CH655179A5

CH655179A5 - ARRANGEMENT FOR STRAIGHT AND FLATNESS MEASUREMENT.

Info

Publication number: CH655179A5
Application number: CH534481A
Authority: CH
Inventors: Gerd Schuchardt
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1981-08-18
Publication date: 1986-03-27
Also published as: DE3128451A1; FR2493511B1; DD154038A2; JPS5788302A; DD154038B2; GB2086589A; FR2493511A1; GB2086589B

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messanordnung der DD-PS 125 440 so zu verbessern, dass deren Messergebnis unabhängig von vertikalen Verkippungen um beliebige horizontale Drehachsen der Messfläche ist. The invention has for its object to improve the measuring arrangement of the DD-PS 125 440 so that its measurement result is independent of vertical tilting around any horizontal axis of rotation of the measuring surface.

Die erfindungsgemässe Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet. The arrangement according to the invention for measuring straightness and flatness is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 1.

Es ist vorteilhaft, wenn die jeweils auf den Gefässen aufsitzenden Traggestelle hermetisch abgeschlossen und über Luftschläuche, vorzugsweise mit einer gemeinsamen in die Atmosphäre mündenden Luftaustrittsöffnung, miteinander verbunden sind. It is advantageous if the supporting frames respectively seated on the vessels are hermetically sealed and connected to one another via air hoses, preferably with a common air outlet opening opening into the atmosphere.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen: The invention will be explained below with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:

Fig. 1: Anordnung zur Ebenheitsmessung mit einer Kipp-5 korrekturmöglichkeit und Fig. 1: Arrangement for flatness measurement with a tilt-5 correction option and

Fig. 2: Vertikalwegaufnehmer der Anordnung gemäss Fig.l mit hermetischem Abschluss. Fig. 2: Vertical displacement transducer of the arrangement according to Fig.l with hermetic closure.

In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Ebenheitsmessung mit io einer Kippkorrektur dargestellt. Auf einer Aufnahmevorrichtung 1 liegt ein Werkstück 3 mit einer zu prüfenden Oberfläche 2. Die Messanordnung umfasst zwei Vertikalwegaufnehmer 30 und 31, die über eine Röhre 16 miteinander verbunden sind. Der Vertikalwegaufnehmer 30, der aus einem ls Gefäss 6, in dem sich eine Flüssigkeit 8 befindet, aus einer Membran 10 und aus einem mit der Membran 10 in Verbindung stehenden und an einem Traggestell 14 befestigten Geber 12 (symbolisch dargestellt!) besteht (siehe Fig. 2), sitzt über einen Taster 29 auf der Oberfläche 2 des Werkstückes 3 20 auf. Der Vertikal wegaufnehmer 31, bestehend aus einem Gefäss 7, einer Flüssigkeit 9, einer Membran 11, einem Geber 13 (ebenfalls symbolisch dargestellt!) und einem Traggestell 15, sitzt mit einem Taster 32 auf einer Referenzfläche 33 der Aufnahmevorrichtung 1 auf. Die Aufnahmevorrichtung 1 25 ruht auf zwei Ständern 34,35 auf einem Untergrund 36. Die elektrischen Ausgänge der Vertikalwegaufnehmer 30,31 sind über Leitungen 21 und 22 mit einem Differenzbildner 23 verbunden, dessen Ausgang über einen Messverstärker 24 und ein Filter 25 auf einen ersten Eingang einer Auswertestufe 54 30 geführt ist. Ausgangsseitig ist die Auswertestufe 54 mit einer Anzeigestufe 26 verbunden. 1 shows an arrangement for flatness measurement with a tilt correction. A workpiece 3 with a surface 2 to be tested lies on a holding device 1. The measuring arrangement comprises two vertical displacement sensors 30 and 31, which are connected to one another via a tube 16. The vertical displacement transducer 30, which consists of a vessel 6 in which there is a liquid 8, a membrane 10 and a transmitter 12 (symbolically shown!) Connected to the membrane 10 and attached to a support frame 14 (see FIG . 2) sits on the surface 2 of the workpiece 3 20 via a button 29. The vertical displacement sensor 31, consisting of a vessel 7, a liquid 9, a membrane 11, a transmitter 13 (also shown symbolically!) And a support frame 15, is seated with a button 32 on a reference surface 33 of the receiving device 1. The receiving device 1 25 rests on two stands 34, 35 on a base 36. The electrical outputs of the vertical displacement transducers 30, 31 are connected via lines 21 and 22 to a difference former 23, whose output is connected to a first input via a measuring amplifier 24 and a filter 25 an evaluation stage 54 30 is performed. On the output side, evaluation stage 54 is connected to a display stage 26.

Die Vertikalwegaufnehmer 30 und 31 erzeugen über die Leitungen 21 und 22 elektrische Signale, die abhängig sind von der relativen Höhe der Taster 29 und 32 und damit von 35 der Höhenkoordinate der Oberflächenmessung des Werkstückes 3. Das Differenzsignal dieser beiden Ausgangssignale der Vertikalwegaufnehmer 30,31 wird verstärkt und im Filter 25 vom Spektrum der Störsignale, die vor allem durch Schwingungen am Aufstellungsort hervorgerufen werden, 40 getrennt. Das Messergebnis wird in der Anzeigestufe 26 registriert bzw. angezeigt. The vertical displacement transducers 30 and 31 generate electrical signals via the lines 21 and 22, which are dependent on the relative height of the buttons 29 and 32 and thus on the height coordinate of the surface measurement of the workpiece 3. The difference signal of these two output signals of the vertical displacement transducers 30, 31 becomes amplified and separated in the filter 25 from the spectrum of interference signals, which are mainly caused by vibrations at the installation site, 40. The measurement result is registered or displayed in display stage 26.

Unterhalb der Aufnahmevorrichtung 1 sind mittels zweier Befestigungsglieder 37,38 zwei weitere Vertikalwegaufnehmer 39,40 fest angebracht, die durch eine Röhre 41 kom-45 munizierend verbunden ist. Die zwei Vertikalwegaufnehmer 39 und 40 sind in x-Koordinatenrichtung der Aufnahmevorrichtung 1 angeordnet. Die Ausgangssignale der beiden Vertikalwegaufnehmer sind über Leitungen 42 und 43 einem weiteren Differenzbildner 44 zugeführt, dessen Ausgang mit so einem Messverstärker 45 in Verbindung steht. Der Ausgang des Messverstärkers 45 ist an eine Filterstufe 46 angeschlossen, die ausgangsseitig über eine Umrechenstufe 47 mit einem zweiten Eingang der Auswertestufe 54 in Verbindung steht. In gleicher Weise ist (in der Zeichnung aus Gründen ss der Übersicht nicht dargestellt) ein weiteres Vertikalwegaufnehmerpaar in y-Koordinatenrichtung unter der Aufnahmevorrichtung 1 fest angeordnet, dessen Ausgangssignale gleichermassen über einen Differenzbildner, Messverstärker, Filterstufe und Umrechenstufe (ebenfalls nicht in der Zeich-60 nung dargestellt) mit dem dritten Eingang der Auswertestufe 54 in Verbindung stehen. Below the receiving device 1, two further vertical displacement sensors 39, 40 are fixedly attached by means of two fastening members 37, 38, which are connected in a communicating manner by a tube 41. The two vertical displacement sensors 39 and 40 are arranged in the x coordinate direction of the holding device 1. The output signals of the two vertical displacement transducers are fed via lines 42 and 43 to a further difference former 44, the output of which is connected to a measuring amplifier 45. The output of the measuring amplifier 45 is connected to a filter stage 46, which is connected on the output side via a conversion stage 47 to a second input of the evaluation stage 54. In the same way (not shown in the drawing for reasons of clarity), a further pair of vertical displacement transducers is fixedly arranged in the y-coordinate direction below the receiving device 1, the output signals of which are equally via a difference generator, measuring amplifier, filter stage and conversion stage (likewise not in the drawing 60 voltage shown) are connected to the third input of the evaluation stage 54.

Kippt beim Messvorgang der Höhenkoordinate der auszuwertenden Oberfläche 2 die Aufnahmevorrichtung 1, so entsteht zwischen den Vertikalwegaufnehmern 30 und 31 ein 65 Höhenunterschied, der nicht durch die Geometrie der Oberfläche 2 vom Werkstück 3, sondern auch durch einen Kippwinkel bedingt wird und als Messfehler auf das Messergebnis wirkt. Diese Kippung wird mit den beiden an der Aufnahme- If the recording device 1 tilts during the measurement process of the height coordinate of the surface 2 to be evaluated, a height difference arises between the vertical displacement sensors 30 and 31, which is not caused by the geometry of the surface 2 of the workpiece 3, but also by a tilt angle and as a measurement error on the measurement result works. This tilt is made with the two on the

3 3rd

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Vorrichtung 1 angebrachten Vertikalwegaufnehmerpaaren (in x-Koordinatenrichtung Vertikalwegaufnehmer 39,40) je nach Koordinatenrichtung erfasst und über die nachgeschalteten elektrischen Mittel ausgewertet. Dabei wird das verstärkte und gefilterte Differenzsignal der Vertikalwegauf-nehmer 39,40 der Umrechenstufe 47 zugeführt, in der eine durch die Vertikalwegaufnehmer 39,40 registrierte Höhenänderung Ah in einen Kippwinkel Aa umgerechnet wird. Device 1 attached pairs of vertical displacement transducers (in the x-coordinate direction vertical displacement transducers 39, 40) are detected depending on the coordinate direction and evaluated via the electrical means connected downstream. The amplified and filtered difference signal of the vertical displacement transducers 39.40 is fed to the conversion stage 47, in which a change in height Ah registered by the vertical displacement transducers 39.40 is converted into a tilt angle Aa.

Dabei gilt: The following applies:

Ah Ah

= tgAa b = tgAa b

b = Abstand der Vertikalwegaufnehmèr 39 und 40 voneinander. Der Kippwinkel Aa stellt also eine Kippung dar, welche die Aufnahmevorrichtung 1 momentan um eine parallel zur y-Koordinate liegende Kippachse vollführt hat. Dieser momentane Kippwinkel Aa wird von der Umrechenstufe 47 der Auswertestufe 54 zugeführt. In der gleichen Weise wird durch das andere nicht in der Zeichnung dargestellte Vertikalwegaufnehmerpaar ein infolge einer Kippung um eine Kippachse parallel zur x-Achse auftretender momentaner Höhenunterschied erfasst, aus dem analog zur Umrechenstufe 47 ein Kippwinkel Aß ermittelt wird. Auch dieser Kippwinkel Aß wirkt auf die Auswertestufe 54 ein, in der die das Messergebnis der z-Koordinate der Oberfläche 2 verfälschenden Höhenunterschiede durch Verkippungen um horizontale Drehachsen vom z-Koordinaten-Messergebnis eliminiert werden. Verkippungserscheinungen der Aufnahmevorrichtung 1 beeinträchtigen nicht das in der Anzeigestufe 26 registrierte Messergebnis. b = distance of the vertical displacement transducers 39 and 40 from each other. The tilt angle Aa thus represents a tilt that the receiving device 1 has currently performed about a tilt axis lying parallel to the y coordinate. This momentary tilt angle Aa is fed from the conversion stage 47 to the evaluation stage 54. In the same way, the other pair of vertical displacement transducers, not shown in the drawing, detects a momentary height difference occurring as a result of a tilting about a tilting axis parallel to the x-axis, from which a tilting angle Aß is determined analogously to the conversion stage 47. This tilt angle Aß also acts on the evaluation stage 54, in which the height differences falsifying the measurement result of the z coordinate of the surface 2 are eliminated from the z coordinate measurement result by tilting about horizontal axes of rotation. Tilting phenomena of the receiving device 1 do not affect the measurement result registered in the display stage 26.

Zur Steigerung der Genauigkeit der Kippkorrektur ist es zweckmässig, die Vertikalwegaufnehmer 39 und 40 in möglichst grossem Abstand b voneinander anzuordnen. In der Praxis zeigt sich, dass klimatische und aerodynamische Einflüsse durch unterschiedliche Einwirkungen auf die Membranen 10 und 11 der Vertikalwegaufnehmer 30 bzw. 39 und 31 bzw. 40 das Messergebnis der Höhenkoordinatenmessung und der Kippwinkelerfassung beeinträchtigen. Je grösser jeweils der Abstand b der Vertikalwegaufnehmer 30 und 31 bzw. 39 und 40 voneinander ist, um so grösser ist die Gefahr der unterschiedlichen Umweltbedingungen an den Membranen 10,11. Um diesem Nebeneffekt zu begegnen, sind die Traggestelle 14 und 15 jeweils hermetisch abgeschlossen und To increase the accuracy of the tilt correction, it is expedient to arrange the vertical displacement sensors 39 and 40 as far apart as possible b. In practice, it can be seen that climatic and aerodynamic influences due to different effects on the membranes 10 and 11 of the vertical displacement transducers 30 and 39 and 31 and 40 impair the measurement result of the height coordinate measurement and the tilt angle detection. The greater the distance b of the vertical displacement transducers 30 and 31 or 39 and 40 from one another, the greater the risk of different environmental conditions on the membranes 10, 11. To counter this side effect, the support frames 14 and 15 are hermetically sealed and

über zwei Luftschläuche 48,49 mit einem T-Stück 50 verbunden, dessen dritter Anschlusskanal 51 frei bleibt. Die beiden Anschlusskanäle des T-Stückes 50 zu den Traggestellen 14,15 sind durch zwei Schruaben 52 und 53 regu-s lierbar. Der Anschlusskanal 51 bildet die einzige Verbindungsstelle der hermetisch abgeschlossenen Traggestelle 14, 15 mit der Atmosphäre (vgl. Fig. 2 !). Die Schrauben 52 und 53 werden so eingestellt, dass eine Druckwelle, die an den Anschlusskanal 51 einströmt, an den Membranen 10,11 gleiche Luftdruckbedingungen hervorruft. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung wird erreicht, dass nicht nur der Luftdruck an sich, sondern auch, insbesondere bei grösseren Abständen der Mess- bzw. Mess- und Referenzstellen, störende aerodynamische Bedingungen, wie Luftturbulenzen, das Messergebnis nicht verfälschen. Connected via two air hoses 48, 49 to a T-piece 50, the third connection channel 51 of which remains free. The two connecting channels of the T-piece 50 to the support frames 14, 15 can be regulated by two screws 52 and 53. The connection channel 51 forms the only connection point of the hermetically sealed support frames 14, 15 with the atmosphere (cf. FIG. 2!). The screws 52 and 53 are adjusted so that a pressure wave that flows into the connection channel 51 causes the same air pressure conditions on the membranes 10, 11. The advantageous embodiment ensures that not only the air pressure itself, but also, in particular in the case of larger distances between the measuring or measuring and reference points, disturbing aerodynamic conditions, such as air turbulence, do not falsify the measurement result.

An der Messfläche, vorzugsweise am Messtisch für das Messobjekt, können in jeder horizontalen Koordinatenrichtung je eine an sich aus der DD-PS 125 440 vorbekannte Messeinrichtung mit den Vertikalwegaufnehmern fest angeordnet werden. Damit werden sowohl in x- als auch in y-Richtung vertikale Verkippungserscheinungen gemessen. Aus den Messergebnissen dieser Verkippungen werden getrennt nach den horizontalen Drehachsen in der Umrechenstufe 47 Korrekturwerte ermittelt, die in der Auswertestufe 54 mit dem Messergebnis der Höhenkoordinatenmessung verknüpft werden. Das Messergebnis der z-Koordinaten der Messfläche ist somit frei von beliebigen vertikalen Verkippungsauswir-kungen des Messobjektes um horizontale Drehachsen. On the measuring surface, preferably on the measuring table for the measuring object, one measuring device with the vertical displacement transducers, which is known per se from DD-PS 125 440, can be fixedly arranged in each horizontal coordinate direction. Vertical tilt phenomena are thus measured in both the x and y directions. Correction values are determined from the measurement results of these tilts separately according to the horizontal axes of rotation in the conversion stage 47, which are linked in the evaluation stage 54 to the measurement result of the height coordinate measurement. The measurement result of the z coordinates of the measurement surface is therefore free from any vertical tilting effects of the measurement object around horizontal axes of rotation.

Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen, ist es zweckmässig, die paarweisen Vertikalwegaufnehmer 30,31 in einem möglichst grossen Abstand voneinander an der Messfläche anzuordnen. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass ein möglichst grosser Abstand der Vertikalwegaufnehmer die Messgenauigkeit bzw. -Zuverlässigkeit nicht generell verbessert. Ursächlich dafür sind klimatische, vorwiegend aber aerodynamische Einflüsse z.B. durch Turbulenzen, die besonders bei grossem Abstand der Messstellen voneinander unterschiedliche Auswirkungen auf die Membranen 10,11 der Vertikalwegaufnehmer zeigen. Es ist deshalb vorteilhaft die Vertikalwegaufnehmer 30,31 hermetisch abzuschliessen und mittels eines Luftschlauches zu verbinden, der lediglich eine gemeinsame Luftaustrittsöffnung zur Atmosphäre aufweist. Auf diese Art und Weise werden gleiche klimatische und aerodynamische Bedingungen an den Membranen der 45 Vertikalwegaufnehmer geschaffen. In order to achieve the highest possible accuracy, it is expedient to arrange the paired vertical displacement sensors 30, 31 at the greatest possible distance from one another on the measuring surface. In practice, however, it has been shown that the greatest possible distance between the vertical displacement transducers does not generally improve the measuring accuracy or reliability. This is due to climatic, but mainly aerodynamic influences e.g. due to turbulence, which have different effects on the diaphragms 10, 11 of the vertical displacement transducers, especially when the measuring points are at a large distance from one another. It is therefore advantageous to hermetically seal the vertical displacement transducers 30, 31 and to connect them by means of an air hose which only has a common air outlet opening to the atmosphere. In this way, the same climatic and aerodynamic conditions are created on the membranes of the 45 vertical displacement transducers.

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

655179 PATENT CLAIMS

1. Arrangement for straightness and flatness measurement, in which at least one vertical displacement transducer, arranged above a measuring surface and at least one above a reference surface, each essentially containing a liquid-filled vessel containing a membrane and a sensor, acts as communicating vessels , wherein at the output of the sensor there are electrical signals dependent on the membrane height or expansion, which are fed via a difference former to a measuring amplifier which is connected on the output side to a display stage via a filter stage, characterized in that the filter stage (25) has a two further inputs containing evaluation stage (54) is connected to the display stage (26) that on the measuring surface in each horizontal coordinate direction in each case at least two further vertical displacement transducers (39, 40), which are arranged at a distance from one another, whose electrical output signals for any direction ü A further measuring amplifier (45), each with a subsequent further filter stage (46), is fed via a further difference former (44) and that each of the two further filter stages each has a conversion stage (47) with one of the two further inputs of the evaluation stage ( 54) is connected.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the respective supporting frames (14, 15) seated on the vessels are hermetically sealed and are preferably connected to one another via air hoses (48, 49) with a common air outlet opening opening into the atmosphere.

The measuring principle is known from DD-PS 125 440, with two or more communicating vessels, in which a liquid deflects a membrane connected to a sensor depending on the relative vertical position of the vessels. Electrical signals are obtained from these deflections, which are amplified, filtered and displayed after the difference has been formed. A similar measuring method has also become known in the meantime from DE-OS 2 739 975. The communicating vessels represent vertical displacement transducers that are used to measure or check the surface geometry of large workpieces or to control the measurement of manufacturing systems. A major disadvantage of this measuring principle is that tilting the arrangement statically and dynamically in the measuring process results in considerable measurement and manufacturing errors. This limits the measuring accuracy of the surface measurement and the reliable possible resolution of the finishing and measuring device.

The aim of the invention is to increase the measuring accuracy and reliability.