用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的设备和方法

专利名称：用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的设备和方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。

发明内容
本发明的目的在于，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中是根据本发明的设备的有利实施方案，权利要求11至14中是根据本发明的 方法的有利实施方案。根据本发明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，在根据本发明的设备中，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。因此在根据本发明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。利用本发明设备、用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的本发明方法包括下 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，根据本发明的设备和根据本发明的方法的优点在于，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发明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。
根据本发明的设备和根据本发明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。根据本发明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，或者借助本发明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；或者借助根据本发明的方法，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。根据本发明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，在根据本发明的设备内，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导到像单元。由此，尤其是在检测 器的检测面上实现了高强度的相关射线，同样在像单元中实现了高强度的相关射线，从而 实现了更好的测量结果(尤其是更好的信噪比)或者更好的图像质量。尤其有利的是，对于 可视范围内的射线和测量射束所述强度损失皆小于30%，亦即，借助第二分束器，至少在可 视范围内、将大于70%的辐射强度的射线引导至像单元，并将从物体反射的达到大于70% 的辐射强度的测量射束引导至检测器。所述第二分束器优选设计为二向色分束器。尤其是有利地设计成在可视范围内 使至少50%的辐射强度的射线穿过第二分束器，而所述第二分束器反射至少50%的辐射 强度的测量射束。尤其是，可视范围内的射线的达到至少70%的辐射强度的透射是有利的， 而测量射束的达到至少70%的辐射强度的反射是有利的。通过将第二分束器实施为二向色分束器，能够以简单的方式实现可视范围内射线 与测量射束的希望分束。像单元有利地设计成能够在借助像单元成像的物体局部区域上显示一目标记 号，优选在测量点的位置处显示一目标十字。在根据本发明的方法中，有利地借助像单元在 物体的位于测量点位置处的局部区域的像上显示一目标元素，尤其是目标十字。7
由此，以简单的方式在物体的局部区域的像上向使用者指明测量点的位置，因此 能够以简单的方式在待测物体上精确定位测量点。通过在物体与像单元之间的射束路径中布置用于使目标十字成像在像单元上的 光学部件，可实现目标记号的显示。然而在一优选的实施方式中，通过相应地补充和/或改 变像单元的像信号以便在显示像信号时例如在监视器上可见到目标记号，从而产生该目标 记号。因此，在这个有利的实施方式中，通过改变/补充像信号来产生虚拟的目标记号。尤其有利的是，相对于围绕目标记号的像区域以高亮度对比的方式形成该目标记 号。有利地，确定围绕目标记号的像点的亮度值的平均值，如果所述平均值小于一给定的阈 值，则将目标记号显示为亮色、尤其是白色，而如果所述平均值大于该给定的阈值，则将目 标记号显示为暗色、尤其是黑色。根据本发明的设备优选包括与检测器相连接的分析处理单元，该分析处理单元用 于放大和/或修正检测器的测量信号，该分析处理单元设计成能够以声学的方式输出在 测量点处借助检测器在可听频率范围内或该可听频率范围的子范围内测得的物体振动。所述声学输出优选如下地进行所述设备以电振荡的形式输出在可听频率范围内 的振动，从而可借助通常的扬声器或耳机来进行声学输出。因此，在这种优选实施方式中能够以简单的方式对在物体的测量点位置处存在的 振动进行声学复现(Wiedergabe)。由此，通过本发明设备的声学输出，使用者能够听到例如 在待测物体位置处或待测物体区域内的声波，所述声波使所述物体处于相应的振动。分析处理单元优选包括一电平指示器，该电平指示器用于复现检测器的测量信号 的强度、尤其是用于复现与测量点位置处的物体振幅相关的电平。由此，使用者通过测量点 位置处的物体振动、尤其是通过振动强度另外实现了光学控制。这使得使用者能够以如下 方式对调焦装置进行精调节/微调节，通过对调焦装置的精调节使测量信号的强度、亦即 借助电平指示器显示的信号电平最大。分析处理单元优选包括一多频滤波器(Multifrequenzfilter)(均衡器)，该多频 滤波器用于选择性地以给定的方式减小多个频率范围。这种多频滤波器是已知的并且例如 在复现音乐的设备中用于以各自可选给定的因数来抑制不同的频率范围，亦即，使各频率 范围内的信号强度降低一可选给定的因数。因此，在本发明设备的这种有利实施方式中，通过完全抑制大部分干扰影响所在 的频率范围或者使对该频率范围的抑制强于其余频率范围，能够抑制干扰影响。尤其有利 的是，多频滤波器包括存储单元，在该存储单元中存有多个滤波器参数组，其中，每个频率 范围的滤波器参数组包含一相应的减小因数。所述多频滤波器实施成，能够由使用者选择 性地选出滤波器参数组，并且对分析处理单元输出的信号进行与选出的滤波器参数组对应 的修正。由此能够例如为不同的物体材料而在存储单元内规定优化的滤波器参数组，使得 使用者通过选择出与相应材料相关的滤波器参数组而与物体的材料特性无关地得到在物 体位置处存在的声波的优化复现。如上所述，像单元用于对待测物体的至少一个局部区域成像，其中，测量点位于该 局部区域内。原则上，所述像单元可以按照光学望远镜的形式设计。然而，像单元有利地设 计成摄像机和/或视频摄像机，尤其是数字摄像机。
因此，像单元优选包括一数字式平面接收传感器/摄影传感器 (Aufnahmesensor)，优选是在数字摄像机领域已知的光学CXD传感器或基于CMOS技术的光 学传感器。所述设备设计成，通过调焦装置以及可能存在的其他光学部件使所述的物体局 部区域成像在数字式图像传感器上。像单元优选设计成用于接收和/或显示物体的直接成像，尤其是用于以非干涉测 量的方式进行显示。摄像机优选设计成用于以在图片摄像机或视频摄像机领域中已知的方 式对物体进行摄像和/或显示。另外，像单元优选包括一指示单元和/或一接口，该指示单元用于显示借助数字 式图像传感器接收的局部区域，该接口用于连接至一图像指示装置、如像屏和/或像屏眼 镜(像镜，Bildschirmbrille)。由此，能够以简单、经济的方式，尤其是在使用商售部件——使如IXD像屏或IXD 像屏镜——的情况下对物体的局部区域进行光学显示。优选地，通过上述分析处理单元对像单元的像信号进行处理，使得所述像信号能 够显示在通常的指示设备上、如像屏(监视器)和/或像屏镜上。尤其是，如上所述，优选 借助所述分析处理单元加入一虚拟的目标记号。如上所述，根据本发明的设备设计成使测量点位于所述局部区域内，而所述局部 区域的移动引起测量点的相应移动，因而测量点在局部区域内的相对位置保持不变。优选 地，测量点大致位于物体在像单元上成像的局部区域的中央。通过由使用者对整个根据本发明的设备进行移动和/或转动和/或翻转，可对局 部区域和测量点进行校准。同样在本发明的范围内该设备包括光学致偏机构、例如旋转 镜(旋转反射器)，该光学致偏机构既布置在物体与像单元之间的射束路径中又布置在测 量射束的射束路径中，从而能使物体上的局部区域和测量点同步移动，而无需改变所述测 量点相对于所述局部区域的位置。优选地，所述移动选择性地在两个相互垂直的空间方向 上进行。将整个设备布置在一公共的壳体内、通过相应地转动和/或翻转壳体来进行校 准、以及不设置致偏机构，由此，实现了根据本发明的设备的特别坚固、简单的有利构造方 案。如此便能够按照视频摄像机的形式借助一摆动倾斜头将根据本发明的设备布置在一台 座上，从而如在视频摄像机领域中已知的，通过转动和/或摆动所述设备而对物体的局部 区域和测量点进行校准。在另一优选的实施方式中，根据本发明的设备附加地包括一光学望远镜，所述望 远镜与所述设备相连接并布置成使得所述望远镜的视野包括所述测量点，尤其是使得所述 测量点大致位于所述望远镜的视野的中央。另外，该望远镜优选设计成，使得望远镜的视野 明显比所述物体的在像单元上成像的局部区域大。因此，在该有利的实施方式中，为了校准局部区域和测量射束，首先借助望远镜进 行粗校准，因为望远镜的视野与所述物体的在像单元上成像的局部区域相比覆盖一明显更 大的区域。此外，望远镜也包括一标注测量点位置的目标元素、例如目标十字，是尤其是有 利。如下地进行粗较准使用者穿过望远镜进行观察，将根据本发明的设备校准成使得希望 的测量点位于望远镜视野的中央或使目标记号被校准到希望的测量点。随后，使用者通过 观察物体局部区域在像单元上所成的像(例如通过一像指示器或像屏眼镜)在校准方面对所述设备进行必要的再调节，从而进行精较准。特别是，当借助像单元为使用者显示出在测 量点位置处的目标记号时，便可精确地实施精调节。优选如下地进行调焦在方法步骤Fl中，至少调焦到所述测量物体的局部区域 上，其中，在调焦期间借助一指示单元(例如像指示器或像屏眼镜)反复复现所述局部区域 在像单元上所成的像，以使得使用者能够借助光学控制来进行调焦。由于像单元与测量射 束的调焦相关联而使所述测量射束至少近似地聚焦到所述测量点上。在根据本发明的方法的这种优选实施方式中，在其后的方法步骤F2中(可能在中 间插入其他的方法步骤)，通过以光学和/或声学的方式输出检测器的测量信号的信号电 平，和/或以声学方式输出借助检测器测量的测量点振动，对测量射束在所述测量点上的 聚焦进行精调节。因此，通过由使用者使信号电平最大来进行精调节，和/或根据声学输出 进行精调节。上述的校准优选作为方法步骤FO (可能在中间插入其他方法步骤)在方法步骤Fl 和F2之前执行。同样在本发明的范围内同时、在多个分步骤中前后交替地实施校准和调焦。辐射源优选实施成产生单色射线。尤其有利的是，将辐射源实施为激光器，优选实 施为线宽小于2kHz的窄带激光器，更优选地为掺铒光纤激光器(Erbium-Faser-Laser)。小于2kHz、优选小于500Hz的窄线宽减小了测量信号中的噪声。所述检测器优选设计成铟镓砷(InGaAs)检测器。所述调焦装置优选包括至少一个可动透镜，尤其优选包括具有至少一个可动透镜 的透镜系统，从而通过移动一个或多个透镜实现像单元的焦平面和测量射束的焦点的相应 同步移动。优选地，所述辐射源设计成激光器，所述激光器产生波长大于IlOOnm的原始射束ο优选地，所述辐射源在大于1500nm的波长范围内、尤其是在1500nm与1800nm之 间的波长范围内产生原始射束。原因是，在该波长范围内，当测量射束的功率不超过IOmW 时可以实现1级的激光分类/激光标准。由此，一方面能够得到高性能的测量信号(尤其 是良好的信噪比)，另一方面，由于归属于1级激光分类，所以与较高的激光分类相比较，在 制造和使用根据本发明的设备或根据本发明的方法时仅需考虑很少的安全设施。因此，所 述设备优选设计成，使测量射束的功率小于IOmW并且大于5mW，优选大于8mW。尤其优选地，将辐射源设计成产生波长大致为1550nm的测量射束的激光器。测量点的大小以及借助像单元成像的局部区域的大小主要取决于设备的光学部 件的设计方案，尤其取决于调焦装置的设计方案，另外取决于物体与调焦装置之间的距离。 所述距离越大，(分别在焦距内的)物体的局部区域和测量点便越大。所述设备优选设计 成，在物体与调焦装置之间的至少一个距离范围内执行测量，所述距离范围为20m至50m， 优选5m至100m。所述设备优选设计成，使测量点在物体上覆盖的面积小于300mm2，尤其是小于 100mm2，优选小于50mm2，以实现高测量精度。尤其是，所述设备有利地设计成当物体与 调焦装置的距离大致是5m时，测量点在物体上覆盖的面积小于0. 2mm2，优选在0. 05mm2到 0. 2mm2的范围内，优选大致为0. Imm2,和/或当物体与调焦装置的距离大致是IOOm时，测量点在物体上覆盖的面积小于100mm2，优选在70mm2到30mm2的范围内，优选大致为50mm2。所述设备在由像单元成像的局部区域方面优选设计成，使得大于测量点的物体局 部区域成像，所述局部区域的面积尤其是大于50cm2，优选大于100cm2，以实现简单的校准 和调焦。所述设备尤其有利地设计成，当物体与调焦装置的距离大致为5m时，局部区域在 物体上覆盖的面积大于100cm2，优选在IOOcm2到500cm2的范围内，优选大致为150cm2，和/ 或当物体与调焦装置的距离大致是IOOm时，局部区域在物体上覆盖的面积大于lm2，优选在 Im2到IOm2的范围内，优选大致为5m2。所述测量点优选设计成圆形、正方形或矩形(尤其是长/宽比大于1且小于10、优 选小于5、特别是小于2的矩形)。对于成像的局部区域同样如此。


下面，根据图1中示意示出的本发明设备的实施例来阐述本发明设备以及本发明 方法的其他特征和优选构造方案。具体实施方案图1中示出的实施例包括实施成激光器的辐射源1，辐射源1产生波长1550nm、线 宽小于500Hz的单色的原始射束2。借助第一分束器3将原始射束2分成测量射束4和基 准射束5。测量射束4被第二分束器6引导至待测物体8上的测量点7。在测量射束4在物 体8与第二分束器6之间的射束路径中设有一调焦装置9，用于使测量射束4聚焦在测量点 7上。调焦装置9包括一能与测量射束4平行地移动的光学透镜(未示出)。由物体8至少部分反射的测量射束4被调焦装置9和第二分束器6引导至检测器 10的检测面，并在这个检测面上与基准射束5叠加。以已知的方式借助其他的光学部件、即 反射器和两个另外的分束器3a和北来实现测量射束和基准射束的叠加。重要的是，根据本发明的设备还包括设计为数字CXD摄像机或CMOS摄像机的像单 元12。像单元12设计成与调焦装置9和第二分束器6共同作用，使得局部区域A平面地成 像在像单元12的CXD芯片上。为了简化示图，在图1中仅示出局部区域A与像单元12之 间的中间射束路径。因此，调焦装置9不仅用于对测量射束4进行调焦而且用于对在像单元12上成像 的局部区域A进行调焦。根据本发明的装置实施成，使得测量点7位于局部区域A的中央， 而测量射束的焦点大致位于像单元12的焦平面内。根据图1的设备还包括望远镜13，望远镜13与所述设备相连接并被校准成使得测 量点7和局部区域A在望远镜13的视野内位于中央。为能更好地图示，图1中没有选择以 真实的比例进行图示，尤其是所述设备与物体8之间的距离与本发明设备的尺寸相比以缩 小很多的方式示出。望远镜13包括在望远镜的视野内布置在中央的目标十字，该目标十字 标注出测量点7的位置。根据图1的设备借助一传动倾斜头15安装在一台座14上。所述设备还包括分析处理单元16，分析处理单元16与检测器10和像单元12连接。为了对物体8的测量点7进行干涉测量式振动测量，首先对所述设备进行粗较准。 在此，使用者通过望远镜13进行观察并且借助传动倾斜头15实施转动和/或摆动运动，使 得望远镜13视野内的目标十字大致位于物体8的希望测量点7上。分析处理单元16包括用于连接至像屏眼镜的接口，并在该接口输出像单元12的 CXD芯片的相应图像信号。分析处理单元16还设计成，除像单元12的图像信号外还输出一 目标十字，该目标十字标出测量点7的位置。在粗较准所述设备之后，使用者戴上连接至上述分析处理单元16的接口的像屏 眼镜，并能以简单的方式借助光学控制进行精较准以使测量点7准确地定位在物体8的希 望位置点上。粗较准和精较准的不同之处在于望远镜13的视野明显大于借助像单元12显示 的局部区域A。同样地，望远镜13可实现的景深清晰度/焦深明显大于像单元12在显示局 部区域A时可实现的景深清晰度。精较准同样通过借助传动倾斜头15的转动和/或摆动运动来实现。在进行校准之后，进行调焦。在此，首先进行粗调焦，亦即使用者借助调焦装置9选择像单元12的焦平面，使得 该焦平面位于物体8的在局部区域A内的表面上，亦即，使用者对焦至局部区域A。随后进行调焦的精调节。为此，使用者戴上与分析处理单元16连接的耳机。分析处理单元16设计成，由检测器10的测量信号确定物体8上的测量点7的在可 听频率范围内的振动，并将相应的电信号输出至耳机出口，在该耳机出口处连接上述耳机。在物体8的周围环境中的声波使得物体8进行相应的振动，使得使用者可借助耳 机听到这些声波。因此，使用者能够以简单的方式借助声学控制进行精调节，以实现对声学复现的 声波的优化，尤其是声级/声压级的最大化。为了提高测量精度，图1示出的设备的干涉测量结构被设计成外差干涉仪并包括 一布拉格盒/声光调制盒(Braggzelle) 17，通过布拉格盒17借助调制频率在测量射束4与 基准射束5之间产生一频率差。以在外差干涉仪方面已知的方式，通过分析处理单元16对 检测器10的测量信号进行分析处理。根据图1的设备还包括光学透镜18，该光学透镜18设计为凹透镜。借助该透镜 18与测量射束4相关地产生一虚焦点，该虚焦点从调焦装置9出来成像在物体8的测量点 7上。
权利要求
1.一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 设计为数字摄像机，尤其是所述数字摄像机能连接至一像屏和/或像屏眼镜以指示物体的局部区域。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备附加地包括一望远 镜(13)，所述望远镜(1 与所述设备相连接并布置成使得所述望远镜的视野包括所述测 量点(7)，尤其是使得所述测量点(7)大致位于所述望远镜的视野的中央。
10.一种利用根据上述权利要求中任一项所述的设备、用于以干涉测量方式对物体(8)进行振动测量的方法，所述方法包括下列步骤-借助射束源(1)产生原始射束，-借助第一分束器将所述原始射束分成基准射束和测量射束，-使所述基准射束和至少部分由所述物体(8)反射的测量射束在检测器(10)的检测面 上叠加，其中，借助一调焦装置(9)使所述测量射束(4)聚焦在所述物体(8)的测量点(7)上，所述方法的特征在于，借助所述设备产生波长大于IlOOnm的测量射束，另外，借助一像单元(1 对所述物体的围绕所述测量点(7)的至少一个局部区域(A) 进行平面成像，其中，借助所述调焦装置(9)使所述像单元(1 聚焦在所述物体的局部区 域(A)上，所述调焦装置(9)设计成，使得所述测量射束的焦点总是大致位于所述像单元 (12)的焦平面内，以及借助所述调焦装置(9)，使所述像单元(1 至少聚焦在所述物体的局部区域(A)上，在 此同步地使所述测量射束(4)至少近似地聚焦到所述测量点(7)上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，借助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 之间的射束路径中的第二分束器来实现分束，借助所述第二分束器使至少 在可视范围内的射束的、辐射强度达到大于50%的射线被引导到所述像单元(12)，使由所 述物体(8)反射的、辐射强度达到大于50%的测量射束(4)被引导到所述检测器，优选地， 借助所述第二分束器使至少在可视范围内的射束的、辐射强度达到大于70%的射线被引导 到所述像单元(12)，使由所述物体(8)反射的、辐射强度达到大于70%的测量射束(4)被 引导到所述检测器。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其特征在于，借助所述像单元(12)和 /或借助与所述像单元共同作用的分析处理单元(16)，在所述物体的所述局部区域的像上 将一目标元素——尤其是目标十字——显示在所述测量点的位置处。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，以如下方式进行调焦 在方法步骤Fl中，至少调焦到所述测量物体的局部区域(A)上，其中，在调焦期间借助一指 示单元反复复现所述局部区域在像单元(1 上所成的像，以使得使用者能够借助光学控 制来进行调焦，其中，由于所述像单元(1 与所述测量射束的调焦相关联而使所述测量射 束至少近似地聚焦到所述测量点上，以及在方法步骤F2中，通过以光学和/或声学的方式输出所述检测器(10)的测量信号的 信号电平，和/或以声学方式输出在测量点(7)处借助所述检测器(10)在可听的频率范围 内或该可听频率范围的子范围内测得的物体振动，对测量射束在所述测量点(7)上的聚焦 进行精调节。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤Fl前，在一方法步骤 FO中，借助对所述局部区域的像的光学控制实现对所述测量射束的校准，尤其是，首先借助 一望远镜进行粗较准，随后借助对所述局部区域的像的光学控制进行精较准。
全文摘要
本发明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。本发明还涉及借助本发明设备、用于以干涉测量方式对物体进行振动测量的方法。
文档编号G02B27/10GK102042866SQ20101051746
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者A·德雷本施泰特, A·莱昂哈特, C·伦贝, M·加特纳, M·赫贝里希 申请人:综合工艺有限公司