DE102017213444A1

DE102017213444A1 - Verfahren und Gerät zum Inspizieren einer Positionierungsmaschine durch ein Lasertracking-Interferometer

Info

Publication number: DE102017213444A1
Application number: DE102017213444.5A
Authority: DE
Inventors: Shinichirou Yanaka; Masayuki Nara
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: US10557941B2; CN107687809A; JP2018021831A; US20180038960A1; JP6747151B2; CN107687809B; DE102017213444B4

Abstract

Um eine Positionierungsmaschine (10) durch ein Lasertracking-Interferometer (30) zu inspizieren, das einen Retroreflektor (20) unter Verwendung eines Laserstrahls (32) verfolgt, wird die Positionierungsgenauigkeit der Positionierungsmaschine (10) durch Vergleichen einer Entfernung Δdij,C mit einer Entfernung Δdij,L, die durch das Lasertracking-Interferometer (30) gemessen wird, beurteilt, wobei die Entfernung Δdij,C durch orthogonale Projektion der Positionsvektoren der Messpunkte pi und pj, die durch die Positionierungsmaschine (10) gemessen werden, auf die Gerade gk, die durch das Drehzentrum M des Lasertracking-Interferometers (30) geht, erfasst wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Geräte zum Inspizieren einer Positionierungsmaschine durch ein Lasertracking-Interferometer (auch als Lasertracker bezeichnet) und genauer gesagt ein Verfahren und ein Gerät zum Inspizieren einer Positionierungsmaschine durch ein Lasertracking-Interferometer, wobei das Verfahren und das Gerät entsprechend verwendet werden, um eine Maschine, die einen Positionierungsmechanismus aufweist, wie etwa eine dreidimensionale Koordinatenmessmaschine (auch als CMM bezeichnet), eine Werkzeugmaschine oder einen Roboter (insgesamt als Positionierungsmaschine bezeichnet), durch ein Lasertracking-Interferometer zu inspizieren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist ein Lasertracking-Interferometer bekannt, das konfiguriert ist aus: einem Laserinterferometer, an dem ein optischer Sensor zum Detektieren einer Achsenverschiebung montiert ist, um den Verschiebungsbetrag der optischen Achse des zurückkehrenden Licht zu detektieren; einem zweiachsigen Drehmechanismus, um das Laserinterferometer in eine beliebige Richtung zu richten; und einem Retroreflektor, der an einem zu messenden Objekt befestigt ist (siehe die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. Sho. 63-231286 (nachstehend als Patentschrift 1 bezeichnet) und die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2007-57522 (nachstehend als Patentschrift 2 bezeichnet)). Dabei ist der Retroreflektor ein optisches Element zum Kollimieren von einfallenden und reflektierten Lichtstrahlen und ist zu einer Interferenzmessung in einer gegebenen Richtung fähig, indem er den zweiachsigen Drehmechanismus steuert, um den Verschiebungsbetrag der optischen Achse auf null zu reduzieren, auf der Grundlage einer Ausgabe von dem optischen Sensor zum Detektieren einer Achsenverschiebung.
Das deutsche Patent Nr. DE 10 2007 004 934 B4 (nachstehend als Patentschrift 3 bezeichnet) beschreibt ein Verfahren zum Inspizieren einer geometrischen Abweichung einer Positionierungsmaschine, die mit einem Retroreflektor versehen ist, unter Verwendung eines Lasertracking-Interferometers zum Messen einer Entfernung durch einen Laserstrahl, der drehbar ist, um den Retroreflektor wie die zuvor beschriebenen zu verfolgen.
Mit Bezug auf 1 und 2 erfolgt eine Beschreibung des technischen Überblicks der Patentschrift 3. Die Patentschrift 3 betrifft ein Verfahren zum Inspizieren einer geometrischen Abweichung einer Positionierungsmaschine (hier eine CMM) 10, die mit einem Retroreflektor 20 versehen ist, durch ein Lasertracking-Interferometer 30, das unter Verwendung eines Laserstrahls 32, der drehbar ist, um den Retroreflektor 20 zu verfolgen, eine Entfernung misst.
1 bildet einen Sockel 12 der Positionierungsmaschine 10, einen torartigen Rahmen 14, der in der Richtung der Figur im Verhältnis zu dem Sockel 12 von hinten nach vorne bewegbar ist, einen Ständer 16, der in der Richtung entlang eines waagerechten Trägers 15 des torartigen Rahmens 14 von rechts nach links bewegbar ist, einen Schieber 18, der in der Richtung im Verhältnis zu dem Ständer 16 von oben nach unten bewegbar ist, einen persönlichen Computer (PC) 40 und die Kommunikationskabel 42 und 44 ab. Das Spitzenende (das untere Ende in der Figur) des Schiebers 18 ist mit einer Sonde (zum Messen) oder mit dem Retroreflektor 20 (zum Inspizieren) versehen.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst Anspruch 1 der Patentschrift 3: einen Schritt des Bestimmens der Koordinaten des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers 30, das in einem Arbeitsraum der Positionierungsmaschine 10 positioniert ist; einen Schritt des Positionierens des Retroreflektors 20 in mindestens zwei Positionen p_i, die im Wesentlichen auf einer Geraden g_k positioniert sind, die sich durch das Drehzentrum M des Lasertracking-Interferometers 30 erstreckt, und des Detektierens jeder der Koordinaten des Retroreflektors 20 durch die Positionierungsmaschine 10; einen Schritt des Messens durch das Lasertracking-Interferometer 30 mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,L jeweils zwischen den Entfernungen d_i von den mindestens zwei Positionen p_i bis zum Drehzentrum M; einen Schritt des Berechnens mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,C von jeder der Koordinaten des Retroreflektors 20, die durch die Positionierungsmaschine 10 gemessen werden; und einen Schritt des Vergleichens der mindestens einen gemessenen Entfernungsdifferenz Δd_ij,L mit der mindestens einen berechneten Entfernungsdifferenz Δd_ij,C, wobei ein Schritt des Berechnens jedes Koordinatenvektors r_M des Drehzentrums M Folgendes umfasst:

(A) einen Schritt des Bewegens des Retroreflektors 20 in eine erste Position;
(B) einen Schritt des Messens der Entfernung zu dem Retroreflektor 20 unter Verwendung des Lasertracking-Interferometers 30;
(C) einen Schritt des wiederholten Ausführens der zuvor beschriebenen Schritte (A) und (B) in anderen Positionen, bis der Positions-(Koordinaten)Vektor r_M des Drehzentrums M bestimmt werden kann; und
(D) einen Schritt des Berechnens jedes Koordinatenvektors r_M des Drehzentrums M aus dem Messwert einer gemessenen Entfernung.

Ferner gibt Anspruch 2 der Patentschrift 3 das Verfahren nach Anspruch 1 vor. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor 20 in mindestens drei Positionen und zwar insbesondere in vier Positionen P_i bewegt wird, und der Schritt (B) umfasst einen Schritt des Verwendens des Lasertracking-Interferometers 30, wenn der Retroreflektor 20 von einer Position P_i in eine andere Position P_i bewegt wird, um die Entfernungen von dem Drehzentrum M bis zu den mindestens drei Positionen P_i zu messen und eine Differenz Δd_ij,L zwischen den Messwerten zu messen, so dass jeder Koordinatenvektor r_M des Drehzentrums M durch jede gemessene Entfernungsdifferenz Δd_ij,L und den Koordinatenvektor P_i, der von der Positionierungsmaschine 10 gemessen wird, bestimmt wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Gemäß dem Inspektionsverfahren aus der Patentschrift 3 würde es der Messpunkt p_i, der nicht genau auf einer gewissen Geraden g_k angeordnet ist, nicht ermöglichen, dass der Abstand Δd_ij entlang der Geraden g_k mit hoher Genauigkeit inspiziert wird.
D. h. bei dem Verfahren gemäß der Patentschrift 3 wird die folgende Gleichung 1 verwendet, um die Entfernungsdifferenz Δd_ij,C zwischen zwei Messpunkten pi (hier als p_i und p_j ausgedrückt), die von der Positionierungsmaschine 10 gemessen werden, zu berechnen, wobei sich das Drehzentrum M am Ursprung befindet. Δd_ij,C = |p →_j – p →_i| (Gleichung 1)
Ferner wird die Entfernungsdifferenz Δd_ij,L, die von dem Lasertracking-Interferometer 30 gemessen wird, mit Δd_ij,L = |d_j,L – di,L| (Gleichung 2) berechnet, und die Abweichung der Positionierungsmaschine 10 wird mit Δd_ij,C – Δd_ij,L (Gleichung 3) berücksichtigt.
Falls somit die Messpunkte p_i und p_j, welche die Positionen des Retroreflektors 20 sind, auf einer gewissen Geraden g_k präzise angeordnet sind, wird die Inspektion durch die Gleichungen 1 bis 3 problemlos durchgeführt. Bei tatsächlichen Messungen, selbst wenn die Messpunkte p_i und p_j auf die Gerade g_k gesetzt werden, kann es jedoch sein, dass die Messpunkte nicht präzise auf der Geraden g_k positioniert sind.
Der Einfachheit halber wird vorausgesetzt, dass wie in 3 gezeigt die Messpunkte p_i und p_j derart sind, dass d_i,L = d_j,L = 1000 mm und Δd_ij,C = |Vektor p_j – Vektor p_i| = 10 μm. Unter Berücksichtigung der Abweichung der Positionierungsmaschine 10 entlang der Geraden g_k soll das Berechnungsergebnis der Abweichung 0 μm sein. Da jedoch die Gleichungen 1 bis 3 gemäß dem herkömmlichen Verfahren aus der Patentschrift 3 verwendet werden, wird die Abweichung Δd_ij,C Δd_ij,L unweigerlich mit 10 μm berechnet.
Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um die zuvor erwähnten herkömmlichen Probleme anzugehen und eine verbesserte Genauigkeit der Inspektion einer Positionierungsmaschine durch ein Lasertracking-Interferometer bereitzustellen.
Problemlösung
Die vorliegende Erfindung geht die zuvor erwähnten Probleme durch ein Verfahren zum Inspizieren einer Positionierungsmaschine durch ein Lasertracking-Interferometer, das einen Retroreflektor unter Verwendung eines Laserstrahls verfolgt, an. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Montieren des Retroreflektors an der Positionierungsmaschine; Bestimmen eines Positionsvektors r_M eines Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers, das in einem Arbeitsraum der Positionierungsmaschine angeordnet ist; Positionieren des Retroreflektors in mindestens zwei Positionen p_i, die sich in der Nähe einer Geraden g_k befinden, die sich durch das Drehzentrum M des Lasertracking-Interferometers erstreckt, und Detektieren jedes der Positionsvektoren p_i des Retroreflektors durch die Positionierungsmaschine; Messen einer Entfernung d_i,L von jeder der mindestens zwei Positionen p_i bis zu dem Drehzentrum M unter Verwendung des Lasertracking-Interferometers und Berechnen mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,L aus einer Differenz zwischen den mindestens zwei Entfernungen d_i,L; Ausführen einer Koordinatentransformation jedes der Positionsvektoren p_i des Retroreflektors in einen Positionsvektor p'_i, wobei sich das Drehzentrum M am Ursprung befindet; Berechnen einer Entfernung d_i,C, die durch orthogonale Projektion jedes der mindestens zwei Positionsvektoren p'_i auf einen Einheitsrichtungsvektor g_k der Geraden g_k erfasst wird; Berechnen mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,C aus den mindestens zwei Entfernungen d_i,C; und Vergleichen der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,L, die durch das Lasertracking-Interferometer gemessen wird, mit der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,C, die durch die Positionierungsmaschine gemessen wird.
Dabei umfasst der Schritt des Bestimmens der Positionsvektoren r_M des Drehzentrums M folgende Schritte: (a) Bewegen des Retroreflektors in eine gewünschte Position P_i; (b) Messen eines Positionsvektors P_i des Retroreflektors durch die Positionierungsmaschine; (c) Messen der Entfernung d_i,L bis zu dem Retroreflektor durch das Lasertracking-Interferometer; und (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) in mindestens insgesamt vier Positionen, bis sich die Position P_i des Retroreflektors geändert hat, und dann der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers berechnet werden kann, so dass der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers aus der Entfernung d_i,L und dem Positionsvektor P_i, die gemessen wurden, berechnet werden kann.
Ferner geht die vorliegende Erfindung die zuvor erwähnten Probleme auch durch ein Gerät zum Inspizieren einer Positionierungsmaschine, an der ein Retroreflektor montiert ist, durch ein Lasertracking-Interferometer zum Verfolgen des Retroreflektors unter Verwendung eines Laserstrahls an. Das Gerät umfasst: ein Mittel zum Bestimmen eines Positionsvektors r_M eines Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers, das in einem Arbeitsraum der Positionierungsmaschine positioniert ist; ein Mittel zum Positionieren des Retroreflektors in mindestens zwei Positionen p_i, die sich in der Nähe einer Geraden g_k befinden, die sich durch das Drehzentrum M des Lasertracking-Interferometers erstreckt, und Detektieren jedes der Positionsvektoren p_i des Retroreflektors durch die Positionierungsmaschine; ein Mittel zum Messen einer Entfernung d_i,L von jeder der mindestens zwei Positionen p_i bis zum Drehzentrum M unter Verwendung des Lasertracking-Interferometers und zum Berechnen mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,L aus einer Differenz zwischen den mindestens zwei Entfernungen d_i,L; ein Mittel zum Ausführen einer Koordinatentransformation jedes der Positionsvektoren p_i des Retroreflektors in einen Positionsvektor p'_i, wobei sich das Drehzentrum M am Ursprung befindet; ein Mittel zum Berechnen einer Entfernung d_i,C, die durch orthogonale Projektion jedes der mindestens zwei Positionsvektoren p'_i auf einen Einheitsrichtungsvektor g_k der Geraden g_k erfasst wird; ein Mittel zum Berechnen mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_j,C aus den mindestens zwei Entfernungen d_i,C; und ein Mittel zum Vergleichen der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,L, die durch das Lasertracking-Interferometer gemessen wird, mit der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,C, die durch die Positionierungsmaschine gemessen wird.
Dabei umfasst das Mittel zum Bestimmen des Positionsvektors r_M des Drehzentrums M: (a) ein Mittel zum Bewegen des Retroreflektors in eine gewünschte Position P_i; (b) ein Mittel zum Messen eines Positionsvektors P_i des Retroreflektors durch die Positionierungsmaschine; (c) ein Mittel zum Messen der Entfernung d_i,L bis zu dem Retroreflektor durch das Lasertracking-Interferometer; und (d) ein Mittel zum Wiederholen der Schritte (a) bis (c) in mindestens insgesamt vier Positionen, bis sich die Position P_i des Retroreflektors geändert hat, und dann der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers berechnet werden kann, so dass der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers aus der Entfernung d_i,L und dem Positionsvektoren P_i, die gemessen wurden, bestimmt werden kann.
Ferner kann man als Wert des Positionsvektors P_i einen vorgegebenen Befehlswert anstelle eines Messwerts durch die Positionierungsmaschine verwenden.
Ferner kann von den mindestens insgesamt vier Positionen mindestens eine Position eine Position sein, die sich nicht auf der gleichen Ebene befindet.
Ferner kann die Entfernungsdifferenz Δd_ij,C durch orthogonale Projektion eines Vektors einer Differenz zwischen den jeweiligen Positionsvektoren p'_i des Retroreflektors auf den Einheitsrichtungsvektor g_k der Geraden g_k berechnet werden.
Ferner kann der Positionsvektor p_i oder P_i des Retroreflektors durch die Positionierungsmaschine gemessen werden, während der Retroreflektor bewegt wird.
Ferner kann die Positionierungsmaschine eine dreidimensionale Koordinatenmessmaschine (CMM) sein.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Ausführung einer geometrisch genauen Inspektion einer Positionierungsmaschine mit hoher Genauigkeit entlang einer Geraden g_k, selbst wenn die Messpunkte p_i nicht genau auf der Geraden g_k angeordnet sind. Dies wird umgesetzt durch das Vergleichen einer Entfernung Δd_ij,C mit einer Entfernung Δd_ij,L, die von einem Lasertracking-Interferometer gemessen wird, wobei die Entfernung Δd_ij,C durch eine orthogonale Projektion eines Positionsvektors p_i eines Messpunktes, der durch die Positionierungsmaschine gemessen wird, auf die Gerade g_k, die durch das Drehzentrum M des Lasertracking-Interferometers geht, erfasst wurde.
Diese und andere neuartige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen hervorgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei die gleichen Elemente in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
1 eine erklärende schematische perspektivische Ansicht, die das Inspektionsverfahren, das in der Patentschrift 3 offenbart wird, und ein anwendbares Zielobjekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet;
2 eine Ansicht, die ein Verfahren zum Berechnen einer Abweichung in dem Inspektionsverfahren, das in der Patentschrift 3 offenbart wird, abbildet;
3 eine Ansicht, die ein Problem des zuvor erwähnten Verfahrens zum Berechnen einer Abweichung abbildet;
4 ein Ablaufschema des gesamten Arbeitsablaufs bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ein Ablaufschema des Arbeitsablaufs zum Berechnen eines Positionsvektors des Drehzentrums des Lasertracking-Interferometers bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine Ansicht, die schematisch Messpunkte bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet;
7 eine Ansicht, die schematisch einen Vorgang der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet; und
8 eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel abbildet, für das die vorliegende Erfindung wirksam ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sei zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den Inhalt eingeschränkt ist, der in den folgenden Ausführungsformen und praktischen Beispielen beschrieben wird. Die Bestandteile der Ausführungsformen und die nachstehend beschriebenen praktischen Beispiele können solche, die für den Fachmann leicht nachzuvollziehen sind, solche, die im Wesentlichen identisch sind, und solche, die in den Äquivalenzbereich fallen, umfassen. Die Bestandteile, die in den Ausführungsformen und den nachstehend beschriebenen praktischen Beispielen beschrieben werden, können gegebenenfalls kombiniert werden, und können je nach Bedarf ausgewählt und verwendet werden.
Das anwendbare Zielobjekt der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das gleiche wie das der herkömmlichen Technik, die in der Patentschrift 3 offenbart wird. D. h. wie in 1 gezeigt, wird ein Gerät verwendet, bei dem ein Lasertracking-Interferometer 30 innerhalb des Arbeitsraums einer Positionierungsmaschine (CMM) 10 positioniert ist, an welcher der Retroreflektor 20 montiert ist (der Bereich, in dem ein Schieber 18 auf einem Sockel 12 betätigt wird, und seine Umgebung); um einen Positionsvektor Pi des Retroreflektors 20, der von der Positionierungsmaschine 10 gemessen wird, in einen PC 40 zu erfassen, wobei der PC 40 und die Positionierungsmaschine 10 über ein Kommunikationskabel 42, wie etwa USB oder LAN, miteinander verbunden sind; und um eine Entfernung d_i,L bis zu dem Retroreflektor 20, die von dem Lasertracking-Interferometer 30 gemessen wird, in den PC 40 zu erfassen, wobei der PC 40 und das Lasertracking-Interferometer 30 über ein Kommunikationskabel 44, wie etwa ein USB oder LAN, miteinander verbunden sind.
Der PC 40 umfasst eine Datenspeichervorrichtung (nicht gezeigt), in der Messergebnisse oder ein Programm zum Steuern der CMM 10 gespeichert sind.
Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie der gesamte Arbeitsablauf in 4 gezeigt ist, werden die nachstehenden Schritte 1 bis 9 befolgt, um die geometrische Genauigkeit der Positionierungsmaschine 10 zu inspizieren.
(Schritt 1) Wie der Arbeitsablauf in 5 gezeigt ist, werden die nachstehenden Schritte 1A bis 1E befolgt, um einen Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers 30 zu berechnen.
(Schritt 1A) Wie in 6 abgebildet, wird der Retroreflektor 20 zuerst in einer gewünschten Position Pi positioniert.
(Schritt 1B) Anschließend wird das Lasertracking-Interferometer 30 verwendet, um die Entfernung d_i,L von dem Drehzentrum M des Lasertracking-Interferometers 30 bis zu der Position P_i zu messen.
(Schritt 1C) Die Positionierungsmaschine 10 wird verwendet, um den Positionsvektor P_i des Retroreflektors 20 zu messen.
(Schritt 1D) Schritt 1A bis Schritt 1D werden für mindestens insgesamt vier Positionen P_i wiederholt durchgeführt, während die Position P_i des Retroreflektors 20 variiert wird, bis der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M berechnet werden kann.
(Schritt 1E) Der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M wird aus der Entfernung d_i,L und dem Positionsvektor P_i, der gemessen wurde, berechnet.
Dabei muss wie für die Positionen Pi des Retroreflektors 20 mindestens ein Punkt ausgewählt werden, der eine Position ist, die sich nicht auf der gleichen Ebene befindet, weil der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M nicht berechnet werden kann, wenn sich alle Positionen P_i auf der gleichen Ebene befinden.
Nachdem Schritt 1E aus 5 beendet ist, kehrt der Prozess zu Schritt 2 aus 4 zurück und führt die nachstehenden Schritte 2 bis 9 aus.
(Schritt 2) Wie in 7 abgebildet, berechnet der Prozess den Einheitsrichtungsvektor g_k einer Geraden g_k, die sich in einer Richtung, in der die Inspektion durchgeführt werden soll, durch das Drehzentrum M derselben der Positionsvektor r_M in Schritt 1 berechnet wurde, erstreckt, und dann wird der Retroreflektor 20 in der Position p_i in der Nähe der Geraden g_k positioniert.
(Schritt 3) Der Positionsvektor p_i des Retroreflektors 20 wird durch die Positionierungsmaschine 10 gemessen, und das Lasertracking-Interferometer 30 wird verwendet, um die Entfernung d_i,L von dem Drehzentrum M bis zu der Position p_i des Retroreflektors 20 zu messen.
(Schritt 4) Der Retroreflektor 20 wird in eine andere Position in der Nähe der Geraden g_k bewegt, und dann führt der Prozess wieder die Schritte 2 bis 3 aus. Der Retroreflektor 20 wird so oft wie nötig bewegt und wiederholt gemessen.
(Schritt 5) Mindestens zwei Positionsvektoren p_i, die von der Positionierungsmaschine 10 gemessen werden, werden jeweils durch Koordinatentransformation in den Positionsvektor p'_i geändert, wobei sich das Drehzentrum M am Ursprung befindet. p →'_i = p→_i – r →_M (Gleichung 4)
(Schritt 6) Der Prozess berechnet die Entfernungen d_i,C, die durch die orthogonale Projektion der mindestens zwei Positionsvektoren p'_i auf den Einheitsrichtungsvektor g_k der Geraden g_k für die jeweiligen Positionsvektoren p'_i erfasst werden. d_i,C = p →'_i·g →_k (Gleichung 5) (wobei das Symbol das „innere Produkt” bedeutet)
(Schritt 7) Der Prozess berechnet mindestens eine Entfernungsdifferenz Δd_ij,C aus der Differenz zwischen den mindestens zwei Entfernungen d_i,C und d_j,C. Δd_ij,C = d_i,C – d_j,C (Gleichung 6)
(Schritt 8) Der Prozess berechnet mindestens eine Entfernungsdifferenz Δd_ij,L aus der Differenz zwischen den mindestens zwei Entfernungen d_i,L und d_j,L, die in Schritt 3 unter Verwendung des Lasertracking-Interferometers 30 gemessen werden. Δd_ij,L = d_i,L – d_j,L (Gleichung 7)
(Schritt 9) Der Prozess vergleicht die mindestens eine Entfernungsdifferenz Δd_ij,C, die von der Positionierungsmaschine 10 gemessen wird, mit der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,L, die unter Verwendung des Lasertracking-Interferometers 30 gemessen wird, wodurch die Positionierungsgenauigkeit der Positionierungsmaschine 10 beurteilt wird.
Für den Fall wie in 3 gezeigt, wenn das zuvor erwähnte Verfahren verwendet wird, beträgt das Berechnungsergebnis der Abweichung der Positionierungsmaschine 10 entlang der Geraden g_k 0 μm, und das Verfahren ist somit in der Lage, im Vergleich zu dem Verfahren, das in Patentschrift 3 offenbart wird, eine Inspektion mit verbesserter Genauigkeit auszuführen.
Es sei zu beachten, dass ein Laserinterferometer, das an dem Lasertracking-Interferometer 30 montiert werden soll, entweder inkrementaler oder absoluter Art sein kann.
Ferner verwendet in Schritt 1 der Positionsvektor P_i einen Wert, der von der Positionierungsmaschine 10 gemessen wird. Es ist jedoch ebenfalls möglich, stattdessen einen vorgegebenen Befehlswert zu verwenden.
Ferner kann die Messung des Positionsvektors p_i durch die Positionierungsmaschine 10 in Schritt 2 synchron zu der Messung der Entfernung d_i,L durch das Lasertracking-Interferometer 30 in Schritt 3 erfolgen, wodurch diese Messungen ausgeführt werden, während der Retroreflektor 20 bewegt wird.
Um ferner die Gerade g_k in eine beliebige Richtung zu richten, kann ein Planspiegel verwendet werden, um die Richtung eines Laserstrahls 32 zu ändern, der von dem Lasertracking-Interferometer 30 zur Inspektion emittiert wird.
Ferner kann anstelle der Messung der Entfernung d_i,L durch das Lasertracking-Interferometer 30 in Schritt 3 die Entfernungsdifferenz Δd_ij,L direkt gemessen werden.
Wenn ferner die Entfernungsdifferenz Δd_ij,C in Schritt 6 und Schritt 7 berechnet wird, wird die Entfernungsdifferenz Δd_ij,C aus den Entfernungen d_i,C berechnet, die durch die orthogonale Projektion der Positionsvektoren p'_i auf den Einheitsrichtungsvektor g_k der Geraden g_k erfasst werden. Die Entfernungsdifferenz Δd_ij,C kann jedoch durch Berechnen des Vektors Δp'_ij der Differenz zwischen den Positionsvektoren von zwei Punkten und Unterziehen derselben der orthogonalen Projektion auf den Einheitsrichtungsvektor g_k berechnet werden.
Wie in 8 gezeigt, wenn beispielsweise von einem gewissen Punkt p1, der Reihe nach Messungen in der Reihenfolge von p1 bis p₂ und p₂ bis p₃ erfolgen, weisen die Vektoren p_i bis p₂, p₂ bis p₃, und so weiter eine hohe Steigung gegenüber der Geraden g_k auf, und somit stellt die vorliegende Erfindung erhebliche Wirkungen bereit.
Es sei zu beachten, dass bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen die Positionierungsmaschine 10 eine CMM war, die einen torartigen Rahmen aufweist. Die Art der Positionierungsmaschine ist jedoch nicht darauf eingeschränkt und kann auch eine andere Art von CMM, die einen freitragenden Rahmen aufweist, eine Werkzeugmaschine, ein Roboter oder dergleichen sein.
Für den Fachmann wird es ersichtlich sein, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, welche die anwendbaren Beispiele der Grundsätze der vorliegenden Erfindung darstellen, rein erläuternd sind. Zahlreiche und verschiedene andere Beispiele können vom Fachmann ohne Weiteres erdacht werden, ohne Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 63-231286 [0002]
JP 2007-57522 [0002]
DE 102007004934 B4 [0003]

Claims

Verfahren zum Inspizieren einer Positionierungsmaschine (10) durch ein Lasertracking-Interferometer (30), das einen Retroreflektor (20) unter Verwendung eines Laserstrahls (32) verfolgt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Montieren des Retroreflektors (20) an der Positionierungsmaschine (10); Bestimmen eines Positionsvektors r_M eines Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers (30), das in einem Arbeitsraum der Positionierungsmaschine (10) positioniert ist; Positionieren des Retroreflektors (20) in mindestens zwei Positionen p_i, die sich in der Nähe einer Geraden g_k befinden, die sich durch das Drehzentrum M des Lasertracking-Interferometers (30) erstreckt, und Detektieren jedes der Positionsvektoren p_i des Retroreflektors (20) durch die Positionierungsmaschine (10); Messen einer Entfernung d_i,L von jeder der mindestens zwei Positionen p_i bis zu dem Drehzentrum M unter Verwendung des Lasertracking-Interferometers (30) und Berechnen mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,L aus einer Differenz zwischen den mindestens zwei Entfernungen d_i,L; Ausführen einer Koordinatentransformation jedes der Positionsvektoren p_i des Retroreflektors (20) in einen Positionsvektor P'_i, wobei sich das Drehzentrum M an einem Ursprung befindet; Berechnen einer Entfernung d_i,C, die durch orthogonale Projektion jedes der mindestens zwei Positionsvektoren p'_i auf einen Einheitsrichtungsvektors g_k der Geraden g_k erfasst wird; Berechnen mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,C aus den mindestens zwei Entfernungen d_i,C; und Vergleichen der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,L, die durch das Lasertracking-Interferometer (30) gemessen wird, mit der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,C, die durch die Positionierungsmaschine (10) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens des Positionsvektors r_M des Drehzentrums M folgende Schritte umfasst: (a) Bewegen des Retroreflektors (20) in eine gewünschte Position P_i; (b) Messen eines Positionsvektors P_i des Retroreflektors (20) durch die Positionierungsmaschine (10); (c) Messen der Entfernung d_i,L bis zu dem Retroreflektor (20) durch das Lasertracking-Interferometer (30); und (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) in mindestens insgesamt vier Positionen, bis sich die Position P_i des Retroreflektors (20) geändert hat, und dann der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers (30) berechnet werden kann, so dass der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers (30) aus der Entfernung d_i,L und dem Positionsvektor P_i, die gemessen wurden, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein vorgegebener Befehlswert als Wert des Positionsvektors P_i anstelle eines Messwertes durch die Positionierungsmaschine (10) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei sich von den mindestens insgesamt vier Positionen mindestens eine Position nicht auf der gleichen Ebene befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entfernungsdifferenz Δd_ij,C durch orthogonale Projektion eines Vektors einer Differenz zwischen den jeweiligen Positionsvektoren p'_i des Retroreflektors (20) auf den Einheitsrichtungsvektor g_k der Geraden g_k berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Positionsvektor p_i des Retroreflektors (20) durch die Positionierungsmaschine (10) gemessen wird, während der Retroreflektor (20) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Positionierungsmaschine (10) eine dreidimensionale Koordinatenmessmaschine (CMM) ist.
Gerät zum Inspizieren einer Positionierungsmaschine (10), an der ein Retroreflektor (20) montiert ist, durch ein Lasertracking-Interferometer (30) zum Verfolgen des Retroreflektors (20) unter Verwendung eines Laserstrahls (32), wobei das Gerät Folgendes umfasst: ein Mittel zum Bestimmen eines Positionsvektors r_M eines Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers (30), das in einem Arbeitsraum der Positionierungsmaschine (10) positioniert ist; ein Mittel zum Positionieren des Retroreflektors (20) in mindestens zwei Positionen p_i, die sich in der Nähe einer Geraden g_k befinden, die sich durch das Drehzentrum M des Lasertracking-Interferometers (30) erstreckt, und zum Detektieren jedes der Positionsvektoren p_i des Retroreflektors (20) durch die Positionierungsmaschine (10); ein Mittel zum Messen einer Entfernung d_i,L von jeder der mindestens zwei Positionen p_i bis zu dem Drehzentrum M unter Verwendung des Lasertracking-Interferometers (30) und zum Berechnen mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,L aus einer Differenz zwischen den mindestens zwei Entfernungen d_i,L; ein Mittel zum Ausführen einer Koordinatentransformation jedes von den Positionsvektoren p_i des Retroreflektors (20) in einen Positionsvektor p'i, wobei sich das Drehzentrum M an einem Ursprung befindet; ein Mittel zum Berechnen einer Entfernung d_i,C, die durch orthogonale Projektion jedes der mindestens zwei Positionsvektoren p'_i auf einen Einheitsrichtungsvektor g_k der Geraden g_k erfasst wird; ein Mittel zum Berechnen mindestens einer Entfernungsdifferenz Δd_ij,C aus den mindestens zwei Entfernungen d_i,C; und ein Mittel zum Vergleichen der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,L, die durch das Lasertracking-Interferometer (30) gemessen wird, mit der mindestens einen Entfernungsdifferenz Δd_ij,C die durch die Positionierungsmaschine (10) gemessen wird.
Gerät nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Bestimmen des Positionsvektors r_M des Drehzentrums M Folgendes umfasst: (a) ein Mittel zum Bewegen des Retroreflektors (20) in eine gewünschte Position P_i; (b) ein Mittel zum Messen eines Positionsvektors P_i des Retroreflektors (20) durch die Positionierungsmaschine (10); (c) ein Mittel zum Messen der Entfernung d_i,L bis zu dem Retroreflektor (20) durch das Lasertracking-Interferometer (30); und (d) ein Mittel zum Wiederholen der Schritte (a) bis (c) in mindestens insgesamt vier Positionen, bis sich die Position P_i des Retroreflektors (20) geändert hat und dann der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers (30) berechnet werden kann, so dass der Positionsvektor r_M des Drehzentrums M des Lasertracking-Interferometers (30) aus der Entfernung d_i,L und dem Positionsvektor P_i, die gemessen wurden, bestimmt wird.
Gerät nach Anspruch 9, wobei ein vorgegebener Befehlswert als Wert des Positionsvektors P_i anstelle eines Messwerts durch die Positionierungsmaschine (10) verwendet wird.
Gerät nach Anspruch 9, wobei sich von den mindestens insgesamt vier Positionen mindestens eine Position nicht auf der gleichen Ebene befindet.
Gerät nach Anspruch 8, wobei die Entfernungsdifferenz Δd_ij,C durch orthogonale Projektion eines Vektors einer Differenz zwischen den jeweiligen Positionsvektoren p'_i des Retroreflektors (20) auf den Einheitsrichtungsvektor g_k der Geraden g_k berechnet wird.
Gerät nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Positionsvektor p_i des Retroreflektors (20) durch die Positionierungsmaschine (10) gemessen wird, während der Retroreflektor (20) bewegt wird.
Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Positionierungsmaschine (10) eine dreidimensionale Koordinatenmessmaschine (CMM) ist.