DE3231719A1 - Probe for a three-dimensional interferometric length measuring device - Google Patents
Probe for a three-dimensional interferometric length measuring deviceInfo
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Abstract
Description
Taster für eine dreidimensionale interferometrische Lä.ngenmeßeinrichtungButton for a three-dimensional interferometric length measuring device
Die Erfindung betrifft einen Taster für eine dreidimensionale, interferometrische Längenmebeinrichtung mit einer relativ zu dem die Mei1systeme tragenden Gehäuse beweglichen Werkstückoufnahme.The invention relates to a button for a three-dimensional, interferometric Length measuring device with a housing that supports the measuring systems relative to the housing movable workpiece holder.
Eine derartige Meßeinrichtung ist in der DE-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 32 01 007.9vom 15.01.1982 beschrieben. Der relativ zum Werkstück bewegliche Teil dieser Längenemeßeinrichtung trägt drei Interferometerköpfe, von denen die orthogonal zueinander angeordneten Meßstrohlen auf jeweils eine von drei noch Art eines Tripelspiegels aufge bauten Spiegelflächen eines Raumnormals gerichtet ausgehen. An diesem in einer Koordinate verfahrbaren Teil der Längenmeßeinrichtung ist der Meßtaster starr befestigt.Such a measuring device is in the DE patent application with the File number P 32 01 007.9 from January 15, 1982. The relative to the workpiece moving part of this length measuring device carries three interferometer heads, from which the measuring tubes, which are arranged orthogonally to one another, each point to one of three still directed like a triple mirror built up mirror surfaces of a room standard go out. On this part of the length measuring device which can be moved in one coordinate the probe is rigidly attached.
Bei einem solchen Aufbau ist die Meßgeschwindigkeit beschränkt, cz im Zuge des Antastvorgangs die relativ großen Massen der verfahrbaren Teile exakt gesteuert werden müssen, um Kollisionen mit dem Prüfling bzw. dem Meßobjekt zu vermeiden.With such a structure the measuring speed is limited, cz in the course of the probing process the relatively large masses of the movable parts exactly must be controlled in order to avoid collisions with the test item or the test object.
Nun ist es zwar bekannt Meßmaschinen mit Taster auszurüsten, die einen nachgiebig gelagerten Taststift besitzen, der beim Antastvorgang ausgelenkt wird und Einrichtungen zur Erfassung der Auslenkung besitzt, über die der von den Meßsystemen der Maschine ermittelte Koordinatenmewert berichtigt wird. Solche Taster sind beispielsweise in der DEPS 22 42 355 beschrieben. Diese Taster besitzen jedoch Meßwert eber in Form von Induktivmeßsystemen u.ä., die in Bezug auf die erziejoore MeBgenouigkeit nicht mit interferometrischen Meßsystemen konkurrieren können.Now it is known to equip measuring machines with buttons, the one Have a resiliently mounted stylus that is deflected during the probing process and has devices for detecting the deflection over which the measuring systems The coordinate value determined by the machine is corrected. Such buttons are for example described in DEPS 22 42 355. However, these buttons have a measured value in Form of inductive measuring systems, etc., which in relation to the educational measurement accuracy cannot compete with interferometric measuring systems.
In der CH-PS 598 567 ist ein eindimensionaler, interferometrischer LängenmeBtaster beschrieben, dessen bewegter Taststift ein Reflexionsprisma trägt, das von einem interferometrischen Meßstrahl angemessen wird. Mit diesem Meßtaster wird die Verschiebung des Taststiftes relativ zu seinem Träger gemessen. Das Anmessen eines mit dem Meßobjekt verbundenen, flächigen Referenzspiegels und eine mehrdimensionole Vermessung des Meßobjektes ist damit nicht ohne weiteres möglich.In the CH-PS 598 567 is a one-dimensional, interferometric Length measuring button described, the moving stylus of which carries a reflection prism, which is measured by an interferometric measuring beam. With this probe the displacement of the stylus relative to its carrier is measured. The measuring a flat reference mirror connected to the measurement object and a multi-dimensional one Measurement of the test object is therefore not easily possible.
F irt die Aufgcibe der vorliegenden Erfindung, eine dreidimensionale interfcrnmetrische Ldngenemeßeinrichtung noch Patentanmeldung P 32 01 007.9 mit einem Taststifthalter möglichst geringer Masse zu versehen, der in das interferometrische System der Meßeinrichtung einbezogen ist.F irthe object of the present invention, a three-dimensional Interfcrnmetrische Ldngenemeßeinrichtung still patent application P 32 01 007.9 with to provide a stylus holder with the lowest possible mass, which is in the interferometric System of the measuring device is included.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the characterizing part of claim 1.
Der Vorteil dieser Lösung liegt in der bei niedrigem Aufwand erreicbbaren hohen Meßgenouigkeit, die dadurch erzielt wird, daß die Position des Taststifthalters direkt gegen den mit dem Meßobjekt verbundenen eferenzspieyel bestimmt wird. Für die Messung der Position des Toststifthalters ist aber kein zusätzliches Interferometer nötig, vielmehr Kann einer der beiden Teilstrohlen eines hondelsüblichen und beispielsweise in der DE-PS 23 48 272 beschriebenen Doppelstrahl-Plonspiegelinterferometers über ein am Taster befestigtes Reflexionsprismo yeführt werden, wöhrend der ondere Teilstrohl direkt von der Meßeinrichttng auf den Referenzspiegel gerichtet wird. Somit werden Bewegungen der Meßeinrichtung relativ zum Meßobjekt und Bewegungen des Tasters relativ zur tjeßeinrichtung gleichzeitig in Betrag und Richtung übereinstimmend durch ein einziges Interferometersystem noch vor der opto-elektronischen Signalbildung zusammen erfoßt.The advantage of this solution is that it can be achieved with little effort high measurement accuracy, which is achieved by changing the position of the stylus holder is determined directly against the eferenzspieyel connected to the test object. For however, the measurement of the position of the test pen holder is not an additional interferometer necessary, rather one of the two partial streaks of a standard and for example in DE-PS 23 48 272 described double-beam Plon mirror interferometer a reflection prism attached to the button can be guided, while the other partial beam is directed directly from the measuring device to the reference mirror. Thus become Movements of the measuring device relative to the test object and movements of the probe relative to the tjeßeinrichtung at the same time matching in amount and direction through a the only interferometer system before the opto-electronic signal generation ejected.
Da der Taststifthalter an optischen Teilen lediglich das Reflexionsprismo oder ein anderes geeignetes Spiegelsystem zu tragen hat, ist die Mosse dieses der Kontur des Prüflings folgenden Teils sehr niedrig im Vergleich zu herkömmlichen Meßsystemen, bei denen das obtastende Teil die komplette Optik des Interferometerskopfes zu tragen hat.Since the stylus holder on optical parts is only the reflection prism or another suitable mirror system, the Mosse is the one Contour of the test specimen following part very low compared to conventional Measuring systems in which the obtastende part the complete optics of the interferometer head has to bear.
Bei dem am Taster befestigten Spiegelsystem handelt es sich zweckmäßig um ein justierunenipfindliches, sogenanntes Tripelprismo.The mirror system attached to the button is useful a so-called triple prism that is sensitive to adjustment.
Es ist vorteilhaft den Taststifthalter mit drei separaten Spiegelsystemen zu versehen, die drei nach Art eines kartesischen Koordinatensystems geführten Meßstrahlen ol- Reflektoren dienen, um die Bewegung des Toststiftholters in ollen drei Raumrichtungen zu erfossen. Dies ist selbst donn vorteilhaft, wenn der Taststifthalter nicht in allen drei Raumrichtungen verschiebhor gelagert ist, da auch durch Führun9sehler bedingter Versatz des Taststiftho]ters ermittelt werden kann.It is advantageous to have the stylus holder with three separate mirror systems to provide the three measuring beams guided in the manner of a Cartesian coordinate system Oil reflectors are used to move the pinholer in ollen three spatial directions to pour. This is advantageous even when the stylus holder is not in all three Spatial directions is stored verschiebhor, because also through The misalignment of the stylus holder can be determined.
In der Regel trägt der Taster eine Kugel, mit der das zu vermessende Objekt mechanisch angetastet wird. Es ist zweckmäßig den Taststi-t an seinem Halter auswechselbar zu befestigen, dann kann an dem Taststiftholter onstelle der Kugel auch eine berührungslose, z.B. optische Tasteinrichtung, ein Prüf- oder Justiergeröt oder beispielsweise ein Mikroskop befestigt werden, wenn das zur Vermessung des Zielobjektes sinnvoll erscheint.As a rule, the probe carries a ball with which the to be measured The object is mechanically touched. It is useful to attach the stylus to its holder to be exchangeable, then onstelle the ball on the stylus holder also a non-contact, e.g. optical touch device, a test or adjustment device or, for example, a microscope can be attached if this is used to measure the The target object appears sensible.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteronsprüchen beschrieben unc werden nachstehend anhand der Figuren 1-4 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine auf Bewegungen in einer Koordinate reduzierte rinzipskizze einer interferometrischen Meßeinrichtung nach er Erfindung; Fig. 1a skizziert die Optik des Interferometers 104 aus Fig. 1; Fig. 2 zeigt einen ersten Schnitt durch den Meßkopf einer drei den sionalen Meßeinrichtung; Fig. 3 zeigt einen zweiten Schnitt durch die Meßeinrichtung ncch Fig. 2 längs der Linie IIT-TII in Fig. 2; Fig. 4 zeigt eine dritte Ansicht der Meßeinrichtung noch Fig. 2 und 3.Further advantageous refinements of the invention are given in the sub-claims are described below with reference to Figures 1-4 of the accompanying drawings explained in more detail: FIG. 1 shows a movement reduced to one coordinate Basic sketch of an interferometric measuring device according to the invention; Fig. 1a outlines the optics of the interferometer 104 from FIG. 1; Fig. 2 shows a first Section through the measuring head of a three den sionalen measuring device; Fig. 3 shows one second section through the measuring device according to FIG. 2 along the line IIT-TII in Fig. 2; FIG. 4 shows a third view of the measuring device as shown in FIGS. 2 and 3.
Die in Fig. 1 dargestellte interferometrische Meßeinrichtung besteht ou einem mit dem nicht gezeigten Prüfling verbundenen, ebenen Gegenspiegel 105 und dem relativ dazu verfahrbaren Teil 101, dos die Meßsystexe, d h im wesentlichen die Interferometeroptik enthält. Das Teil 101 enrsprich dem in Fig. 1 und 2 der Anmeldung P 32 01 007.9 dargestellten Teil 9.The interferometric measuring device shown in FIG. 1 consists ou a flat counter mirror 105 and connected to the test specimen (not shown) the part 101 movable relative to it, dos the measuring systems, i.e. essentially contains the interferometer optics. The part 101 corresponds to that in Figs. 1 and 2 of the Registration P 32 01 007.9 shown part 9.
Die Interferometeroptik besteht aus einem Lasergenerator 110, einem Doppelstrahl-Plonspiegelinterferometer 104, einer opto-elektronischen Empfangseinbeit 123 und einer Einheit 124 zur Meßwertousgabe.The interferometer optics consists of a laser generator 110, a Double-beam Plon mirror interferometer 104, an opto-electronic Reception 123 and a unit 124 for outputting measured values.
os Planspiegel-Interferometer besitzt den in Fig. 1a skizzierten Aufbau: ein Strahlteiler 126 zerlegt den auf ihn auffallenden, aus zwei senkrecht zueinander polarisierten und leicht frequenz-verschobenen Komponenten des Zwei-Moden-Losers 110 estehenden Strahl 129 in zwei Teil strahlen. Dabei bildet der durch den Strohlteiler 126 hindurchtretende Teilstrahl, der nach zweifacher Reflexion am Prisma 128 auf den Empfänger 123 auffällt, den Referenzstrahl. Der vom Strahlteiler 126 reflektierte Teilstrahl 107 fällt noch Durchgang durch die ) -Platte 125 auf einen Planspiegel auf, dessen Verschiebung gemessen werden soll, wird dort reflektiert und kann infolge der Drehung seiner Polcrisati ons-1 ebene nach zweimaligem Passieren der #/4-Platte beim Zurücklaufen den Strahlteiler 126 passieren. Nach Umlenkung durch das Prisma 127 wird er als zweiter Meßstrahl 108 auf den Planspiegel reflektiert und erreicht noch nochmaliger Polarisotionsdrehung wieder den Strahlteiler 126, wo er mit dem Referenzstrahl interferiert.The planar mirror interferometer has the structure sketched in Fig. 1a: a beam splitter 126 splits the incident on it from two perpendicular to each other polarized and slightly frequency-shifted components of the two-mode loser 110 shine existing ray 129 in two parts. This forms the through the straw divider 126 passing partial beam, which after double reflection at prism 128 on the receiver 123 is incident, the reference beam. The one reflected by the beam splitter 126 Partial beam 107 still falls through the) plate 125 onto a plane mirror on, the displacement of which is to be measured, is reflected there and can as a result the rotation of its Polcrisati ons-1 level after passing the # / 4 plate twice pass the beam splitter 126 while walking back. After deflection by the prism 127 it is reflected as a second measuring beam 108 onto the plane mirror and reached Another polarisotion rotation again the beam splitter 126, where he with the Reference beam interferes.
Am Teil 101 der Meßeinrichtung ist ein in Richtung der Meßstranlen 107 und 108 beweglicher Halter 102 für den Taster 109 aufgehängt. Dieser Halter 102 trägt ein Tripelprisma 106, das den von einem mit cen Teil 101 verbundenen, zweiten Tripelprisma 103 reflektierten Meßstrchl 107 ein zweites Mal umlenkt, bevor er auf den Planspiegel 105 auftrifft und von dort wieder reflektiert wird. Der zweite Meßstrahl 108 des Interferometers 104 gelangt direkt zum Planspiegel 105.On part 101 of the measuring device there is one in the direction of the measuring rods 107 and 108 movable holder 102 for the button 109 suspended. This holder 102 carries a triple prism 106, which is connected by a cen part 101, second triple prism 103 reflected Meßstrchl 107 deflects a second time before it strikes the plane mirror 105 and is reflected again from there. The second The measuring beam 108 of the interferometer 104 arrives directly at the plane mirror 105.
Bei diesem optischen Aufbau resultiert jede Verschiebung zL1 des mit dem Prüfling verbundenen Planspiegel 105 relativ zum Meßkopf 101 in einer Änderung der Weylänge des Meßzweiges des Interferometers 104 von 4xL1. Auch bei einer Auslenkung des Tasters 109 um den dargestellten Beitrag gL2 ändert sich die Weglänge des aus den beiden Teilstrchlen 107 und 108 bestehenden Meßzweiges um 4xL2. Somit ist sichergestellt, daß Verschiebungen des Planspiegels 105, des Meßkopfes 101 und des Tasters 109 in Betrag und Vorzeichen übereinstimmend vom Interferometer 104 erfaßt werden.With this optical structure, every shift zL1 des results the plane mirror 105 connected to the test object relative to the measuring head 101 in one change the length of the measurement branch of the interferometer 104 of 4xL1. Even with a deflection of the probe 109 by the contribution gL2 shown, the path length of the changes the two partial stripes 107 and 108 existing measuring branch by 4xL2. This ensures that displacements of the plane mirror 105, the measuring head 101 and the probe 109 in The amount and sign are detected by the interferometer 104 in a coincident manner.
In den Fig. 2-4 sind drei Schnitte der konkreten Ausführungsform einer dreidimensionalen Meßeinrichtung dargestellt. Sie besitzt ein Raumnormal aus drei flächigen, senkrecht noch Art eines Tripelspiegels aufeinander angeordneten Einzelspiegeln 115a,b und c, die mit dem nicht dargestellten Werkstück verbunden sind. Relativ dazu ist das die Meßsysteme tragende Teil 111 in drei Koordinaten verfahrbar. Am Teil 111 ist mit Hilft des Blattfederpaores 122a und 122b der Träger 112 für den Taster 119 in Richtung senkrecht zur Spiegelfläche 115a beweglich aufgehängt.2-4, three sections of the specific embodiment are one three-dimensional measuring device shown. It has a space standard made up of three flat individual mirrors arranged vertically, still kind of a triple mirror, one on top of the other 115a, b and c, which are connected to the workpiece, not shown. Relative to this end, the part 111 carrying the measuring systems can be moved in three coordinates. At the Part 111 is with the help of the leaf spring pair 122a and 122b of the carrier 112 for the Button 119 suspended movably in the direction perpendicular to the mirror surface 115a.
Die Position des Tasters 119 in Bewegungsrichtung wird durch das Interferometer 114a erfaßt, dessen beide Teilstrohlen 117a und 118a direkt bzw. noch zweifacher Umlenkung an den Prismen 113a und 116a den Gegenspiegel 115a anmessen.The position of the button 119 in the direction of movement is determined by the interferometer 114a detected, the two partial tubes 117a and 118a of which are direct or even more than two times Measure the deflection at the prisms 113a and 116a, the counter mirror 115a.
Versatz des Halters 112 in der Richtung senkrecht zum Spiegel 115b und Drehungen des Halters 112 um eine senkrecht auf dem Spiegel 115c stehen de Achse werden durch die beiden versetzt zueinander angeordneten Inter ferometer 114b und 114d erfaßt. Deren über den Halter 112 des Taststifts, 119 geführte Teilstrohlen 117b und 117d werden entsprechend durch je zwei Prismen 113b t 116b und 113d / 116d gefaltet, während mit den Teil strahlen 118b und 118d der Spiegel 115b wieder direkt angemessen wird.Displacement of the holder 112 in the direction perpendicular to the mirror 115b and rotations of the holder 112 about an axis perpendicular to the mirror 115c are by the two offset to each other arranged inter ferometer 114b and 114d detected. Their partial tubes guided over the holder 112 of the stylus, 119 117b and 117d are respectively separated by two prisms 113b t 116b and 113d / 116d folded, while with the parts 118b and 118d of the mirror 115b shine again directly becomes appropriate.
Schließlich besitzt die Meßeinrichtung wie im Schnitt nach Fig. 3 zu sehen ist zwei weitere Interferometer 114c und 114e, die Versatz des Tasters in der Richtung senkrecht zur Spiegelfläche 115c und Schwenkbewegunyen des Schlittens 102 um eine senkrecht auf der Spiegelfläche 115dz stehenden Achse erfassen. Die zur Strahl führung verwendeten Prismen sin mit 113c und e bzw. 116c und e beziffert.Finally, as in the section according to FIG. 3, the measuring device has You can see two more interferometers 114c and 114e, which offset the probe in the direction perpendicular to the mirror surface 115c and pivoting movement of the carriage 102 about an axis perpendicular to the mirror surface 115dz. the The prisms used to guide the beam are numbered 113c and e or 116c and e.
Mit den genannten fünf Interferometern werden abgesehen von Drehungen des Halters 112 um die Achse des Taststifts 119, die sich nicht auf die Vermessung des Prüflings auswirken, alle Freiheitsgrade der Bewegung zwischen dem Spiegelnormal 115 und der Meßeinrichtung 111 erfaßt. Versorgt werden die fünf Interferometer durch ein Strahltilersystem 121 von einem gemeinsamen Laser 1?0 ajs. Jedem Interferometer 114 ist außer dem eine opto-elektronische Empfangseinheit 125 zugeordnet, von denen i Fig. 4 nur die Einheiten 125a,d und e zu sehen sind.The five interferometers mentioned are apart from rotations of the holder 112 about the axis of the stylus 119, which does not affect the measurement of the test object affect all degrees of freedom of movement between the mirror normal 115 and the measuring device 111 detected. The five interferometers are supplied by a beam filter system 121 from a common laser 1? 0 ajs. Any interferometer 114 is also assigned to an opto-electronic receiving unit 125, of which i Fig. 4 only the units 125a, d and e can be seen.
Claims (10)
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DE19823231719 DE3231719A1 (en) | 1982-08-26 | 1982-08-26 | Probe for a three-dimensional interferometric length measuring device |
EP82111789A EP0084144B1 (en) | 1982-01-15 | 1982-12-18 | Threedimensional interferometric length-measuring device |
DE8282111789T DE3279056D1 (en) | 1982-01-15 | 1982-12-18 | Threedimensional interferometric length-measuring device |
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DE19823231719 DE3231719A1 (en) | 1982-08-26 | 1982-08-26 | Probe for a three-dimensional interferometric length measuring device |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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DE19823231719 Withdrawn DE3231719A1 (en) | 1982-01-15 | 1982-08-26 | Probe for a three-dimensional interferometric length measuring device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0271646A1 (en) * | 1986-12-19 | 1988-06-22 | Hommelwerke GmbH | Device for the contactless measurement of a distance from a surface, especially for the palpation of a contour of a surface of a worked article along a measuring path |
-
1982
- 1982-08-26 DE DE19823231719 patent/DE3231719A1/en not_active Withdrawn
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