DE3132383A1 - Standard of length for checking the accuracy of measurement of coordinate measuring devices - Google Patents

Standard of length for checking the accuracy of measurement of coordinate measuring devices

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DE3132383A1 DE19813132383 DE3132383A DE3132383A1 DE 3132383 A1 DE3132383 A1 DE 3132383A1 DE 19813132383 DE19813132383 DE 19813132383 DE 3132383 A DE3132383 A DE 3132383A DE 3132383 A1 DE3132383 A1 DE 3132383A1
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Abstract

The invention relates to a standard of length for checking the accuracy of measurement of coordinate measuring devices, in which there are provided two scannable balls which are held at a known separation (spacing, distance) from one another and have a precisely machined surface. The position of at least one of the two balls can be varied inside the measurement volume of the coordinate measuring device. In order to exclude temperature-induced changes in length such as occur with spherical end-measuring gauges (spherical gauge blocks), and in order to be able to use the standard of length universally and for comprehensive checking, the balls are held on a carrier such that the separation can be varied. The separation of the balls is monitored continuously interferometrically. For this purpose, the balls are hollow-bored at least partially along the course of the measurement beam of the interferometer arrangement and arranged to have the same axis relative to the measurement beam. The optically active parts of the interferometer arrangement - interferometer divider with active layer and triple reflector with a centrally symmetrical point - are arranged in the interior of the calibrated balls in such a way that their critical geometric location is at the centre of the ball. As a result, only the centre separation is determined irrespective of any possible swinging of the balls. So as to permit different positions of the balls inside the measurement volume and to avoid collisions with components of the coordinate measuring device, the carrier can itself be inherently capable of changing length as well as pivoting and inclining. <IMAGE>

Description

Längennormal zur Überprüfung der Length standard for checking the

Meßgenauigkeit von Koordinaten MeBgeräteas' Die Erfindung betrifft ein Längennormal zur Überprüfung der Meßgenauigkeit von Koordinaten-Meßgeräten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-OS 26 03 376 als bekannt hervorgeht In dieser Druckschrift wird ein hantelförmiges Kugel-Endmaß vorgeschlagen, von denen die eine Kugel in einer Pfanne auf dem Meßtisch aufliegt und die andere Kugel von einer höheneinstellbaren, ebenfalls mit einer Pfanne versehenen Stütze getragen wird Außer der Verwendung derartiger hantelförmiger Kugel-Endmaße können Mehrkoordinaten-Meßgeräte auch noch durch Parallele Endmaße und durch zinnenförmige Stufen-Endmaße hinsichtlich ihrer Genauigkeit überprüft werden; es sei in diesem Zusammenhang beispielsweise auf eine Veröffentlichung in der VDI-Zeitschrift 1980, Seiten 535 ff verwiesen Der Einsatz von Endmaßen und Stufen-Endmaßen hat jedoch verschiedene Nachteile, die sich vor allem bei der Überprüfung von Koordinaten-Meßgeräten auswirken: Die Temperatur, evtl. Measurement accuracy of coordinates MeBgeräteas' The invention relates to a length standard for checking the measuring accuracy of coordinate measuring machines according to the preamble of claim 1, as it is for example from DE-OS 26 03 376 as is known In this publication, a dumbbell-shaped ball gauge block is proposed, one of which lies in a pan on the measuring table and the other Ball from a height-adjustable support, also provided with a pan Besides the use of such dumbbell-shaped ball gauges Multi-coordinate measuring devices also with parallel gauge blocks and crenellated ones Step gauge blocks are checked for accuracy; be it in this one Connection, for example, to a publication in the VDI magazine 1980, Pages 535 ff referenced The use of gauge blocks and step gauge blocks has, however different Disadvantages, which are especially evident when reviewing of coordinate measuring machines: The temperature, possibly

auch die Temperaturverteilung innerhalb des Endmaßes bzw. im Stufen endmaß-Grundkörp er wäre im Kalibrierzustand als auch beim Einsatz auf dem Koordinaten-Meßgerät zu jedem Meßzeitpunkt zu erfassen wn mit dem tatsächlichen Längenausdehnungskoeffizienten die erforderliche Ausdehnungkorrektur zu errechnen. Alle im späteren Einsatz auf einem Koordinaten-Meßgerät zu verwendenden Abstände müssen gemäß einer meßtechnischen Grundregel etwa fünfmal so sicher bekannt sein, wie die erwartete Meßunsicherheit des Koordinaten-Meßgerätes. Dies erfordert eine aufwendige vorherige Kalibriermessung für die bei der Überprüfung verwendeten Endmaße. Die unvermeidbaren maßlichen Veränderungen durch Verbiegung in verschiedenen räumlichen Anordnungen bzw. Aufspannungen in geneigtem Zustand im Vergleich zu der Lage bei der Kalibriermessung können erhebliche Werte erreichen. Die Präzisionsfertigung eines Endmaß-Satzes bzw. eines Stufen-Endmaßes mit vielen geläppten Meßflächen und deren periodische Kalibrierung zur Feststellung einer evtl. alterungsbedingten Längenänderung stellt einen hohen Kostenfaktor für den Anwender dar. Endmaße und Stufen-Endmaße werden z.Z. nur bis 1 m Länge hergestellt, wärend zur Genauigkeitsprüfung von Koordinaten-Meßgeräten mit mittleren Maßbereichen in der raumdiagonalen Richtung schon Längennormale von ea. 2,5 m benötigt werden.also the temperature distribution within the gauge block or in stages final dimension base body it would be in the calibration state as well as when used on the coordinate measuring machine to be recorded at each measurement time with the actual coefficient of linear expansion calculate the required expansion correction. All in later use A coordinate measuring device to be used distances must be according to a metrological The basic rule must be known about five times as reliably as the expected measurement uncertainty of the coordinate measuring machine. This requires a complex prior calibration measurement for the gauge blocks used in the check. The inevitable dimensional changes by bending in different spatial arrangements or clamping in an inclined position State compared to the position during the calibration measurement can have significant values reach. The precision manufacturing of a set of gauge blocks or a step gauge block with many lapped measuring surfaces and their periodic calibration for determination a possibly age-related change in length represents a high cost factor for the user. Gauge blocks and step gauge blocks are currently only manufactured up to 1 m length, while for checking the accuracy of coordinate measuring machines with medium dimensional ranges in the room diagonal direction, length standards of about 2.5 m are required.

Die Handhabung und Aufspannung solch langer körperlicher Präzisions-Langennormale am Koordinaten-Meßgerät wäre sehr problematisch. Es können mit Parallel-Endmaßen bzw.The handling and stretching of such long physical precision long standards on the coordinate measuring machine would be very problematic. It can with parallel gauge blocks respectively.

Stufen-Endmaßen und auch mit den bekannten Kugel-Endmaßen notwendigerweise nur Abstände zwischen den tatsächlich vorhandenen antastbaren Flächen bestimmt werden, feinere Abstufungen bzw Abstände sind nicht darstellbar. Die Oberflache jeder Meßfläche muß sehr gut ausgebildet sein. Vorhandene Welligkeiten oder Schieflagen bewirken einen unerwünschten Fehlereinfluß, wenn nicht exakt in der Meßlinie angetastet wird.Step gauge blocks and also necessarily with the known ball gauge blocks only the distances between the actually existing touchable surfaces are determined, finer gradations or distances cannot be displayed. The surface each measuring surface must be very well designed. Any waviness or misalignment cause an undesirable error influence, if not touched exactly in the measuring line will.

Aufgabe der Erfindung ist es, wenigstens den schwerwiegendsten der obenerwähnten Nachteile, nämlich die Temperaturabhängigkeit des Längennormales zu beseitigen.The object of the invention is at least the most serious of the the disadvantages mentioned above, namely the temperature dependence of the length normal remove.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Es ist dadurch ein Kugel Endmaß geschaffen, bei dem der Abstand der Kugeln direkt ebn die Wellenlängendefinition des Meters angeschlossen ist.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features solved by claim 1. This creates a ball gauge block in which the distance the spheres are directly connected to the wavelength definition of the meter.

Durch die Anordnung der optischen Bauteile in den Kugelmittelpunkten ist der Einfluß von Kippbewegungen der Kugeln - sei es aufgrund einer Durchbiegung des Trägers durch sein Eigengewicht, sei es aufgrund einer Verbiegung der Kugelhalterung beim Antasten - eliminiert. Auch temperaturbedingte Längenänderungen des Trägers und Abstandsänderungen der Kugeln, die auf eine Verbiegung oder Verformung des Trägers zurückzuführen sind, haben keine Fehlerauswirkungen, da durch die Interferometeranordnung nur der Abstand der Kugelmittelpunkte erfaßt wird.Due to the arrangement of the optical components in the centers of the spheres is the influence of tilting movements of the balls - be it due to a deflection of the carrier by its own weight, be it due to a bending of the ball holder when touching - eliminated. Also temperature-related changes in length of the beam and changes in spacing of the balls resulting from bending or deformation of the carrier are due, have no effect on errors, because of the interferometer arrangement only the distance between the centers of the spheres is recorded.

Dem Koordinaten-Meßgerät wird nun die fundamentale Meßaufgabe gestellt, den räumlichen Abstand zweier Kugeln koordinatenmäßig durch Vielpunkt-Antastung zu ermitteln. Dieser Vorgang kann vorteilhafterweise in verschiedenen Stellungen des Trägers innerhalb des Meßvolumens des Koordinaten-Meßgerätes wiederholt werden, so daß sich ein geschlossenes Bild über die Genauigkeit des gesamten Koordinaten-Meßgerätes ergibt.The coordinate measuring machine is now given the fundamental measuring task, the spatial distance between two spheres in terms of coordinates through multi-point probing to investigate. This process can advantageously be carried out in various positions of the carrier are repeated within the measuring volume of the coordinate measuring machine, so that there is a closed Picture about the accuracy of the whole Coordinate measuring device results.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und weitere Vorteile der Erfindung können den Unteransprüchen bzw. der nachfolgenden Beschreibung zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele entnommen werden; dabei zeigen: Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines Längennormales nach der Erfindung, Fig. 2 und 3 Seitenansicht (Fig. 2) und Querschnitt entlang der Schnittlinie III-III (Fig. 3) des Längennormales nach Fig. 1 und Fig. 4 die Seitenansicht eines weiteren Ausführungsb ei spieles mit beiderseits längenveränderbaren Trägern für die Meßkugeln.Appropriate refinements and further advantages of the invention can the subclaims or the following description of two in the drawings illustrated embodiments are taken; show: Fig. 1 the perspective Representation of an embodiment of a length standard according to the invention, Fig. 2 and 3 side view (Fig. 2) and cross section along the section line III-III (Fig. 3) of the length standard according to Fig. 1 and Fig. 4 shows the side view of another Execution example with variable length supports for the measuring balls on both sides.

In den Zeichnungen ist das durch das Längennormal zu überprüfende Koordinaten-Meßgerät lediglich durch den Meßtisch 1 sowie durch den Tastkopf 2 mit Taster 3 und Tastkugel 4 angedeutet.This is to be checked by the length standard in the drawings Coordinate measuring device only through the measuring table 1 and through the probe 2 with Button 3 and button ball 4 indicated.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Längennormal weist eine erste (5) und eine zweite Meßkugel 6 auf, die über Füßchen 7 auf einem Träger 8 abstandsveränderbar gehaltert sind. Bei den Meßkugeln handelt es sich um sehr genau und mit hoher Oberflächengüte gefertigte Präzisionskugeln, deren räumliche Lage von dem Koordinaten-Meßgerät durch eine Vielpunkt-Antastung ermittelt werden kann. Der Träger besteht aus mehreren Trägerschüssen, die teleskopartig ineinandererschiebbar und genau zueinander geführt sind, so daß der Träger selber als Ganzes längenveränderbar ist Dies hat den Vorteil, daß die Länge des Trägers an die Größe des Meßvolumens des zu überprüfenden Koordinaten-Meßgerätes angepaßt und auf unterschiedliche Zwischenlängen eingestellt werden kann und überstehende Trägerteile vermieden werden Zumindest die zweite Meßkugel 6 befindet sich ungeachtet des Kugelabstandes stets am Außenende des Trägers Auf dem Träger ist eine Interferometeranordnung zur laufenden interferometrischen Ermittlung des Kugelabstandes angebracht Hierzu ist zunächst ein Laserkopf 12 an dem Träger befestigt, so daß dieser alle Schwenk- und Verstellbewegungen, über die noch weiter unten zu sprechen sein wird, ohne Änderung der Relativlage zum Träger mitmacht An sich wäre es auch denkbar, den Meßstrahl der Interferometeranordnung im Inneren des hohl ausgebildeten Trägers verlaufen zu lassen und die Kugeln gleichachsig zum Träger anzuordnen Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist jedoch der Meßstrahl parallel neben dem Träger angeordnet und die Kugeln sind im Abstand zu ihm über kleine Füßchen gehalten Der Innenraum des hohl ausgebildeten Trägers wird für andere Zwecke benötigt, wie weiter unten noch beschrieben Die dem Laserkopf zunächst liegende erste Meßkugel 5 ist zum Durchlaß des Meßstrahles 20 und des Referenzstrahles 20' völlig durchbohrt (Bohrung 21). Im Innern dieser Meßlcugel ist ein kleiner Interferometerteiler 13 mit einem oben darauf angebrachten Tripelreflektor 17 angebracht. Die vom Laserkopf ausgesandten Lichtstrahlen liegen genau konzentrisch zu der Meßachse r9, die durch die Verbindungslinie der beiden Kugelmittelpunkte bestimmt ist.The length standard shown in FIGS. 1 to 3 has a first (5) and a second measuring ball 6, the distance of which can be changed via feet 7 on a carrier 8 are held. The measuring balls are very precise and have a high Surface finish Manufactured precision balls whose spatial position is determined by the coordinate measuring device a multi-point probing can be determined. The carrier consists of several Carrier sections that can be telescoped into one another and are guided precisely to one another so that the length of the carrier itself can be changed as a whole. This has the advantage of that the length of the carrier to the size of the measuring volume of the coordinate measuring device to be checked can be adapted and adjusted to different intermediate lengths and protruding Carrier parts are avoided. At least the second measuring ball 6 is located regardless the distance between the spheres is always at the outer end of the carrier. There is an interferometer arrangement on the carrier for the ongoing interferometric determination of the distance between the spheres a laser head 12 is first attached to the carrier, so that this all pivoting and adjustment movements, which will be discussed further below, without change participates in the relative position to the carrier In itself it would also be conceivable to use the measuring beam of the interferometer arrangement in the interior of the hollow carrier to leave and to arrange the balls coaxially to the carrier In the case of the ones shown Embodiments, however, the measuring beam is arranged parallel to the carrier and the balls are held at a distance from him by little feet. The interior of the hollow carrier is required for other purposes, as further below still described The first measuring ball 5, which is next to the laser head, is open to the passage of the measuring beam 20 and the reference beam 20 'completely pierced (bore 21). Inside this measuring ball is a small interferometer divider 13 with a top attached to it Triple reflector 17 attached. The one from the laser head emitted light rays are exactly concentric to the measuring axis r9, which through the line connecting the two centers of the sphere is determined.

Der Interferometerteiler besteht im wesentlichen aus zwei aufeinandergesetzten Dreikantprismen, die zwischen sich eine aktive Schicht 14 einschließen. Diese hat die Eigenschaft, lediglich Lichtstrahlen linear polarisierten Lichtes einer einzigen ganz bestimmten Polarisationsebene, beispielsweise horizontal durchzulassen. Die Lichtstrahlen einer anderen Polarisationsrichtung werden von der aktiven Sdiicht reflektiert. Bei der Anordnung nach den Fig. 1 bis 3 ist der Meßstrahl 20 in Durchlaßrichtung der aktiven Schicht polarisiert, wogegen der Referenzstrahl 20' quer zur Durchlaßrichtung polarisiert ist und zum oberen Tripelreflektor 17 umgelenkt wird, von dem er - wieder an der aktiven Schicht gespiegelt -in den Empfängerteil des Laserkopfes zurückgeworfen wird.The interferometer divider essentially consists of two stacked one on top of the other Triangular prisms which enclose an active layer 14 between them. This has the property of only a single light beam of linearly polarized light very specific plane of polarization, for example horizontally. the Light rays with a different polarization direction are released from the active layer reflected. In the arrangement according to FIGS. 1 to 3, the measuring beam 20 is in the transmission direction polarized of the active layer, whereas the reference beam 20 'transversely to the transmission direction is polarized and is deflected to the upper triple reflector 17, from which he - again reflected on the active layer - reflected back into the receiver part of the laser head will.

Der Meßstrahl 20 durchmißt die erste Kugel 5 sowie die-Meßstrecke und trifft auf die zweite Meßkugel 6, in deren Innerem ein Tripelrefletor 18 angeordnet, dessen zentralsymmetrischer Punkt mit dem Kugelmittelpunkt zusammenfällt. Dieser Tripelreflektor wirft den Meßstrahl durch die Meßstrecke und die erste Meßkugel hindurch in den Empfängerteil des Laserkopfes zurück. Es kommt mit dem Referenzstrahl zu einer Interferenzbildung.The measuring beam 20 measures the first sphere 5 and the measuring section and hits the second measuring ball 6, inside of which a triple reflector 18 is arranged, whose centrally symmetric point coincides with the center of the sphere. This Triple reflector throws the measuring beam through the measuring section and the first measuring ball through back into the receiver part of the laser head. It comes with the reference beam to an interference formation.

Zur Ermittlung des genauen Kugel abstandes muß ein Ausgangsabstand seinem absoluten Maß nach genau bekannt sein. Dieser Ausgangsabstand kann beispielsweise die gegenseitige Berührung der beiden Meßkugeln sein. Der Ausgangsabstand muß stets sehr genau und reproduzierbar eingefahren werden können.To determine the exact ball distance, an initial distance must be be known precisely to its absolute extent. This starting distance can, for example mutual contact of the two measuring balls. The starting distance must always be able to be retracted very precisely and reproducibly.

Durch Abzählen der beim Vergrößern des Kugelabstandes auftretenden Interferenzsignale kann laufend der tatsächliche Kugelabstand ermittelt werden. Da die aktive Schicht 14 des Interferometerteilers so innerhalb der ersten Kugel 5 angeordnet ist, daß sie durch den Kugelmittelpunkt verläuft und da auch der zentralsymmetrische Punkt des Tripelreflektors 18 mit dem Kugelmittelpunkt der zweiten Meßkugel 6 übereinstimmt, bleiben Verschwenkungen der Kugeln z.B, aufgrund von Deformationen des Trägers oder der Füßchen 7 bei der Abstandsermittlung wirkungslos. Die interferometrische Messung erfaßt ungeachtet der Schwenklage der Kugeln stets deren Mittenabstand.By counting the ones that occur when increasing the distance between the spheres Interference signals can continuously determine the actual distance between the spheres. Since the active layer 14 of the interferometer divider is so inside the first sphere 5 is arranged that it runs through the center of the sphere and there also the centrally symmetrical Point of the triple reflector 18 coincides with the center of the sphere of the second measuring sphere 6, there are still swiveling of the balls, e.g. due to deformations of the carrier or the feet 7 have no effect in determining the distance. The interferometric measurement always detects their center-to-center distance regardless of the pivot position of the balls.

Um in rascher Folge die zweite Meßkugel an unterschiedliche Positionen innerhalb des Meßvolumens des I(oordianten-Meßgerätes positionieren zu können, um so Prüfmessungen an allen möglichen Stellen innerhalb des Meßvolumens vornehmen zu können, ist der Träger 8 beweglich gelagert. Und zwar ist eine kardanische Aufhängung 22 mit einer horizontalen (23) und einer vertikalen Achse 24 vorgesehen, die sich in einem bestimmten Punkt schneiden. Dieser Achsenschnittpunkt ist so gewählt, daß er ebenfalls auf der aktiven Schicht 14 des Interferometerteilers und auf der Meßachse 19 liegt, fällt demgemäß bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Mittelpunkt der erst-en Meßkugel 5 zusammen. Der Träger ist in jeder beliebigen Schwenklage arretierbar, so daß der Träger eine starre Position einnehmen kann.To move the second measuring ball to different positions in quick succession to be able to position within the measuring volume of the I (oordianten measuring device in order to so carry out test measurements at all possible points within the measuring volume to be able to, the carrier 8 is movably mounted. And that is a cardanic suspension 22 provided with a horizontal (23) and a vertical axis 24, which extend cut at a certain point. This axis intersection is chosen so that he also on the active layer 14 of the interferometer divider and on the measuring axis 19 is, accordingly falls in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 with the center of the first measuring ball 5 together. The carrier is in any one The pivot position can be locked so that the carrier can assume a rigid position.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die kardanische Aufhängung durch einen die vertikale Achse realisierenden Drehtisch 26 und durch eine die horizontale Schwenkachse realisierende Schaukel 28 geschaffen, die in zwei gegenüberliegenden auf dem Drehtisch befestigten Wangen 27 schwenkbar gelagert ist und den Träger 8 hält. Der Drehtisch kann seinerseits noch mit einer Vertikalführung für eine Höheneinstellung versehen sein, was jedoch bei den gezeigten Ausführungsbei spielen nicht mit dargestellt ist. Dadurch kann auch die erste Meßkugel 5 wenigstens in einer Eoordlnaten-Richtung in ihrer Lage verändert werden.In the illustrated embodiments, the cardanic suspension by a turntable 26 realizing the vertical axis and by a horizontal one Pivot axis realizing swing 28 created in two opposite on the turntable attached cheeks 27 is pivotably mounted and the carrier 8 holds. The turntable can for its part still be equipped with a vertical guide for height adjustment be provided, but what is not shown in the illustrated Ausführungsbei play is. As a result, the first measuring ball 5 can also at least in one coordinate direction can be changed in their position.

Für den Drehtisch, also die Azimutbewegung, für die Schaukel, also die Elevationsbewegung und für die Ausfahrbewegung des Trägers ist jeweils ein Servoantrieb vorgesehen. Und zwar ist der zeichnerisch dargestellte Servoantrieb ii für die Ausfahr- und Rückzugbewegung des Trägers an dessen hinterem Ende angeordnet. Das Ausfahren der Trägerschüsse kann beispielsweise durch eine im Inneren angeordnete Druckfeder und das Zurückziehen des Trägers durch ein im Innern des Trägers verlaufendes aufwickelbares Stahlband erfolgen.For the turntable, that is, the azimuth movement, for the swing, that is the elevation movement and for the extension movement of the carrier are each a servo drive intended. The servo drive ii shown in the drawing is for the extension and withdrawal movement of the carrier is arranged at the rear end thereof. The extension the carrier section can, for example, by means of a compression spring arranged in the interior and withdrawing the carrier by a windable inside the carrier Made of steel band.

Auf einer skalierten Drehscheibe außen an dem Servoantrieb 11 kann die Ausfahrlänge des Trägers abgelesen werden. Der Schwenkantrieb 25 für die Elevationsbewegung ist seitlich an einer der beiden Wangen 27 angeordnet. Auch hier ist ebenso wie am Drehtisch jeweils eine Skalierung zur Einstellung und Kontrolle einer bestimmten Schwenklage angebracht. Zweckmäßigerweise sind die jeweiligen Servoan triebe jeweils auch mit einem sehr genau arbeitenden Weg bzw. Winkelmeßsystem verbunden. Dadurch können aufgrund einer entsprechenden Programmsteuerung der Servoantriebe bestimmte Positionen des Trägers bzw. der Meßkugel selbsttätig eingefahren werden. Dadurch läßt sich ein Meßprogramm mit größerer Geschwindigkeit absolvieren.On a scaled turntable on the outside of the servo drive 11 can the extension length of the beam can be read off. The swivel drive 25 for the elevation movement is arranged laterally on one of the two cheeks 27. Again is just like a scale on the turntable for setting and checking a specific one Swivel position attached. Appropriately, the respective servo drives are each also associated with a very precisely working path or angle measuring system. Through this can be determined due to a corresponding program control of the servo drives Positions of the carrier or the measuring ball are automatically retracted. Through this a measuring program can be carried out at greater speed.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem nach den Fig. 1 bis 3 im wesentlichen dadurch, daß hier die beiden Meßkugeln 6' und 6" bei einer Verschwenkung des Trägers 82 in ihrer Lage verändert werden, daß also im Bereich des ortsfest verbleibenden Interferometerteilers 13 keine Meßkugel angeordnet ist , Da sich hier die Meßstrecke zwischen den beiden Meßkugeln über die Trägermitte hinaus erstreckt, muß der Laserkopf aus der Meßachse i9 herausgerückt werden9 wozu ein Umlenkprisma 16 unterhalb des Interferometerteilers angeordnet ist. Bei dieter Anordnung ist der Referenzstrahl 20' gleichgerichtet mit der Durchlaßrichtung der aktiven Schicht 14 linear polarisiert, wogegen der Meßstrahl 20 quer dazu linear polarisiert ist. Der Referenzstrahl durchtritt also die aktive Schicht und trifft in den Tripelreflektor 1?, von dem er über das Umlenkprisma 16 gleich wieder in den Empfängerteil des Laserkopfes zurück geworfen wird Der Interferometerteiler ist auf den beiden quer zur Licht ein fallrichtung liegenden Seiten jeweils mit einer Polarisationsplatte 15 versehen, die die Eigenschaft haben, die Polarisationsebeneeines linear polarisierten Lichtstrahles nach einem zweimaligen Durchtritt durch die Polarisationsplatte um 90° verschwenkt erscheinen zu lassen. Der zunächst quer zur Durchlaßrichtung der aktiven Schicht polarisierte Meßstrahl wird also von ihr nach rechts reflektiert, gelangt zu dem Tripelreflektor 18 in der rechten Meßkugel 6' wird zum Interferometerteiler zurückgeworfen und ist nun - nach dem zweiten Durchtritt durch die rechte Polarisationsplatte - in Durchlaßrichtung der aktiven Schicht polarisiert, so daß er zur linken Meßkugel 6" durchlaufen kann Von dort wird er zum Interferometerteiler zurückgeworfen. Nach dem zweiten Durchtritt durch die linke Polarisationspiatte ist der Meßstrahl wiederum quer ur Durchlaßrichtung der aktiven Schicht polarisiert, so daR er nach oben in den Tripelreflektor 17 umgelenkt wird. Dieser wirft ihn auf die aktive Schicht zurück die ihn wiederum nach links umlenkt, so daß sich das eben geschilderte Spiel noch einmal wiederholt. Der Meßstrahl 20 durchläuft die Meßstrecke insgesamt zweimal und wird dann schließlich über die aktive Schicht und das Umlenkprisma 16 in den Empfängerteil des Laserkopfes zurückgeworfen. Dank einer solchen Anordnung ist auch der Abstand zweier beweglicher Meßkugeln interferometrisch erfaßbar.The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to 1 to 3 essentially in that here the two measuring balls 6 'and 6 " be changed in their position when the carrier 82 is pivoted, that is to say no measuring ball is arranged in the area of the interferometer divider 13 which remains stationary is, because here the measuring distance between the two measuring balls extends over the center of the carrier extends out, the laser head must be moved out of the measuring axis 199 for which purpose a deflecting prism 16 is arranged below the interferometer splitter. At dieter Arrangement, the reference beam 20 'is rectified with the transmission direction of the active layer 14 linearly polarized, whereas the measuring beam 20 is linear transversely thereto is polarized. The reference beam thus passes through the active layer and hits into the triple reflector 1?, from which it immediately returns to the receiver part of the laser head is thrown back The interferometer splitter is on the two sides lying transversely to the light a direction of fall in each case with a polarizing plate 15 having the property of being the plane of polarization of a linearly polarized light beam after passing through the polarizing plate twice to appear rotated by 90 °. The first at right angles to the direction of passage the active layer polarized measuring beam is reflected by it to the right, reaches the triple reflector 18 in the right measuring ball 6 'becomes the interferometer splitter thrown back and is now - after the second passage through the right polarization plate - polarized in the forward direction of the active layer so that it faces the left measuring sphere 6 "can go through. From there it becomes the Interferometer splitter thrown back. The measuring beam is after the second passage through the left polarization plate again polarized transversely to the forward direction of the active layer, so that it is deflected into the triple reflector 17 at the top. This throws it onto the active layer back, which in turn deflects it to the left, so that the game just described repeated once more. The measuring beam 20 passes through the measuring section a total of two times and is then finally over the active layer and the deflecting prism 16 in the Receiver part of the laser head thrown back. Thanks to such an arrangement is too the distance between two movable measuring balls can be measured interferometrically.

An sich könnte eine der beiden Meßkugeln auf einem in seiner Lange unveränderlichen Trägerteil angeordnet sein; eine Lageveränderung der Kugel wäre dann lediglich bei Azimut- und Elevationsbewegungen des Trägers möglich. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt jedoch, daß der Träger 8' durch zwei Trägerteile 10 gebildet ist, die jeweils für sich nach Art des Trägers nach den Fig. 1 bis 3 längenveränderbar sind. Dadurch können auch größere Elevationswinkel eingefahren werden, indem der untere Trägerteil 10 entsprechend eingezogen wird.In itself, one of the two measuring balls could be on one of its length be arranged unchangeable support part; a change in position of the ball would be then only possible with azimuth and elevation movements of the carrier. The depicted However, the embodiment shows that the carrier 8 ′ is formed by two carrier parts 10 is, each of which can be changed in length according to the type of carrier according to FIGS are. As a result, larger elevation angles can also be retracted by the lower support part 10 is drawn in accordingly.

Das Längennormal nach Fig. 4 bietet gegenüber dem nach den Fig. 1 bis 3 den Vorteil, daß damit bei etwa gleichbleibendem gegenseitigem Abstand der Meßkugeln und bei unveränderter Lage zumindest der kardanischen Aufhängung des Trägers die Meßstrecke innerhalb des Meßvolumens des Eoordinaten-Meßgerätes verschoben werden kann.The length standard according to FIG. 4 offers compared to that according to FIG to 3 has the advantage that with an approximately constant mutual distance Measuring balls and with unchanged position at least the cardanic suspension of the carrier the measuring distance can be shifted within the measuring volume of the coordinate measuring device can.

Die Bewegungen des Trägers können über die Servoantriebe von einem Steuer-Rechner kontroliert werden, der zugleich auch die laserinterferometrisch ermittelten Kugelabstandswerte und die Meßwerte des Koordinaten-Meßgerätes bei der Kugel antastung erfaßt und vergleicht LeerseiteThe movements of the carrier can be controlled by one of the servo drives Tax computers are controlled, which at the same time also do the laser interferometry determined ball distance values and the measured values of the coordinate measuring device at the Sphere contact detected and compares Blank page

Claims (14)

Patentansprüche 1. Längennormal zur Überprüfung der Meßgenauigkeit von Koordinaten-Meßgeräten, mit zwei in bekanntem Abstand zueinander gehalterten antastbaren Kugeln mit genau bearbeiteter Oberfläche, von denen eine in fester Relativlage zur Unterlage und die andere in einem einstellbaren Träger gehaltert ist, g e k e n n z e i c h n e t durch die Kombination folgender Merkmale: a) die beiden Kugeln (5, 6; 6', 6") sind abstandsveränderbar auf einem gemeinsamen Trager (8,8') gehaltert; b) auf dem Träger (8,89) ist eine Interferometeranordnung zur laufenden Abstandsermittlung der Kugeln (5,6;6',6") angebracht; c) die Kugeln (5,6;6',6") sind entlang des Verlaufes des Meßstrahles (20) wenistens teillfeise hohlgebohrt (2i) und gleichachsig zu ihm angeordnet; d) die optisch wirksamen Teile (13,18) der Interferometeranordnung sind im Inneren der Kugeln (5, 6; 6', 6") derart angeordnet 9 daß ihr maßgebender geometrischer Ort im Kugelmittelpunkt liegt. Claims 1. Length standard for checking the measurement accuracy of coordinate measuring machines, with two held at a known distance from each other Touchable balls with a precisely machined surface, one of which is in a fixed relative position to the base and the other is held in an adjustable carrier, g e k It is indicated by the combination of the following features: a) the two balls (5, 6; 6 ', 6 ") are held on a common carrier (8, 8') so that they can be adjusted in terms of distance; b) on the carrier (8, 89) is an interferometer arrangement for the ongoing determination of the distance of the balls (5,6; 6 ', 6 ") attached; c) the balls (5,6; 6', 6") are along the course of the measuring beam (20) at least partially hollow bored (2i) and coaxial with it arranged; d) the optically active parts (13, 18) of the interferometer arrangement in the interior of the balls (5, 6; 6 ', 6 ") arranged 9 in such a way that their decisive geometric Location is in the center of the sphere. 2. Längennormal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kugel (6, 6', 6") am Ende des Trägers (8,8') befestigt ist und daß dieser aufgrund von teleskopartig ineinandergesteckten und gegenseitig längsgeführten Träger schüssen (9) in sich längenveränderbar ist.2. Length standard according to claim 1, characterized in that at least a ball (6, 6 ', 6 ") is attached to the end of the carrier (8,8') and that this due to shot from telescopically nested and mutually longitudinally guided carriers (9) can be changed in length. 3. Iängennormal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserkopf (12) für die Interferometeranordnung fest am Träger (8,8') angeordnet ist.3. Length standard according to claim 1 or 2, characterized in that the laser head (12) for the interferometer arrangement is fixedly arranged on the carrier (8,8 ') is. 4. tangennormal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Meßstrahl (20) der Interferometeranordnung und die Kugeln (5,6;6',6") neben dem Träger (8,8') verlaufen bzw.4. tangent normal according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the measuring beam (20) of the interferometer arrangement and the balls (5,6; 6 ', 6 ") next to the carrier (8,8') run or angeordnet sind. are arranged. 5. Längennormal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrahl der Interferometeranordnung im Inneren des Trägers verläuft und die Kugeln gleichachsig zum Träger angeordnet sind.5. Length standard according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the measuring beam of the interferometer arrangement runs inside the carrier and the balls are arranged coaxially to the carrier. 6. Längenormal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Kugeln (5) konzentrisch zum Interferometerteiler (13) der Interferometeranordnung angeordnet ist, wobei dessen aktive Schicht (i4) durch den Kugelmittelpunkt verläuft.6. Length standard according to one of claims 1 to 5, characterized in that that one of the balls (5) is concentric to the interferometer divider (13) of the interferometer arrangement is arranged, wherein the active layer (i4) runs through the center of the sphere. 7. Längennormal nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Inneren einer der Kugeln (6, 6', 6") ein Tripelreflektor (18) angeordnet ist, derart, daß dessen zentral symmetrischer Punkt in den Kugelmittelpunkt fällt 7. Length standard according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h g It is not possible to say that there is a triple reflector inside one of the balls (6, 6 ', 6 ") (18) is arranged in such a way that its centrally symmetrical point is in the center of the sphere falls 8. Längennormal nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger (8,8') kardanisch aufgehängt (22) ist mit horizontaler (23) und vertikaler Schwenkachse (24), wobei er in jeder beliebigen Schwenklage arretierbar ist.8. Length standard according to one of claims 1 to 7, d a d u r c h g e k e n It should be noted that the carrier (8,8 ') is gimbaled (22) with horizontal (23) and vertical pivot axis (24), with it in any pivot position is lockable. 9 . Längennormal nach Anspruch 8, da dur c h g e k e n n z ei c h n e t daß der Interferometerteiler (13) derart relativ zur kardanischen Aufhängung (22) angeordnet ist, daß der Schwenkachsenschnittpunkt auf der aktiven Schicht (14) des Interferometer teilers (13) zu liegen kommt 9. Length standard according to claim 8, since it is possible to use it n e t that the interferometer divider (13) is so relative to the cardanic suspension (22) is arranged that the pivot axis intersection on the active layer (14) of the interferometer divider (13) comes to rest 10. Längennormal nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g zu e k e n n z z e e i c h n e t daß die kardanische Aufhängung mit einer Vertikalführung für eine Höheneinstellung versehen ist 10. Length standard according to claim 8 or 9, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the cardanic suspension is provided with a vertical guide for height adjustment 11. Längennormal nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Azimut-, die Elevations-, die Vertikal- und/oder die Ausfahrbewegung des Trägers (8, 8') mit einem Servoantrieb (11,25) versehen ist 11. Length standard according to one of claims 1 to 10, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the azimuth, elevation, vertical and / or extension movement of the carrier (8, 8 ') is provided with a servo drive (11, 25) 12. Längennormal nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t daß die Einzelbewegungen der kardanischen Aufhängung jeweils mit einem Weg bzw. Winkelmeßsystem versehen sind.12. Length standard according to one of claims 1 to 11, d u r c h g e n n n z e i c h ne t that the individual movements of the cardanic suspension each with a path or angle measuring system are provided. 13 Längennormal nach einem der Anspruche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (8') symmetrisch bezüglich seiner Länger streckung aufgebaut und aufgehängt ist mit beiseitig längenveränderbaren Trägerteilen (10), daß im Endbereich beider Trägerteile (10) jeweils eine mit einem Tripelreflektor (18) versehene Kugel (6',6") angeordnet ist und daß der Interferometerteiler (13) etwa in der Trägermitte angeordnet und so ausgebildet ist, daß eine interferometrische Abstandsermittlung der beiden gegenüberliegenden Kugeln (6',6") mit ihm möglich ist.13 length standard according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the carrier (8 ') constructed symmetrically with respect to its length extension and is suspended on both sides with variable length support parts (10) that in the end area both support parts (10) each have a ball provided with a triple reflector (18) (6 ', 6 ") is arranged and that the interferometer divider (13) approximately in the middle of the carrier is arranged and designed so that an interferometric distance determination of the two opposing balls (6 ', 6 ") is possible with it. 14. Längennormal nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, der der Interferometerteiler (13) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er an zwei gegenüberliegenden quer zur Lichteinfallrichtung liegenden Seiten Meßstrahlen (20) austreten läßt und an diesen Seiten mit Polarisationsplatten (15) versehen ist.14. Length standard according to claim 13, characterized in that the Interferometer divider (13) is designed and arranged such that it is connected to two opposite sides transverse to the direction of incidence of light measuring beams (20) can escape and is provided on these sides with polarizing plates (15).
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