用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的设备，所述设备包括射束源、第一分束器、检测器以及调焦装置，其中，所述设备使得由物体至少部分反射的测量射束与基准射束在检测器的检测面上叠加，而调焦装置布置在测量射束的射束路径中用以使测量射束聚焦到物体的测量点上，重要的是，该设备能产生波长大于１１００ｎｍ的测量射束，设备还包括像单元用于对物体的围绕测量点的至少一个局部区域进行平面成像，其中，调焦装置在像单元与物体之间的射束路径中，测量射束的焦点大致位于像单元的焦平面内，借助调焦装置能使测量射束的焦点和像单元的焦平面同步移动。本发明专利技术还涉及借助本发明专利技术设备、用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求1所述的、用于以干涉测量方式对物体进行振动测 量的设备以及一种根据权利要求10所述的、用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的方法。
技术介绍
已知借助干涉仪、例如激光多普勒干涉仪非接触地测量物体的振动。一般的这种 干涉仪包括辐射源、分束器和检测器。在此，由辐射源产生的原始射束借助分束器分成测量射束和基准射束。所述测量 射束被引导至物体上的测量点，至少部分由物体反射的测量射束与所述基准射束在检测器 的检测面上叠加，从而能借助检测器来测量在测量射束与基准射束之间的叠加信号或干涉信号。物体表面的运动或振动影响测量射束的频率，从而可从测量射束和基准射束的叠 加信号推断出物体的运动，尤其是推断出物体表面的振动频率。在此，辐射源必须产生单色/单频的射线或者至少产生具有足够长的相干长度的 射线。一般用激光器作为辐射源。另外已知，在测量射束的射束路径中布置有调焦装置，借助该调焦装置使测量射 束聚焦到物体上的测量点。通常，在干涉测量式振动测量中利用通过激光器产生的测量射束，该测量射束具 有在可视范围内的波长，亦即波长范围在380nm与750nm之间。在此，原则上存在造成伤害 的危险，尤其是对于人类的眼睛。所以，需要加强安全设施，或必须使用小功率的激光器，例 如功率小于25μ W的1级激光。这一点由于应用范围的限制而产生不利的作用，这是因为 安全设施产生费用和/或由于激光功率小、及其导致的测量射束强度小而使测量信号的质 量(尤其是信噪比)恶化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，在使用者的操作方面改进用于以干涉测量方式对物体进行振 动测量的已知设备和已知方法，尤其是在不需要加强安全设施的情况下扩大应用范围。另 外，希望简化测量射束的校准和/或调焦。这个目的通过根据权利要求1的设备以及根据权利要求10的方法来实现。权利 要求2至9中是根据本专利技术的设备的有利实施方案，权利要求11至14中是根据本专利技术的 方法的有利实施方案。根据本专利技术的用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的设备包括用于产生原 始射束的辐射源、用于将原始射束分成测量射束和基准射束的第一分束器、检测器和调焦直O将该设备实施成如已知的干涉仪那样能将测量射束引导到物体的测量点上并使该物体至少部分反射的测量射束与所述基准射束在检测器的检测面上叠加。因此，能从该 检测器的测量信号确定物体表面在测量点处的振动频率。调焦装置布置在测量射束的射束路径中，实施为能将测量射束聚焦到物体的测量点上。重要的是，借助所述设备能产生波长大于IlOOnm的测量射束，所述设备附加地包 括一像单元用以对所述物体的位于所述测量点周围的至少一个局部区域进行平面成像，而 所述调焦装置进一步布置在像单元与物体之间的射束路径中。所述调焦装置设计成使得测 量射束的焦点大致位于像单元的焦平面内，借助调焦装置能使测量射束的焦点和像单元的 焦平面同步/同时移动。因此，与已知设备的主要区别在于测量射束具有大于IlOOnm的波长，亦即尤其 是所述测量射束是人眼不可见的。由此得到的优点在于，人眼不会察觉出对物体的测量，与 可视范围内的测量射束的应用相比较，高强度测量射束所需的安全设施较少。然而通过使用人眼不可见的测量射束，使得对希望测量条件的设定变得困难，尤 其是使得将测量射束校准到物体的希望测量点上变得困难，因为使用者不能直接通过光学 控制来检验测量射束的校准。由此，在根据本专利技术的设备中，测量射束的射束路径以及在像单元与物体之间的 射束路径都经过调焦装置，亦即两个射束路径都至少部分地穿过相同的属于调焦装置的光 学部件。因此在根据本专利技术的设备中确保测量射束的焦点大致位于像单元的焦平面内， 借助调焦装置使像单元的焦平面的移动相应地同步引起测量射束的焦点的相应移动。利用本专利技术设备、用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的本专利技术方法包括下 列步骤借助辐射源产生原始射束，借助第一分束器将该原始射束分成基准射束和测量射 束。使基准射束与至少部分由物体反射的测量射束在检测器的检测面上叠加。另外，借助 调焦装置使所述测量射束聚焦在物体的测量点上。所述测量射束的波长大于llOOnm。另外，借助像单元对物体的围绕测量点的局部区域进行平面成像，其中同样借助 调焦装置使所述像单元聚焦在该局部区域上。因为测量射束的焦点总是大致位于像单元的焦平面内，所以借助调焦装置使像单 元聚焦在局部区域上同步地使测量射束至少近似地聚焦到测量点上。因此，根据本专利技术的设备和根据本专利技术的方法的优点在于，明显地为使用者简化 了对人眼不可见的测量射束进行的校准和调焦通过对所述借助像单元成像的、物体的围绕测量点的局部区域进行光学控制，使 用者可以简单地校准测量射束，因为使用者能够直接检验所述围绕测量点的局部区域。同 样，使用者通过对成像的局部区域进行光学控制使像单元聚焦到所述局部区域上，由此同 步地使测量射束聚焦到测量点上，从而如已知的摄影相机或摄像机一样能够以简单方式实 现“对焦”。因此，能够在例如不必知道根据本专利技术的设备与待测物体之间的距离的情况下对 测量射束进行校准和调焦。同样地，以人眼不可见的方式执行对物体的测量，因为在待测物 体上所述不可见的测量射束和所述局部区域的成像都是人眼所不能识别的。根据本专利技术的设备和根据本专利技术的方法的优点还在于不必将像单元设计成对于 测量射束是灵敏的。这是因为，由于成像的局部区域与测量点在校准和调焦方面的相关性 而无需使得使用者能够通过像单元看到测量射束或测量点本身。尤其是能使用传统的、在 可视范围内成像的像单元，而无需使用也在大于IlOOnm的波长范围内灵敏的成本高的像 单元、例如铟镓砷传感器。辐射源优选设计成能产生波长大于IlOOnm的原始射束，亦即，借助该辐射源产生 波长大于IlOOnm的原始射束。由此，以简单方式确保了测量射束也具有大于IlOOnm的波长。根据本专利技术的设备优选实施成使测量射束的焦点总是准确地位于像单元的焦平 面内，或者借助本专利技术方法使测量射束同步地准确聚焦在测量点上。但是，由于所使用的光 学部件的技术状况(制造公差等)可能会引起微小的偏差。像单元优选实施成使所述局部区域能够在可视范围(波长范围380nm至750nm) 内或者在其至少一个子范围内平面成像；或者借助根据本专利技术的方法，使像区域在可视范 围内或者在其至少一个子范围内平面成像。由此，能够由使用者以简单的方式进行光学控 制。根据本专利技术的设备有利地包括第二分束器，该第二分束器布置在测量射束的位于 调焦装置与检测器之间的射束路径中以及像单元的位于调焦装置与像单元之间的射束路 径中。该分束器布置和设计成使得对于在调焦装置与像装置之间的射束路径中的、在可视 范围内的射线，强度损失小于50%，而对于在调焦装置与检测器的检测面之间的射束路径 中的测量射束，强度损失同样小于50%。因此，在这种有利的构造方案中，以如下方式对射 束进行分束，借助第二分束器、至少在可视范围内、将起始于调焦装置的射线以高于50%的 辐射强度引导到像单元，将由物体反射的、起始于调焦装置的测量射束同样以高于50%的 辐射强度引导到检测器的检测面。因此，在根据本专利技术的设备内，从调焦装置起这样对射线进行分束将至少大部分 的测量射束引导到检测器并将至少大部分的可见射线引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于以干涉测量方式对物体（８）进行振动测量的设备，所述设备包括用于产生原始射束的射束源（１）、用于将所述原始射束分成测量射束和基准射束（５）的第一分束器（３）、检测器以及调焦装置（９），其中，所述设备实施成使得由所述物体（８）至少部分反射的测量射束（４）与基准射束（５）在所述检测器（１０）的检测面上叠加，而所述调焦装置（９）布置在所述测量射束的射束路径中用以使所述测量射束聚焦到所述物体（８）的测量点（７）上，所述设备的特征在于，借助所述设备能够产生波长大于１１００ｎｍ的测量射束，所述设备附加地包括像单元（１２），所述像单元用于对所述物体的围绕所述测量点（７）的至少一个局部区域进行平面成像，另外满足，所述调焦装置（９）布置在所述像单元（１２）与所述物体（８）之间的射束路径中，所述测量射束的焦点大致位于像单元（１２）的焦平面内，借助所述调焦装置（９）能使所述测量射束的焦点和所述像单元（１２）的焦平面同步地移动。

【技术特征摘要】
DE 2009-10-19 102009049932.61.一种用于以干涉测量方式对物体(8)进行振动测量的设备，所述设备包括用于产生 原始射束的射束源(1)、用于将所述原始射束分成测量射束和基准射束(5)的第一分束器 (3)、检测器以及调焦装置(9)，其中，所述设备实施成使得由所述物体(8)至少部分反射的 测量射束(4)与基准射束( 在所述检测器(10)的检测面上叠加，而所述调焦装置(9) 布置在所述测量射束的射束路径中用以使所述测量射束聚焦到所述物体(8)的测量点(7) 上，所述设备的特征在于，借助所述设备能够产生波长大于UOOnm的测量射束，所述设备附加地包括像单元(12)，所述像单元用于对所述物体的围绕所述测量点(7) 的至少一个局部区域进行平面成像，另外满足，所述调焦装置(9)布置在所述像单元(1 与所述物体(8)之间的射束路径 中，所述测量射束的焦点大致位于像单元(1 的焦平面内，借助所述调焦装置(9)能使所 述测量射束的焦点和所述像单元(1 的焦平面同步地移动。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括第二分束器(6)，该第二分 束器在测量射束的位于所述调焦装置(9)与所述检测器之间的射束路径中以及在所述像 单元(1 的位于所述调焦装置(9)与所述像单元(1 之间的射束路径中布置和设计成， 使得可视范围内的射线在所述调焦装置(9)与所述像单元之间的强度损失小于50%，而测 量射束在所述调焦装置(9)与所述检测器(10)的检测面之间的强度损失小于50% ；优选 地，可视范围内的射线在所述调焦装置(9)与所述像单元之间的强度损失小于30%，而测 量射束在所述调焦装置(9)与所述检测器(10)的检测面之间的强度损失小于30%。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第二分束器是二向色分束器，优选是 使可视范围内的射线透射的辐射强度至少达到50%而使所述测量射束(4)被反射的辐射 强度至少达到50%的分束器，进一步优选是使可视范围内的射线透射的辐射强度至少达到 70%而使所述测量射束(4)被反射的辐射强度至少达到70%的分束器。4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述像单元(1 和/或一 与所述像单元共同作用的分析处理单元(16)设计成，使得在所述物体的借助所述像单元 (12)成像的局部区域(A)上能显示出一目标记号，尤其是在所述测量点的位置处显示一目 标十字。5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括与所述检测器 连接的、用于放大和/或修正所述检测器(10)的测量信号的分析处理单元(16)，以及所述分析处理单元(16)设计成以声学方式输出在测量点(7)处借助所述检测器(10) 在可听频率范围内或在可听频率范围的子范围内测得的物体振动。6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述分析处理单元(16)包括电平指示器， 该电平指示器用于复现所述检测器的测量信号的强度，尤其是用于复现与物体的振幅相关 的电平。7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述分析处理单元(16)包括一多频 滤波器(均衡器)用于以能选择性给定的方式减小多个频率范围，尤其是所述多频滤波器 包括一存储器，所述存储器具有多个存储的、可供使用者选择的滤波器参数组。8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述像单元(1 设计为数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：C伦贝，A德雷本施泰特，M加特纳，M赫贝里希，A莱昂哈特，
申请(专利权)人：综合工艺有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]