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Die
Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung für eine optische Messanordnung.
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Die
DE 103 24 044 A1 zeigt
eine optische Messanordnung, insbesondere eine Interferometeranordnung
zum Bestimmen einer veränderlichen
relativen Lage einer ein Weißlicht
zumindest teilweise reflektierenden Probenoberfläche eines Probenkörpers und
einer das Weißlicht
zumindest teilweise reflektierenden Referenzoberfläche eines
Referenzkörpers. Insbesondere
ist der Probenkörper
ein Piezoaktuator und der Referenzkörper ist ein Gehäuse des
Piezoaktuators. Die Interferometeranordnung wird unter anderem zum
Bestimmen von Änderungen
des Ausmaßes
des Piezoaktuators in Abhängigkeit
von einer an den Piezoaktuator angelegten elektrischen Spannung
oder in Abhängigkeit
von der Temperatur benutzt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klemmvorrichtung zu schaffen,
durch die eine einfache, schnelle und damit kostengünstige Vermessung von
Probenelementen in einer optischen Messanordnung ermöglicht werden
kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Klemmvorrichtung und ein
Verfahren für
die Klemmvorrichtung.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Klemmvorrichtung
für eine
optische Messanordnung mit einer Lichtquelle zum Aussenden von Lichtstrahlen
und einem Probenelement, das eine die Lichtstrahlen mindestens teilweise
reflektierende Probenoberfläche
aufweist. Die Klemmvorrichtung weist auf eine die Lichtstrahlen
mindestens teilweise reflektierende Referenzoberfläche, ein
erstes Klemmteil mit einem außenseitig
konisch ausgebildeten Rohrabschnitt und ein zweites Klemmteil mit
einem innenseitig konisch ausgebildeten Rohrabschnitt und ein drittes
Klemmteil mit einer Ausnehmung, in der das Probenelement angeordnet
ist. Der außenseitig
konisch ausgebildete Rohrabschnitt und der innenseitig konisch ausgebildete
Rohrabschnitt sind miteinander in Eingriff bringbar, und so ist
das Probenelement mit der Klemmvorrichtung in einem Klemmbereich
koppelbar.
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Unter
Referenzoberfläche
wird hier eine Fläche
verstanden, auf die Lichtstrahlen der optischen Messanordnung auftreffen
und von dieser mindestens teilweise reflektiert werden können, wobei
unterschiedliche Lichtwege der Lichtstrahlen, die einerseits auf
die Probenoberfläche
und andererseits auf die Referenzoberfläche auftreffen und von diesen mindestens
teilweise reflektiert werden, bestimmt werden können, um die relative Lage
der Probenoberfläche
zur Referenzoberfläche
zu ermitteln. Damit können
kleine Änderungen
einer Abmessung des Probenelements bestimmt werden. Die Referenzoberfläche kann
insbesondere auf einem beliebigen der Klemmteile der Klemmvorrichtung
angeordnet sein.
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Mit
der Klemmvorrichtung ist eine rasche Montage und Demontage des Probenelements
möglich,
und eine Beschädigung
bzw. unbeabsichtigte Veränderung
des Probenelements kann vermieden werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist eines der Klemmteile ein Positionierelement
auf, und die Position des Klemmbereichs ist von der Lage des Positionierele ments
abhängig.
Damit ist eine exakte Positionierung des Klemmbereichs möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt
sich das dritte Klemmteil in axialer Richtung des außenseitig
konisch ausgebildeten Rohrabschnitts des ersten Klemmteils, die
Referenzoberfläche
ist auf dem dritten Klemmteil und der Klemmbereich in einem bezüglich der
Referenzoberfläche
distalen Bereich des dritten Klemmteils angeordnet. Da auch das
bestimmungsgemäße Probenelement
in dem dritten Klemmteil angeordnet ist, wird damit erreicht, dass
eine Längenänderung
des dritten Klemmteils mit der Referenzoberfläche und des bestimmungsgemäßen Probenelements
mit der Probenoberfläche über eine
große
Länge des
Probenelements erfolgen kann, und damit eine Längenänderung des Probenelements über die
große
Länge des
Probenelements bestimmbar ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das dritte Klemmteil in dem bezüglich der
Referenzoberfläche
distalen Bereich sich in axialer Richtung erstreckende Ausnehmungen
auf. Damit wird eine erhöhte
Flexibilität
des dritten Klemmteils im Bereich der Klemmverbindung erreicht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der außenseitig
konisch ausgebildete Rohrabschnitt des ersten Klemmteils Ausnehmungen
auf, die sich in axialer Richtung erstrecken. Damit wird eine erhöhte Flexibilität des außenseitig
konisch ausgebildeten Rohrabschnitts des ersten Klemmteils erreicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Positionierelement auf einer Außenseite des dritten Klemmteils
als Vorsprung zum Abstützen von
einem der ersten und zweiten Klemmteile ausgebildet. Dies stellt
eine besonders einfache Ausbildung des Positionierelements dar.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die bestimmungsgemäße optische Messanordnung eine
Interferometeranordnung. Mit einer Interferometeranordnung kann
auch eine sehr kleine Änderung
einer Abmessung des Probenkörpers
bestimmt werden.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das bestimmungsgemäße Probenelement
ein Piezoaktuator. Mit der Klemmverbindung können Änderungen von Abmessungen von
Piezoaktuatoren, insbesondere bei Anlegen einer elektrischen Spannung
oder einer Änderung
der Temperatur, sehr genau und schnell vermessen werden. Da der
Piezoaktuator ohne Gehäuse
vermessen werden kann, ist es möglich,
den Piezoaktuator im Falle einer unerwünscht starken Änderung
der Abmessungen unter äußeren Einflüssen frühzeitig
und als Einzelbauteil auszusortieren, ohne dass er mit dem Gehäuse verbunden
wurde und deshalb mit diesem zusammen aussortiert werden müsste.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
für die
Klemmvorrichtung, bei dem das bestimmungsgemäße Probenelement in das dritte
Klemmteil eingeschoben wird, das erste Klemmteil und das zweite
Klemmteil so auf das dritte Klemmteil geschoben werden, dass der
außenseitig
konisch ausgebildete Rohrabschnitt des ersten Klemmteils und der
innenseitig konisch ausgebildete Rohrabschnitt des zweiten Klemmteils miteinander
in Eingriff gelangen, und das erste Klemmteil und das zweite Klemmteil
so gegeneinander verschoben werden, dass zwischen dem Probenelement
und der Klemmvorrichtung eine Klemmung hergestellt wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Klemmvorrichtung mit einer teilweise dargestellten optischen Messanordnung
in einer Schnittansicht im geklemmten Zustand,
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2 eine
Ansicht der Klemmvorrichtung und der teilweise dargestellten optischen
Messanordnung in Richtung auf die Linie II-II der 1,
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3 eine
perspektivische Ansicht von Teilen der Klemmvorrichtung und der
teilweise dargestellten optischen Messanordnung, und
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4 eine
Seitenansicht von Teilen der Klemmvorrichtung und der teilweise
dargestellten optischen Messanordnung.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
ein Querschnitt einer Klemmvorrichtung 10 für eine optische
Messanordnung 12 dargestellt.
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Die
nur teilweise dargestellte optische Messanordnung 12 kann
insbesondere eine Interferometeranordnung zur Bestimmung von Änderungen
des Ausmaßes
eines Probenelementes 14 sein. Das Probenelement 14 hat
eine Probenoberfläche 16 und Anschlussstifte 17 zum
Anlegen einer elektrischen Spannung. Das Probenelement 14 ist
hier insbesondere ein kreiszylinderförmiger Piezoaktuator in monolithischer
Vielschichtbauweise, das sich in einer axialen Richtung A erstreckt.
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Die
Klemmvorrichtung 10 umfasst ein erstes Klemmteil 26,
ein zweites Klemmteil 36 und ein drittes Klemmteil 18.
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Das
erste Klemmteil 26 weist einen außenseitig konisch ausgebildeten
Rohrabschnitt 28, der sich in der axialen Richtung A erstreckt,
mit Ausnehmungen 29 (siehe 4) und einen
Flanschabschnitt 30 auf. Innenseitig ist der außenseitig
konisch ausgebildete Rohrabschnitt 28 hier insbesondere
zylindrisch geformt, kann jedoch auch in einer anderen Weise, z.B.
konisch, ausgebildet sein. Der an den außenseitig konisch ausgebildeten
Rohrabschnitt 28 anschließende Flanschabschnitt 30 des
ersten Klemmteils 26 hat mehrere Durchführungen 32 und mehrere
Gewindebohrungen 34.
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Koaxial
zum ersten Klemmteil 26 ist das zweite Klemmteil 36 angeordnet.
Das zweite Klemmteil 36 hat einen innenseitig konisch ausgebildeten Rohrabschnitt 38,
der sich in der axialen Richtung A erstreckt, sowie einen an diesen
anschließenden Flanschabschnitt 40.
Weiter weist das zweite Klemmteil 36 insbesondere am (bezüglich 1)
oberen Ende einen Ringabschnitt 44 auf. Im Flanschabschnitt 40 des
zweiten Klemmteils 36 sind mehrere Gewindebohrungen 42 angeordnet.
Die zylindrischen Durchführungen 32 im
Flanschabschnitt 30 des ersten Klemmteils 26 und
die Gewindebohrungen 42 im Flanschabschnitt 40 des
zweiten Klemmteils 36 sind so zueinander ausgerichtet,
dass jeweils eine der Durchführungen 32 und
eine der Gewindebohrungen 42 koaxial zueinander angeordnet
sind. Im verklemmten Zustand ist der Flanschabschnitt 30 des
ersten Klemmteils 26 mit dem Flanschabschnitt 40 des
zweiten Klemmteils durch (nicht dargestellte) Schrauben verbunden,
die durch die Durchführungen 32 verlaufen
und in die Gewindebohrungen 42 eingedreht sind.
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Das
dritte Klemmteil 18 ist koaxial zu dem ersten Klemmteil 26 und
dem zweiten Klemmteil 36 angeordnet und erstreckt sich
in axialer Richtung A. Das dritte Klemmteil 18 weist eine
Ausnehmung 21 auf, in der das Probenelement 14 aufgenommen
ist. Auf einer oberen Stirnseite 19 des dritten Klemmteils 18 ist
eine Referenzoberfläche 20 angeordnet.
In einem bezüglich
der Referenzoberfläche 20 distalen Abschnitt 22 des
dritten Klemmteils 18 sind schlitzförmige Ausnehmungen 23 angeordnet.
Weiter weist das dritte Klemmteil 18 an dem bezüglich der
Referenzoberfläche 20 distalen
Abschnitt 22 einen Absatz 25 auf, an dem das Probenelement 14 anliegt,
sowie auf seiner Außenseite
ringförmige
Vorsprünge 24,
an denen der Ringabschnitt 44 des zweiten Klemmteils 36 anliegt.
Die ringförmigen
Vorsprünge 24 sind
hier als Spannringe ausgebildet.
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Die
Referenzoberfläche 20 ist
in der hier dargestellten Ausführungsform
auf dem dritten Klemmteil 18 angeordnet. Es ist jedoch
auch möglich,
dass die Referenzoberfläche 20 auf
dem ersten oder zweiten Klemmteil 26, 36 aufgebracht
ist, insbesondere auf dem Ringabschnitt 44 des zweiten
Klemmteils 36.
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Auf
die Probenoberfläche 16 und
die Referenzoberfläche 20 sind
bestimmungsgemäß Lichtstrahlen 48 gerichtet.
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Das
dritte Klemmteil
18 mit der Referenzoberfläche
20 dient
hier als für
mit der optischen Messanordnung
12 durchführbare Messungen
einsetzbares Ersatzteil anstelle eines – wie insbesondere in der
DE 103 24 044 A1 offenbart – für die Messung
erforderlichen, eine Referenzoberfläche aufweisendes Gehäuses des
Probenelements
14. Die Änderungen des
Ausmaßes
des dritten Klemmteils
18 (beispielsweise unter Änderung
der Temperatur) sind entweder vorab bekannt oder können bereits
vor Beginn der Vermessung eines oder mehrerer Probenelemente
14 bestimmt
werden.
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Im
Folgenden soll das Verfahren für
die Klemmvorrichtung im Detail beschrieben werden:
Zunächst wird
das Probenelement 14 bis zu dem Absatz 25 in das
dritte Klemmteil 18 eingeschoben. In der in 1 gezeigten
Ausführungsform
liegt die Probenoberfläche 16 und
die Referenzoberfläche 20 nahezu
in einer Ebene, es ist jedoch auch möglich, entsprechend den Anforderungen
der optischen Messanordnung 12 des Probenelement 14 so
zu positionieren, dass ein geeigneter Abstand zwischen der Ebene
der Probenoberfläche 16 und
der Ebene der Referenzoberfläche 20 besteht.
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Anschließend wird
das erste Klemmteil 26 und das zweite Klemmteil 36 so
auf das dritte Klemmteil 18 aufgeschoben, dass der außenseitig
konisch ausgebildete Rohrabschnitt 28 des ersten Klemmteils 26 und
der innenseitig konisch ausgebildete Rohrabschnitt 38 des
zweiten Klemmteils 36 miteinander in Eingriff gelangen.
Dabei gelangt auch der Ringabschnitt 44 des zweiten Klemmteils 36 mit
den als Spannringe ausgeführten
Vorsprüngen 24 des dritten
Klemmteils 18 in Eingriff.
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Anschließend werden
das erste Klemmteil 26 und das zweite Klemmteil 36 in
axialer Richtung A so gegeneinander verschoben, dass zwischen dem Probenelement 14 und
dem dritten Klemmteil 18 eine Klemmung in einen Klemmbereich 50 ausgebildet wird.
Die Verschiebung zwischen dem ersten Klemmteil 26 und dem
zweiten Klemmteil 36 und damit die Klemmung wird in der
hier gezeigten Ausführungsform
insbesondere dadurch realisiert, indem (nicht dargestellte) Gewindeschrauben
durch die Durchführungen 32 im
Flanschabschnitt 30 des ersten Klemmteils 26 gesteckt
werden und in die Gewindebohrungen 42 im Flanschabschnitt 40 des
zweiten Klemmteils 36 eingeschraubt werden. Dadurch wird
das erste Klemmteil 26 gegenüber dem zweiten Klemmteil 36,
dessen Lage durch den Eingriff des Ringabschnitts 44 in
die Vorsprünge 24 festgelegt
ist, in axialer Richtung A verschoben, so dass der außenseitig konisch
ausgebildete Rohrabschnitt 28 des ersten Klemmteils 26 in
einer Weise axial nach innen gedrückt wird, dass die distalen
Abschnitte 22 des dritten Klemmteils 18 im Klemmbereich 50 gegen
das Probenelement 14 gedrückt werden und so eine Klemmung
des Probenelements 14 im dritten Klemmteil 18 erreicht
wird.
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Es
können
dann interferometrische Messungen in der insbesondere aus der
DE 103 24 044 A1 bekannten
Weise ausgeführt
werden, indem Lichtstrahlen
48 auf die Probenoberfläche
16 und
die Referenzoberfläche
20 gerichtet
werden und eine veränderliche
elektrische Spannung an die Anschlussstifte
17 angelegt
wird oder eine Änderung
der Temperatur am Probenelement
14 und am dritten Klemmteil
18 vorgenommen
wird.
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Nach
Abschluss der Messungen kann das Probenelement 14 wieder
in einfacher Weise aus der Klemmvorrichtung 10 entfernt
werden.
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Dazu
werden zuerst die (nicht dargestellten) Schrauben aus den Gewindebohrungen 34 im
Flanschabschnitt 30 des ersten Klemmteils 26 herausgedreht.
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Danach
werden weitere (nicht dargestellte) Schrauben solange in die Gewindebohrungen 34 im Flanschabschnitt 30 des
ersten Klemmteils 26 eingedreht, bis der Flanschabschnitt 30 des
ersten Klemmteils 26 gegenüber dem Flanschabschnitt 40 des zweiten
Klemmteils 36 im Bezug auf 1 in axialer Richtung
A so verschoben ist, dass das erste Klemmteil 26 außer Eingriff
mit dem zweiten Klemmteil 36 gelangt.
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Das
erste Klemmteil 26 kann nun im Bezug auf 1 nach
unten vom dritten Klemmteil 18 abgezogen werden, wodurch
die Klemmung aufgehoben ist. Die distalen Abschnitte 22 des
dritten Klemmteils 18 können
nun wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehren und das Probenelement 14 aus
dem dritten Klemmteil 18 herausgenommen werden.