DD252234A1

DD252234A1 - DEVICE FOR MEASURING AND WORKING WORKPIECES

Info

Publication number: DD252234A1
Application number: DD29400186A
Authority: DD
Inventors: Werner Krieg
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1987-12-09
Also published as: JPS6363904A; DE3721296A1

Abstract

Die Einrichtung zum Messen und Bearbeiten von Werkstuecken fuer Koordinatenmessgeraete und Werkzeugmaschinen umfasst auf einem X-, Y- oder Z-Schlitten angeordnete optische Umlenkelemente, denen strahllageempfindliche fotoelektrische Empfaenger zugeordnet sind. Mit Hilfe dieser Umlenkelemente wird ein durch optische Leitstrahlen, die von einem Laser ausgehen, ein karthesisches Koordinatensystem aufgebaut, welches unabhaengig von den durch die Fuehrungen der Schlitten gebildeten Koordinaten ist. Durch die Signale der Empfaenger ueber einen Rechner gesteuerte Steuereinrichtungen fuer eine die Umlenkelemente tragende Basis und Zwischenbasis ermoeglichen eine genaue Bestimmung der Lage z. B. eines Messkopfes oder Werkzeuges im Arbeitsraum der Maschine in sechs Freiheitsgraden.The device for measuring and processing workpieces for coordinate measuring machines and machine tools comprises optical deflection elements arranged on an X, Y or Z slide, to which beam position sensitive photoelectric receivers are assigned. With the aid of these deflecting elements, a Cartesian coordinate system, which is independent of the coordinates formed by the guides of the carriages, is set up by means of optical guiding beams emanating from a laser. Controlled by the signals of the receiver via a computer control means for a deflector supporting base and intermediate base allow accurate determination of the location z. B. a measuring head or tool in the working space of the machine in six degrees of freedom.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen und Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere für prozeßinterne Meßtechnik bei Werkzeugmaschinen großer Abmessungen, bei denen es weniger auf hohe Reproduzierbarkeit, als auf hohe Koordinatengenauigkeit ankommt, für Koordinatenmeßgeräte, insbesondere für große Werkstücke und für aus mehreren Modulen zusammengesetzte Fertigungseinrichtungen mit gemeinsamer Koordinatenbasis.The invention relates to a device for measuring and processing of workpieces, in particular for in-process measurement technology in machine tools of large dimensions, where less important to high reproducibility, as high coordinate accuracy, for coordinate, especially for large workpieces and assembled from several modules manufacturing equipment common coordinate base.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Aus der DE-OS 3201007 sind Einrichtungen bekannt, bei denen Koordinatenbasis durch drei zueinander rechtwinklig ausgerichtete Spiegel gebildet wird, welche in je einem Interferometerstrahlengang angeordnet sind. Drei Interferometer kontrollieren dabei die Meßkopfposition und zwei weitere interferometer die Meßkopflage oder -richtung, so daß für alle meßtechriisch bedeutsamen Freiheitsgrade ein Interferometer vorhanden ist. Komparatorfehler, die durch lange mechanische Fühler bei der Antastung des Werkstückes hervorgerufen werden können, lassen sich durch Verknüpfung mit einem Rechner unwirksam machen. Nachteilig jedoch ist, daß der Arbeitsbereich und damit die Größe der zu messenden oder zu bearbeitenden Werkstücke infolge der begrenzten Größe der Spiegel stark eingeschränkt ist. Außerdem-wird durch die Spiegelanordnung die allseitig freie Zugänglichkeit zum Werkstück behindert. Diese Einrichtungen sind jedoch gegen wechselnde Umwelteinflüsse empfindlich, was z. B. die Anwendung an Werkzeugmaschinen verhindert. Bei der Vorrichtung zum Messen und Bearbeiten von Werkstücken gemäß DD-PS 109197 ist ein Meßkopf oder ein Werkzeug vorgesehen, dessen Lagefixierung und Führung mit Hilfe optischer Leitstrahlen und fotoelektrischer Empfänger erfolgt. Die Vorrichtung vermeidet Fehler, die durch Abnutzung oder Deformation des Ständers auftreten. Da jedoch nur ein Punkt im Koordinatensystem des Meßraumes angesteuert wird, verbleibt ein Komparatorverstoß und zwar vom angemessenen Koordinatenpunkt bis zum Meßpunkt des verwendeten Tasters bzw. bis zum Angriffspunkt eines Werkzeuges am Werkstück. Es ist ferner eine Einrichtung zum Messen und Bearbeiten von Gegenständen vorgeschlagen worden, bei welcher der Ort und die Lage eines Meßkopfes oder Werkzeuges in allen erforderlichen Freiheitsgraden im Raum mittels interferometrischer Meßsysteme bestimmbar sind, wobei jedes der drei Meßsysteme zwei Laserinterferometer mit je einem, um einen Drehpunkt steuerbar durch eine Servoeinrichtung verstellbaren Lenkreflektor umfaßt. Jedes der sechs Interferometer besitzt einen strahllageempfindlichen, fotoelektrischen Empfänger, der mit einer, den zugeordneten Reflektor auf einen Reflektor ausrichtenden bzw. nachführenden Servoeinrichtung verbunden ist. Die Anwendbarkeit der Einrichtung wird jedoch begrenzt durch die pro Zeiteinheit durch den verwendeten Rechner durchzuführenden Rechenoperationen, durch den Meßbereich, der bei großen Längenausdehnungen in nur einer Achse nicht optimal genutzt werden kann und die relativ hohe Empfindlichkeit gegen Luftunruhe im Meßraum der Einrichtung. ·From DE-OS 3201007 devices are known in which coordinate base is formed by three mutually perpendicularly oriented mirror, which are each arranged in a Interferometerstrahlengang. Three interferometers control the Meßkopfposition and two other interferometer the Meßkopflage or direction, so that an interferometer is available for all Meßtechriisch significant degrees of freedom. Comparator errors, which can be caused by long mechanical probes when probing the workpiece, can be made ineffective by linking to a computer. The disadvantage, however, is that the work area and thus the size of the measured or machined workpieces is severely limited due to the limited size of the mirror. In addition, the all-round free accessibility to the workpiece is hindered by the mirror arrangement. However, these facilities are sensitive to changing environmental conditions, what z. B. prevents the application of machine tools. In the apparatus for measuring and processing of workpieces according to DD-PS 109197 a measuring head or a tool is provided, the position fixing and guiding is carried out with the aid of optical guide beams and photoelectric receiver. The device avoids errors that occur due to wear or deformation of the stand. However, since only one point in the coordinate system of the measuring chamber is controlled, a comparator violation remains from the appropriate coordinate point to the measuring point of the probe used or to the point of application of a tool on the workpiece. It has also been proposed a device for measuring and processing of objects, in which the location and location of a measuring head or tool in all required degrees of freedom in space by interferometric measuring systems can be determined, each of the three measuring systems two laser interferometers with one to one Fulcrum controllably controlled by a servo adjustable steering reflector. Each of the six interferometers has a beam position-sensitive, photoelectric receiver which is connected to a, the associated reflector on a reflector or tracking servo device. However, the applicability of the device is limited by the arithmetic operations to be performed per unit of time by the computer used, by the measuring range which can not be optimally utilized in the case of large linear expansions in only one axis and the relatively high sensitivity to air turbulence in the measuring space of the device. ·

Bei der Koordinatenmeßmaschine nach der DE-OS 3334460 mit interferometrischer Erfassung der Verschiebewege in den Meßachsen ist für jede Meßachse mindestens ein Interferometerkopf vorgesehen, der aus Strahlenteiler, Referenzspiegel und fotoelektrischem Detektor besteht. Von einem einzigen feststehenden Lasergenerator erhalten die Interferometerkörper über Lichtleiter das Licht zugeführt. Zur Ermittlung von Verdrehungen oder Verkippungen des betreffenden Maschinenteils sind auch mehrere Interferometer je Meßachse vorgesehen.In the coordinate measuring machine according to DE-OS 3334460 with interferometric detection of the displacement paths in the measuring axes at least one interferometer head is provided for each measuring axis, which consists of beam splitter, reference mirror and photoelectric detector. From a single fixed laser generator, the interferometer bodies are supplied with light via optical fibers. To determine twists or tilts of the relevant machine part and several interferometers per measuring axis are provided.

-Ziel der ErfindungGoal of the invention

Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und bei Koordinatenmeßgeräten und Werkzeugmaschinen den Meßbereich bei hoher Genauigkeit wesentlich zu vergrößern.It is the purpose of the invention to eliminate the drawbacks of the prior art and to increase the measuring range with high accuracy in coordinate measuring machines and machine tools substantially.

β Wesen der Erfindungβ essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen und Bearbeiten von Werkstücken zu schaffen, bei welcher bei hoher Genauigkeit und ohne den Meßbereich einzuschränken eine Lageerfassung eines Meßkopfes oder eines Werkzeuges in allen sechs Freiheitsgraden unter Vermeidung von Komparatorfehlern mit optischen Mitteln erzielt wird. Erfindungsgemäß wird dieses Aufgabe bei einer Einrichtung zum Messen und Bearbeiten von Werkstücken, umfassend einen auf Führungen eines Maschinengestells verschiebbar gelagerten X-Schlitten und einen senkrecht dazu verschiebbaren Y-Sch litten, einen in senkrechter Richtung auf dem Y-Sch litten verschiebbaren Z-Schlitten, der eine Aufnahme für einen Meßkopf oder für ein Werkzeug trägt, an den einzelnen Schlitten angeordnete, die Verschiebung derselben entlang einer jeden zugeordneten Koordinatenachse X; Y; Z messende Meßsysteme, die jeweils einen Maßstab und ein Abtastsystem umfassen, und eine Laserlichtquelie mit nachgeordneter Stabilisierungsoptik, zur Leistrahlerzeugung, welche fest am X-Schlitten oder an einem festen Maschinentisch angeordnet sind, dadurch gelöst, daß auf einer festen, sich in Richtung der X-Koordinate erstreckenden und durch am Maschinengestell angeordnete Stelleinrichtungen feinverstellbaren Basis in einem festen Abstand hintereinander zwei geradsichtige und mit mindestens einer Teilerfläche versehene Umlenkelemente konstanter Ablenkung zur teilweisen Ablenkung eines von einer Laserlichtquelle ausgehenden Basisleitstrahles in Richtung der Y-Koordinate vorgesehen sind, wobei einem ersten dieser Umlenkelemente ein Strahlenteiler mit einem ersten strahllageempfindlichen, fotoelektrischen Empfänger und einem zweiten dieser Umlenkelemente in Strahlrichtung ein zweiter strahllageempfindlicherfotoelektrischer Empfänger zugeordnet ist, daß auf dem Y-Schlitten eine, durch eine Stelleinrichtung feinverstell bare Zwischenbasis vorgesehen ist, aufweicher drei geradsichtige und mit je einer Teilerfläche versehene Umlenkelemente zur teilweisen Ablenkung des von dem ersten und zweiten Umlenkelemente kommenden Leitstrahles in Richtung derZ-Koordinate und auf je einen strahllageempfindlichen fotoelektrischen Empfänger vorgesehen sind, wobei zwei dieser drei Umlenkelemente in Richtung des von dem ersten Umlenkelement entlang der Y-Koordinate gerichteten Leitstrahles in einem festen Abstand hintereinander angeordnet und das dritte dieser drei Umlenkelemente im, durch das zweite Umlenkelement in Richtung der Y-Koordinate umgelenkten Leitstrahles angeordnet ist,The invention has for its object to provide a device for measuring and machining of workpieces, in which at high accuracy and without restricting the measuring range, a position detection of a measuring head or a tool in all six degrees of freedom while avoiding comparator errors is achieved by optical means. According to the invention, this object is achieved in a device for measuring and processing of workpieces comprising a slidably mounted on guides of a machine frame X-carriage and a perpendicular thereto displaceable Y-Sch suffered, a vertically displaceable on the Y-Sch slide Z-slide, which carries a receptacle for a measuring head or for a tool, arranged on the individual carriages, the displacement of the same along each associated coordinate axis X; Y; Z measuring measuring systems, each comprising a scale and a scanning system, and a laser light source with downstream stabilizing optics, for generating power, which are fixed to the X-carriage or a fixed machine table, achieved in that on a fixed, in the direction of X. Coordinate extending and arranged by arranged on the machine frame adjusting devices finely adjustable base at a fixed distance behind each other two straight and provided with at least one divider deflection constant deflection for partial deflection of a laser light source outgoing base jets are provided in the direction of the Y-coordinate, wherein a first of these deflection elements a beam splitter is associated with a first beam position sensitive, photoelectric receiver and a second of these deflecting elements in the beam direction, a second radiation position sensitive photoelectric receiver that on the Y-carriage a is provided by an adjusting device feinverstell bare intermediate base, on which three straight and each provided with a divider deflecting elements for partially deflecting the coming of the first and second deflecting guide in the direction of the Z-coordinate and are each provided on a radiation-sensitive photoelectric receiver, two of these three Deflection elements arranged in the direction of the directed by the first deflecting along the Y-coordinate guide jet in a fixed distance one behind the other and the third of these three deflecting elements in, deflected by the second deflecting element in the direction of the Y coordinate guide beam is arranged

daß am Z-Schlitten ein Strahlenteiler mit einem strahllageempfindlichen fotoelektrischen Empfänger und mit einem ersten nachgeordneten Reflektionselement sowie ein zweites Reflektionselement vorgesehen sind und dem ersten und dem zweiten Reflektionselement je ei η strahl lageempfindlicher, fotoelektrischer Empfang er in einem einstellbaren Abstand nachgeordnet ist, wobei der Strahlenteiler in dem ersten und das zweite Reflektionselement in dem zweiten, in Richtung der Z-Koordinate geführten Leitstrahl angeordnet sindin that a beam splitter with a beam-sensitive photoelectric receiver and with a first downstream reflection element and a second reflection element are provided on the Z slide, and the first and the second reflection element are each arranged in an adjustable distance downstream of the first and the second reflection element, wherein the beam splitter are arranged in the first and the second reflection element in the second, guided in the direction of the Z-coordinate guide beam

und daß alle Empfänger und Stelleinrichtungen mit einer Empfänger- und Steuersignale verarbeitenden Rechnereinheit verbunden sind.and that all the receivers and setting devices are connected to a receiver and control processing computer unit.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Abstände des ersten und zweiten Reflektionselementes von dem ihnen jeweils nachgeordneten fotoelektrischen Empfänger gleich dem normalen Abstand des Strahlenumlenkpunktes auf den Reflektionselementen zu der Ebene ist, in welcher ein Meßkopf oder ein Werkzeug am Z-Schlitten angeordnet ist. Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Umlenkelemente strahlenteilende Spiegel oder geradsichtige Prismen mit mindestens einer strahlenteilenden Fläche sind.It is particularly advantageous if the distances of the first and second reflection element from the respective downstream photoelectric receiver is equal to the normal distance of Strahlenumlenkpunktes on the reflection elements to the plane in which a measuring head or a tool on the Z-carriage is arranged. It is also advantageous if the deflection elements are beam-splitting mirrors or straight-line prisms having at least one beam-dividing surface.

Bei der Einrichtung wird also der vom Laser ausgehende Basisleitstrahl an optischen Umlenkelementen mit Teilerfläche geteilt und umgelenkt; wobei diese Leitstrahlen nach weiterer Teilung und Umlenkung an weiteren Umlenkelementen zur lagebestimmenden Positionierung des Meßkopfes oder Werkzeuges in vier bis sechs Freiheitsgraden benutzt werden. Die Umlenkung des Basisleitstrahles bzw. der weiteren Leitstrahlen erfolgt mit Umlenkelementen konstanter Ablenkung, z. B. Pentaprismen. Sie sind auf einer Basis bzw. Zwischenbasis montiert, welche nach den vorgesehenen lichtelektrischen Empfängern und gegebenenfalls elektronischer Waage mit an sich bekannten regelungstechnischen Mitteln räumlich ausgerichtet werden. Zwei am Z-Schlitten angeordnete fotoelektrische Empfänger werden über Reflektionselemente, z. B. Spiegel oder Umienkprismen, virtuell in eine Linie oder Ebene projeziert, in der z. B. die Schneide eines Werkzeuges oder die Tasterkugel eines Tast- oder Meßkopfes liegen. Die Basis und auch die Zwischenbasen sind dabei auf dem Teil der Meß- oder Werkzeugmaschine angeordnet, welchem sie jeweils zugeordnet sind. Der Verstellbereich von Basis und Zwischenbasis ist mindestens so groß ausgelegt, wie die Ungenauigkeiten der Führungen der ihnen zugeordneten Schlitten gegenüber den durch die Leitstrahlen und den Basisstrahl optisch vorgegeben bzw. definierten Koordinatenachsen X; Y; Z. Die Maßstäbe und Abtastsysteme der Meßsysteme sind so an Basis und Zwischenbasen und an der Aufnahme für Meßkopf oder Werkzeug befestigt, daß mit ihnen nicht die Verschiebungen der einzelnen Schlitten zueinander, sondern die Längenänderungen des Basisleitstrahles und der Leitstrahlen zwischen ihren Umlenkpunkten gemessen werden.In the device, therefore, the base outgoing from the laser base guide beam is divided and deflected at optical deflection elements with splitter surface; wherein these guide beams are used after further division and deflection at other deflecting elements for position-determining positioning of the measuring head or tool in four to six degrees of freedom. The deflection of the base guide beam or the other guide beams is carried out with deflection constant deflection, z. B. pentaprisms. They are mounted on a base or intermediate base, which are spatially aligned according to the intended photoelectric receivers and optionally electronic balance with known control engineering means. Two arranged on the Z-slide photoelectric receiver are connected via reflection elements, for. B. mirrors or Umienkprismen, virtually projected in a line or plane, in the z. B. the cutting edge of a tool or the probe ball of a tactile or measuring head are. The base and the intermediate bases are arranged on the part of the measuring or machine tool, which they are assigned to each. The adjustment range of the base and intermediate base is at least as large as the inaccuracies of the guides of the carriages assigned to them relative to the optically predetermined or defined by the guide beams and the base beam coordinate axes X; Y; Z. The scales and Abtastsysteme the measuring systems are attached to the base and intermediate bases and the receptacle for measuring head or tool that with them not the displacements of the individual carriages to each other, but the changes in length of the base guide and the guide beams between their deflection are measured.

Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet in besonders vorteilhafter Weise und frei von Komparatorfehlern in hoher Qualität die Messung und Positionierung eines Werkzeuges oder Meßkopfes im Arbeitsraum eines Koordinatenmeßgerätes oder einer Werkzeugmaschine nach einem vom Maschinenführungssystem unabhängigen, durch Leitstrahlen verwirklichten Koordinatensystem. Durch ihren Aufbau ist sie ohne großen Aufwand an jede Größe des Arbeitsraumes anpaßbar und ermöglicht die Einführung prozeßnaher Meßtechnik und rechnergestützte Bearbeitung, insbesondere für Werkzeugmaschinen großer Abmessungen, bei denen es auf eine hohe Genauigkeit ankommt. Die Einrichtung besitzt ferner den Vorteil, daß sie geeignet ist, als gemeinsame Koordinatenbasisfür aus mehreren Modulen zusammengesetzten Fertigungseinheiten nutzbar zu sein.The inventive device allows in a particularly advantageous manner and free of comparator errors in high quality, the measurement and positioning of a tool or measuring head in the working space of a coordinate or a machine tool independent of the machine management system realized by guiding beams coordinate system. Due to its structure, it can be easily adapted to any size of the working space and allows the introduction of process-related measurement and computer-aided machining, especially for large-scale machine tools, where it depends on high accuracy. The device also has the advantage that it is suitable for use as a common coordinate base for production units composed of several modules.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Einrichtung umfaßt einen auf Führungen 1 eines Maschinengestells 2 entlang einer X-Koordinate verschiebbar gelagerten X-Schlitten 3, der die meßtechnische Ausgangsbasis bildet, und einen senkrecht zum X-Schlitten entlang einer Y-Koordinate verschiebbaren Y-Schlitten 4, der ebenfalls auf Führungen 5 des Maschinengestells 2 gelagert ist und einen in Richtung einer Z-Koordinate verschiebbaren Z-Schlitten 6 trägt, auf dem eine Aufnahme 7 für einen Meßkopf 8 oder für ein Werkzeug angeordnet ist. An einem, am X-Schlitten 3 befestigten Basisholm 9 ist eine vorzugsweise Laserlichtquelle 10 mit nachgeordneter, einen Basisleitstrahl 12 von Fluktuationen und Drift befreiende Stabilisierungsoptik 11 vorgesehen. Auf einer Basis 13, die sich in Richtung der X-Koordinate erstreckt und die durch am Maschinengestell 2 angeordnete Stelleinrichtungen 14; 15 feinverstellbar ist, sind in einem vorzugsweise festen Abstand hintereinander zwei geradsichtige und mit mindestens einer Teilerfläche versehene Umlenkelemente 16; 17 konstanter Lichtablenkung vorgesehen, wobei die Stelleinrichtung 14 Verstellungen ΔΥ; ΔΖ in der Y-Z-Ebene und die Stelleinrichtung 15 Verstellungen ΔΥ; ΔΖίη derY-Z-Ebeneund Drehungen Δφ_χ um die X-Koordinate bewirken. An den Teilerflächen dieser Umlenkelemente 16; 17, in der Zeichnung als Pentaprismen dargestellt, wird der Basisleitstrahl 12 geteilt und teilweise in Richtung der Y-Koordinate, weitere Leitstrahlen 18; 19 bildend, um 90° abgelenkt. Dem Umlenkelement 16 ist ein Strahlenteiler 20 mit einem ersten strahllageempfindlichen fotoelektrischen Empfänger 21 und dem Umlenkelement 17 in Richtung der X-Koordinate ein zweiter strahllageempfindlicher fotoelektrischer Empfänger 22 zugeordnet. Die Empfänger 21 und 22 erzeugen elektrische Signale, die Abweichungen ΔΥ'; ΔΖ' proportional sind.The invention will be explained in more detail below on an embodiment shown in the drawing. The device comprises an X carriage 3 slidably mounted on guides 1 of a machine frame 2 along an X coordinate, constituting the metrological starting basis, and a Y carriage 4 displaceable perpendicular to the X carriage along a Y coordinate, also on guides 5 of the machine frame 2 is mounted and carries a displaceable in the direction of a Z coordinate Z-slide 6, on which a receptacle 7 is arranged for a measuring head 8 or for a tool. On one, attached to the X-carriage 3 base pole 9 is a preferably laser light source 10 with a downstream, a base guide 12 of fluctuation and drift liberating stabilization optics 11 is provided. On a base 13, which extends in the direction of the X-coordinate and by arranged on the machine frame 2 adjusting means 14; 15 is finely adjustable, in a preferably fixed distance behind each other, two straight and provided with at least one divider deflection elements 16; 17 constant light deflection provided, wherein the adjusting device 14 adjustments ΔΥ; ΔΖ in the YZ plane and the actuator 15 adjustments ΔΥ; ΔΖίη of the Y-Z plane and rotations Δφ _χ effect about the X coordinate. At the splitter surfaces of these deflecting elements 16; 17, shown in the drawing as pentaprisms, the base guide beam 12 is divided and partially in the direction of the Y coordinate, further guide beams 18; 19 forming, deflected by 90 °. The deflection element 16 is a beam splitter 20 associated with a first radiation-sensitive photoelectric receiver 21 and the deflection element 17 in the X-coordinate direction, a second radiation-sensitive photoelectric receiver 22. The receivers 21 and 22 generate electrical signals, the deviations ΔΥ '; ΔΖ 'are proportional.

Die Umlenkelemente 16; 17 sind über die Basis 13 u.a. mit einem Y-Maßstab 23 und mit einem, einen am Basisholm 9 befestigten X-Maßstab 24 abtastenden Abtastsystem 25 verbunden. Die Stelleinrichtungen 14; 15 bewirken, über nicht dargestellte, rechnergesteuerte Regelkreise geführt, durch Verstellung der Basis 13 eine exakte Lagezuordnung des X-Maßstabes 24 und des Abtastsystems 25 zu den Umlenkpunkten des Basisleitstrahles 12 an den Teilerflächen der Umlenkelemente 16; 17. Mit Hilfe einer, vorzugsweise elektronischen Libelle 26 wird die Senkrechtlage der Umlenkelemente 16; 17 kontrolliert. Eine weitere am X-Schlitten 3 angeordnete Libelle 27 ist zur Kontrolle der Kippung Δφ_χ des X-Schlittens 3 um die X-Koordinate vorgesehen. Der Y-Schlitten 4 trägt eine Zwischenbasis 28, auf welcher drei geradsichtige und mit je einer Teilerfläche versehene Umlenkelemente 29; 30; 31 vorgesehen sind, wobei die Umlenkelemente 30 und 31 der Umlenkung der Leitstrahlen 18 und 19 mit konstantem 90°-Winkel in Richtung der Z-Koordinate dienen. Jedes dieser Umlenkelemente 29; 30; 31 führt einen Teil des Lichtes je einem, dem einzelnen Umlenkelement zugeordneten strahllageempfindlichen fotoelektrischen Empfänger 32; 33; 34 zu, die den Abweichungen ΔΧ'; ΔΖ' proportionale Signale liefern. An der Zwischenbasis 28 ist ferner ein Abtastsystem 35 angeordnet, welches einen sich in der Z-Koordinate erstreckenden und am Z-Schlitten 6 befestigten Z-Maßstab 36 abtastet, um die Verschiebung des Z-Schlittens 6 zu ermitteln. Ein ebenfalls an der Zwischenbasis 28 befestigtes Abtastsystem 37 tastet den Y-Maßstab 23 ab. Die Umlenkelemente 29 und 30 sind in einem festen Abstand hintereinander längs des Leitstrahles 18 angeordnet. Das Umlenkelement 31 befindet sich im Leitstrahl 19. Am Y-Schlitten 4 sind ferner Stelleinrichtungen 38; 39 zur Erzeugung von Verstellungen ΔΧ; ΔΖ in der X-Y-Ebene und für Drehungen Δφ_Ϋ; Δφ_ζ um die Y- und Z-Achsen vorgesehen, die über die Zwischenbasis 28 das den Y-Maßstab 23 abtastende Abtastsystem 37 zu den Umlenkpunktendes Leitstrahles 18 in den Umlenkelementen 16 und 30 in eine definierte Lage bringen.The deflection elements 16; 17 are connected via the base 13, inter alia, with a Y-scale 23 and with a scanning system 25 scanning an X-scale 24 attached to the base bar 9. The adjusting devices 14; 15 effect, not shown, guided computer-controlled control loops, by adjusting the base 13 an exact position assignment of the X-scale 24 and the scanning system 25 to the deflection of the base guide beam 12 to the splitter surfaces of the deflection 16; 17. With the help of a, preferably electronic dragonfly 26, the vertical position of the deflecting elements 16; 17 controlled. Another arranged on the X-carriage 3 dragonfly 27 is provided to control the tilt Δφ _{χ of} the X-carriage 3 to the X-coordinate. The Y-carriage 4 carries an intermediate base 28, on which three straight and each provided with a divider deflection elements 29; 30; 31 are provided, wherein the deflection elements 30 and 31 serve to deflect the guide beams 18 and 19 at a constant 90 ° angle in the direction of the Z-coordinate. Each of these deflecting elements 29; 30; 31 carries a portion of the light per one, the individual deflecting associated with radiation-sensitive photoelectric receiver 32; 33; 34 to, the deviations ΔΧ '; ΔΖ 'provide proportional signals. At the intermediate base 28, a scanning system 35 is further arranged, which scans a Z-scale 36 extending in the Z-coordinate and fastened to the Z-carriage 6 in order to determine the displacement of the Z-slide 6. An also attached to the intermediate base 28 scanning system 37 scans the Y-scale 23 from. The deflecting elements 29 and 30 are arranged at a fixed distance one behind the other along the guide beam 18. The deflection element 31 is located in the guide beam 19. On Y-slide 4 are also adjusting devices 38; 39 for generating adjustments ΔΧ; ΔΖ in the XY plane and for rotations Δφ _Ϋ ; Δφ _{ζ provided} about the Y and Z axes, which bring about the intermediate base 28, the scanning system 37 scanning the Y-scale 23 to the deflection points of the guide beam 18 in the deflection elements 16 and 30 in a defined position.

Der Z-Schlitten 6 trägt einen Strahlenteiler 40, ein diesem Strahlenteiler 40 in einem vom Umlenkelement 30 ausgehenden Leitstrahl 41 nachgeordneten, erstes Reflektionselement 42 und ein zweites Reflektionselement 43, welches in einem, vom Umlenkelement 31 ausgehenden Leitstrahl 44 liegt. Dem Strahlenteiler 40 und jedem der Reflektionselemente 42; 43 ist je einThe Z-slide 6 carries a beam splitter 40, a first reflecting element 42 downstream of this beam splitter 40 in a guide beam 41 emanating from the deflecting element 30 and a second reflecting element 43 which lies in a guide beam 44 emanating from the deflecting element 31. The beam splitter 40 and each of the reflective elements 42; 43 is one each

strahllageempfindlicherfotoelektrischerEmpfänger45; 46; 47 zugeordnet. Der elektrische Signale liefert, die den Abweichungen Ay'; Az' proportional sind, wobei die Empfänger 46 und 47 in einem einstellbaren Abstand von dem zugehörigen Reflektionselement 42 und 43 angeordnet sind. Diese Abstände des ersten und zweiten Reflektionselementes 42; 43 von den ihnen jeweils nachgeordneten Empfängern 46; 47 ist gleich dem senkrechten Abstand des Strahlenumlenkpunktes auf den Reflektionselementen 42; 43 zu der Ebene 48, in der z. B. ein Taster des Meßkopfes 8 oder das Werkzeug liegt. In dieser Ebene werden virtuell die Empfänger 46; 47 abgebildet. In der Verbindungslinie 48 ist dann der Taster oder die Schneide des Werkzeuges angeordnet, so daß frei vom Komparatorfehler gemessen oder bearbeitet werden·kann.strahllageempfindlicherfotoelektrischerEmpfänger45; 46; 47 assigned. The electrical signal provides the deviations Ay '; Az 'are proportional, the receivers 46 and 47 are arranged at an adjustable distance from the associated reflection element 42 and 43. These distances of the first and second reflection element 42; 43 from the respective subordinate receivers 46; 47 is equal to the vertical distance of the Strahlenumlenkpunktes on the reflection elements 42; 43 to the level 48, in the z. B. a probe of the measuring head 8 or the tool is located. At this level, the receivers 46; 47 shown. The probe or the cutting edge of the tool is then arranged in the connecting line 48 so that it can be measured or processed freely by the comparator error.

Alle Empfänger und Stelleinrichtungen sind mit einer die Empfänger- und Steuersignale verarbeitenden Rechnereinheit (nicht dargestellt) verbunden.All receivers and actuators are connected to a processor unit (not shown) processing the receiver and control signals.

Als Umlenkelemente können strahlenteilende Spiegel oder geradsichtige Prismen mit mindestens einer Strahlenteilerfläche vorgesehen sein. ·As deflecting elements, beam-splitting mirrors or straight-line prisms with at least one beam splitter surface can be provided. ·

Eine Positionierung eines Meßkopfes 8 oder eines Werkzeuges mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt zunächst durch Verschiebung des Meßkopfes 8 mit Hilfe des Y-und Z-Schlittens, nachdem das Meßobjekt oder Werkstück auf dem X-Schlitten 3 aufgebracht ist. Die Lagekorrektur der Zwischenbasis 28 und Basis 13 erfolgt bei den fotoel.ektrischen Empfängern, beim Z-Schlitten 6 beginnend, so daß sie eine Nullposition signalisieren. Die Positionen der einzelnen Schlitten werden auf die Zwischenbasis und Basis bezogen, d. h. sie betreffen die Lage oder Lageänderung der Umlenkpunkte der die Koordinatenachsen darstellenden Leitstrahlen an den entsprechenden Umlenkelementen, nicht die Lage der Schlitten. Die Ermittlung bzw. Messung der Position erfolgt mit Hilfe der vorgesehenen Maßstäbe 23; 24; 36 und der zugehörigen Abtastsysteme 25; 35; 37. Die von den einzelnen Stelleinrichtungen an den ihnen zugeordneten Zwischenbasis 28 und Basis 13 vorzunehmenden Lagekorrekturen betreffen die Ungenauigkeiten, die als Differenz wischen den Abläufen der Schlitten 3; 4; 6 und dem Basisleitstrahl 12 und den Leitstrahlen 18; 19; 41; 44 auftreten.A positioning of a measuring head 8 or a tool by means of the device according to the invention is carried out first by displacement of the measuring head 8 by means of the Y and Z carriage after the test object or workpiece is applied to the X-carriage 3. The position correction of the intermediate base 28 and base 13 takes place in the fotoel.ektrischen receivers, starting at the Z-slide 6, so that they signal a zero position. The positions of the individual carriages are referenced to the intermediate base and base, i. H. they relate to the position or change in position of the deflection points of the guide axes representing the coordinate axes at the corresponding deflection elements, not the position of the carriage. The determination or measurement of the position takes place with the aid of the provided scales 23; 24; 36 and the associated scanning systems 25; 35; 37. The positional corrections to be made by the individual adjusting devices on the intermediate base 28 and base 13 assigned to them relate to the inaccuracies which are the difference between the sequences of the carriages 3; 4; 6 and the base guide beam 12 and the guide beams 18; 19; 41; 44 occur.

Mit Hilfe dieser Einrichtung wird die Aufnahme 7 nach einem.System geführt, das die Koordinatenzustellung auf rein optischem Wege realisiert. Ungenauigkeiten des Maschinenkörpers, hervorgerufen durch Erwärmung, Abnutzung oder Deformation unter Belastung beeinflussen die Koordinatenzustellung nicht. Durch Austausch eines Werkzeuges gegen einen Tastkopf ist eine Werkzeugmaschine auch als Meßmaschine einsetzbar.With the aid of this device, the receptacle 7 is guided by a system which realizes the coordinate delivery in a purely optical manner. Inaccuracies of the machine body caused by heating, wear or deformation under load do not affect the coordinate delivery. By replacing a tool against a probe, a machine tool can also be used as a measuring machine.

Claims

1. A device for measuring and processing of workpieces, comprising a slidably mounted on guides of a machine frame X-carriage and a vertically displaceable Y-carriage, a vertically displaceable on the Y-slide Z-slide, a receptacle for a measuring head or for a tool, arranged on the individual carriages, the displacement thereof along each associated coordinate axis X; Y; Z measuring measuring systems, each comprising a scale and a scanning system, and a laser light source with downstream stabilizing optics for Leitstrahlerzeugung, which are fixed to the X-carriage or on a fixed machine table, characterized in that on a fixed, in the direction of X Coordinate extending and arranged on the machine frame (2) adjusting means (14; 15) finely adjustable base (13) at a fixed distance behind each other two straight and provided with at least one divider deflection elements (16; 17} constant deflection for partial deflection of a laser light source (10 ) are provided in the direction of the Y coordinate, wherein a first of these deflecting elements (16) a beam splitter (20) having a first beam position sensitive, photoelectric receiver (21) and a second of these deflecting elements (17) in the beam direction, a second Beam-sensitive photoelectr is assigned to the receiver (22) that on the Y-carriage (4) is provided by an adjusting finely adjustable intermediate base (28) on which three straight and each provided with a divider deflection elements (29; 30; 31) in the direction of the Z-coordinate and on each one beam-sensitive photoelectric receiver (32; 33; 34) are provided, wherein two of these three deflecting elements (29; 30 ) are arranged in the direction of the directed by the first deflecting element (16) along the Y-coordinate guide beam 18 at a fixed distance one behind the other and the third of these three deflecting elements (31) in, by the second deflecting element (17) in the direction of the Y-coordinate deflected guide beam (19) is arranged that the Z-slide (6) a beam splitter (40) with a beam position sensitive photoelectric receiver (45) and with a first downstream reflection element (42) and a second reflection element (43) are provided and the first and the second reflection element (42; 43) each nachgeord a radiation-sensitive photoelectric receiver (46; 47) at an adjustable distance is net, wherein the beam splitter (40) in the first (41) and the second reflection element (43) in the second (44), guided in the direction of the Z coordinate guide beam are arranged, and that all the receivers and actuators with a receiver and control signals processing computer unit

, are connected.

2. Device according to claim 1, characterized in that the distances of the first and second reflection element (42; 43) from the respective downstream photoelectric receivers (46; 47) equal to the normal distance of the Strahlenumlenkpunktes on the reflection elements (42; 43) the plane is, in which a measuring head (8) or a tool on the Z-slide (6) is arranged.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the deflecting elements are beam-splitting mirrors or straight prisms with at least one beam-splitting surface.