteilhaft ist ferner, wenn die Beugungsgitter als geblazte Gitter ausgebildet sind. Dabei sind die Struktur und das Profil des verwendeten Beugungsgitters der jeweils verwendeten Beugungsanordnung der Teilstrahlenbündel angepaßt. Die nicht verwendeten Beugungsordnungen werden wirksam unterdrückt.It is also advantageous if the diffraction gratings are designed as blazed gratings. Here are the structure and profile of the diffraction grating used Diffraction arrangement of the partial beams adjusted. The not used Diffraction orders are effectively suppressed.

Eine vorteilhafte Winkelmeßeinrichtung ergibt sich, wenn das Interferometermodul mindestens ein in einem Abstand b vom Strahlenteiler angeordnetes Umlenkelement besitzt. Dadurch sind je nach Aufbau von Strahlenteiler und Umlenkelement mindestens zwei parallel verlaufende Teilstrahlengänge des Meßstrahlenganges erzeugbar, derart, daß jeweils zwei Teilstrahlenbündel an diametralen Stellen auf das Beugungsgitter auftreffen.An advantageous angle measuring device results when the interferometer module has at least one deflection element arranged at a distance b from the beam splitter. Depending on the structure of the beam splitter and deflection element, there are at least two of them parallel partial beam paths of the measuring beam path can be generated, such that in each case two sub-beams hit the diffraction grating at diametrical locations.

Um die Keilscheibe oder die als drehbares Element ausgebildete Scheibe am Objekt dessen Winkelposition oder Teilung ermittelt werden soll, schlupffrei befestigen zu können, ist das drehbare Element in einer Fassung aufgenommen, wobei die Fassung selbst Mittel zum schlupffreien Befestigen an dem Objekt besitzt. Zur Überwindung der für die Weiterverar beitung ungünstigen 90° und 270° Pollagen der Sinusfunktion der Interferometersignale ist es vorteilhaft, wenn im Interferometermodul Mittel in Form von Strahlenteilern und Umkehrelementen zur Erzeugung zweier Teilstrahlenbündelpaare vorgesehen sind und wenn die Teilstrahlenbündel des einen Teilstrahlenbündelpaares um 90° zu den Teilstrahlenbündeln des anderen Teilstrahlenbündelpaares versetzt sind.Around the wedge disc or the disc designed as a rotatable element on the object thereof Angular position or pitch to be determined, to be able to attach without slippage, that is rotatable element included in a version, the version itself means for has slip-free attachment to the object. To overcome the for further processing Processing unfavorable 90 ° and 270 ° pole positions of the sine function of the interferometer signals it is advantageous if in the interferometer module means in the form of beam splitters and Reversing elements for generating two pairs of partial beams are provided and if the partial beams of a partial beam by 90 ° to the Partial beams of the other pair of partial beams are offset.

Die erfindungsgemäße Winkelmeßeinrichtung besitzt den Vorteil, daß sie technisch einfach aufgebaut ist und eine dynamische Messung der Winkelpositionen des zu prüfenden Objektes oder von Teilungen mit hoher Genauigkeit und geringer Meßunsicherheit ermöglicht.The angle measuring device according to the invention has the advantage that it is technically simple is constructed and a dynamic measurement of the angular positions of the test object Object or of divisions with high accuracy and low measurement uncertainty enables.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the Show drawing

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Winkelmeßeinrichtung, Fig. 1 shows schematically the structure of an angle measuring device according to the invention,

Fig. 2 eine transparente Keilscheibe mit Transmissionsgitter, Fig. 2 is a transparent wedge disc with transmission gratings,

Fig. 3 eine transparente Keilscheibe Reflexionsgitter, Fig. 3 is a transparent wedge disk reflection grating,

Fig. 4 eine drehbare Scheibe mit Reflexionsgitter und Fig. 4 is a rotatable disc with reflection grating and

Fig. 5 in einer Draufsicht den Verlauf der Gitterlinien und die Lage der Auftrefforte von Teilstrahlenbündelpaare auf einer Scheiben- oder Keilscheibenfläche. Fig. 5 is a plan view the course of the grid lines and the position of impingement of the partial beams pairs on a disc or wedge disk surface.

Die in Fig. 1 stark vereinfacht dargestellte interferentielle Winkelmeßeinrichtung umfaßt als Lichtquelle einen Laser 1, welcher polarisiertes Licht aussendet. Diesem Laser 1 ist ein Interferometermodul 2 in Lichtrichtung nachgeordnet, welches einen oder mehrere Strahlenteiler 3, optische Umlenkelemente 4 und den Polarisationszustand des Lichtes beeinflussende Elemente 5 und 6, wie λ/4- oder/und λ/2-Platten, umfaßt. Der Strahlenteiler 3 ist vorteilhaft mit einer Polarisationsteilerschicht 7 zur Trennung von Licht unterschiedlicher Polarisationsrichtung ausgestattet. Am Ausgang des Interferometermoduls 2 werden mindestens zwei parallele Teilstrahlenbündel 14 und 15 mit einem Basisabstand b ausgestrahlt und einem nachgeordneten Mittel zur Erzeugung optischer Wegänderungen oder Gangunterschiede zugeführt, die von der Winkelposition des nachgeordneten Mittels abhängen, welches mit einem Objekt 16 verbunden ist, dessen Winkelposition oder Teilung gemessen werden soll.The highly simplified interferential angle measuring device shown in FIG. 1 comprises a laser 1 as a light source, which emits polarized light. This laser 1 is followed by an interferometer module 2 in the light direction, which comprises one or more beam splitters 3 , optical deflection elements 4 and elements 5 and 6 influencing the polarization state of the light, such as λ / 4 or / and λ / 2 plates. The beam splitter 3 is advantageously equipped with a polarization splitter layer 7 for separating light of different polarization directions. At the output of the interferometer module 2 , at least two parallel partial beams 14 and 15 are emitted with a base distance b and fed to a downstream means for generating optical path changes or path differences which depend on the angular position of the downstream means, which is connected to an object 16 , its angular position or Division should be measured.

Als Mittel zur Erzeugung optischer Weg- oder Gangunterschiede ist ein um eine zentrale Achse 10 drehbares Element 11 mit einem in einer Gitterebene liegenden, axialen optischen Beugungsgitter 12 mit äquidistanter Teilung vorgesehen. Dieses Beugungsgitter 12 besteht, wie es in Fig. 5 deutlicher veranschaulicht ist, aus geraden Gitterstrukturen 13, wobei die Git terkonstante dieses Beugungsgitters 12 so dimensioniert ist, daß die erste oder eine höhere Beugungsordnung der auftreffenden Teilstrahlenbündel 14; 15 unter einem Beugungswinkel abgestrahlt wird, welcher dem Keilwinkel κ des Glas- oder eines entsprechenden Luftkeils (bei Verwendung einer reflektierenden Scheibe als reflektierendes Element) entspricht. Das verwendete Beugungsgitter 12 kann als Reflexions- oder als Transmissionsgitter ausgebildet sein.An element 11 that can be rotated about a central axis 10 and has an axial optical diffraction grating 12 with an equidistant division lying in a grating plane is provided as the means for generating optical path or path differences. This diffraction grating 12 consists, as is more clearly illustrated in FIG. 5, of straight grating structures 13 , the grating constant of this diffraction grating 12 being dimensioned such that the first or a higher diffraction order of the incident partial beams 14 ; 15 is emitted at a diffraction angle which corresponds to the wedge angle κ of the glass or a corresponding air wedge (when using a reflecting disc as a reflecting element). The diffraction grating 12 used can be designed as a reflection grating or as a transmission grating.

Die Gitterstrukturen verlaufen parallel zueinander und parallel zu einem Durchmesser des drehbaren Elementes.The lattice structures run parallel to one another and parallel to a diameter of the rotatable element.

In Fig. 2 ist das in Fig. 1 dargestellte drehbare Element 11 als eine um die zentrale Achse 10 drehbare Keilscheibe 19 aus transparentem Material, insbesondere Glas, ausgebildet, deren optisch wirksame, dem Interferometermodul 2 zugewandte, erste Fläche 17 und deren dem Interferometermodul 2 abgewandte, zweite Fläche 18 einen Keilwinkel κ einschließen. Die die Gitterebene bildende erste Fläche 17 verläuft dabei senkrecht zur zentralen Achse 10 und trägt das Beugungsgitter 12, welches als ein axiales Transmissionsgitter ausgebildet ist. Dieses Beugungsgitter 12 ist z. B. so dimensioniert, daß die erste oder eine höhere Beugungsordnung der Teilstrahlenbündel 14 und 15 senkrecht auf die als Reflexionsfläche ausgebildete, zweite Fläche 18 auftreffen und in sich zurückgeworfen werden und durch das Beugungsgitter 12 abermals hindurch zum Interferometermodul 2 zurücklaufen und dort in der Polarisationsteilerschicht 7 zur Interferenz gebracht werden. Bei Drehung der Keilscheibe 19 um die Achse 10, welche auch die Zentrumsachse des auf der Keilscheibe 19 angeordneten Beugungsgitters 12 ist, bleibt auf diese Weise die Strahlrichtung der verwendeten Ordnung des gebeugten Strahlenbündels erhalten, während die nullte oder alle anderen Ordnungen bei der Drehung der Keilscheibe 19 keglig um eine Achse taumeln und nicht zur Weiterverarbeitung gelangen. Das Licht dieser Ordnungen kann jedoch z. B. für Einstell- oder Justierzwecke verwendet werden.In FIG. 2, the rotatable element 11 shown in FIG. 1 is designed as a wedge disk 19 which can be rotated about the central axis 10 and is made of transparent material, in particular glass, the optically effective first surface 17 thereof which faces the interferometer module 2 and the one which faces the interferometer module 2 Include a wedge angle κ facing away from the second surface 18 . The first surface 17 forming the grating plane extends perpendicular to the central axis 10 and carries the diffraction grating 12 , which is designed as an axial transmission grating. This diffraction grating 12 is, for. B. dimensioned so that the first or a higher diffraction order of the partial beams 14 and 15 perpendicular to the reflection surface designed as a second surface 18 and are reflected back and run back through the diffraction grating 12 to the interferometer module 2 and there in the polarization splitter layer 7 to be brought into interference. When the wedge disk 19 is rotated about the axis 10 , which is also the center axis of the diffraction grating 12 arranged on the wedge disk 19 , the beam direction of the order of the diffracted beam bundle used is maintained in this way, while the zeroth or all other orders when the wedge disk is rotated 19 wobble conically around an axis and do not get to further processing. However, the light of these orders can e.g. B. can be used for setting or adjustment purposes.

Um einen solchen Strahlenverlauf zu realisieren, müssen die Gitterkonstante und die Gitterstruktur entsprechend der verwendeten Beugungsordnung gewählt und ausgeführt werden. Der Keilwinkel κ der Keilscheibe 19 muß dem Beugungswinkel der gewählten Beugungsordnung der Teilstrahlenbündel 14; 15 gleichen. Das Beugungsgitter 12 ist vorteilhaft als geblaztes Gitter ausgebildet, dessen Struktur der verwendeten Beugungsordnung der Teilstrahlenbündel 14; 15 angepaßt ist, um den Hauptanteil der Energie in die zum Messen verwendete Beugungsordnung zu bringen.In order to implement such a beam path, the grating constant and the grating structure must be selected and implemented in accordance with the diffraction order used. The wedge angle κ of the wedge disk 19 must be the diffraction angle of the chosen diffraction order of the partial beams 14 ; 15 likes. The diffraction grating 12 is advantageously designed as a blazed grating, the structure of the diffraction order used for the partial beams 14 ; 15 is adapted to bring the majority of the energy into the diffraction order used for measurement.

Fig. 3 zeigt eine Keilscheibe 20 aus Glas, deren dem Interferometermodul 2 zugewandte erste Fläche 21 senkrecht zur drehbaren Achse 10 verläuft. Auf der unter dem Keilwinkel κ zur ersten Fläche 21 liegenden zweiten Fläche 22 der Keilscheibe 20 ist das Beugungsgitter 12 angeordnet, welches als ein Reflexionsgitter ausgeführt ist. Die diametral zur Achse 10 auf die Keilscheibe 20 auftreffenden Teilstrahlenbündel 14 und 15 durchlaufen die Keilscheibe 20 und werden am Reflexionsgitter so gebeugt, daß die jeweils ausgewählte Beugungsordnung (z. B. die erste Beugungsordnung) in sich zurückgeführt wird. Alle anderen Beugungsordnungen werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, nicht in sich zurückgeführt. Auch bei dieser Ausbildung der Keilscheibe 20 entspricht der Keilwinkel κ der Keilscheibe 20 dem Winkel, unter dem die gewünschte Beugungsordnung der Teilstrahlenbündel 14; 15 durch das Reflexionsgitter gebeugt wird. Fig. 3 shows a wedge plate 20 made of glass, which extends the interferometer module 2 facing first surface 21 perpendicular to the rotary shaft 10. The diffraction grating 12 , which is designed as a reflection grating, is arranged on the second surface 22 of the wedge disk 20 , which lies at the wedge angle κ to the first surface 21 . The diametrically to the axis 10 incident on the wedge plate 20 sub-beams 14 and 15 passed through the wedge plate 20 and are so bent that the respectively selected diffraction order (eg. As the first diffraction order) is fed back in at the reflection grating. All other diffraction orders, as described in connection with FIG. 2, are not fed back into themselves. Also in this embodiment, the wedge plate 20 corresponds to the wedge angle κ of the wedge plate 20 to the angle at which the desired order of diffraction of the partial beams 14; 15 is diffracted by the reflection grating.

In Fig. 4 ist ein drehbares Element dargestellt, welches eine zur Achse 10 schräg angeordnete Scheibe 21 darstellt. Auf ihrer dem Interferometermodul 2 zugewandten Fläche ist das Beugungsgitter 12 aufgebracht, welches als Reflexionsgitter ausgebildet ist, durch das die einfallenden Teilstrahlenbündel 14; 15 so gebeugt und reflektiert werden, daß die ausgewählte Beugungsordnung in sich zurückgeworfen wird. Die Scheibe 21 ist in einer Fassung 22 und die Keilscheiben 19 und 20 sind vorteilhaft in einer Fassung 23 (Fig. 1) aufgenommen, welche auch Mittel umfaßt, mit denen eine schlupffreie und zentrische Befestigung am Objekt 16 ermöglicht wird. Die Fassungen 22 und 23 nach Fig. 1 und Fig. 4 besitzen z. B. je eine zentrale, zentrisch zur Achse 10 gelegene Bohrung, mit welcher die Fassungen 22 bzw. 23 mit 5 dem zu vermessenden Objekt 16 verbindbar sind. FIG. 4 shows a rotatable element which represents a disk 21 arranged at an angle to the axis 10 . On its surface facing the interferometer module 2 , the diffraction grating 12 is applied, which is designed as a reflection grating through which the incident partial beams 14 ; 15 are diffracted and reflected so that the selected diffraction order is reflected back. The disc 21 is in a socket 22 and the wedge disks 19 and 20 are advantageously accommodated in a socket 23 ( FIG. 1), which also includes means by which a slip-free and central attachment to the object 16 is made possible. The sockets 22 and 23 of FIG. 1 and FIG. 4 eg own. As per a central, centrally disposed bore to the axis 10, with which the sockets 5 are connectable to the object to be measured 16 22 or 23rd

In Fig. 5 sind in einer Draufsicht, z. B. auf die erste Fläche 17 der Keilscheibe 19, die Auftrefforte 24; 25; 26; 27 der Teilstrahlenbündel auf dem Beugungsgitter 12 dargestellt, wobei die Auftrefforte 24 und 26 sowie 25 und 27 der beiden Teilstrahlenbündelpaare diametral zur Achse 10 liegen und jeweils einen Abstand b als Basisabstand aufweisen, welcher gleich dem Abstand Strahlenteiler 3 - Umlenkelement 4 ist. Die Teilstrahlenbündel 24 und 26 des einen Teilstrahlenbündelpaares sind zu den Teilstrahlenbündeln 25 und 27 des anderen Teilstrahlenbündelpaares um 90° versetzt.In FIG. 5, in a plan view, z. B. on the first surface 17 of the wedge disk 19 , the impact point 24 ; 25 ; 26 ; 27 of the partial beams on the diffraction grating 12 , the impact points 24 and 26 and 25 and 27 of the two pairs of partial beams being diametrical to the axis 10 and each having a distance b as the basic distance, which is equal to the distance between the beam splitter 3 and the deflection element 4 . The partial beams 24 and 26 of one pair of partial beams are offset from the partial beams 25 and 27 of the other partial beam by 90 °.

Bei der erfindungsgemäßen Winkelmeßeinrichtung wird das vom Laser 1 ausgesandte Lichtbündel 28 im Interferometermodul 2 in die Teilstrahlenbündel 14 und 15 auf gespalten, welche auf das Gitter 12 der Keilscheibe 11; 19; 20 und der Scheibe 21 geleitet werden. Nach Beugung und Rückführung der Teillichtbündel 14 und 15 werden diese im Strahlenteiler 3 zur Interferenz gebracht. Durch die unterschiedlichen Lichtwege (Gangunterschiede) der Teilstrahlenbündel entstehen nach dieser Zusammenführung der Teilstrahlenbündel Hell- Dunkel-Übergänge, die durch fotoelektrischen Empfänger 8 in elektrische Signale umgewandelt, die als Zählimpulse in der Auswerteeinrichtung 9 weiterverarbeitet werden.In the angle measuring device according to the invention, the light beam 28 emitted by the laser 1 is split in the interferometer module 2 into the partial beam bundles 14 and 15 , which are directed onto the grating 12 of the wedge plate 11 ; 19 ; 20 and the disc 21 are passed. After diffraction and return of the partial light beams 14 and 15 , these are brought to interference in the beam splitter 3 . Due to the different light paths (path differences) of the partial light beams, after this partial light beams have been brought together, light-dark transitions occur, which are converted into electrical signals by photoelectric receivers 8 , which are further processed as counting pulses in the evaluation device 9 .

Claims

1. Interferential angle measuring device, comprising a light source, an interferometer module, which comprises a beam splitter and optical elements for generating parallel partial beams, means for generating optical path differences that are dependent on the angular position, and photoelectric receivers for generating electrical signals that can be evaluated and processed, characterized in that an element ( 11 ) rotatable about a central axis ( 10 ) with an axial optical diffraction grating ( 12 ) lying in a grating plane with straight parallel structures of equidistant division is provided as the means for producing optical path differences, the structures of the diffraction grating run parallel to a diameter of the rotatable element and the grating constant of the diffraction grating ( 12 ) is dimensioned such that when a reflection grating is used, the first or a higher diffraction order of the incident partial beams ( 14 ; 15 ) is emitted at a diffraction angle which corresponds to the angle of inclination κ of the grating plane of the reflection grating with respect to the central axis ( 10 ) or when using a transmission grating whose grating plane is perpendicular to the central axis ( 10 ) and which is followed by a second reflecting surface inclined to the axis of rotation is, the grating constant is dimensioned such that the diffraction angle of the first or a higher diffraction order of the incident partial beams corresponds to the inclination of the second reflecting surface.

2. Angle measuring device according to claim 1, characterized in that the rotatable element ( 11 ) is designed as a wedge disk ( 19 ; 20 ) made of transparent material, the interferometer module ( 2 ) facing first surface ( 17 ; 21 ) perpendicular to the central axis ( 10 ) and that its second surface ( 18 ; 22 ) facing away from the interferometer module ( 2 ) includes a wedge angle κ with the first surface ( 17 ; 21 ).

3. Angle measuring device according to claim 1, characterized in that the optical diffraction grating ( 12 ) are designed as a transmission grating or reflection grating.

4. Angle measuring device according to claim 1 and 2, characterized in
that the wedge disk ( 19 ) has a transmission grating on its first surface ( 17 ) running perpendicular to the central axis ( 10 )
and that its second surface ( 18 ) inclined to this first surface ( 17 ) at the wedge angle κ is designed as a reflecting surface.

5. Angle measuring device according to claim 1 and 2, characterized in that the wedge disc ( 20 ) on its, to the first surface ( 21 ) at the wedge angle κ inclined second surface ( 22 ) has a reflection grating.

6. Angle measuring device according to claim 1, characterized in
that the rotatable element is a disk ( 21 ), the surface of which faces the interferometer module ( 2 ) carries a diffraction grating ( 12 ) designed as a reflection grating
and that the disc ( 21 ) to the central axis ( 10 ) is arranged at an angle not equal to 90 °.

7. Angle measuring device according to claim 1 to 6, characterized in that the diffraction grating ( 12 ) are designed as blazed grating, the structure of which is adapted to the diffraction order of the partial beams ( 14 ; 15 ) to be used.

8. Angle measuring device according to claim 1 to 7, characterized in that the partial beams ( 14 ; 15 ) at diametrically to the central axis ( 10 ) lying on the diffraction grating ( 12 ).

9. Angle measuring device according to claim 1 to 6, characterized in that the rotatable element ( 11 ) is received in a socket ( 22 ; 23 ) and that this socket ( 22 ; 23 ) has means for slip-free fastening to the object ( 16 ), whose angular position is to be measured.

10. Angle measuring device according to claim 1, characterized in that in the interferometer module ( 2 ) means in the form of radiation splitters ( 3 ) and deflecting elements ( 4 ) for generating two partial beam pairs ( 24 ; 26 and 25 ; 27 ) are provided, the impact point on the diffraction grating ( 12 ) are each offset by 90 °.