DE202022000880U1

DE202022000880U1 - Rotationssymmetrische Verstelleinheit mit aktiver Messung der Drehtischabweichung

Info

Publication number: DE202022000880U1
Application number: DE202022000880.5U
Authority: DE
Original assignee: FIONEC GmbH
Current assignee: FIONEC GmbH
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2032-04-09

Abstract

Vorrichtung einer rotationssymmetrischen Verstelleinheit mit aktiver Messung der Drehtischabweichung dadurch gekennzeichnet, dass ein präziser Referenzzylinder (3) mit der Drehachse (4) des Drehtisches (1) starr verbunden ist und zumindest zwei abstandmessende Referenzsonden (5), (6) die Lage des Referenzzylinders (3) während der Drehung vermessen und aus den Messdaten den Mittelpunkt des Referenzzylinders ermitteln.

Description

Stand der Technik
Der Trend zur zu hochpräzisen, berührungslosen z.B. optischen 3D-Vermessung der Form und Durchmesser von komplexen Teilen hält an. Für die hochgenaue und fertigungsnahe Qualitätskontrolle, Prozessüberwachung und Erfassung von Bauteilpositionen oder Dimensionen mit Toleranzen im Submikrometerbereich kommen dabei zunehmend optische Sensoren zum Einsatz.¹
Die Vorteile gegenüber den herkömmlichen taktilen Sensoren liegen vor allem in der Möglichkeit zur berührungslosen Messung und deutlich verkürzten Prüfzeiten begründet.
Ein wesentlicher Nachteil eines optischen Sensors liegt darin, dass der optische Messstrahl die zu vermessende Oberfläche nahezu senkrecht, d.h. mit geringen Abweichungen treffen muss. Die typische Akzeptanzwinkel von solchen Sensoren betragen ca. +/- 5°.
Für die Vermessung von zwei Flächen z.B. Zylinder und Kegel einer Nadel oder einer Düse ist es möglich einen optischen Sensor mit zwei Ausgängen zu realisieren (Hering, Ekbert; Martin Rolf ( 2006): Photonik. Grundlagen, Technologie und Anwendungen. Springer Verlag, S. 272). Für die Abtastung weiterer Flächen z.B. einer Ebene muss die optische Sonde ausgewechselt werden.
Bei einer geforderten schnellen Vermessung von mehreren Flächen z.B. einer Nadel mit mehreren Kegel-Sitzen ist ein manueller Tastarmwechsel nicht mehr praktikabel. Die Lösung dieses Problems ist z.B. durch die Montage der optischen Sonde auf einem Drehtisch möglich (am Weg, Christian; Drabarek, Pawel ( 2020): Rotatable Sensor with Locking Mechanism. European Patent Application EP 3 696 495 A1 ). Bei dem Konzept wird zunächst die gewünschte Winkelposition der Sonde durch die Drehung des Drehtisches realisiert und anschließend wird die Messung durchgeführt.
Bei der 3D-Vermessung von präzisen Flächen mit kontinuierlich verändertem Neigungswinkel z.B. einer Sphäre oder einer Asphäre (optische Linse oder Spiegel) muss die optische Sonde während des Scanvorgangs dem Neigungswinkel der Oberfläche kontinuierlich folgen. Die Fehler der Drehung des Tisches, insbesondere die störende Bewegung der Sonde in der Messrichtung darf den Nanometerbereich nicht überschreiten. Die Realisierung einen solchen, stabilen Drehtisch ist sehr schwierig, deshalb ist es notwendig die Drehfehler zu kompensieren. In dem europäischen Patentschrift EP 1058812 B1 ist ein Konzept einer interferometrischen Messeinrichtung zum Erfassen der Form oder des Abstandes eines Objekts vorgestellt. Die Anordnung beschreibt auf Seite 3, Abschnitt und auf dem Bild Seite 9 eine Referenzsonde für die Kompensierung der Fehler eines Drehtisches, der zu der Bewegung des Messobjekts verwendet wird.
Die Aufgabe der Erfindung war, eine Anordnung zu entwickeln, die geeignet wäre für die Kompensation der Fehler eines Drehtisches mit einer optischen Messsonde.
Beschreibung der Erfindung
Es wird vorgeschlagen, einen präzisen Referenzzylinder auf der Achse des Drehtisches mit der optischen Messsonde und zumindest zwei abstandmessenden Referenzsonden zur Vermessung der Lage und Positionsänderung des Referenzzylinders, einzusetzen. Während der Drehung des Tisches messen die beiden Referenzsonden kontinuierlich den Abstand und die Abstandsänderung zu dem Referenzzylinder. Aus den gewonnenen Abstandsdaten wird die Position des Abtastpunkt der Messsonde berechnet und anschließend die Position des Messpunkts auf der Oberfläche korrigiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 und 2 erläutert:

1: Ausführung mit einem Drehtisch, Referenzzylinder und optischer Messsonde.
2: Form-Messmaschine mit dem Drehtisch und einer optischen Messsonde

In 1 ist ein Drehtisch (1) mit einem, mit der Drehachse (4) starr verbundenem Referenzzylinder (3) und zwei Referenzsonden (5), (6) dargestellt. Der Referenzzylinder wird montiert mit geringer Exzentrizität (z.B. < 1 µm) und gefertigt aus einem Material mit geringem thermischen Ausdehnung-Koeffizient z.B. Zerodur. Die Toleranz der Zylinderform ist z.B. < 0,5 µm und die Oberfläche hat optische Qualität. Die optische Messsonde (2) mit dem Abtastpunkt (7) ist starr mit der Drehachse des Tisches und damit mit dem Referenzzylinder verbunden.
In der 2 ist eine scannende Form-Messmaschine (11) mit einer Spindel (10), einem horizontalen Verschiebetisch X (10) und einem vertikalen Verschiebetisch Z (9) dargestellt. Das Messobjekt (8) z.B. eine Linse ist auf der Spindel (10) befestigt. Der Drehtisch (1) mit der Messsonde (2) ist auf einer bewegten Pinole des vertikalen Verschiebetisch (9) befestigt. Während der Messung wird das Messobjekt (8) rotiert (12), der Abtastpunkt (7) der Messsonde entlang eine vorgegebene Bahnlinie, die der Form der Oberflächen entspricht, mittels Verschiebetische X und Z verfahren und die Neigung der optischen Sonde wird mittels des Drehtisches (1) angepasst. Die Messsonde (2) misst kontinuierlich der Abstand zu der Oberfläche des Objekts (8) und die Referenzsonden (5), (6) messen kontinuierlich die Position des Referenzzylinders (3) und damit auch die Position des Abtastpunktes (7). Aus den gewonnenen Daten wird die gemessene Form des Objekts ermittelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3696495 A1 [0005]
EP 1058812 B1 [0006]

Claims

Vorrichtung einer rotationssymmetrischen Verstelleinheit mit aktiver Messung der Drehtischabweichung dadurch gekennzeichnet, dass ein präziser Referenzzylinder (3) mit der Drehachse (4) des Drehtisches (1) starr verbunden ist und zumindest zwei abstandmessende Referenzsonden (5), (6) die Lage des Referenzzylinders (3) während der Drehung vermessen und aus den Messdaten den Mittelpunkt des Referenzzylinders ermitteln.
Vorrichtung mit einem Drehtisch (1) und einer optischen Messsonde (2) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde mit der Drehachse (4) des Drehtisches (1) starr verbunden ist und die Position des Abtastpunkts (7) der Messsonde im Raum ermittelt wird und damit anschließend der gemessene Abstand zu dem Messobjekts (8) korrigiert wird.
Vorrichtung mit einem Drehtisch (1) und einer optischen Messsonde (2) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Teil einer scannenden Messmaschine ist, die mit einer auf dem Drehtisch befestigten optischen Messsonde zur Vermessung des Abstands, von Abstandsänderung und Durchmessern eingesetzt werden kann
Vorrichtung mit einem Drehtisch (1) und einer optischen Messsonde (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (2) und die Referenzsonden (5), (6) interferometrische Sensoren sind.
Vorrichtung mit einem Drehtisch (1) und einer drehbaren optischen Messsonde (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (2) und die Referenzsonden (5), (6) mit einer Auswerte-Einheit über optische Faser verbunden sind.