In-situ rückgeführte, Diodenlaser-basierte Absolutinterferometrie mit einer Reichweite von 100 m
Final Report Abstract
Die Anforderungen an die dimensionelle Messtechnik in der Fertigung und in der Überwachung großer Komponenten steigen stetig. Insbesondere bei Bauteilen von mehreren Metern bis hin zu einigen zehn Metern z.B. in der Flugzeugindustrie stößt die konventionelle Messtechnik an ihre Grenzen, wenn sowohl Genauigkeiten besser als 1 µm/m bei gleichzeitiger Messung ohne mechanische Führung erreicht werden sollen. In diesem Projekt wurde ein Verfahren zur Absolutdistanzmessung entwickelt, welches bis 50 m eine erweiterte relative Messunsicherheit von deutlich unter 1 µm/m erreicht und gegenüber vergleichbaren Methoden eine deutliche Stabilität und Insensitivität gegenüber äußeren Störeinflüssen aufweist. Dafür wurden zwei hochgenaue Messverfahren, Interferometrie und Doppler-freie Molekülspektroskopie, kombiniert. Die Rückführung der Längenmessung erfolgt in-situ durch die spektroskopische Messung von Doppler-freien Rotations-Vibrations-Übergängen des Jodmoleküls. Im Rahmen des Projekts wurde eine Methode entwickelt, diese Spektroskopie bei hohen Geschwindigkeiten der Frequenzänderung über ein relativ großes spektrales Fenster mit hoher Reproduzierbarkeit durchzuführen. Durch Abgleich mit Referenzwerten können so 299 Übergänge als wohl definierte Frequenzreferenzmarken verwendet werden. Die Genauigkeit der Frequenzmessung wurde durch Vergleich mit einem hochauflösenden Fabry-Perot-Interferometer verifiziert. Simultan zur Spektroskopie wird mit die Phasenänderung einer interferentiellen Distanzmessung mit der Frequenzänderung gemessen (Frequency Sweeping Interferometry, FSI). Die Messung wurde in heterodyner Detektion durchgeführt, was einen kompakten optischen Aufbau und relative geringe Intensitätsanforderungen ermöglicht. Der Einfluss mechanischer Störungen auf die Genauigkeit der Messungen konnte durch ein zweites, klassisch zählendes Interferometer signifikant reduziert werden. Mit Hilfe von digitaler Filterung können beide Signale effizient getrennt und ausgewertet werden. Das Längenmesssystem wurde auf dem 50 m Interferenzkomparator verifiziert. Es wurde eine auf molekulare Übergänge in-situ rückführbare, absolute interferferentielle Längenmessung mit einer Reichweite von 50 m und einer verifizierten Messunsicherheit geringer als 1 µm/m realisiert.
Publications
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„Absolute distance interferometer in LaserTracer geometry“, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 2013 (based on: Proc. MacroScale 2011 – Recent developments in traceable dimensional measurements, Bern-Wabern, 04-06 October 2011, Switzerland)
K. Meiners-Hagen, N. R. Doloca, F. Pollinger, K. Wendt, F. Härtig
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„Spectroscopic in-situ traceability for absolute distance interferometry“, Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Reihe 6: 48 (2013), 2, 183
G. Prellinger, K. Meiners-Hagen, F. Pollinger
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„Absolut distance interferometry based on a physical reference“, Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Reihe 6: 49 (2014), 2, 365
G. Prellinger, K. Meiners-Hagen, F. Pollinger
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„Spectroscopic Traceability Route for Variable Synthetic Wavelength Absolute Distance Interferometry”, in W. Osten (ed.), Fringe 2013, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014, S. 843 – 846
G. Prellinger, K. Meiners-Hagen, F. Pollinger
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„Towards robust frequency-sweeping absolut distance interferometry”, 2nd MacroScale at Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen, Vienna, 28-30 October 2014, Austria
G. Prellinger, K. Meiners-Hagen, F. Pollinger
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„Spectroscopically in situ traceable heterodyne frequency-scanning interferometry for distances up to 50 m“, Measurement Science and Technology (2015) 26 084003
G. Prellinger, K. Meiners-Hagen, F. Pollinger
