DE1623343A1

DE1623343A1 - Arrangement for measuring or setting two-dimensional position coordinates

Info

Publication number: DE1623343A1
Application number: DE19671623343
Authority: DE
Inventors: Adolf Weyrauch
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1967-08-22
Filing date: 1967-08-22
Publication date: 1970-04-16
Also published as: CH486009A

Description

Anordnung zur Messung oder Einstellung von zweidimensionalen Lagekoordinaten Die Erfindung betrifft-eine Anordnung zur Messung oder Einstellung von zweidimensionalen iagekoordinaten mit zwei eindimensionalen Ma#verkörperungen, einem relativ zu den Ma#verkörperungen verschiebbaren Objektträger und Einrichtungen zur Objekt- und Maßansprache. Arrangement for measuring or setting two-dimensional position coordinates The invention relates to an arrangement for measuring or setting two-dimensional Position coordinates with two one-dimensional dimensions, one relative to the Dimensions of movable slides and facilities for specimen and Customized approach.

Bei eindimensionalen Messungen kann bekanntlich der Einfluß eines Führungsfehlers durch Einhaltung des Komperatorprinzips ausgeschaltet werden. Darüber hinaus sind die verschiedensten Anordnungen bekannt geworden, die fiir den eindimensionalen Fall bei Verletzung des Komperatorprinzips den Führungsfehlereinflu# kompensieren (vgl. z.B. Schweizer Patent Nr. 381 866).In the case of one-dimensional measurements, it is known that the influence of a Leadership error can be eliminated by adhering to the comparator principle. About that In addition, the most varied of arrangements have become known for the one-dimensional If the comparator principle is violated, compensate for the influence of the guide error (see e.g. Swiss Patent No. 381 866).

Bei einer zweidimensionalen Messung treten gegenüber der eindimensionalen Messung weitere Behlerkompcnenten auf.In the case of a two-dimensional measurement, stand opposite the one-dimensional Measurement of further Behlerkompcnenten.

So wirktsich z.B. ein Führungsfehler in der X-Koordinate sowohl auf die Meßgenauigkeit in der X-Richtung als auch in der y-Richtung aus. Um auch hier einen Führungsfehlerausgleich zu erzielen, ist es bekannt, statt zweier Naßstäbe ein Rreuzraster, d.h. an Stelle zweier eindimensionaler eine zweidimensionale Ma#verkörperung zu verwenden (vgl. z.B. englisches Patent Nr. 869 290). Die Herstellung solches Kreuzraster für Ma#zwecke ist äußerst schwierig und kostspielig.For example, a guiding error in the X coordinate affects both the measurement accuracy in the X-direction as well as in the y-direction. To here too a guidance error compensation to achieve, it is known instead two wet bars a cross grid, i.e. instead of two one-dimensional one two-dimensional To use the dimensions (see e.g. English patent no. 869 290). The production such cross-grid for measurement purposes is extremely difficult and expensive.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei zwei eindimensionalen Maßverkörperungen Führungsfehler zu vermeiden, wie sie bei VErdrehungen des Objektträgers gegenüber dem Neßsystem auftreten.The invention is now based on the object with two one-dimensional Material measures to avoid guiding errors, such as those caused by twisting the slide occur in relation to the measuring system.

Nach der Erfindung wird dies bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, da# die Ma#ansprachen fest mit dem Objektträger verbunden siiid und die Achse der Objektansprache durch den Kreuzungspunkt der Ma#verkörperungen verläuft.According to the invention, this is the case with an arrangement as mentioned at the outset This is achieved because the dimensions are firmly connected to the slide siiid and the axis of the object address through the intersection of the dimensions runs.

Die Erfindung sei nun anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to FIGS.

Im einzelnen stellen dar: Fig. 1 ein Schaubild zur Wirkungsweise einer Anordnung nach der Erfindung; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung mit mechanischer Maßansprache; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit optischer Maßansprache in Draufsicht; Fig. 4 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3; Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit optischer Maßansprache in Draufsicht; Fig. 6 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispieles nach Fig. 5; Fig. 7 eine Variation des Ausführungsbeispieles nach Fig. 6.In detail: FIG. 1 shows a diagram of the mode of operation of a Arrangement according to the invention; Fig. 2 shows an embodiment according to the invention with mechanical measure; 3 shows an exemplary embodiment with a visual dimension approach in plan view; Fig. 4 is a side view of the embodiment according to Fig. 3; 5 shows a further exemplary embodiment with a visual dimension approach in plan view; FIG. 6 shows a side view of the exemplary embodiment according to FIG. 5; FIG. 7 shows a variation of the exemplary embodiment according to FIG. 6.

In der schematischen Darstellung in Fig. 1 ist mit 1 die Draufsicht auf einen Objektträger bezeichnet, der relativ zu den Koordinatensystemen X, Y verschiebbar ist. Für den Punkt P des Objekttisches 1 werden bei zu den Tischkanten senkrechter Ablesung, d.h.-in der ausgezogenen Lage in Richtung A - P bzw. B - P, die Koordinatenwerte y1 bzw. xl ermittelt. Hat sich nun der Tisch 1 um den Schnittpunkt 0 des feststehenden Koordinatensystems X, Y um einen kleinen Winkel ob (Geltungsbereich oC = sin α) gedreht (gestrichelt gezeichnet), so ergibt eine ablesung der Koordinaten für den ausgewanderten Punkt P' (iCentisch mit P) in den Richtungen A' - Pl bzw. B' - Pt die gleichen Koordinatenwerte x1 bzw. y1, da sich die Ableserichtungen A - P und A' - Pl bzw. B - P und B'-P' auf den Koordinatenachsen in erster Annäherung in gleichen Punkten X1 bzw. Y1 schneiden.In the schematic representation in FIG. 1, 1 is the top view on a slide referred to, which can be moved relative to the coordinate systems X, Y. is. For the point P of the object table 1 are more perpendicular to the table edges Reading, i.e. - in the extended position in direction A - P or B - P, the coordinate values y1 or xl determined. If the table 1 is now around the intersection 0 of the fixed Coordinate system X, Y by a small angle ob (scope oC = sin α) rotated (shown in dashed lines), a reading of the coordinates for the emigrated point P '(iCentisch with P) in the directions A' - Pl or B '- Pt the same coordinate values x1 and y1, since the reading directions A - P and A '- Pl or B - P and B'-P' on the coordinate axes as a first approximation in the same way Intersect points X1 or Y1.

Unter Ausnützung dieser Gegebenheiten hat das verdrehungsunempfindliche Zwei -Koordinaten-Meßgerät nach der Erfindung folgenden prinzipiellen Aufbau, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt.Taking advantage of these conditions, the torsion-insensitive has Two-coordinate measuring device according to the invention following principle Structure as shown schematically in FIG. 2.

Mit 1, 2 und 3 ist ein Kreuzschlittensystem bekannter Art bezeichnet, dessen Oberteil 1 als Objektträger dient. Der Objektträger 1 sei beispielsweise in den Richtungen des Pfeiles 4 und das Teil 2 in den Richtungen des Pfeiles 5 auf entsprechenden Schwalbenschwanzführungen 2' bzw. 3' verschiebbar. Die Maßstäbe 6, 7 sind gerätefest (an einem nicht dargestellten Grundstativ) mit den Koordinatenrichtungen X bzw. Y fluchtend angeordnet. Die Koordinatenrichtungen X, Y kreuzen sich im Punkte O in dem auf dem Objektträger 1 aufliegenden Objekt. Oberhalb dieses Punktes 0 ist eine Einrichtung zur Objektansprache, z. B. ein Einstellmikroskop 8, angeordnet, dessen optische Achse Z durch den Kreuzungspunkt 0 verläuft. Zur Maßansprache dienen hier zwei durchgehende Ablesestricbe 9, 9', welche mit Hilfe der Träger 10, 10'bzw. 11, 11' am Objekttisch 1 befestigt sind und über die Ma#stäbe 6, 7 gleitend geführt werden. Das Einstellmikroskop 8 ist ebenso wie die Ma#stäbe 6, 7 gerätefest gelagert.With 1, 2 and 3 a cross slide system of known type is referred to, whose upper part 1 serves as a slide. The slide 1 is for example in the directions of arrow 4 and part 2 in the directions of arrow 5 corresponding dovetail guides 2 'or 3' displaceable. The standards 6, 7 are fixed to the device (on a base stand, not shown) with the coordinate directions X or Y arranged in alignment. The coordinate directions X, Y cross at the point O in the object lying on the slide 1. Above this point is 0 a device for addressing objects, e.g. B. an adjustment microscope 8, arranged, whose optical axis Z runs through the intersection point 0. Serve as a measure here two continuous reading ropes 9, 9 ', which with the help of the carrier 10, 10'bzw. 11, 11 'are attached to the specimen table 1 and are slidably guided over the scales 6, 7 will. The adjustment microscope 8, like the scales 6, 7, is mounted fixed to the device.

In-weiterer Ausgestaltung der Erfindung können statt der durchgehenden Ablosestriche 9s 9' (Fig. 2) optische Achsen als Bezugslinien (Maßansprache) nach dem bekannten Prinzip des optischen Lineals verwendet werden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Hierin sind die aus der Anordnung nach Fig. 2 übernommenen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der in Bezug auf die Maßstäbe 12, 13 ortsfeste Beobachtungspunkt (im Falle einer Werkzeugmaschine der fest Bearbeitungspunkt) liegt wiederum bei 0. Mit dem verschiebbaren Objektträger 1 sind die beiden Ableseeinrichtungen (Maßanzeige) 14 und 15 fest verbunden. Der Aufbau dieser Ableseeinrichtungen geht aus Fig. 4 hervor. Der Maßstab 13 wird durch die Beleuchtungseinrichtung 16 beleuchtet und durch das Linsensystem 17, 18, das afokal ausgebildet ist und die Vergrößerung -1 besitzt, über die Spiegel 19, 20, 21 und 22 auf sich selbst bzw. seitwärts versetzt abgebildet. Die relative Lage des Maßstabstriches zu dem Bild des Striches ergibt den Meßwert. Zweckmäßigerweise trägt der Maßstab, wie an 12 ersichtlich, eine Reihe von Doppelstrichen 23 und eine Reihe von Einfachstrichen 24, derart, daß die Doppelstriche 23 aur die Einfachstriche 24 abgebildet werden. Bei einer Verschiebung. zum Maßstab verlaufen die Bilder der Doppelstriche gegenläufig zu der Verschiebung der Einfachstriche. Um Zwischenwerte interpolieren zu können, wird zweckmäßigerweise zwischen dem Maßstab 13 und dem ersten Glied 17 des optischen Abbildungssystemes (oder zwischen dem letzten Glied 18 des Abbildungssystemes und dem Maßstabbild) ein optischer Interpolator, z. B. eine meßbar kippbare Planplatte 25 eingeschaltet. Für die vergrößerte Beobachtung der Meßwerteinstellung kann entweder ein Mikroskop oder eine Projektionseinrichtung 26 dienen. Die Beleuchtungseinrichtung 16 und die Projektionseinrichtung 26 werden gem einsam, z.B. über den Träger 27" von der Schlitzführung 15 und 1' geführt, so daß diese die Bewegung des Objektträgers 1 längs des Maßstabes 13 mitmachen, jedoch bei einer Bewegung senkrecht dazu (in X-Richtung) stehenbleiben. Für den Maßstab 12 ist die hbleseeinrichtung 14 völlig gleichartig aufgebaut. Die Bezugszeichen der entsprechenden Teile sind hier mit einem Strich versehen.In a further embodiment of the invention, instead of the continuous Separation lines 9s 9 '(Fig. 2) according to optical axes as reference lines (dimension approach) the known principle of the optical ruler can be used. Such an embodiment is shown in Figs. Here are those from the arrangement according to Fig. 2 acquired parts provided with the same reference numerals. Of the Fixed observation point in relation to scales 12, 13 (in the case of a machine tool the fixed processing point) is again at 0. With the movable slide 1, the two reading devices (dimension display) 14 and 15 are firmly connected. Of the The structure of these reading devices is shown in FIG. The scale 13 is through the lighting device 16 is illuminated and through the lens system 17, 18, the is formed afocal and has the magnification -1, via the mirrors 19, 20, 21 and 22 shown on themselves or offset to the side. The relative position of the scale line to the image of the line gives the measured value. Appropriately As can be seen at 12, the scale has a series of double lines 23 and one Series of single lines 24, such that the double lines 23 aur the single lines 24 can be shown. When there is a shift. the images of the Double lines opposite to the shift of the single lines. About intermediate values To be able to interpolate is expediently between the scale 13 and the first link 17 of the optical imaging system (or between the last link 18 of the imaging system and the scale image) an optical interpolator, e.g. B. a measurably tiltable plane plate 25 is switched on. For enlarged observation The measured value setting can either be a microscope or a projection device 26 serve. The lighting device 16 and the projection device 26 are together, e.g. via the carrier 27 "from the slot guide 15th and 1 'out, so that this the movement of the slide 1 along the scale 13, but stop when moving perpendicular to it (in the X direction). For the scale 12, the reading device 14 has a completely identical structure. the Reference symbols of the corresponding parts are provided with a prime here.

Statt die Beobachtungen im Kreuzungspunkt zweier Maßstäbe zu legen, kann diese wie in Fig. 5 dargestellt, in den Kreuzungspunkt der mittleren Ebene von zwei Ma#-stabpaaren gelegt werden. Auch hier sind die gleichen bereits erwähnten Teile wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Beobachtungspunkt 0 liegt in der Mitte zwischen den Ma#stabspaaren 27, 271 und 28, 28'. Der Prüfling (nicht dargestellt) ist fest mit dem Objekttischlverbunden. Der Tisch 1 trägt zwei afolrale Systeme 29, 30 bzw. 31, 32 mit dem Abbildungsma#stab -1, derart, daß der Maßstab 27 auf den Ma#stab 27' un der Maßstab 28 auf den Maßstab 28' abgebildet erden.Instead of placing the observations at the intersection of two standards, can this as shown in Fig. 5, in the intersection of the middle plane be laid out by two pairs of ruler. Again, the same ones are mentioned earlier Parts are again provided with the same reference numerals. The observation point 0 lies in the middle between the pairs of scales 27, 271 and 28, 28 '. The examinee (not shown) is firmly connected to the stage. The table 1 carries two afolral systems 29, 30 or 31, 32 with the mapping measure -1, such that the Scale 27 is mapped to scale 27 'and scale 28 to scale 28' earth.

Zweckmäßigerweise tragen die Ma#stäbe 27 und 28 Einfachstriche und die Maßs-täbe 27' und 28' Doppelstriche.Expediently, the scales 27 and 28 have single lines and the measuring rods 27 'and 28' double lines.

Für das Symmetrieren (Einfangen) der Maßstabstriche sind zweckmäßigerweise wiederum zwei optische Interpolationssysteme, z. B. die beiden planparallelen Platten 33 und 34, vorgesehen. Für die Beobachtung des Symmetrieabgleiches dienen die Mikroskope 35 und 36.For symmetrizing (capturing) the scale lines are expedient again two optical interpolation systems, e.g. B. the two plane-parallel plates 33 and 34 are provided. The microscopes are used to observe the symmetry adjustment 35 and 36.

Fig. 6zeigt eine aufgeschnittene Seiten, ansicht zu Fig. 5.FIG. 6 shows a cutaway side view of FIG. 5.

Eine derartige Anordnung besitzt noch einen Führungsfehlereinfluß, wenn der Punkt 0 ober- oder unterhalb der optischen Achse 97 liegt. Dieser Führungsfehler ist gleich zu behandeln wie der Führungsfehler bei einer eindimensionalen Messung und kann z.B. wie in Fig. 7 gezeigt, dadurch vermieden werden, daß der Punkt O auf der Verbindungsgeraden zwischen den Durchstoßpunkten der optischen Achsen mit den Maßstäben gelegt wird.Such an arrangement still has a guiding error influence, when the point 0 is above or below the optical axis 97. This leadership flaw is to be treated in the same way as the guidance error in a one-dimensional measurement and, for example, as shown in Fig. 7, can be avoided by placing the point O on the straight line connecting the intersection points of the optical axes with the Standards are set.

Darüber hinaus sind die übrigen bekanntgewordenen Verfahren zur Elimination des Führungsfehlereinflusses anwendbar.In addition, the other known methods of elimination are also included the influence of leadership errors applicable.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, sondern es sind im Rahmen des Erfindungsgedankens noch mannigfache Modifikationen möglich.Of course, the invention does not apply to the exemplary embodiments shown bound, but there are still manifold modifications within the scope of the inventive concept possible.

So können beispielsweise die Maßstäbe auch als Rasterma#-stäbe ausgebildet sein und die Mal3stabansprache kann auch über photoelektrische Einfangeinrichtungen und Impulszänler erfolgen.For example, the rules can also be designed as grid rules and the stick-in can also be done using photoelectric capture devices and pulse counters.

Ferner können die beschriebenen Anordnungen auchm Einstellen eines Werkstückes in einer Werkzeugmaschine benutzt werden, wobei an Stelle des Einstellmikroskopes 8 ein ortsfestes Werkzeug tritt.Furthermore, the described arrangements can also be used to set a Workpiece can be used in a machine tool, in place of the adjusting microscope 8 a stationary tool occurs.

Claims

Claims 1. Arrangement for measuring or setting two-dimensional Position coordinates with two one-dimensional measuring standards, one relative to the Measurements of movable slides and facilities for object and measurement address, characterized in that the dimensional speeches are firmly connected to the slide are and the axis of the Obåektansause through the intersection of the measuring standards runs.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that as a tailor-made address a mechanical index that slides over the measuring standards is used.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that # as a tailor-made address optical systems based on the principle of the optical ruler can be used.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the material measure Rulers used with a series of single and a series of double bars and be mapped onto themselves 4

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that that as material measures two pairs of scales, one on the other is mapped, are used and the object address at the intersection of the middle level of these scale pairs takes place.

6. Arrangement according to claim 3, or the following, characterized in that that in the imaging beam paths of the dimensions, radiation deflection means are arranged with a measurable optical offset.

L e r s e i t e