DE1945487B2

DE1945487B2 - Einrichtung zum inkrementalen fuehrungsfehlerausgleich

Info

Publication number: DE1945487B2
Application number: DE19691945487
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Ing 7920 Heiden Rantsch
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1969-09-09
Filing date: 1969-09-09
Publication date: 1973-05-24
Also published as: DE1945487A1; CH516142A

Description

dargestellt. Wie aus dieser Skizze leicht zu entnehmen ist, hängt der an der Meßlinie Af sich einstellende Längenwert X mit den längs den Tastlinicn T₁ und T₂ abgetasteten Längenwerten X₁ bzw. X₂ nach der Gleichung 1

₁-- (X₁-XJ

(1)

zusammen.

Unter Be^'cksichtigung dieses Sachverhaltes werden bei de; : inrichtung nach F i g. 1 die von den Tastköpfen abgegebene Anzahl von Impulsen, welche den Längenwerten X₁ bzw. Χ_Λ längs der Tastlinien T₁, T₂ entsprechen, in den Speicher eines Rechner 13 bekannter Bauart gegeben, welcher die Gleichung (1) zu lösen vermag. Über ein Anzeigegerät 14, z. B. Zahler, wird alsdann die längs der Meßlinie M sich tatsächlich ergebene Länge X digital angezeigt. Der angenommene Führungsfehler, Kippung des Meßschlittens 5, ist hierbei automatisch kompensiert worden. Der Rechner 13 ist vorteilhaft so ausgebildet,

daß man die Größe --' z. B. über ein Einstellelement a

15 von Hand oder auch, bei entsprechender Abtastung der Abstände A bzw. a, automatisch eingeben kann.

Dies hat den Vorteil, daß man die gegenseitigen Abstände der Meß- und Tastlinien beliebig wählen und den Gerätegegebenheiten anpassen kann. Selbstverständlich kann man die von den Tastköpfen 7, 8 ermittelten Werte auch noch über zusätzliche Zähler 16, 17 getrennt anzeigen oder die abgetasteten Signale zur Nachsteuerung des Meßschliuens derart benutzen, daß eine etwa auftretende Neigung automatisch rückgängig gemacht wird, was durch Gleichheit der an den Zählern 16, 17 angezeigten Werte erkennbar ist.

In dem in F i g. 3 dargestellten Aus^führungsbeispiel sind, der besseren Übersicht wegen, nur die für die Erfindung wichtigen Teile eines Koordinatenmeßgerätes eingezeichnet. Mit 20 ist ein Kreuzschlittensys'em bezeichnet, das mit Hilfe der Führungen 20a und 20 b in zwei zueinander senkrecht liegenden Koordinatenrichtungen verschieblich ist.

Dieser Kreuzschlitten 20 kann Bestandteil einer Koordinaten-Meß- oder Bearbeitungsmaschine sein. Mit 21 ist das auf den Kreuztisch aufliegende Objekt bzw. Werkstück und mit 22 die Objektansprache, Mikroskop oder Bohrer, angedeutet.

Die Seitenflächen 20 c und 20 d des Kreuzschlittens 20 sind verspiegelt. Diese spiegelnden Flächen bilden zusammen mit den feststehenden Spiegeln 23 und 24 und den Teilerwürfeln 25 α, 26 a, 27 a, 28 a und 29 a ein fünfstrahliges Interferometer vom Michelson-Typ. Die Aufteilung des von einer Laserstrahlungsquelle 36 ausgehenden Lichtes in fünf Teilbündel 25, 26, 27, 28, 29 erfolgt über Teilerwürfel 25 ft, 266, 276, 286, deren teildurchlässige Trennflächen so ausgebildet sind, daß die Teilbündel 25 bis 29 gleiche Intensität aufweisen. In dieser Interferometeranordnung werden die spiegelnden Seitenflächen 20c und 2Od ir. Richtung der Tastlinien T₁, T₂', T₃', T₁" und T₂" in den Punkten 1', 2', 3', 1" und 2" angetastet. Die Oberseite des Objektes 21 stellt die Meß- bzw. Bcarbeitungsebene M_E dar. Die Tastpunkte V und 1" liegen in einer zur Meßebene M_E parallelen Ebene T_Ev die von der Meßebene den Abstand A hat. Die Tastpunkte 3', 2' und 2" liegen ebenfalls in einer zu M_t: parallelen Ebene T_Ei, welche von T_Fl den Abstand α aufweist. Die Tastp'unktel', 2' und 3' bilden ein gleichschenkliges Dreieck, so daß die Meßpunkte 2' und 3' die gleichen Abstände von der durch den Punkt Γ gehenden Bezugslinie b haben.

Die räumtest gehaltene Achse Z der Objektansprache 22 ist so gerichtet, daß sie durch den Schnittpunkt der ebenfalls raumfest verbleibenden und

ίο senkrecht aufeinander stehenden Tastlinien T₁' und T₁" verläuft.

Die an den Ausgängen des Fünfstrahlinterferometers angeordneten Optiken 25 c, 26 c, 27 c, 28 c, 29 c bilden die entstehenden Interferenzstreifensysteme auf zugeordnete Empfängersysteme 25 d, 26 d, Hd, 28 d" und 29 d ab, die in bekannter Weise so aufgebaut sind, daß die bei einer Bewegung des Kreuzschlittensystems 20 wandernden Interferenzstreifen Impulse auslösen, die gezählt weiten können.

Die Anzahl der jeweils entstehenden Impulse ist der Verschiebung des Schlittens 20 in den zugeordneten Koordinatenrichtungen (Richtung der Führungen 2P« und 206) proportional.

Die Impulse werden Rechnern 30, 31 zugeführt,

welche diese entsprechend noch näher zu erläuternden Gleichungen gewichtet aufsummieren. Diese Rechner haben ähnlich dem Rechner 13 nach F i g. 1 Einstellelemente 32, 33 und sind mit Anzeigegeräten 34. 35, z. B. Zähler, verbunden, welche die ausgegebenen Werte digital anzeigen.

Selbstverständlich können diese Impulse auch, wie an Hand der F i g. 1 bereits erläutert wurde, getrennt gezählt werden oder zur Nachsteuerung des Schlittens 20 verwendet werden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung sei nun an Hand der in F i g. 4 dargestellten Skizze erläutert.

Das raumfeste Koordinatensystem AT, Y, Z entspricht hierin den Richtungen der Tastlinien T₁', T₁"

und der ebenfalls mit Z bezeichneten Achse der Objektansprache 22 nach Fi g. 3. Ebenfalls wird hier die Meßebene M,._: und die Tastebene T_Ev T_E., mit den Tastpunkten V, 2', 3', 1" und 2" übernommen. Die Tastpunkte 2' und 3' sind gleich weit von der Bezugslinie 6 entfernt. Die von der Meßebene M_E sich tatsächlich einstellenden Koordinatenwerte sind mit X'. Y' bezeichnet. Unter den dargestellten Voraussetzungen gilt für den allgemeinen Fall, daß die Meßebene M_f bzw. dei in F i g. 3 dargestellte Kreuzschlitten 20 Verdrehungen bzw. Kippungen gegenüber dem feststehenden Koordinatensystem X, Y Z bzw. den feststehenden interferometrischen Abtastsystemen nach F i g. 3 aufweist, wie sich aus geometrischen Überlegungen leicht ableiten läßt, für die Koordinaten in der Meß^bene M_r

A_ a

Ιί±Ιί

' = Y₁" - JL (Y₁"

nn X₁, XJ, XJ bzw. Y₁", Y₂" die in den Punkte 2', 3' bzw.' 1", 2" abgetasteten Lösungswerte

wenn
ten
sind.

Werden nun die Rechner 30 bzw. 31 (F i g. 3) so ausgebildet, daß sie die Gleichung (2) bzw. (3)

lösen, wobei an den Einstellelementen 32, 33 wiederum den Wert — einzustellen ist, so zeigen die Anzeigegeräte 34, 35 die Werte der sich in der Meßebene einstellenden Koordinaten X' und Y' an. Hierbei sind die durch Führungsfehler verursachten Verdrehungen und Verkippungen des Kreuzschlittens 20 kompensiert worden.

Es lassen sich noch mannigfache Variationen durchführen. So können beispielsweise an Stelle der dargestellten Lineargeber auch andere Gebersysteme wie Drehgeber, verwendet werden, wenn man für eine geeignete Umsetzung der Linearbewegung des Schlittens in eine Drehbewegung, was sich z. B. mit einer Schraubenspindel, bei der der Schlitten die 'Mutter darstellt, verwirklichen läßt, sorgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Ferner ist es bei inkremental arbeitenden Einrich- Patentansprüche: tungen zur Messung von relativ zueinander beweg lichen Teilen bekannt, Impulsrechner, wie Impuls-

1. Einrichtung zum inkrementalen Führungs- teiler, Impulsmultiplikatoren, Additions- und Subfehlerausgleich eines meßbar verschieblichcn 5 traktionswerke zu verwenden, jedoch verrechnen Teiles von Prä,- ^;ons-, Meß- und Bearbeiiungs- diese bekannten Rechner nicht den Führungsfehlermaschinen, dadurch gekennzeichnet, ausgleich, sondern lediglich unterschiedliche Impulsdaß mindestens zwei wegabhängige Gebersysteme frequenzen- bzw. Zahlen. (Vgl. deutsche Pattnt-(7,8) angeordnet sind, welche Koordinatenwerte Schriften 890 420, 1 248 964.)

(X,,X₂) längs zur Meß- bzw. Bearbeitungslinie io Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Füh-

(M) parallel verlaufenden Tastlinien (T₁, T₂) in- rungsfehlerkompensation bei inkremental arbeitenden

kremental ermitteln und daß diese Koordinaten- Meß- bzw. Bearbeitungssystemen zu erreichen,

werte in einen Rechner (13) eingegeben werden, Erreicht wird dies bei einer Einrichtung der ein-

der diese entsprechend dem gegenseitigen Ab- gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß

stand (A, a) der Tastlinien von der Meß- bzw. 15 mindestens zwei wegabhängige Gebersysteme ange-

Bearbeitungslinie gewichtet aufsummiert. ordnet sind, welche Koordinatenwerte längs zur Meß-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- bzw. Bearbeitungslinie parallel verlaufenden Tastkennzeichnet, daß i'ie Tast- und Bearbeitungs- linien inkremental ermitteln und daß diese Koordilinien in verschiedenen Ebenen liegen. natenwerte in einen Rechner eingegeben werden, der

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich- 20 diese entsprechend dem gegenseitigen Abstand der net durch drei nicht komplanare Tastlinien (T₁, Tastlinien vcn der Meß- bzw. Bearbeitungslinie ge-T₂, T₃). wichtet aufsummiert.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen nun an kennzeichnet, daß die Meß- bzw. Eearbeitungs- Hand der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausfühlinie (M) von einer Tastlinie (T₁) einen Abstand 25 rungsbeispiele näher erläutert werden.

(A) aufweist, der ein Vielfaches des gegenseitigen In der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Einrich-

Abstandes (a) der Tastlinien (T₁, T.,) ist. tung in Verbindung mit einer Längenmeßmaschine

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgen- dargestellt.

den, bei der das verschiebliche Teil in mehreren Hierin wird die Länge eines ObjtKtes 1 zwischen

Koordinatenrichtungen verscniebba, ist, dadurch 30 den Spitzen eines feststehenden Ambosses 2 und eines gekennzeichnet, daß für jede Koordiuatenrich- in einer Führung 3 eines Maschinenbettes 4 vertung ein derartiger Führungsfehlerau-gleich vor- schieblichen Meßschlittens 5 ermittelt. Am Meßhanden ist. schlitten 5 sind über einen Träger 6 zwei Tast-

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- köpfe 7, 8 befestigt, welche längs zu der Meßlinie M kennzeichnet, daß die Antastung in einer Koordi- 35 parallelen Tastlinien T₁, T₂, in denen Impulsmaßnatenrichtung längs dreier paralleler Tastlinien stäbe 9,10 angeordnet sind, geführt werden.

(T₁, T.,'. T₃), von denen zwei (T₂, T₃) in einer Die aus Impulsmaßstäben 9,10 und Tastköpfen 7, 8

Ebene "(T/. ₂) und die dritte (T₁') in einer hierzu bestehenden wegabhängigen Gebersy&teme sind beparallelen Ebene (T_E _t) verlaufen, und in der lrannter Bauart und können beispielsweise photoelekzweiten Koordinatenrichtung längs der in den 40 trisch oder auch elektromagnetisch arbeiten,
gleichen übereinanderliegenden Ebenen(T_Kl,T_t.,) Beim Vorbeigehen der Tastköpfe 7, 8 an den sich

verlaufenden parallelen Tastlinien (T₁", T₂") er- in ihrer Beschaffenheit, z. B. hell/dunkel bzw. mafolgt. gnetisch/unmagnetisch, im Wechsel ändernden Mar

kierungsfeldern 11, 12 der Maßstäbe 9, 10, welche 45 kleine Wegschritte verkörpern, werden in bekannter Weise elektrische Impulse erzeugt, welche vorzeichenrichtig gezählt werden können.

Die Markierungsfelder 11, 12 sind der besseren

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum inkre- Klarheit wegen übertrieben groß eingezeichnet,
mentalen Führungsfehlerausgleich eines meßbar ver- 50 Bei der Messung der Länge des Objektes 1 wird schieblichen Teiles, z. B. Meßschlitter., Objektträger der Meßschlitten 5 von einer vorgegebenen Nullstelod. dgl., bei Präzisions-, Meß- und Bearbeitungs- lung heraus an die Anlagefläche 1' des Objektes 1 maschinen. herangeführt, und dabei überstreichen die Tastköpfe

Bekanntlich treten bei Meß- oder Bearbeitungs- jeder für sich eine gewisse Anzahl von Markierungsmaschinen, bei denen die Objektansprache in einem 55 feldern 11. 12 der Maßstäbe 9, 10, und die Anzahl Abstand von der Meßebene erfolgt, infolge etwaiger der hierbei ausgelösten Impulse stellen ein Maß für Verdrehungen oder Verkantungen des Meßschlittens, den vom Meßschlitten 5 zurückgelegten Weg dar. Ist welche durch Fehler in seiner Führung hervorgerufen dabei der Meßschlitten streng parallel zu den Tastwerden, Lageabweichungen oder Objektansprache linien T₁, T₂ geführt, so liefern die Tastköpfe 7, 8 von den in der Maßstabebene ermittelten Lagewerten 60 jeder die gleiche Anzahl von Impulsen. Ist der Meß^au^· schlitten jedoch um eine senkrecht zur Zeichenebene

Es ist bei Meßeinrichtungen, welche die Lagewerte verlaufende Achse gekippt, so liefern die Tastdurch eine Abbildung von bezifferten Maßstäben ab- köpfe 7, 8 eine unterschiedliche Anzahl von Impulsolut bestimmen, bekannt, zur Kompensation der- sen und somit auch unterschiedliche Längenwerte, artiger Führungsfehler optische Kompensationsmittel 65 die außerdem nicht mit dem längs der Meßlinie M in den Ablesestrahlengang einzufügen (vgl. deut- sich einstellenden tatsächlichen Längenwert übereinsche^ Patentschriften 410130, 931805, 1024252, stimmen. Die Auswirkung einer derartigen Kippung

des Meßschlittens 5 ist in der Skizze nach Fig. 2