DE2109954B2 - Dreidimensionale messvorrichtung - Google Patents

Description

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kombiniert wird, um abhängig davon einen Zähler Strahles ist dann wirksam, um ein genaues Bewe-

zur Anzeige des Ausmaßes der Bewegung der relativ gungssegment entlang einer besonderen einzelnen

zueinander bewegbaren Maschinenteile entlang der Achse anzuzeigen

X, Y, oder Z-Achse zu betätigen. _Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

Vorzugsweise ist der Bezugfstrahl fester Länge in 5 Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt
zwei Komponenten unterteilt,deren eine auf einen er- Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Werksten Lichtdetektor und deren andere auf einen zwei- zeugmaschine mit einem einzigen entlang mehrerer ten Lichtdetektor gerichtet ist, und das der Rück- Achsen laufenden Meßstrahl für die X-Achse, kehrstrahl auf eine Phasenänderungsplatte gerichtet Y-Achse und die Z-Achse zusammen mit koordinierist, die den Rückkehrstrahl in zwei phasenverschie- io ten Kraftantrieben für die gleichen Achsen,
dene Komponenten teilt, die mit den beiden Kompo- Fig.2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene nenten des Bezugsstrahls fester Länge kombiniert schematische Teilansicht des Reflektionspfades zum werden, um die beiden Lichtdetektoren in Phasenbe- Senden des Strahles von dem Rückreflektor,
Ziehung zu aktivieren, um einen Zweirichtungszähler Fig. 3 eine auseinandergezogene schematische zur Anzeige des Ausmaßes und der Richtung der Be- 15 Ansicht eines einzigen Laserinterferometers, der wegung zu betätigen. _einen Zweirichtungszähler betätigt,

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Fig.4 eine auseinandergezogene schematische

Erfindung ist gekennzeichnet durch eine in dem Zäh- Ansicht eines sich entlang mehrerer Achsen erstrek-

ler vorgesehene einstellbare Anzeige zur Anzeige des kenden Zweirichtungs-Interferometers,

genauen Ausmaßes der Strecke, um die sich irgendei- 20 Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene

ner der bewegbaren Teile, der betätigt worden ist, Draufsicht einer Viertelwellen-Phasenunterschei-

bewegt hat und durch eine Einrichtung zum Vorein- dungsplatte,

stellen der Anzeige auf Null. F i g. 6 eine graphische Darstellung von Rechteck-

Schließlich ist eine weitere vorteilhafte Ausfüh- wellen in Quadranten und

rungsform der Erfindung gekennzeichnet durch Te- 25 F i g. 7 eine schematische Seitenansicht eines abge-

leskoprohre, die jeweils an ihrer Basis zwischen den wandeten Interferometers.

bewegbaren Teilen und dem Bett derart befestigt Die Maschine gemäß F i g. 1 umfaßt einen Mehrsind, daß sie die Lasermeßstrahlen, die zwischen ih- achsen-Laserinterferometer zum Hervorrufen genen übertragen werden, vollständig einschließen. nauer Längenmessungen entlang einer Mehrzahl ver-

Durch die Erfindung ist eine dreidimensionale 30 schiedener Achsen. Die in Fig. 1 in schaubildlicher Meßvorrichtung geschaffen, bei welcher an Stelle der Ansicht wiedergegebene Maschine ist teilweise schesonst üblichen drei Interferometer nur ein einziges matisch und teilweise teilscheniatisch dargestellt. Die Interferometer verwendet wird, so daß praktisch zwei Maschine umfaßt eine Tragausführung, die ein Bett Drittel der bekannten Ausführungen und Kosten ein- 14 und ein sich nach hinten erstreckendes Bett 14 A gespart sind. Bei der Ausführung gemäß der Erfin- 35 umfaßt. Die Maschinenbetten 14 und 14 A umfassen dung wird der Laserstrahl mittels reflektierender Flä- eine starre Ausführung zum Abstützen eines Werkchen entlang der drei Achsen gerichtet und zurückge- Stücktisches oder Arbeitstisches 20 und eines Spinführt, so daß mittels eines einzigen Interferometers delkopfes 36 während relativer Bewegung.
Bewegung in drei Bewegungsachsen gemessen wer- Um dies auszuführen, ist das Maschinenbett 14 den kann. Dabei ist die Anordnung derart, daß par- 40 mit parallelen Führungen 17 und 18 versehen, die allele Ausgangs- und Rückkehrmeßstrahlenpfade für von dem Werkstücktragtisch 20 dargeboten sind. Um die Achsen X, Y und Z aufeinanderfolgend zwischen die wahlweise Bewegung des Werkstücktisches 20 dem an dem bewegbaren Werkstücktisch befestigten entlang der Führungen 17 und 18 hervorzurufen, ist einzigen Interferometer und dem zusammenarbeitend ein Antriebsmotor 21 in dem Bett 14 befestigt. Der angeordneten Rückreflektor definiert sind, der an 45 Motor 21 versetzt ein Ende einer mit Schraubengedem Spindelkopf befestigt ist. Messung einer ausge- winde versehenen Tischschraube 23 in Drehung, die wählten Achse, welche die X-Achse, Y-Achse oder an ihrem gegenüberliegenden Ende in einem nicht Z-Achse sein kann, wird durch den einzigen Laser- dargestellten, axial ausgerichteten Lager in dem Mainterferometer hervorgerufen, der an dem Werk- schinenbett 14 gelagert ist. Eine nicht dargestellte stücktisch befestigt ist. 50 Tischschraubenmutter ist in bekannter Weise an der

Um genau gesteuerte Bewegung hervorzurufen, Unterseite des Werkstücktisches 20 so befestigt, daß

wird der Werkstücktisch anfänglich in eine vorausge- sie mit der Schraube 23 in Eingriff tritt. Beim Erre-

wähite Stellung entlang der X-Achse bewegt, die gen des Motors 21 kann die Tischschraube 23 in der-

Säule wird in eine vorausgewählte Stellung entlang jenigen Richtung gedreht werden, die notwendig ist,

der Z-Achse bewegt und der Spindelkopf wird in 55 um die gewünschte Bewegung des Werkstücktisches

eine vorbestimmte Stellung entlang der Y-Achse be- 20 entlang der X-Achse nach Hnks oder nach rechts

wegt. Durch diese anfänglichen Stellbewegungen hervorzurufen.

werden die ursprünglichen Bezugsstellungen hervor- In ähnlicher Weise ist das sich nach hinten erstrek-

gerufen, wonach der einzige Zähler, welcher dem kende Bett 14 A mit Führungen 27 und 28 versehen, einzigen Interferometer zugeordnet ist, von Hand in 60 die sich nach hinten erstrecken. Die Bettführungen

eine Null-Bezugsstellung eingestellt wird. In dieser 27 und 28 stehen mit ergänzenden Führungen 29 und

Nullstellung spricht dann der einzige Bezugszähler 30 im Eingriff, die von einem sich nach oben erstrek-

auf den einzigen entlang mehrerer Achsen laufenden kenden Ständerträger 32 dargeboten sind.

Bezugsstrahl an, der einen kontinuierlichen Aus- Der Ständer 32 ist durch Erregen eines zusammengangsstrahl zusammen mit einem kontinuierlichen 65 arbeitenden Antriebsmotors 35, der in dem Bett 14 A

parallelen Rückkehrstrahl umfaßt, die reflektierend befestigt ist, in Richtung gegen das Bett 14 und von

entlang der Achsen X, Y und Z gerichtet werden. diesem weg bewegbar (Z-Achse). Der Motor 35 lsi

Die Reflektionsverbindung des einzigen Lasermeß- so angeschlossen, daß er Drehung einer Quervor-

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schubschraube 36 A hervorruft, die mit einer nicht trale Stellung zurückgeführt werden, und zwar unab-

dargestellten Quervorschubmutter im Eingriff steht, hängig davon, ob er aus der neutralen Stellung von

die in bekannter Weise an dem Ständer 32 befestigt Hand nach links oder nach rechts gedreht worden ist.

ist. Der Quervorschubsteuerknopf 63 kann aus der

Um ein Schneidwerkzeug relativ zu dem Werk- 5 neutralen Stellung, in die er federnd vorgespannt ist,

stücktisch 20 abzustützen, ist der Ständer 32 mit zwei gedreht werden, um Leiter 69 und 70 und demgemäß

im Abstand voneinander befindlichen Ständerführun- den Motor 35 zu erregen, um den Ständer 32 wahl-

gen 37 und 38 versehen, die angeordnet sind, um weise zu bewegen.

einen Spindelkopf 36 während senkrechter Bewegung Bewegung des Spindelkopfes 36 kann durch Dre-

zu führen (K-Achse). Der innere Teil des Spindel- io hen des Steuerknopfes 64 von Hand eingeleitet wer-

kopfes 36 ist mit zwei sich nach unten erstreckenden, den, um Erregung eines Ausgangsleiters 71 oder 72

im Abstand voneinander liegenden Führungen an hervorzurufen.

den Stellen 39 und 40 derart versehen, daß sie in Der einzige Laserinterferometer 54 ist angeschlos-Gleiteingriff mit den sich senkrecht erstreckenden sen, um ein einziges Meßsignal in Form eines varia-Führungen 37 und 38 stehen, die von dem Ständer 15 blen Strahles zu schaffen, der eine Mehrzahl von 32 dargeboten sind. Ein Spindelkopfmotor 43 ist an durch Reflektion oder reflektierend miteinander verdem Ständer 32 angebracht, der bei Erregung senk- bundenen Ausgangsteilstrahlen zusammen mit einer rechte Bewegung des Spindelkopfes 36 hervorruft. Mehrzahl von durch Rückreflektion zurückgeführten Der Motor 43 dreht, wenn er erregt ist, eine senk- reflektierend miteinander verbundenen Rückkehrteilrechte Antriebsschraube 44. die mit einer an dem 20 strahlen aufweist. Dieser einzige Meßstrahl variabler Spindelkopf 36 befestigten Äntriebsmutter 47 in Ge- Länge, der die Mehrzahl von miteinander verbundewindeeingriff treten kann. Es ist ersichtlich, daß die nen Teilstrahlen aufweist, ist wirksam, irgendeine nach unten stehende Antriebsschraube oder An- Änderung der Länge eines der Teilstrahlen festzutriebsschnecke 44 sich innerhalb des Ständers 32 stellen. Ein Ausgangsstrahl wird von dem Interferonach unten erstreckt. Nicht dargestellte übliche Hai- 25 meter 54, das an dem Werkstücktisch 20 befestigt ist, teleisten sind vorgesehen, um den Werkstücktisch 20, als ein erster Teilstrahl ausgesendet, welcher mit OX den Ständer 32 und den Spindelkopf 36 in Gleitein- bezeichnet ist und sich zu einer winkelförmigen regriff mit den betreffenden Tragteilen für Bewegung flektierenden Fläche 76 X erstreckt, die von einem entlang der X-Achse, Z-Achse bzw. y-Achse zu halten. Ecklagerarm 77 getragen ist, der an dem Tragbett

Um ein Schneidwerkzeug abzustützen, ist eine 30 14 Λ befestigt ist. Von der Winkelfläche 76 X wird

Werkzeugaufnahmespindel 51 in dem Spindelkopf 36 der Strahl entlang eines Strahlenpfades OZ zu einer

für wahlweise Drehung gelagert. Ein nicht dargestell- winkelförmigen reflektierenden Fläche 79 Z reflek-

ter geschwindigkeitsgesteuerter Kraftantrieb in dem tiert, die von einem Ecklagerarm 80 getragen ist,

Spindelkopf 36 ist in bekannter Weise angeschlossen, welcher an einem Teil des Ständers 32 befestigt ist.

um die Spindel 51 wahlweise zu drehen. 35 Von der Winkelfläche 79 Z wird der Ausgangsstrahl

Wie in F i g. 1 dargestellt, wird durch Erregung des entlang eines Abstandstrahlpfades OS reflektiert, der Motors 21 der Werkstücktisch 20 entlang der sich über ein Abstandsrohr 82 erstreckt, welches in X-Achse bewegt. In ähnlicher Weise wird bei Erre- dem unteren Teil des Ständers 32 getragen ist. Von gung des Motors 35 die Quervorschubschraube 36 A der Winkelfläche 79 Z wird der Strahl OS zu einer gedreht, um den Ständer 32 entlang der Z-Achse zu 40 winkelförmigen reflektierenden Fläche 84 Y reflekbewegen. Bei Erregung des Motors 43 wird die tiert, die von einem Ecklagerarm 85 getragen ist, Schraube 44 gedreht, um den Spindelkopf 36 entlang welcher an der gegenüberliegenden Seite des Ständer y-Achse zu bewegen. Um einen Bearbeitungs- ders 32 befestigt ist. Von der Winkelfläche 84 Y wird Vorgang an einem Werkstück auszuführen, ist der der kontinuierliche Ausgangsstrahl durch Reflektion Spindelkopf 36 bewegbar, indem koordinierte Erre- 45 senkrecht nach oben entlang eines Pfades OY gerichgung des Tischmotors 21, des Quervorschubmotors tet und zwar zu einem Rückreflektor, der in einem 35 und des Spindclkopfmotors 43 hei vorgerufen Gehäuse 88 enthalten ist, welches an dem Spindelwird. Um koordinierte Bewegung oder zusammenge- kopf 36 befestigt ist.

setzte Bewegung hervorzurufen, kann eine nicht dar- Der Rückreflektor in dem Gehäuse 88 führt den gestellte Servoantriebssteuerung vorgesehen sein, um 5° Teilstrahl OY des Ausgangsstrahles durch Reflektion die Motoren 21, 35 und 43 wahlweise zu erregen. Es entlang eines parallelen Rückkehrstrahlenpfades zusind Mittel vorgesehen, um die Servosteuerung der rück, der mit RY bezeichnet ist Der Teilstrahl RY Motoren 21, 35 und 43 von Hand einzuleiten, ge- des Strahles variabler Länge wird zu der Winkelsteuert von dem Mehrachsen-Laserinterferometer 54. fläche 84 Y in dem Eckwürfel 85 und dann quer ent-

Um Erregung der Motoren 21, 35 und 43 einzulei- 55 lang eines Abstandsstrahlpfades RS zurückgeführt, ten, ist ein Steuerstromkreis in einem Schrank 56 od. der sich durch den rohrförmigen Raum 82 in dem dgl. wirksam, einen ausgewählten Motor zu erregen Ständer 32 erstreckt Der kontinuierliche Rückkehr- und Bewegung entlang einer ausgewählten Achse zu strahl setzt sich fort entlang des Strahlenpfades RS steuern, wie es durch eine voreinstellbare Anzeige 57 zu der Winkelfläche 79 Z und wird dann durch Rebestimmt ist, die von einem Zählstromkreis 58 darge- 60 Sektion nach vorn entlang eines Strahlenpfades RZ boten ist parallel zu dem Ansgangsteflstrahlenpfad OZ gerich-

Der Steuerschrank 56 ist mit drehbaren Richtungs- tet Von der Winkelfläche 76Xm dem Ecklagerann

steuerknöpfen 62, 63 und 64 versehen. Der Steuer- 77 setzt sich der Teilstrahl RZ entlang eines Strah-

knopf 62 ist drehbar, um einen erregten Ausgangs- Ienpfades RX za. dem Interferometer 54 fort, wo er

Stromkreis von dem Schrank 56 zu schaffen, um Lei- 65 mit phasenverschiedenen Teilen eines Bezugsstrahles

ter 67 und 68 zu erregen und den Motor 21 zu erre- fester Länge kombiniert wird, mn Interferenzmuster

gen, um den Werkstücktisch 20 zu bewegen. Der zn schaffen für wahlweises Aktivieren des Zählers

Steuerknopf 62 kann federnd in eine mittlere neu- 57, wie es nachstehend erläutert wird.

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Der Ausgangsstrahl variabler Länge von dem In- welche von dem Zähler 58 dargeboten ist, angezeigt terferometer 54 umfaßt die reflektierend miteinander ist, kann ein Steuerschalter 98 betätigt werden, um verbundenen Ausgangsteilstrahlen OX, OZ, OS und die Zähleranzeige 57 wahlweise auf Null zurückzu- OY bis zu dem Endrückkehrreflektor, der durch den stellen. Die Betätigung des Steuerschalters 98 führt Rückreflektor 106 geschaffen ist, welcher in dem La- 5 zu einer Betätigung einer Null-Rückstellsteuerung gerarm 88 enthalten ist, der an dem Spindelkopf 36 101, um über Leiter 102 und 103 ein Ausgangssignal befestigt ist. Von dem Spindelkopf 36 wird der konti- zu schaffen, um den Zählerstromkreis 58 dahingenuierliche Ausgangsstrahl durch Reflektion entlang hend zu betätigen, die Anzeige 57 in ihre Null-Stelder parallelen Teilstrahlenpfade zu dem Interferome- lung zu bewegen. Wenn die Anzeige 57 auf Null zuter 54 zurückgeführt, die mit RY, RS, RZ und RX io rückgeführt ist, wird ein ausgewählter Steuerknopf bezeichnet sind. Es ist zu bemerken, daß die Mes- 62, 63 oder 64 wahlweise gedreht, um kraftangetriesung entlang der X-Achse durch eine Längenände- bene Bewegung eines entsprechenden Maschinenteirung des parallelen Ausgangsstrahles OX und Rück- les entlang der X-Achse, K-Achse oder Z-Achse herkehrstrahles RX bewirkt wird, die sich zwischen dem vorzurufen, um ein paralleles Paar von Ausgangsbewegbaren Interferometer 54 und dem ortsfesten 15 und Rückkehrstrahlen neu zu betätigen, um das In-Winkelreflektor 76 X erstrecken, welcher von dem terferometer 54 neu zu betätigen, um wiederum die Ecklagerarm 77 getragen und an dem Bett 14 A be- Anzeige 57 in eine ausgewählte Stellung zu bewegen, festigt ist. In ähnlicher Weise kann Bewegung ent- Die Maschinenausführung zum Übertragen der lang der Z-Achse gemessen werden durch eine Lan- durch Reflektion miteinander verbundenen Ausgenänderung der kontinuierlichen, sich entlang der 20 gangsstrahlkomponenten von dem Interferomctcrge-Z-Achse erstreckenden Strahlenpfade OZ und RZ, häuse 54 zu einem Rückreflektor 106, der in dem die sich zwischen dem ortsfesten Winkelreflektor Gehäuse 88 angebracht ist, welches an den senkrecht 76 X und dem querbewegbaren Winkelreflektor 79 Z bewegbaren Spindelkopf 36 befestigt ist, umfaßt eine erstrecken. Mehrzahl von verschiebbaren, miteinander verbun-

Die parallelen Abstandsstrahlenpfade OS und RS 25 denen Teleskoprohren, die in Fig. 1 nicht dargestellt

haben eine feste Länge und erstrecken sich zwischen sind. Es ist zu verstehen, daß die nicht dargestellten

der reflektierenden Winkelfläche 79 Z und der Win- Teleskoprohre vorgesehen sind, um die gemäß

kelfläche 84Y, und sie sind auf der gleichen Länge Fig. 1 entlang der X-Achse und der Z-Achse gerich-

gehalten, um den Meßbereich zu erstrecken bzw. zu teten Strahlen zu schützen,

erweitern. 3° Wie in F i g. 2 dargestellt, ist für die K-Achse ein

Der meßbare Bewegungsbereich des Spindelkopfes geschützter Pfad geschaffen. Wie dort dargestellt,

36 entlang der K-Achse ist durch die in senkrechtem steht ein Teleskoprohr 127 in einem Teleskoprohr

Abstand voneinander liegenden Stellungen der an 128 größeren Durchmesser in verschiebbarem Ein-

dem Ecklagerarm 85 befestigten reflektierenden griff, welches an seinem oberen Ende in einer rohr-

Winkelfläche 84 Y und dem senkrecht bewegbaren 35 förmigen öffnung befestigt ist, die in dem Rückre-

Rückreflektor im Gehäuse 88 begrenzt, welches für flektorgehäuse 88 gebildet ist. welches von dem

senkrechte Bewegung an dem Spindelkopf 36 befe- senkrecht bewegbaren Spindelkopf 36 direkt getra-

stigt ist. Wie erwähnt, bewirkt senkrechte Bewegung gen ist. Der Rückreflektor 106 in dem Gehäuse 88 ist

des Spindelkopfes 36 eine entsprechende Längenän- mit drei orthogonalen inneren Reflektionsflächen

derung des parallelen Ausgangsstrahlenpfades OY 4° versehen, welche den Ausgangsstrahl OY entlang des

bzw. des Rückkehrstrahlenpfades RY, die miteinan- parallelen Rückkehrpfades RY reflektierend zurück-

der verbundene Teile des kontinuierlichen Meßstrah- führen können. Der Rückkehrstrahl RY wird wie-

les veriabler Länge umfassen. derum von der reflektierenden Winkelfläche 84 Y re-

Wahlweises Betätigen des Interferrometers 54 zum flektiert, welche den Rückkehrstrahl entlang eines Bestimmen der Bewegungsstrecke entlang der 45 querverlauienden Abstandspfades RS in einem fest X-Achse, Z-Achse oder K-Achse wird durch wahl- angeordneten Rohr 124 richtet. Obwohl in Fig.2 weises Einleiten einzelner Bewegung des Werkstück- nicht dargestellt ist ersichtlich, daß die Rückkehrtisches 20. des Ständers 32 bzw. des Spindelkopfes Strahlenpfade RS, RZ und RX sich jeweils in paralle-36 in ausgewählter Richtung entlang der zu messe- ler Abstandslage zu den Ausgangsstrahlenpfaden OS, nen Bewegungsachse hervorgerufen. Während sol- 50 OZ bzw. OX gemäß F i g. 1 befinden,
eher Meßbewegung eines besonderen Werkstückträ- In F i g. 4 ist das Mehrachsen-Laserinterferometer gers wird eine Dünen&ion&änderung in nur einem 54 in schematischer Teilansicht dargestellt zusamparallelen Paar von Ausgangs- und Rückkehrstrah- men mit den zugeordneten Achsen, entlang welcher lenpfaden hervorgerufen, und die verbleibenden mit- der kontinuierliche Meßstrahl läuft. Wie dargestellt, einander verbundenen Teilstrahlenpfade werden in 55 umfaßt das den Strahl sendende Interferometer 130 ihren voreingestellten Stellungen gehalten. ein einheitliches prismatisches Element mit drei Pris-

Ein einziges Paar von Lichtdetektoren in dem In- men, die entlang von Zwischenflächen 131 und 132 terferometer 54 spricht auf phasenverschiedene Si- durch Klebmittel aneinander befestigt sind. Die Zwignale an, um über Leiter 91 und 92 Ausgangssignale scLenfläche 131 umfaßt eine teilversilberte Fläche, zu schaffen, um den Zählstromkreis 93 zu betätigen. 60 um eine teilweise fichtdurchlässige und teilweise licht-Der Zählstromkreis 93 schafft Richtsignale zum Be- reflektierende Strahlteilerfläche zwischen den betätigen von Ausgangsleitern 96 und 97, um den nachbart zugeordneten Prismen zn schaffen. In ähn-Zweirichtungszähler 58 zu betätigen, wodurch die licher Weise ist die Zwischenfläche 132 teilversilbert. Anzeige 57 betätigt wird, um das Ausmaß der Bewe- Auf diese Weise ist das prismatische Element 130 gung entlang der X-Achse, y-Achse oder Z-Achse 65 mit zwei im Winkelabstand voneinander liegenden anzuzeigen. lichtstrahlteilenden Flächen oder Strahlteilerflächen

Nach Bewegung einer der Komponenten um eine 131 und 132 versehen,

vorbestimmte Strecke, wie sie durch die Anzeige 57, Im Abstand hinter dem prismatischen Interfero-

ίο

teilungsfläche 131. Der Strahlteile? 131 wirkt in be 5 AI? FnW f ^L'^chtde^ktoren 153 und 154. kannter Weise dahingehend den LaserauSLstrahl ίίΐ Folge empfangen die Lichtdetektoren 153 und 136 in zwei Stn^lÄli^ÄiS 5 ΗοΓπί Si TEf^oo^ *? T*¹

Bezugsstrrtlkotnponenttn 141 und 142unterteilt. SenienΞο

_?r ^sä^i^ &äs jssxrjh«--τ? "-ν?^Li°^hide-

Ausgangsstrahles 140 variabler Länge nach außen 15 stärkt sind werlS H ^d η ²^*⁰?*"* « vergerichtet. Der geteilte Strahl 140 variabler Länge PhaL-AbstTfvoίοη" Q^uadr^rabstand bzw. im wird von dem einheitlichen prismatischen Element ^utTuiZdT^V^ ^?^⁶" ^Si" 130 entlang eines mit O bezeichneten koinzidenten Stel untren mit on™«. Ψ ^{gemaß Fl gl 6 m}

Strahlenpfades variabler Länge nach außen gericht D SJeTihi μΤΤ-,Ί^ΤΛ ^^- Der Strahl O variabler Länge wird von dem Winkel- ₃₀ stärkt JrS-i,\ · 1 -> ^{147 bls 142 stdIen ver}" reflektor 110 entlang eines Strahlendes OX ZfStSSSPS^fä ^™?^ ™ (Fig.4) entlang der A^Achse gerichtet. Wie schema- tet sind Wiein ILf I ⁸^ ^F'^g"^{4 dngdei}" tisch dargestellt, wird der Strahl OX seinerseits J^/o?„ ,^{ie mFl} S"^{3 sche}maüsch dargestellt, wird durch dieVnkelfläche UX enTang des SS t s I₅TzVe^m Ve^k" S "S ^{dneS Ld}" hinten erstreckenden Pfades OZ im rechten Winkel _a5 Sn_fi 159 ™zL TZ P If ^ ¹⁵^^{nd Übet eÜie Ld}" reflektiert. Wie erläutert, wird der kontinuierliche S_P c!i^_t ™ Rechteckverstärker 160 gesendet. Strahl OZ durch die Winkelfläche T₉TmTSS_n S^fÄ"¹? ^SetZt„^siclL^{über Leitu}"8^ 1« und Winkel entlang eines Querpfades OS fester Länge S gaÄd^tiÄf^{11 T}°^re "f^{3 Und 164 für ne}" flektiert. Der Strahl OS setzt sich von der Winkel- £ We^e ^ -?^{VC Ζ}.^ώ1""8 zu aktivieren. In ähnlifläche 84 Y enüang des Strahlenpfades O Y zu dem 30 gendeTsSnaTvn J "»P^-bstand von 90- liem Gehäuse 88 aufgenommenen Rückreflektor IM S"iSSSZÄ·ί*¹*^^{153 Über dnen Ld}" fort. Vorzugsweise weist der Rückreflektor 106 ein 1ÄI» *·^{168 Und Über eine Lei}" Dreikantprisma auf mit drei orthogonalen reflektip ιτη%, w· · ⁸ · ^{um emen} Rechteckverstärker renden piächen. Auf diese Weise sSffideÄ ™ ΐ Π^Λ^^ ¹⁷° ^{ist Über Leiter} flektor 106 drei innere Reflektionen, um parallele 35 und 163 für n^? 1°' ^{Um logische Tore 164} Lage zwischen einem Eingangsstrahl OY und einem vieren V^₁ Γ ,^C ^ i^{Cgative Zählung zu akti}" Rückkehrstrahl RY aufrechtzuerhalten. Wie ei S" S S-⁰⁸^₁ ^{Toren lö} ™^{d 164 för ne}" wähnt, wird der kontinuierliche Rückkehrstrahl RY über LdS fn ^ S5 "ΐ^{8 Werden Signale <1ann} durch die Winkelfläche 84Y entlang des Rückkehr- richtunShie^sS^IJ _t ^Ubertragen' ^{um den Zwei}" pfades Ä5 quer reflektiert, wonach eine Reflexion 40 Wähfend SL A^f ^ im rechten Winkel durch die Winkelflächen 79Z ent- zähler 58 InLoS,^⁶⁰? T^{kt der Zw}eirichtungslang des kontinuierlichen Pfades RZ erfolgt. In gle - ches ein R^L, ^{8 d}' ^{C1D Signal m schaffen}' ^wel* cher Weise wird der StrahlÄZ variabler Lange dirch weder η de, PTf ^¹" ^darsteIlt- ^und ™'^{3Γ cnt}" die Winkelfläche 16X entlang des Strahlenpfades RX Nacidet ier in ^Vl ^{to Z}'^Achse

reflektiert. Der kontinuierliche Strahl RX Wird dann « 58 betäfiTwoJ ' ^Richtung^{en zähl}™^de Zähler durch die Winkelfläche 110 im rechten Winkel reflek welcheidfe Bewl," ¹^,-¹¹¹¹¹ ^ ^{SigDal OT Schaffen>} üert. wenn der kontinuierliche Strahl Λ in Richtung Sl kann αΓη^Λ^{86 6ntIang einer Achse an}gegen das Interferometer 130 gerichtet wird den „ΓΙ ^'-m ^ucl«^telisteuerung 98 betätigt wer-

In dem Rückkehφfad de it * bih T^i^ ^{m die} NullAusgangsstellung

egen das Interferometer 130 gerichtet wird den „ΓΙ ^-m ng 98 betätigt wer In dem Rückkehφfad des mit * bezeichneten räckzTteHen^i^n ^{m die} Null-Ausgangsstellung Strahles ist eine Viertelwellen-Phasenänderungsplatte ₅o SSuerZ' V^i ⁸⁰Jf"^"*, wird die Rück- 143 teilweise angeordnet, die in den Fig.4 und 5 se s eSrLJ · ^™™⁰^ ™ einen Rückdargetellt it Di Pl 143 il d L ?^

ileise angeordnet, die in den Fig.4 und 5 se s eSrLJ · ^ ™ einen Rück

dargestellt ist. Die Platte 143 teilt den sLhl R h, Schrank q?^?!⁵ P betätigen, der in dem zwei Komponenten 146 und 147, die vorzugsweise in entlane der A^Z^i ^ &λ& ^{l Und 3)}' ^{um Signale} Quadraturabstand liegen bzw. eine Phasenverschie- um SShw ⁸^⁸ ^⁶-"^{2 wd 103 m schaffen}' bung um 90° aufweisen. Die symmetrischen Strahl- 55 auf NuU zmSSwaW^{betatlgen und die} ^W & komponenten werden entlang eines geteilten Strah- Wie in FiΤΤΤ „

lenpfades 151 gerichtet, der in Fi g. 4 in dem einheit- Werkstücktkcl, in Ψ * ^{% kann der bewe}S^bare bchen Element 130 schematisch angedeutet ist Die 54 Λ veriw· * t^{mem ab}g^eänderten Träger Strahlenkomponenten, die entlang des Pfades 151 namteSSSwS??* *? ^emhdöiches ^*" veraufen werden dann durch die halbreflektierende 60 177 und WmA₁Jτ??""**!?^* ^™™? Zwischenfläche 132 in getrennte Strahlen koinzident nier™νοΐ, sSS"?Tίΐ™^{d 1}^⁶*⁵*""*!: zu den Strahlenkomponenten 141 und 142 geteilt enflm» ThJwT^? ^{Smd Λε Pns}men 177 und 178 Mit 141 und 142 smd getrennte sSuS&bt SSdtnffiSSw?*'· ^Mf⁶, ^{refleMerender} zeichnet, die jeweils mit phasenverschiedenen Korn- 135^ Sr Se Wn TF^ ^{befestigL Der LaSef} ponenten variabler Länge des Strahlenpfads 151 6₅ demft£jSwSS? 5*55"ft *"**"· ^ ?

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Beim Neukombinieren mit den Bezugsstrahlkom-

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zurückgeführten Teile der geteilten Strahlen neu zu dann entlang des gleichen Strahlenpfades gerichtet kombinieren. Der einzige Eintrittslichtstrahl 136 Λ und durch die Innenwand des Prismas 177 entlang wird durch die Zwischenfläche 179 in zwei geteilte eines Pfades innen reflektiert, der zu dem ursprüngli-Strahlen 184 und 185 geteilt. Der innere Bezugs- chen geteilten Ausgangsstrahl 185 koinzident ist. Der strahl 184 wird durch eine reflektierende innere Sei- 5 Ausgangsstrahl Ϊ85 wird dann durch die Zwischentenwand des Prismas 178 senkrecht nach unten ge- fläche 179 entlang von Pfaden reflektiert, die zu den richtet und durch phasenverschiebende Reflektoren durch Reflektion zurückgeführten Strahlenteilen 143/4 und 143 B durch Reflektion zurückgeführt, die 184/71 und 184/7 2 koinzident sind. Auf diese durch Klebung an der Prismabasis befestigt sind. Weise wird der Rückkehrstrahl variabler Länge mit Von den Flächen 143 A und 143 B werden die pha- io den betreffenden Bezugsstrahlenteilen kombiniert, senverschiedenen Strahlenteile 184R 1 und 184Rl um phasenverschiedene Ausgangsstrahlteile zu schafdurch Reflektion entlang von Pfaden koinzident mit fen, die mit Oi? 1 und OR 2 bezeichnet sind. Die dem Ausgangsbezugsstrahl 184 zurückgeführt. Die Ausgangsstrahlenteile betätigen betreffende Lichtde-Strahlenteile 184 Rl und 184/7 2 setzen sich durch tektoren 153Λ und 154A, um phasenverschiedene die Zwischenfläche 179 fort, um mit den durch Re- 15 Signale zu schaffen, um den Zählstromkreis 93 zu flektion zurückgeführten Teilen des Ausgangsstrahles betätigen. Wie schematisch dargestellt, werden Quer-185 neu kombiniert zu werden, um Lichtdetektoren linien 76XA, 79ZA und S4YA hinsichtlich der 153 A und 154 Λ zu betätigen. Zur gleichen Zeit Funktion als analog zu reflektierenden Flächen angesetzt sich die andere Hälfte des Strahles von dem La- sehen, welche zu messende Teilstrahlpfade begrenser 135 Λ von der reflektierenden Innenfläche des ao zen. Der Rückkehrreflektor 88 Λ kann als Rückre-Prisma 177 fort, um einen Ausgangsstrahl O varia- flektor wirken. Auf diese Weise kann das Interferobler Länge zu schaffen. meter 130 Λ gemäß F i g. 7 als eine Abwandlung des Wie in F i g. 7 schematisch dargestellt, wird der Interferometers 130 gemäß den F i g. 1 und 2 vereinzige Ausgangsstrahl O variabler Länge durch Re- wendet werden.

flektion als eine Mehrzahl von verschiedenen Seg- 35 Vorzugsweise ist der in Verbindung mit den

menten OX, OZ, OS und OY zu einem Rückehrre- F i g. 4 und 7 beschriebene Laser 135 ein in einer

flektor 88 A übertragen, der an dem Spindelkopf 36 einzigen Arbeitsweise arbeitender einen kontinuierli-

für Bewegung mit diesem angebracht sein kann. Von chen Strahl erzeugender Helium-Neon-Gaslaser, der

dem Reflektor 88 A wird der Ausgangsstrahl durch mit einer Wellenlänge von 6328 Angström arbeitet

Reflektion entlang eines koinzidenten Pfades, darge- 30 und der einen intensiven Lichtstrahl aussenden kann,

stellt als Strahlsegmente RY, RS, RZ und RX, zu der für Langwegarbeiten in einer interferometrischen

dem einzigen koinzidenten Rückkehrstrahl O zurück- Längenmeßvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist,

geführt. Der koinzidente Rückkehrstrahl O wird besonders geeignet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 betätigt worden ist, bewegt hat, und durch eine Patentansprüche: Einrichtung (101) zum Voreinstellen der Anzeige auf NuIL

1. Dreidimensionale Meßvorrichtung zum 4. Dreidimensionale Meßvorrichtung nach An-Messen des Ausmaßes der Bewegung der beweg- 5 sprach I₃ gekennzeichnet durch Teleskoprohre baren Teile einer Werkzeugmaschine entlang (127,128), die jeweils an ihrer Basis zwischen den dreier verschiedener Achsen, mit einem entlang bewegbaren Teilen und dem Bett derart befestigt eines Maschinenbettes verschieblichen Werk- sind, daß sie die Lassrmeßstrahlen, die zwischen stücktisch (X-Achse), einem senkrecht zum ihnen übertragen werden, vollständig einschlie-Werkstücktisch verschieblichen Ständer io ßen.

(Z-Achse) und einem das Werkzeug haltenden,
am Ständer in senkrechter Richtung (Y-Achse)

bewegbaren Spindelkopf, wobei mit dem Werk-

stücktisch ein Laserinterferometer verbunden ist,
das einen Ausgangsmeßstrahl variabler Länge 15

aussendet, dessen von einem Rückreflektor in Die Erfindung bezieht sich auf eine dreidimensioparalleler Richtung zum AusgangsmeßstraM zu- nale Meßvorrichtung zum Messen des Ausmaßes der rückreflektierter Rückkehrstrahl im Interferome- Bewegung der bewegbaren Teile einer Werkzeugmater mit einem Bezugsstrahl fester Länge kombi- schine entlang dreier verschiedener Achsen, mit niert wird, um zwei Lichtdetektoren beaufschla- 20 einem entlang eines Maschinenbettes verschieblichen gende Interferenzmuster zu schaffen, dadurch Werkstücktisch (X-Achse), einem senkrecht zum gekennzeichnet, daß das am Werkstück- Werkstücktisch verschieblichen Ständer (Z-Achse) tisch (20) befestigte Laserinterferometer (54) und einem das Werkzeug haltenden, am Ständer in einen Ausgangsmeßstrahl (OX) veränderlicher senkrechter Richtung (Y-Achse) bewegbaren Spin-Länge zu einer am Maschinenbett (14) befestig- 25 delkopf, wobei mit dem Werkstücktisch ein Laserten winkelförmigen reflektierenden Fläche (76 X) interferometer verbunden ist, das einen Ausgangsaussendet, der von dort entlang eines Strahlen- nießstiahl variabler Länge aussendet, dessen von pfades (OZ) veränderlicher Länge zu einer am einem Rückreflektor in paralleler Richtung zum Ständer (32) befestigten winkelförmigen reflektie- Ausgangsmeßstrahl zurückreflektierter Rückkehrrenden Fläche (79Z), von dieser entlang eines 30 strahl im Interferometer mit einem Bezugsstrahl fe-Strahlenpfades (OS) fester Länge zu einer an der ster Länge kombiniert wird, um zwei Lichtdetektoren gegenüberliegenden Seite des Ständers (32) befe- beaufschlagende Interferenzmuster zu schaffen,
stigten winkelförmigen reflektierenden Fläche Laserinterferometer sind bisher in begrenztem (84 Y) und von dieser entlang eines Strahlenpfa- Ausmaß verwendet worden, um genaue Bewegung des (OY) veränderlicher Länge zu einem am 35 eines Maschinenelementes entlang einer einzigen Spindelkopf (36) befestigten Rückreflektor (106) kraftangetriebenen Bewegungsachse hervorzurufen, reflektiert wird, und daß von dort der Rückkehr- Wenn eine Messung von Bewegung entlang zweier strahlenpfad (RY, RS, RZ, RX) über die Winkel- verschiedener Achsen notwendig ist, sind bei einer flächen (84 Y, 79 Z, 76 X) parallel zu den Aus- solchen Ausführung zwei getrennte Interferometer gangsmeßstrahlen (OY, OS, OZ, OX) zum Inter- 4° und zwei vollständig getrennte und unabhängig betäferometer (54) zurückgeführt wird, wo er mit tigbare optische Systeme notwendig, um eine Meseinem Bezugsstrahl (138) fester Länge kombi- sung entlang der verschiedenen Achsen auszuführen, niert wird, um abhängig davon einen Zähler (57, Dadurch wird die Meßvorrichtung vergleichsweise 58) zur Anzeige des Ausmasses der Bewegung kompliziert und teuer.

der relative zueinander bewegbaren Maschinen- 45 Demgegenüber besteht die durch die Erfindung zu

teile (20, 32, 36) entlang der X, Y oder Z-Achse lösende Aufgabe darin, eine Meßvorrichtung der ein-

zu betätigen. leitend genannten Art zu schaffen, die mit nur einem

2. Dreidimensionale Meßvorrichtung nach An- einzigen Interferometer sowie einem einzigen halbspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Be- transparenten Strahlteiler zur Aufteilung und zugsstrahl fester Länge in zwei Komponenten 50 Wiedervereinigung des Ausgangsstrahls variabler (141, 142) unterteilt ist, deren eine (141) auf Länge und eines Bezugsstrahls fester Länge arbeitet, einen ersten Lichtdetektor (153) und deren an- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch dere (142) auf einen zweiten Lichtdetektor (154) gelöst, daß das am Werkstücktisch befestigte Lasergerichtet ist, und daß der Rückkehrstrahl auf eine interferometer einen Ausgangsmeßstrahl veränderli-Phasenänderungsplatte (143) gerichtet ist, die 55 eher Länge zu einer am Maschinenbett befestigten den Rückkehrstrahl in zwei phasenverschiedene winkelförmigen reflektierenden Fläche aussendet, der Komponenten (14o, 147) teilt, die mit den beiden von dort entlang eines Strahlenpfades veränderlicher Komponenten (141, 142) des Bezugsstrahls fester Länge zu einer am Ständer befestigten winkelförmi-Länge kombiniert werden, um die beiden Licht- gen reflektierenden Fläche, von dieser entlang eines detektoren (153, 154) in Phasenbeziehung zu ak- 60 Strahlenpfadss fester Länge zu einer an der gegentivieren, um einen Zweirichtungszähler (57, 58) überliegenden Seite des Ständers befestigten winkelzur Anzeige des Ausmasses und der Richtung der förmigen reflektierenden Fläche und von dieser entBewegung zu betätigen. lang eines Strahlenpfades veränderlicher Länge zu

3. Dreidimensionale Meßvorrichtung nach An- einem am Spindelkopf befestigten Rückreflektor respruch 1, gekennzeichnet durch eine in dem Zäh- 65 flektiert wird, und daß von dort der Rückkehrstrahler (58) vorgesehene einstellbare Anzeige (57) zur lenpfad über die Winkelflächen parallel zu den Aus-Anzeige des genauen Ausmasses der Strecke, um gangsmeßstrahlen zum Interferometer zurückgeführt idie sich irgendeiner der bewegbaren Teile, der wird, wo er mit einem Bezugsstrahl fester Länge