DE2549082A1 - Einrichtung zur kompensation von messfehlern - Google Patents

Einrichtung zur kompensation von messfehlern

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DE2549082A1
DE2549082A1 DE19752549082 DE2549082A DE2549082A1 DE 2549082 A1 DE2549082 A1 DE 2549082A1 DE 19752549082 DE19752549082 DE 19752549082 DE 2549082 A DE2549082 A DE 2549082A DE 2549082 A1 DE2549082 A1 DE 2549082A1
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DE
Germany
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measuring
pendulum
axis
interferometer
rocker
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Withdrawn
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DE19752549082
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English (en)
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Heinz Lotz
Max Nestler
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Jenoptik AG
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Jenoptik Jena GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/248Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves using special electromagnetic means or methods
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • GPHYSICS
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Description

  • Einrichtung zur Kompensation von Meßfehlern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur ompensation von Meßfehlern, insbesondere für Längenmeßmaschinen, bei denen das Äbbe'sche Komparatorprinzip nicht eingehalten ist. Sie ist ebenfalls in Werkzeugmaschinen anwendbar.
  • serhr genaue Längenmessungen werden heute weniger auf der Basis eines Vergleichs zwischen Meßstrecke und einem als tänennormal dienenden Strichmaßstab durchgeführt, sondern auf Grund der Meterdefinition als Vergleich zwischen Meßstrecke und der Lichtwwellenlänge. Als Meßeinrichtung dienen hierzu Interferometer, die als Lichtquelle monochromatische Spektrallampen, Kristall oer Gaslaser verwenden. Bei diesen Messungen ist die Einhaltung des Abbe'schen Tlompzrat orprinzips, d. h. die Forderung, daß Iteßstrecke und Vergleichsetrecke fluchtend hintereinander angeordnet sind, unbedingt erforderlich, wenn man den Vorteil der hohen Meßgenauigkeit des M.eßsystems vollständig nutzen will.
  • Für Längenmeßmaschinen, in denen das Laserwegsystem zur Anwenndung kommt, vmrde aber ein Meßaufbau nach dem Abbe'schen Komparatorsystem entweder die Baugröße der Meßmaschine nachteilig beeinflussen oder die Meßmöglichkeiten stark einschränken.
  • Es erscheint daher sinnvoll, auch bei anwendung der interferometrischen Längenmessung das Abbe'sche Komparatorprinzip zu verletzen und die Meßfehler durch geeignete Einrichtungen zu kompensieren.
  • Eine solche Einrichtung XJurde bereits für Steigungsmessungen ein Wälzschraubtrieben vorgeschlagenUm die Steigung eines Gewindes, bezogen auf die Spindelachse, zu bestimmen, werden Spiegelsysteme in den Strahlengang eines Interferometers eingesetzt. Diese bewir½en, daß der einer der Mutter bei einer rotierenden Spindel im gleichen seitlichen Abstand von der Spindelachse gemessen wird. Durch Mittelung zweiter Meßwerte erhält man die Steigung bezogen auf die Spindelachse. Diese inrichtung hat jedoch den achtel, daß die handelsüblichen Ausführungen der Laserwegmeßsysteme durch Sonderanfertigungen optischer Bauelemente, wie z. B. einen in seinem Tripelpunkt durchbrochenen Tripelspiegel ergänzt werden müssen. Die Herstellung eines derartigen Tripelspiegels erfordert hohe Präzision und ist daher zeit- und kostenaufwendig. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Einrichtung zwar für Gewindemessungen brauchbar erscheint, für die einer Längenmeßmaschine anfallenden verschiedenen Meßaufgaben aber nicht bzw.
  • nicht vorteilhaft anwendbar ist.
  • Bei einer bekannten I£ompensationseinrichtung zur 'uS-hebung von Kippfehlern, in d er ein grünling und ein Kopieroriginal parallel und unbe':'eglich übereinander im Bett einer Meßmaschine, Teilmaschine o. ä. angeordnet sind, werden die durch Fhler in den Führungsbahnen verursachten Kippungen eines ffießschlittens dadurch kompensiert, daß die zum fositionieren und Ausmessen erforderlichen Elemente, wie z. B. Lichtquelle, Meßmikroskop und Einstellmikroskop gemeinsam auf einer Pendel schwinge angeordnet sind, die in dem zu bewegenden Schlitten in Richtung der Meßachse schenkbar angeordnet ist.
  • Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß durch des am Meßschlitten pendelnd aufgehängte Meßsystem zIar die Fehler der Führungsbahnen kompensiert werden, aber die fehler infolge elastischer Verfer.mung des Grundbettes, die bei --:echselnder Belastung der Meßmaschine entstehen, gehen nach wie vor in das M'eßergebnis ein.
  • Bei einer anderen bekannten Einrichtung, bei der das Längenmeßsystem ebenfalls parallel zur Meßachse liegt, ist zum Ausgleich kleiner Neigungen des Meßschlittens ein pendelndes optisches Element im Strahlengang vorgesehen. Der Nachteil ist der gleiche wie bei der vorher genannten Kompensationseinrichtung.
  • Zweck der Erfindung ist es, den Vorteil der hohen Meßgenauigkeit des Laserwegmeßsystems auch bei Anwendung dieses Me9systems in Längenmeßmaschinen und Werkzeugmaschinen zu nutzen.
  • Die rufgabe der Erfindung besteht darin, Meßfehler, die durch Führungsfehler in der Meßeinrichtung sowie durch elastische Verformungen des Maschinenbettes entstehen, von vornherein vollständig zu kompensieren.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Längenmeßmaschinen und Werkzeugmaschinen mit einem aue Beleuchtungseinrichtung, Interferometerfernrohr und Reflexionssystem bestehenden Interferometer als Meßsystem das Interferometerfernrohr am Maschinenbett pendelnd aufgehängt ist, die Pendelachse sich mit der Meßachse schneidet und die Interferometerachse und die Meßachse in einer gemeinsamen lotrechten Ebene liegen, daß das Reflexionssystem an einem am Maschinenbett längs verschiebbaren Meßwagen pendelnd auf gehängt ist, wobei die Pendelachse sich mit der Meßachse schneidet und daß die eleuchtungseinrichtung fest oder pendelnd am Maschinenbett angeordnet ist.
  • Ebenso ist es möglich, das Interferometerfernrohr pendelnd am Heßwagen und das Reflexionssystem pendelnd am Maschinenbett anzuordnen.
  • Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung wird erreicht, wenn das Interferometerfernrohr und/oder das Reflexionissystem an einer Schwinge BCT befestigt ist, die an einem Pendel dreh bar gelagert und an einem Fest punkt B des Meßwagens angekoppelt ist und der Schwerpunkt der Schwinge BCT im Drehpunkt liegt.
  • Es ist auch vorteilhaft, die Brehachsen für Pendel und Schwinge als Kreruzbandfedergelenke oder Rollbandfedergelenke auszubilden.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Koppel der Schwinge als Federstab oder als Schwingsstift, der die Schwinge mit einem festpunkt des Meßwagens über zwei Zugfedern zwangsfrei und kraftschlüssig verbindet, ausgebildet ist.
  • Zur Dämpfung der Bewegungen des Pendels ist eine geeignete Dämpfungseinrichtung vorgesehen.
  • Durch die Erfindung wird erreicht, daß die mit interferometrischen Meßsystemen erzeilbare hohe Genauigkeit der Länren- bzw. Wegmessung nicht durch Fehler in sen Führungs bahnen oder elastische Verformungen des Maschinenbettes der Teßmaschinen und Werkzeugmaschinen emindert wird und daß die handelsüblichen Ausführungen der Laserwegmeßsysteme zur Anwendung kommen können.
  • tfIit einem einzigen Tripelprisma sind alle bei einer Längenßmaschine anfallenden Lleßaufgaben, wie hußen-, Innen-, Steigungs- und Teilungsmessungen durchführbar.
  • Die Erfindung soll nachstehend an einem AusführungsbeispIel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Teig, 1 eine Längenrneßmaschine in Seitenansicht; Fig. 2 die Längenmeßmaschine nach Fig. 1, wobei das Triwpelprisma an einer Schwinge befestigt ist; Fig. 3 ein Rollbandfedergelenk.
  • In Fig. 1 ist eine Längenmeßmaschine dargestellt, bei der das aus Beleuchtungseinrichtung 1 (Laserlichtquelle), Interferometerfernrohr 2 und Reflexionssystem 3 bestehende interferometrische Meßsystem unterhalb der meßachse 4 angeordnet ist. Das Reflexionssystem, welches als Planspiegel, Tripelspigel oder Oriwpelprisma ausgeführt werden kann, ist so am Meßwagen 5 aufgehängt, daß sich die Pendelachse 6 mit der Meßachse 4 schneidet. Das Pendel hängt infolge der Schwerkraftwirkung an jeder Stelle des Meßwagens 5 genau senkrecht, unabhängig davon, ob der Meßviagen 5 durch eine fehlerhafte Führung auf dem Maschinenbett 7 von einer TMeßstelle zur anderen geringe Winkeländerungen erfahren hat. Auf diese Weise ist es möglich, durch Führungsfehler hervorgerufene Meßfehler vollkommen zu kompensieren. Lageänderungen des Interferometerfernrohres 2, die durch Belastungsänderungen des Maschinenbettes 7 entstehen, können dadurch kompensiert werden, daß das Interferometerfernrohr 2 pendelnd em I.aUchinenbett 7 aufgehängt wird, wobei sich die Pendelachse 8 mit der Meßachse 4 schneidet. Zur BPS:npfung der Bewegung der beiden Pendel ist eine geschwindigkeitsabhändige Dämpfungseinrichtung 9 vorgesehen, die als Wirbelstrombremse oder Flüssigkeits- bzw. Luftdämpfung ausgeführt ist.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 1 ist am Maschinenblatt 7 fest angebracht. Sie kann aber auch pendelnd daran befestigt sein.
  • Für die Längenmeßmaschine ist es hCuSig auf Grund der verschiedenen Meßaufgaben nicht möglich, den Pendeldrehpunkt körperlich in der Ixeßachse unterzubringen. r diesen Fall, der in Fig. 2 dargestell' ist, wird die Pendelachse 6; 8 höher oder tiefer in einen meß'::agen- bzw. meßbettfesten Punkt gelegt und das Reflexionssystem 3 bzw. das Interferometerfernrohr 2 an einer zwangsläufig gesteuerten Schwinge BCT befestigt, welche in Fig. 2 über eine gabelförmige Koppel 10 mit dem meßagenfesten Koppelpunkt B in Verbindung steht. Der Drehpunkt C der Schwinge BCT liegt am Pendel und der Schwerpunkt der Schwinge BCT in ihrem Drehpunkt C. Für die Punktion wird vorausgesetzt, daß bei einer Kippung des Meßwagens 5 um den Punkt D in der Meßachse 4 das beispielsweise als Tripelprisma ausgebildete Reflexionssystem 3 genau lotrecht unter dem Punkt D stehen bleibt, d. h. daß für das Reflexionssystem 3 keine horizontalen Verschiebungen auftreten. Dies wird erreicht, wenn die Strecke AD gleich der Strecke CT und die Strecke AB gleich der Strecke BC ist. Eine Drehung des Meßwagens 5 mit den Festpunkten A und B um eine beliebige Achs. senkrecht zur Zeichenebene kann auf Grund der allgemein gültigen Lehrsätze der Bewegungslehre als Drehung um die Achse D sowie als horizontale Bewegung parallel zur Meßachse 4 und vertikale Bewegung rechtwinklig zur Meßachse 4 zerlegt werden. Die horiz:ntale Bewegung geht voll in die Messung ein und die vertikale Bewegung rechtwinklig zur Meßachse ergibt einen vernachlässigbaren Meßfehler zweiter Ordnung. Auch eine derartig. Einrichtung kompensiert die muTeßfehler erster ordnung, die durch Führungsfehler des Meßschlittens entstehen würden.
  • In analoger Weise können Fehler infolge elastischer Verformung des Maschinenbettes vermieden werden.
  • Die am unteren Ende des Pendels befindliche Pendelmasse 11 bewirkt zusammen mit der Dämpfungseinrichtung 9 eine Unterdrückung der Schwingbewegung des Pendels.
  • Da Pendel und Schwinge nur sehr geringe Drehbewegungen ausführen, werden deren Drehachsen zweckmäßig als Federgelenke, z. B. Kreuzbandfedergelenke oder Rollbandfedergelenke (Fig. 3) ausgebildet. Diese Lagerungen sind völlig Spielfrei, unempfindlich gegen Erschütterungen und keiner Abnutzung unterworfen. Beim Rollbandfedergelenk treten außerdem keine Rückstellkräfte auf.
  • Die am Beispiel der Längenmeßmaschine dargestellte Kompensationseinrichtung ist selbstverständlich auch in anderen Meßmaschinen (Meßkomparatoren), z. B. Mehrkoordinatenmeßmaschinen, oder in Werkzeugmaschinen einsetzbar, die als Meßsystem ein Interferometer besitzen oder mit einem Laserinterferometer geprüft werden sollen.

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    Einrichtung zur Kompensation von meßfehlern infolge von Dührungsfehlern und elestischen Verwormungen an LGingenmeßmaschinen und Werkzeugmaschinen mgt einem aus Peleuchtungseinrichtung, Interferometerfernrohr und Reflexionssystem bestehenden Interferometer als ffießsystem, dadurc! gekennzeichnet, daß das Interfeerometerfernrohr (2) am Maschinenblatt (7) pendelnd aufgehängt ist, die Pendelachse (8) sich mit der Meßachse (4) schneidet und die Interferometerachse und die Me4achse in einer gemeinsamen lotrechten Ebene liegen; daß das Reflexionssystem an einem am Maschinenblatt (7) längs verschiebbaren Neßwagen (5) pendelnd aufgehängt ist, wobei die Pendelachse (6) sich mit der Meßachse (4) schneidet, und daß die Beleuchtungseinrichtung (1) fest oder pendelnd am Laschinenbett (7) angeordnet ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometerfernrohr (2) pendelnd am .reßvagen (5) und das Reflexionssystem (3) pendelnd am T:=aschinenbett (7) angeordnet ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da ß das Interferometerfernrohr (2) und/oder das Reflexionssystem (3) an einer Schwinge BCT befestigt ist, die an einem Pendel drehbar gelagert und an einem Fest punkt B des Meßwagens (5) angekoppelt ist und der Schwerpunkt der Schwinge BCT im Drehpunkt C liegt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen für Pendel und Schwinge als Kreuzbandfedergelenke ausgeb bildet sind.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen für Pendel und Schwinge als Rollbandfedergelenke ausgebildet sind.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel (10) der Schwinge BOT als Federstab ausgebildet ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel (10) der Schwinge BCT als Schwingstift ausgebildet ist, der die Schwinge mit dem Festpunkt B des Meßwagens über zwei 7zugfedern zwangsfrei und kraftschlüssig verbindet.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung der Bewegung der Pendel eine geeignete Schwingdämpfung (9) vorgesehen ist, L e e r s e i t e
DE19752549082 1974-12-18 1975-11-03 Einrichtung zur kompensation von messfehlern Withdrawn DE2549082A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0053199A1 (de) * 1980-12-02 1982-06-09 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Verfahren zum schrittweisen Messen von geometrischen Grössen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
FR2542080A1 (fr) * 1983-03-02 1984-09-07 Manurhin Dispositif de mesure de cotes horizontales sur une piece
DE102007018865A1 (de) * 2007-04-19 2008-10-30 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Längenmesssystem für eine Werkzeugmaschine

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EP0053199A1 (de) * 1980-12-02 1982-06-09 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Verfahren zum schrittweisen Messen von geometrischen Grössen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
FR2542080A1 (fr) * 1983-03-02 1984-09-07 Manurhin Dispositif de mesure de cotes horizontales sur une piece
DE102007018865A1 (de) * 2007-04-19 2008-10-30 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Längenmesssystem für eine Werkzeugmaschine

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