DE102011012981B3 - Standard hybrid spherical cap for calibration of coordinate measuring machine, has recess whose edge extends from slope of acute angle to planar measuring surface such that calotte is provided in contact points at another edge - Google Patents

Standard hybrid spherical cap for calibration of coordinate measuring machine, has recess whose edge extends from slope of acute angle to planar measuring surface such that calotte is provided in contact points at another edge Download PDF

Info

Publication number
DE102011012981B3
DE102011012981B3 DE201110012981 DE102011012981A DE102011012981B3 DE 102011012981 B3 DE102011012981 B3 DE 102011012981B3 DE 201110012981 DE201110012981 DE 201110012981 DE 102011012981 A DE102011012981 A DE 102011012981A DE 102011012981 B3 DE102011012981 B3 DE 102011012981B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring surface
edge
recess
calotte
insert body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE201110012981
Other languages
German (de)
Inventor
Dr. Bütefisch Sebastian
Dr. Krüger-Sehm Rolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bundesrepublik Deutschland
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Original Assignee
Bundesrepublik Deutschland
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bundesrepublik Deutschland, Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie filed Critical Bundesrepublik Deutschland
Priority to DE201110012981 priority Critical patent/DE102011012981B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102011012981B3 publication Critical patent/DE102011012981B3/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042Calibration or calibration artifacts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length-Measuring Instruments Using Mechanical Means (AREA)

Abstract

The cap (10) has a base body (12) provided with a planar measuring surface. The planar measuring surface projects cross-sectionally circular cap-shaped calotte. The base body has a recess (18) dividing an edge (22) with the measurement surface. The calotte is formed on an insert body (16) i.e. ball segment. The calotte is received in the recess. Another edge (20) of the recess extends from a slope of an acute angle to the planar measuring surface such that the calotte is provided in contact points at the former edge. The base body is formed from a single crystal. An independent claim is also included for a method for manufacturing a standard hybrid spherical cap.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridkalottennormal mit (a) einem Grundkörper, der eine plane Messfläche aufweist, und (b) einer über die plane Messfläche hervorstehenden, im Querschnitt kreiskappenförmigen Kalotte, (c) wobei der Grundkörper eine Ausnehmung aufweist und (d) die Kalotte an einem Einsatzkörper ausgebildet ist, der in der Ausnehmung aufgenommen ist. Unter einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridkalottennormals.The invention relates to a hybrid calotte standard with (a) a basic body having a planar measuring surface, and (b) a dome projecting over the planar measuring surface, circular cap in cross-section, (c) the base body having a recess and (d) the dome an insert body is formed, which is received in the recess. In a second aspect, the invention relates to a method of making a hybrid dome standard.

Zum Kalibrieren von Messmitteln, beispielsweise von Koordinatenmessmaschinen, werden Hybridkalottennormale eingesetzt. Derartige Hybridkalottennormale dienen insbesondere dazu, die Genauigkeit des zu kalibrierenden Messsystems in der Situation zu ermitteln, in der sowohl eine plane Fläche als auch eine kugelförmige Fläche zu vermessen sind. Es ist im Stand der Technik bekannt, Hybridkalottennormale dadurch herzustellen, dass zunächst ein gleichmäßiger Körper, beispielsweise ein Würfel, hergestellt wird. in diesen gleichmäßigen Körper werden dann mittels Funkenerosion kugelkalottenförmige Ausnahmen hinein erodiert. Nachteilig daran ist, dass die erreichbare Oberflächengüte, die beispielsweise durch die Rautiefe charakterisiert werden kann, begrenzt ist. Nachteilig ist zudem, dass das Funkenerodieren nicht vollständig reproduzierbar ist, so dass sich jede Kalotte von den anderen unterscheidet und gesondert eingemessen werden muss. Das macht die Herstellung von Hybridkalottennormalen aufwändig.For calibrating measuring means, such as coordinate measuring machines, hybrid dome standards are used. Such hybrid dome standards are used in particular to determine the accuracy of the measuring system to be calibrated in the situation in which both a plane surface and a spherical surface are to be measured. It is known in the art to prepare hybrid dome normal by first making a uniform body, such as a cube. In this uniform body spherical aberrations are then eroded into it by means of spark erosion. The disadvantage of this is that the achievable surface quality, which can be characterized, for example, by the roughness, is limited. Another disadvantage is that the spark erosion is not completely reproducible, so that each cap differs from the other and must be calibrated separately. This makes the production of hybrid calotte normal consuming.

Aus der DE 10 2006 014 509 A1 ist ein gattungsgemäßes Hybridkalottennormal bekannt, bei dem in einen Körper Löcher eingebohrt und in die Löcher Kugeln eingesetzt sind. Das hat den Vorteil, dass die Kugeln separat und damit mit hoher Genauigkeit gefertigt werden können. Nachteilig ist aber, dass es prinzipbedingt unmöglich ist, die Bohrung in genau der gleichen Größe auszuführen, wie die Kugel. Das heißt, dass zwischen der Kugel und der planen Fläche eine Furche besteht. Derartige Furchen stellen insbesondere die Auswertesoftware von optischen Vermessungsverfahren vor zum Teil große Schwierigkeiten, ohne dass mit der Furche eine realistische zu prüfende Struktur abgebildet würde. Nachteilig an derartigen Hybridkalottennormalen ist zudem deren aufwändige Fertigung.From the DE 10 2006 014 509 A1 is a generic Hybridkalottennormal known in which holes are drilled in a body and inserted into the holes balls. This has the advantage that the balls can be manufactured separately and thus with high accuracy. The disadvantage, however, is that it is inherently impossible to perform the hole in exactly the same size as the ball. This means that there is a furrow between the sphere and the plane surface. Such grooves, in particular, present the evaluation software of optical surveying methods with, in some cases, great difficulties, without the furrow forming a realistic structure to be tested. Another disadvantage of such hybrid dome normal is their elaborate production.

In der DE 100 81 572 B4 ist ein vergleichbar aufgebautes Normal bekannt, bei dem die Löcher in den Grund einer Nut eingesetzt werden.In the DE 100 81 572 B4 is a comparably constructed normal known, in which the holes are inserted into the bottom of a groove.

Die US 2004/0036867 A1 beschreibt einen Stab aus Glaskeramik, der nach innen konisch zulaufende Bohrungen aufweist, in den Stahlkugeln eingesetzt sind.The US 2004/0036867 A1 describes a glass ceramic rod having inwardly tapered bores in which steel balls are inserted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hybridkalottennormal anzugeben, das einen genau definierten Tastweg reproduziert.The invention has for its object to provide a Hybridkalottennormal reproducing a well-defined Tastweg.

Die Erfindung löst das Problem durch ein Hybridkalottennormal gemäß Anspruch 1. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 9.The invention solves the problem by a Hybridkalottennormal according to claim 1. According to a second aspect, the invention solves the problem by a method according to claim 9.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass ein genau definierter Tastweg erhalten wird, der zunächst entlang der planen Messfläche geradlinig verläuft und dann in einer Knickstelle stetig in eine Kreisbogenform übergeht. Danach kann der Tastweg erneut stetig in eine gerade Linie übergehen. Zwischen der Kalotte und der planen Messfläche entsteht an der Übergangsstelle keine Lücke.An advantage of the inventive solution is that a precisely defined Tastweg is obtained, which initially runs straight along the plane measuring surface and then merges into a circular arc shape in a kink steadily. Thereafter, the Tastweg can again go continuously in a straight line. There is no gap at the point of transition between the calotte and the flat measuring surface.

Ein weiterer Vorteil ist die hohe erreichbare Genauigkeit. Es ist möglich, die plane Messfläche mit einer geringen Formabweichung von einer perfekten Ebene auszubilden. Derartige Techniken sind im Stand der Technik gut bekannt. Es ist zudem möglich, den Einsatzkörper, bei dem es sich beispielsweise um eine Kugel oder einen Zylinder handeln kann, mit hoher Genauigkeit ebenfalls mit gut beherrschten Techniken herzustellen. Dadurch, dass der Rand der Ausnehmung am Einsatzkörper anliegt, geht die plane Messfläche zumindest im Berührpunkt stetig in die Kalotte über. So wird ein Hybridkalottennormal erhalten, das sowohl bezüglich der planen Messfläche als auch bezüglich der Kalotte hochgenau gefertigt werden kann.Another advantage is the high achievable accuracy. It is possible to form the flat measuring surface with a slight deviation in shape from a perfect plane. Such techniques are well known in the art. It is also possible to produce the insert body, which may be, for example, a ball or a cylinder, with high accuracy also with well-controlled techniques. The fact that the edge of the recess rests against the insert body, the plane measuring surface goes steadily into the dome, at least at the point of contact. In this way, a hybrid dome normal is obtained which can be manufactured with high precision both with respect to the flat measuring surface and with respect to the dome.

Es ist ein weiterer Vorteil, dass die Einsatzkörper auf reproduzierbare Weise hergestellt werden können. Das macht ein Einmessen der Kalottenflächen entbehrlich. Ein erfindungsgemäßes Hybridkalottennormal kann daher einfach hergestellt werden und weist zudem eine gegenüber bekannten Hybridkalottennormalen erhöhte Genauigkeit auf.It is a further advantage that the insert bodies can be produced in a reproducible manner. This makes it unnecessary to calibrate the calotte surfaces. A hybrid calotte standard according to the invention can therefore be produced easily and also has an increased accuracy compared to known hybrid calotte standards.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Merkmal, dass die Kalotte an dem Rand anliegt, insbesondere verstanden, dass ein Querschnitt durch das Hybridkalottennormal existiert, bei dem die plane Messfläche stetig in die Kalotte übergeht. Es wird dabei von dem mathematischen Stetigkeitsbegriff ausgegangen. Entlang dieses Querschnitts existiert ein Tastweg, der in einem Abschnitt eine Gerade ist und in einem zweiten Abschnitt ein Kreisbogen, wobei beide Abschnitte stetig ineinander übergehen. In dem Punkt, wo beide Abschnitte ineinander übergehen, hat der so definierte Messweg einen Knick. Der Messweg kann aber als Funktion beschrieben werden. Bei bekannten Hybridkalottennormalen kann es am Übergang zwischen der planen Messfläche und der Kalotte zu Hinterschneidungen kommen.In the context of the present description, the feature that the calotte bears against the edge, in particular, means that there is a cross section through the hybrid calotte standard, in which the planar measuring surface merges continuously into the calotte. It is based on the mathematical concept of continuity. Along this cross section exists a Tastweg, which is a straight line in one section and a circular arc in a second section, wherein both sections merge into each other continuously. At the point where both sections merge into each other, the measurement path thus defined has a kink. The measuring path can be described as a function. In known hybrid calotte normal, undercuts can occur at the transition between the flat measuring surface and the calotte.

Unter dem Merkmal, dass der Rand der Ausnehmung an zumindest einer Seite unter einem spitzen Böschungswinkel zur Messfläche verläuft, so dass die Kalotte an dem Rand anliegt, wird insbesondere auch verstanden, dass ein Querschnitt existiert, bezüglich dessen ein Messweg existiert, der wie oben beschrieben ausgebildet ist und der einen im mathematischen Sinne monotonen Verlauf hat. Bei bekannten Hybridkalottennormalen kann es, wie oben angegeben, am Übergang zwischen der Kalotte zur planen Messfläche zu einer Rinne kommen. An dieser Stelle fällt der Messweg bei herkömmlichen Hybridkalottenmodellen ab, um danach in der Kalotte wieder einzusteigen. Ein derartiger, messtechnisch problematischer Übergang, existiert bei dem erfindungsgemäßen Hybridkalottennormal in der Regel nicht. Under the feature that the edge of the recess extends on at least one side at an acute slope angle to the measuring surface, so that the dome rests on the edge, in particular also understood that a cross section exists, with respect to which a measuring path exists, as described above is trained and has a monotonous course in the mathematical sense. In known hybrid dome normal, as indicated above, at the transition between the dome and the planar measurement surface, a groove may be formed. At this point, the measurement path drops in conventional hybrid dome models to then re-enter the calotte. Such a metrologically problematic transition does not usually exist in the hybrid calotte standard according to the invention.

Unter der planen Messfläche wird insbesondere eine Fläche verstanden, die an dem Grundkörper ausgebildet ist und in einer Umgebung des Rands eine Ebenheitsabweichung von einer idealen Ebene von höchstens 1 μm auf 1 Zentimeter hat.In particular, the planar measuring surface is understood to mean a surface which is formed on the basic body and, in an environment of the edge, has a flatness deviation from an ideal plane of at most 1 μm to 1 cm.

Unter dem Einsatzkörper wird insbesondere ein Körper verstanden, der zumindest zu einem Zeitpunkt während der Herstellung des Hybridkalottennormals vom Grundkörper getrennt ist. Es Ist möglich, dass der Einsatzkörper am Grundkörper dauerhaft befestigt ist, beispielsweise festgeklebt. Es ist aber auch möglich, dass der Einsatzkörper lösbar befestigt ist und gegen den Grundkörper gedrückt wird, beispielsweise mittels eines Federelements. Das Federelement kann einstückig mit dem Substrat verbunden sein, beispielsweise ist das Federelement aus dem Grundkörper herausgeätzt.The insert body is understood to mean, in particular, a body which is separated from the basic body at least at one point in time during the production of the hybrid calotte standard. It is possible that the insert body is permanently attached to the base body, for example glued. But it is also possible that the insert body is releasably secured and is pressed against the base body, for example by means of a spring element. The spring element may be integrally connected to the substrate, for example, the spring element is etched out of the main body.

Unter der Kalotte wird insbesondere derjenige Abschnitt des Einsatzkörpers verstanden, der in zumindest einem Querschnitt kreiskappenförmig ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass eine Formabweichung von einer idealen Kreiskappe höchstens 1 μm beträgt.The calotte is understood in particular to be that portion of the insert body which is circular-cap-shaped in at least one cross-section. This is to be understood in particular that a shape deviation from an ideal circular cap is at most 1 μm.

Unter dem Böschungswinkel wird insbesondere derjenige Winkel verstanden, der unmittelbar an der Kante vorliegt. in der Regel ist der Rand der Ausnehmung durch eine Ebene gebildet. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass der Rand gebogen verläuft, so dass sich der Böschungswinkel mit zunehmendem Abstand von der Messfläche ändert. in diesem Fall ist der relevante Böschungswinkel derjenige, der direkt an der Kante existiert.The slope angle is understood in particular to be that angle which is present directly at the edge. As a rule, the edge of the recess is formed by a plane. In principle, however, it is also conceivable that the edge is curved, so that the slope angle changes with increasing distance from the measuring surface. in this case the relevant slope angle is the one that exists directly at the edge.

Unter einem Hybridkalottennormal ist insbesondere die Gesamtheit aus der Maßverkörperung, wie sie durch die Merkmale des jeweiligen Anspruchs beschrieben ist, und einem Messzeugnis zu verstehen. Grundsätzlich ist jeder beliebige Körper als Normal geeignet, sofern er in seinen geometrischen Abmessungen hinreichend stabil ist. Damit Messgeräte anhand dieses Normals kalibriert werden können, ist es notwendig, dass die auf dem Normal verkörperten Größen in einem Prüfzeugnis niedergelegt sind. Die Tatsache, dass ein Prüfzeugnis vorhanden ist, ist dem Begriff des Normals inhärent. Vorzugsweise erlaubt das Hybridkalottennormal eine Kalibrierung mit einem Fehler von unterhalb 10–3.The term "hybrid calotte standard" is to be understood as meaning in particular the entirety of the material measure as described by the features of the respective claim and a measurement certificate. In principle, any body is suitable as normal, provided that it is sufficiently stable in its geometric dimensions. In order to be able to calibrate measuring instruments using this standard, it is necessary for the variables represented by the standard to be recorded in a test certificate. The fact that a test certificate is available is inherent in the concept of the standard. Preferably, the Hybridkalottennormal allows a calibration with an error of below 10 -3 .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einsatzkörper ein Kugelsegment oder eine Kugel oder ein Teil eines Kugelsegments oder einer Kugel, so dass die Kalotte eine Kugelkalotte ist. Kugeln sind mit einer besonders hohen Genauigkeit herstellbar, so dass auf diese Weise eine hohe Genauigkeit für das Hybridkalottennormal erreichbar ist.According to a preferred embodiment, the insert body is a spherical segment or a ball or a part of a spherical segment or a ball, so that the dome is a spherical cap. Balls can be produced with a particularly high accuracy, so that a high accuracy for the Hybridkalottennormal can be achieved in this way.

Vorzugsweise ist zumindest der Grundkörper aus einem Einkristall gebildet. Möglich ist es auch, dass zusätzlich oder alternativ der Einsatzkörper aus einem Einkristall gebildet ist. Besonders günstig ist es, wenn der Einkristall ein Halbleiter-Einkristall ist, beispielsweise ein Silizium-Einkristall. Zur Bearbeitung von Silizium-Einkristallen existiert eine ausgefeilte Prozesstechnik, so dass besonders plane Messflächen herstellbar sind, was die Genauigkeit erhöht, die mit dem Hybridkalottennormal erreichbar ist. Besonders günstig ist es, wenn die Ausnehmung in den Grundkörper eingeätzt worden ist Es ist möglich, dass der Rand der Ausnehmung entlang einer Kristallebene verläuft. Besonders bevorzugt liegt der Böschungswinkel zwischen 54° und 55°, insbesondere beträgt der Böschungswinkel 54,7°. Ein derartiger Böschungswinkel ist durch kristallrichtungs-selektives Ätzen in Silizium mit hoher Prozesssicherheit einstellbar.Preferably, at least the base body is formed from a single crystal. It is also possible that additionally or alternatively the insert body is formed from a single crystal. It is particularly favorable if the monocrystal is a semiconductor monocrystal, for example a silicon monocrystal. For the processing of silicon monocrystals there is a sophisticated process technology, so that particularly flat measuring surfaces can be produced, which increases the accuracy that can be achieved with the Hybridkalottennormal. It is particularly favorable if the recess has been etched into the base body. It is possible for the edge of the recess to run along a crystal plane. Particularly preferred is the slope angle between 54 ° and 55 °, in particular, the slope angle is 54.7 °. Such a slope angle can be adjusted by crystal-direction-selective etching in silicon with high process reliability.

Vorzugsweise sind die Messfläche und/oder eine Einsatzkörper-Oberfläche spiegelnd glatt. Spiegelglatte Oberflächen sind mit den bisher verfügbaren Verfahren zum Herstellen eines Hybridkalottennormals nicht erreichbar, ohne dass um die Kalotte eine umlaufende Rinne entsteht. Dadurch, dass die Messfläche oder die Einsatzkörper-Oberfläche spiegelnd glatt sind, sind besonders genaue Messungen möglich, so dass das zu kalibrierende Messgerät auf eine hohe Messgenauigkeit gebracht werden kann.Preferably, the measuring surface and / or an insert body surface are specularly smooth. Mirror-smooth surfaces can not be achieved with the hitherto available methods for producing a hybrid dome standard without a circumferential groove forming around the dome. The fact that the measuring surface or the insert surface are specularly smooth, particularly accurate measurements are possible, so that the measuring device to be calibrated can be brought to a high measurement accuracy.

Vorzugsweise weist der Einsatzkörper einen Einsatzkörper-Brechungsindex auf, der sich von einem Grundkörper-Brechungsindex des Grundkörpers unterscheidet. Optische Verfahren zum Erfassen der Oberflächen-Topographie sollten gegenüber Variationen im Brechungsindex des zu vermessenden Objekts tolerant sein. Um das zu testen, ist es vorteilhaft, Objekte mit verschiedenen Indizes vorzusehen, um die Eigenschaft des zu untersuchenden Messgeräts zu testen, unabhängig vom Brechungsindex genau zu messen. Insbesondere unterscheiden sich die Realteile der Brechungsindices um zumindest 5%.The insert body preferably has an insert body refractive index which differs from a main body refractive index of the main body. Optical methods for detecting surface topography should be tolerant of variations in the refractive index of the object to be measured. To test this, it is advantageous to provide objects with different indices to test the property of the instrument under test to accurately measure, independent of refractive index. In particular, the real parts of the refractive indices differ by at least 5%.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Grundkörper und der Einsatzkörper so ausgebildet, dass in einer Umgebung, insbesondere einer 1 Millimeter-Umgebung, des Einsatzkörpers die Messfläche um höchstens 1 Mikrometer, insbesondere 100 Nanometer, von einer Ausgleichsebene durch die Messfläche abweicht. Diese Angabe bezieht sich insbesondere auf einen Messpfad in einem Querschnitt durch zwei Punkte, in denen der Einsatzkörper am Rand anliegt. According to a preferred embodiment, the base body and the insert body are designed such that in an environment, in particular a 1 millimeter environment, of the insert body, the measuring surface deviates by at most 1 micrometer, in particular 100 nanometers, from a compensating plane through the measuring surface. This information relates in particular to a measuring path in a cross section through two points, in which the insert body rests on the edge.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigtIn the following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Hybridkalottennormals, 1 a perspective view of a Hybridkalottennormals invention,

2a eine Ansicht von unten auf das Hybridkalottennormal gemäß 1, 2a a view from below of the Hybridkalottennormal according to 1 .

2b einen Tastweg entlang eines Querschnitts A-A durch das Hybridkalottennormal, 2 B a scanning path along a cross-section AA through the hybrid calotte standard,

3 einen Querschnitt durch das Hybridkalottennormal gemäß 2, 3 a cross section through the Hybridkalottennormal according to 2 .

4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridkalottennormals und 4 a perspective view of a second embodiment of a Hybridkalottennormals invention and

5 einen Querschnitt durch das Hybridkalottennormal gemäß 4. 5 a cross section through the Hybridkalottennormal according to 4 ,

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridkalottennormal 10 mit einem Grundkörper 12, der eine plane Messfläche 14 aufweist, die in 1 nach unten weist und einen Einsatzkörper 16 umfasst. In der Ausführungsform gemäß 1 ist der Einsatzkörper 16 eine Kugel, die eine Einsatzkörper-Oberfläche 17 hat. 1 shows a Hybridkalottennormal invention 10 with a basic body 12 , which has a plane measuring surface 14 which has in 1 points down and an insert body 16 includes. In the embodiment according to 1 is the insert body 16 a sphere that has an insert surface 17 Has.

Der Grundkörper 12 besitzt eine Ausnehmung 18, die von einem Rand 20 berandet ist. Der Rand 20 geht in einer Kante 22 in die Messfläche 14 über. Im vorliegenden Fall ist der Rand 20 abschnittsweise eben.The main body 12 has a recess 18 that from one edge 20 is bounded. The edge 20 goes in an edge 22 into the measuring area 14 above. In the present case, the edge 20 partially even.

Der Grundkörper 12 ist aus einem Silizium-Einkristall hergestellt, wobei die Messfläche 14 sowie die gegenüberliegende Fläche 24 sich entlang einer Kristallebene erstrecken, vorzugsweise in der <111>-Ebene in 100-Wafern.The main body 12 is made of a silicon single crystal, with the measuring surface 14 as well as the opposite surface 24 extend along a crystal plane, preferably in the <111> plane in 100 wafers.

2a zeigt eine Ansicht von unten auf das Hybridkalottenormal 10. Es ist zu erkennen, dass der Einatzkörper 16 in Form der Kugel in zwei einander gegenüberliegenden Berührpunkten P1 und P2 an der Kante 22 anliegt. Es existiert damit ein Querschnitt, der durch A-A gekennzeichnet ist, entlang dessen ein Messpfad M existiert, wie er in der darüber liegenden 2b gezeigt ist. 2a shows a view from below of the Hybridkalottenormal 10 , It can be seen that the insert body 16 in the form of the sphere in two opposing points of contact P1 and P2 at the edge 22 is applied. It thus exists a cross section, which is characterized by AA, along which a measuring path M exists, as in the overlying 2 B is shown.

2b zeigt, dass der Messpfad M einen ersten Abschnitt m1 hat, der geradlinig verläuft. Daran schließt sich ein zweiter Abschnitt m2 an, in dem der Messpfad M kreisbogenförmig verlauft. Es schließt sich ein dritter Abschnitt m3 an, in dem der Messpfad erneut geradlinig verläuft. An den Übergangsstellen der einzelnen Abschnitte, beispielsweise zwischen m1 und m2, ist der Messpfad M stetig, wenngleich natürlich nicht differenzierbar. 2 B shows that the measuring path M has a first section m1, which is rectilinear. This is followed by a second section m2, in which the measuring path M extends in a circular arc. This is followed by a third section m3 in which the measuring path again runs in a straight line. At the transition points of the individual sections, for example between m1 and m2, the measuring path M is continuous, although of course not differentiable.

Wird der Messpfad M so ausgerichtet, wie er in 2b gezeigt ist, nämlich so, dass die geraden Abschnitte m1 und m3 als konstante Funktion beschrieben werden können, so ist der Messpfad M entweder monoton steigend nämlich im ersten Abschnitt m1 und in der Hälfte des zweiten Abschnitts m2, oder monoton fallend, nämlich in der zweiten Hälfte des zweiten Abschnitts m2 und im dritten Abschnitt m3.If the measuring path M is aligned as in 2 B is shown, namely so that the straight sections m1 and m3 can be described as a constant function, the measuring path M is either monotonically increasing namely in the first section m1 and in the half of the second section m2, or monotonically decreasing, namely in the second Half of the second section m2 and in the third section m3.

3 zeigt einen Querschnitt gemäß des Schnittes A-A nach 2. Es ist zu erkennen, dass der Einsatzkörper 16 so in der Ausnehmung 18 angeordnet ist, dass er an der Kante 22 anliegt. Die Kante 22 ist diejenige gedachte Linie, in der der Rand 20 in die Messfläche 14 übergeht. Der Rand 20 läuft rings um die Ausnehmung 18. Daraus folgt, dass die Kante 22 im vorliegenden Fall ein Rechteck, nämlich ein Quadrat, beschreibt. 3 zeigt zudem den gedachten Messweg M. Es ist zu erkennen, dass in den Berührpunkten P1, P2 zwar ein Knick im Messpfad M vorliegt, aber keine Unstetigkeitsstelle. 3 zeigt zudem den Abschnitt, in dem der Einsatzkörper 16 über die Messfläche 14 herausragt, der als Kalotte K bezeichnet wird. 3 shows a cross section according to the section AA after 2 , It can be seen that the insert body 16 so in the recess 18 it is arranged that he is on the edge 22 is applied. The edge 22 is the imaginary line in which the edge 20 into the measuring area 14 passes. The edge 20 runs around the recess 18 , It follows that the edge 22 in the present case describes a rectangle, namely a square. 3 also shows the imaginary measuring path M. It can be seen that although there is a kink in the measuring path M in the contact points P1, P2, there is no point of discontinuity. 3 also shows the section where the insert body 16 over the measuring surface 14 protruding, which is referred to as calotte K.

3 zeigt einen Böschungswinkel α zwischen dem Rand 20 und der Messfläche 14. Im vorliegenden Fall beträgt der Böschungswinkel α = 54,7°. 3 shows a slope angle α between the edge 20 and the measuring surface 14 , In the present case, the slope angle α = 54.7 °.

4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridkalottennormals 10, bei dem der Einsatzkörper 16 zylinderförmig ist. 4 shows an alternative embodiment of a Hybridkalottennormals invention 10 in which the insert body 16 is cylindrical.

5 zeigt eine Ansicht von unten auf das Hybridkalottenmodell 10 gemäß 4. Es ist zu erkennen, dass der Einsatzkörper 16 entlang zweier Linien L1, L2 am Grundkörper 12 anliegt. Die Linien L1, L2 verlaufen entlang der Kante 22. Die oben beschriebenen Hybridkalottennormale 10 werden insbesondere so hergestellt, dass zunächst der Grundkörper 12, beispielsweise aus einem Silizium-Einkristall hergestellt wird. Dazu wird der Grundkörper poliert, bis er spiegelnd glatt ist. Es werden zudem die Ausnehmungen 18 eingebracht, beispielsweise durch nass-chemisches Ätzen oder reaktives Ionenätzen. Dazu kann der Grundkörper 12 mit einer Maske aus säurebeständigem Material abgedeckt und dann die Ausnehmung mit der Säure herausgeätzt werden. Da die Ätzgeschwindigkeit kristallrichtungsselektiv ist, entsteht die Ausnehmung 18. 5 shows a bottom view of the Hybridkalottenmodell 10 according to 4 , It can be seen that the insert body 16 along two lines L1, L2 on the main body 12 is applied. The lines L1, L2 run along the edge 22 , The hybrid dome normal described above 10 are in particular prepared so that initially the main body 12 , For example, is made of a silicon single crystal. For this purpose, the basic body is polished until it is mirror-smooth. There are also the recesses 18 introduced, for example by wet-chemical etching or reactive ion etching. This can be done by the basic body 12 Covered with a mask made of acid-resistant material and then etched out of the recess with the acid. Since the etching rate is crystal direction selective, the recess is formed 18 ,

Zudem wird der Einsatzkörper 16 hergestellt, beispielsweise ebenfalls auf Silizium-Basis oder aus einem Metall, beispielsweise aus Stahl. Der Einsatzkörper wird danach so in die Ausnehmung des Grundkörpers eingepasst, dass der Grundkörper in zumindest einem Berührpunkt an der Kante zwischen dem Rand und der Messfläche aufliegt. Beispielsweise wird der Einsatzkörper in dieser Stellung festgeklebt oder mit einer Feder in diese Position vorgespannt. Diese Feder kann sich beispielsweise gegen ein Stützelement abstützen, des mit dem Grundkörper verbunden wird.In addition, the insert body 16 manufactured, for example, also based on silicon or a metal, for example steel. The insert body is then fitted into the recess of the base body so that the base body rests in at least one contact point on the edge between the edge and the measuring surface. For example, the insert body is glued in this position or biased by a spring in this position. This spring can be supported for example against a support element which is connected to the main body.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
HybridkalottennormalHybridkalottennormal
1212
Grundkörperbody
1414
Messflächemeasuring surface
1616
Einsatzkörperinsert body
1717
Einsatzkörper-OberflächeUse of body surface
1818
Ausnehmungrecess
2020
Randedge
2222
Kanteedge
2424
Flächearea
αα
Böschungswinkelangle of repose
P1P1
Berührpunktcontact point
P2P2
Berührpunktcontact point
MM
Messpfadmeasuring path
m1m1
erster Abschnittfirst section
m2m2
zweiter Abschnittsecond part
m3m3
dritter Abschnittthird section
KK
Kalottedome
L1, L2L1, L2
Linieline

Claims (10)

Hybridkalottennormal mit (a) einem Grundkörper (12), der eine plane Messfläche (14) aufweist, und (b) einer über die plane Messfläche (14) hervorstehenden, im Querschnitt kreiskappenförmigen Kalotte (K), (c) wobei der Grundkörper (12) eine Ausnehmung (18) aufweist, die eine Kante (22) mit der Messfläche (14) teilt, und (d) die Kalotte (K) an einem Einsatzkörper (16) ausgebildet ist, der in der Ausnehmung (18) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass (e) ein Rand (20) der Ausnehmung (18) an zumindest einer Stelle unter einem spitzen Böschungswinkel (α) zur Messfläche (14) verlauft, so dass die Kalotte (K) in zumindest einem Berührpunkt (P1, P2) an der Kante (22) anliegt.Hybrid calotte standard with (a) a basic body ( 12 ), which has a flat measuring surface ( 14 ), and (b) one over the planar measuring surface ( 14 ) projecting, in cross-section circular cap-shaped dome (K), (c) wherein the main body ( 12 ) a recess ( 18 ) having an edge ( 22 ) with the measuring surface ( 14 ), and (d) the dome (K) on an insert body ( 16 ) is formed in the recess ( 18 ), characterized in that (e) an edge ( 20 ) of the recess ( 18 ) at at least one point at an acute slope angle (α) to the measuring surface ( 14 ) runs, so that the dome (K) in at least one contact point (P1, P2) at the edge ( 22 ) is present. Hybridkalottennormal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Einsatzkörper (16) ein Kugelsegment oder eine Kugel ist, so dass die Kalotte (K) eine Kugelkalotte ist.Hybridkalottennormal according to claim 1, characterized in that - the insert body ( 16 ) is a spherical segment or a ball, so that the dome (K) is a spherical cap. Hybridkalottennormal nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) aus einem Einkristall gebildet ist.Hybrid calotte standard according to one of the preceding claims, characterized in that the basic body ( 12 ) is formed of a single crystal. Hybridkalottennormal nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ausnehmung (18) in einer Kante (22) in die Messfläche (14) übergeht und der Böschungswinkel (α) so gewählt ist, dass der Einsatzkörper (16) die Kante (22) berührt.Hybrid calotte standard according to one of the preceding claims, characterized in that - the recess ( 18 ) in one edge ( 22 ) into the measuring surface ( 14 ) and the slope angle (α) is selected so that the insert body ( 16 ) the edge ( 22 ) touched. Hybridkalottennormal nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfläche (14) und/oder eine Einsatzkörper-Oberfläche (17) spiegelnd glatt sind.Hybridkalottennormal according to any one of the preceding claims, characterized in that the measuring surface ( 14 ) and / or an insert body surface ( 17 ) are mirror-smooth. Hybridkalottennormal nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzkörper (16) einen Einsatzkörper-Brechungsindex aufweist, der sich von einem Grundkörper-Brechungsindex des Grundkörpers (12) unterscheidet.Hybridkalottennormal according to any one of the preceding claims, characterized in that the insert body ( 16 ) has an insert body refractive index which differs from a basic body refractive index of the main body ( 12 ) is different. Hybridkalottennormal nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Umgebung, insbesondere einer 1 Millimeter-Umgebung, des Einsatzkörpers (16) die Messfläche (14) um höchstens 1 Mikrometer von einer Ausgleichsebene durch die Messfläche (14) abweicht.Hybridkalottennormal according to any one of the preceding claims, characterized in that in an environment, in particular a 1 millimeter environment, of the insert body ( 16 ) the measuring surface ( 14 ) by a maximum of 1 micron from a leveling plane through the measuring surface ( 14 ) deviates. Hybridkalottennormal nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine relative Abweichung zwischen einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Grundkörper-Materials des Grundkörpers (12) und dem Einsatzkörper-Material des Einsatzkörpers (16) höchstens 10% beträgt.Hybridkalottennormal according to any one of the preceding claims, characterized in that a relative deviation between a coefficient of thermal expansion of the main body material of the base body ( 12 ) and the insert body material of the insert body ( 16 ) is at most 10%. Verfahren zum Herstellen eines Hybridkalottennormals, mit den Schritten: (a) Herstellen eines Grundkörpers (12), der eine plane Messfläche (14) und eine Ausnehmung (18) aufweist, wobei ein Rand (20) der Ausnehmung (18) an zumindest einer Seite unter einem spitzen Böschungswinkel zur Messfläche (14) verläuft, (b) Herstellen eines Einsatzkörpers (16), der zumindest segmentweise eine konstante Krümmung in zumindest einer Ebene aufweist, und (c) Einbringen des Einsatzkörpers (16) in die Ausnehmung (18) des Grundkörpers (12), so dass der Einsatzkörper (16) in zumindest einem Berührpunkt (P1, P2) an der Kante (22) zwischen Rand (20) und Messfläche anliegt.Method for producing a hybrid dome standard, comprising the steps of: (a) producing a basic body ( 12 ), which has a flat measuring surface ( 14 ) and a recess ( 18 ), wherein one edge ( 20 ) of the recess ( 18 ) on at least one side at an acute angle of repose to the measuring surface ( 14 ), (b) producing an insert body ( 16 ) which has a constant curvature at least in segments in at least one plane, and (c) introduction of the insert body ( 16 ) in the recess ( 18 ) of the basic body ( 12 ), so that the insert body ( 16 ) in at least one contact point (P1, P2) at the edge ( 22 ) between edge ( 20 ) and measuring surface is applied. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (18) zumindest auch durch Ätzen hergestellt wird. Method according to claim 9, characterized in that the recess ( 18 ) is produced at least by etching.
DE201110012981 2011-03-03 2011-03-03 Standard hybrid spherical cap for calibration of coordinate measuring machine, has recess whose edge extends from slope of acute angle to planar measuring surface such that calotte is provided in contact points at another edge Expired - Fee Related DE102011012981B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110012981 DE102011012981B3 (en) 2011-03-03 2011-03-03 Standard hybrid spherical cap for calibration of coordinate measuring machine, has recess whose edge extends from slope of acute angle to planar measuring surface such that calotte is provided in contact points at another edge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110012981 DE102011012981B3 (en) 2011-03-03 2011-03-03 Standard hybrid spherical cap for calibration of coordinate measuring machine, has recess whose edge extends from slope of acute angle to planar measuring surface such that calotte is provided in contact points at another edge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011012981B3 true DE102011012981B3 (en) 2012-02-16

Family

ID=45528632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201110012981 Expired - Fee Related DE102011012981B3 (en) 2011-03-03 2011-03-03 Standard hybrid spherical cap for calibration of coordinate measuring machine, has recess whose edge extends from slope of acute angle to planar measuring surface such that calotte is provided in contact points at another edge

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102011012981B3 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113998141A (en) * 2021-10-29 2022-02-01 中航通飞华南飞机工业有限公司 Airplane measurement target assembly and airplane butt joint measurement system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040036867A1 (en) * 2000-05-15 2004-02-26 Ralf Jedamzik One-dimensional calibration standard
DE10081572B4 (en) * 1999-06-18 2006-05-11 Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology Interferometric stepping means for measuring a distance between balls of a ball pitch gauge and method therefor
DE102006014509A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Test specimen and method for measuring a coordinate measuring machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10081572B4 (en) * 1999-06-18 2006-05-11 Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology Interferometric stepping means for measuring a distance between balls of a ball pitch gauge and method therefor
US20040036867A1 (en) * 2000-05-15 2004-02-26 Ralf Jedamzik One-dimensional calibration standard
DE102006014509A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Test specimen and method for measuring a coordinate measuring machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113998141A (en) * 2021-10-29 2022-02-01 中航通飞华南飞机工业有限公司 Airplane measurement target assembly and airplane butt joint measurement system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010012441B4 (en) Millinewton micro force meter and method of making a Millinewton micro force meter
EP1996898B1 (en) Calibrating gauge and method for calibrating a coordinate measuring machine
EP1771701B1 (en) Sensor module for the scanning head of a tactile co-ordinate measuring device
DE10081572B4 (en) Interferometric stepping means for measuring a distance between balls of a ball pitch gauge and method therefor
DE4134291C2 (en)
DE102017219901B3 (en) Micromechanical z-inertial sensor
WO2001088465A1 (en) One-dimensional calibration standard
EP3642562B1 (en) Calibration standard and method for the production thereof
EP1849556A1 (en) Clamping apparatus with device for measuring the distance between a chuck and a worktool or workpiece holder
DE102011003652A1 (en) Device for measuring a workpiece and method for measuring
DE102016122509A1 (en) Testing and / or calibration standard
DE102011012981B3 (en) Standard hybrid spherical cap for calibration of coordinate measuring machine, has recess whose edge extends from slope of acute angle to planar measuring surface such that calotte is provided in contact points at another edge
DE3537407A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING STRAIGHTNESS AND PLANNESS
WO2020160731A1 (en) Retaining device for an optical fiber
DE102009020977A1 (en) Bevel gear normal has calibration reference surface, which is designed such that coordinate system of bevel gear normal is determined, and two geometric elements are configured in form of spheres or sphere portions
DE102008024808B3 (en) Geometry model i.e. millimeter linear model, has mono-crystal plate including plate-recess, which is bounded by plate-boundary and passes along crystal plane of plate, so that plate is retrofitted between recesses to common shared recess
DE102013222927B4 (en) Aspheric standard and method of making an aspheric standard
DE102014201508B4 (en) Normal and related procedures
DE19711361A1 (en) Test body for optical industrial measuring system and coordinate measuring device
DE10107796A1 (en) Material measure and calibrating norm for recording lateral dimensions on nano-scale objects for microscopy and linear measurement uses a measuring structure on a carrier surface.
EP1938665B1 (en) Device and method for measuring at least one conical thread
DE3801889A1 (en) Method for measuring spectacle lenses
DE102019000921A1 (en) Probe element of a shaft measuring device
DE102007024992A1 (en) Micro force sensor, especially for CMM and AFM applications
DE202024103024U1 (en) Measuring instrument

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120517

R082 Change of representative

Representative=s name: GRAMM, LINS & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWAEL, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee