DE4409360A1 - Analogsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Analog-, Abtast- oder Meßsonde, die auf einer Koordinatenpositionierungsmaschine wie bei­ spielsweise einer Koordinatenmeßmaschine oder einer Werkzeug­ maschine verwendet wird, um die Position oder Kontur einer Oberfläche zu vermessen.

Koordinatenpositionierungsmaschinen sind bekannt und weisen einen Arm und einen Tisch, die relativ zueinander mit drei linearen Freiheitsgraden bewegbar sind, zusammen mit drei Transducern auf, die eine Verschiebung von z. B. dem Arm rela­ tiv zu einer Referenzposition auf dem Tisch messen. Eine auf einer derartigen Maschine verwendete Analogsonde umfaßt typi­ scherweise eine feste Struktur, durch welche die Sonde auf dem Arm gehalten wird, und ein bewegbares Haltebauteil, das relativ zur festen Struktur durch eine eine Bewegung des Hal­ tebauteils relativ zur festen Struktur mit drei Freiheitsgra­ den gestattende Anordnung aufgehängt ist. Eine bekannte Form einer Aufhängungsanordnung weist drei seriell angebrachte Paare von Blattfedern auf, die eine im wesentlichen lineare Bewegung (über eine relativ kleine Entfernung) des Halte­ bauteils in drei im wesentlichen orthogonale Richtungen ge­ statten. Die Verschiebung des Haltebauteils relativ zur fe­ sten Struktur (und daher sowohl des bewegbaren Arms der Ma­ schine als auch selbstverständlich des Tisches) wird durch drei Transducer innerhalb der Sonde gemessen, von denen jeder einen Detektor aufweist, der auf der festen Struktur vorgesehenen ist, um eine Verschiebung eines starr mit dem bewegbaren Haltebauteil verbundenen Körpers wahrzunehmen.

In Betrieb trägt das bewegbare Haltebauteil einen länglichen Taster mit einer sphärischen Fühlerspitze an seinem freien Ende, und die Maschine wird so betrieben, daß sie eine rela­ tive Bewegung zwischen dem Tisch und dem Arm veranlaßt, um die Fühlerspitze des Tasters in Kontakt mit der Oberfläche zu bringen, deren Position oder Kontur vermessen wird. Die Momentanposition der sphärischen Fühlerspitze (und daher ir­ gendeiner Oberfläche in Kontakt mit ihr) wird relativ zur Referenz auf dem Tisch bestimmt, indem die Ausgänge der entsprechenden Transducer in der Sonde und auf der Maschine summiert werden. Auf diese Weise ausgerüstete Maschinen kön­ nen verwendet werden, um die Position eines einzelnen Punkts zu messen oder alternativ der Kontur der Oberfläche zu fol­ gen, indem die Maschine so betrieben wird, daß sie eine rela­ tive Bewegung zwischen dem Tisch und dem Arm veranlaßt und dabei einen Kontakt zwischen der Fühlerspitze des Tasters und der Oberfläche aufrechterhält.

In einer bevorzugten Form einer Analogsonde werden die Trans­ ducer in der Sonde durch eine starr mit dem bewegbaren Halte­ bauteil verbundene optische Skala und einen auf der festen Struktur vorgesehenen opto-elektronischen Lesekopf geschaf­ fen, der eine Verschiebung der Skala in einer gegebenen Rich­ tung mißt. Es gibt jedoch ein Problem insbesondere mit Ana­ logsonden, die Transducer dieses Typs in Verbindung mit Auf­ hängungsanordnungen des oben beschriebenen Typs einsetzen, d. h. Aufhängungsanordnungen, die eine Mehrzahl von Paaren von parallelen Blattfedern aufweisen, wo der mit dem bewegba­ ren Haltebauteil verbundene Taster relativ lang ist. Das auf das bewegbare Haltebauteil infolge lateraler Kräfte an der Fühlerspitze des Tasters angewendete Biegemoment steigt mit der Tasterlänge an. Dieses Biegemoment wird unvermeidlich auf die Blattfedern der Aufhängungsanordnung für das Halte­ bauteil übertragen. Große Biegemomente am bewegbaren Halte­ bauteil verursachen daher Deformationen der Blattfedern in der Aufhängungsanordnung in dem Maße, daß das Haltebauteil eine kleine Skalenrotation zusätzlich zu der trans­ latorischen Verschiebung erfährt infolge von auf die Fühler­ spitze des Tasters angewendeten Kräften (als Ergebnis eines Kontakts mit einer gerade untersuchten Komponente). Diese Ro­ tation des bewegbaren Haltebauteils ihrerseits verursacht ein entsprechendes Kippen der damit verbundenen optischen Skalen. Ein Kippen der Skala über einen bestimmten Winkel hinaus und in eine besondere Richtung relativ zu ihrem ent­ sprechenden opto-elektronischen Lesekopf resultiert in einem Versagen des Transducers. Dieses Phänomen setzt daher eine praktische Grenze für die Länge von Tastern, die durch das bewegbare Haltebauteil getragen werden können, und stellt daher eine signifikante Einschränkung für die unterschiedli­ chen Untersuchungsaufgaben dar, die durchgeführt werden kön­ nen.

Die vorliegende Erfindung strebt danach, dieses Problem zu verbessern, indem eine Sonde für eine Koordinatenpositionie­ rungsmaschine geschaffen wird, wobei die Sonde eine Aufhän­ gungsanordnung aufweist mit:
einem ersten, relativ festen Bauteil,
einem zweiten, relativ bewegbaren Bauteil,
einem Paar von Blattfedern, wobei jede Blattfeder des Paares mit dem ersten und zweiten Bauteil verbunden ist, um eine ge­ krümmte Bewegung des zweiten Bauteils in einer sich im we­ sentlichen orthogonal zur Ebene jeder der Blattfedern er­ streckenden Ebene zu ermöglichen, worin
der in der genannten Ebene gemessene Abstand zwischen den Blattfedern am ersten Bauteil größer ist als der Abstand, der in der Ebene zwischen den Blattfedern am zweiten Bauteil gemessen wird, um dadurch eine Rotation des zweiten Bauteils auf seine gekrümmte Bewegung relativ zum ersten Bauteil hin zu induzieren, wobei die Rotation eine Achse orthogonal zur genannten Ebene aufweist und in einem Sinn entgegengesetzt zu demjenigen der gekrümmten Bewegung stattfindet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform ei­ ner Sonde gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt auf der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt auf der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 ein Detail von Fig. 3,

Fig. 5A und B einen Betrieb einer parallele Blattfedern verwendenden Sonde des Stands der Technik,

Fig. 6A und B eine Verbesserung gegenüber der Anordnung der Fig. 5A und B,

Fig. 7 eine Strahlenkonstruktion für Fig. 4, und

Fig. 8 ein Schaltkreisdiagramm für das Detail von Fig. 4.

Nach den Fig. 1 und 2 besitzt eine Sonde 100 eine feste Struktur 110 und ein Tasterhaltebauteil 112, das relativ zur festen Struktur 110 durch drei seriell verbundene Paare von Blattfedern 114, 116, 118 aufgehängt ist. Die Paare von Blattfedern 114 bzw. 116 bzw. 118 gestatten Translationen des Tasterhaltebauteils 112 relativ zur festen Struktur 110 in den X- bzw. Z- bzw. Y-Richtungen, wodurch somit drei translatorische Freiheitsgrade für das Tasterhaltebauteil 112 geschaffen werden. Blattfedern 114A, B, voneinander in der x-Richtung beabstandet und sich in im wesentlichen paral­ lele YZ-Ebenen erstreckend, sind an ihrem oberen Ende mit der festen Struktur 110 und an ihrem unteren Ende mit einem ersten Zwischenbauteil 120 verbunden. Blattfedern 116A, B sind in der Z-Richtung voneinander beabstandet und erstrec­ ken sich in parallelen XY-Ebenen. Die Blattfeder 116A ist an einem Ende mit einem sich aufwärts erstreckenden Glied 124 auf dem ersten Zwischenbauteil 120 und am anderen Ende mit einem zweiten Zwischenbauteil 122 verbunden. Die Blattfeder 116B ist an einem Ende mit dem ersten Zwischenbauteil 120 und am anderen Ende mit dem zweiten Zwischenbauteil 122 ver­ bunden. Die Konfiguration der ersten und zweiten Zwischenbau­ teile 120, 122 ist derart, daß sich das zweite Zwischenbau­ teil 122 innerhalb der Struktur des ersten Zwischenbauteils 120 mit diesem verschachtelt befindet, wie in Fig. 1 gezeigt. Blattfedern 118A, B, voneinander in der Y-Richtung beabstandet und sich in im wesentlichen parallelen XZ-Ebenen erstreckend, sind an ihrem oberen Ende mit sich nach außen erstreckenden Armen 126, die auf dem zweiten Zwischenbauteil 122 vorgesehen sind, und an ihrem unteren Ende mit dem Tasterhaltebauteil 112 verbunden. Bewegungen des ersten Zwischenbauteils 120 relativ zur festen Struktur 110, des zweiten Zwischenbauteils 122 relativ zum ersten Zwischenbau­ teil 120 und des Tasterhaltebauteils 112 relativ zum zweiten Zwischenbauteil 122, die jeweils durch die Blattfeder 114, 116, 118 geschaffen werden, stellen jeweils gekrümmte Trans­ lationen in den XZ-, XZ- und YZ-Ebenen dar (obwohl dies einer linearen Translation nahekommt, wo die Verschiebungen klein sind). Die relative Steifigkeit der Blattfedern 114, 116, 118 gegenüber jeweils auf sie in den YZ-, XY- und XZ-Ebenen angewendeten Kräften verhindert in einer ersten Nä­ herung eine Rotation des Tasterhaltebauteils 112. Das Taster­ haltebauteil 112 trägt einen länglichen Taster 128 mit einer im wesentlichen sphärischen Fühlerspitze 130 an seinem frei­ en Ende.

In Betrieb ist die feste Struktur 110 am bewegbaren Arm einer Koordinatenpositionierungsmaschine angebracht und der Arm wird angetrieben, bis die Fühlerspitze 130 des Tasters 128 in Kontakt mit einer Oberfläche gelangt, deren Position oder Kontur zu vermessen ist. Die Blattfedern 114, 116, 118 und Zwischenbauteile 120, 122 gestatten eine Verschiebung des Tasterhaltebauteils 112 (und somit des Tasters 128) rela­ tiv zur festen Struktur 110 auf einen Kontakt der Fühler­ spitze 130 mit der Oberfläche hin. Transducer innerhalb der Sonde messen diese Verschiebung relativ zu einer Referenz­ position oder eines Bezugs auf der festen Struktur. Die Position der Oberfläche wird somit relativ zu einer Referenz auf dem Tisch der Maschine bestimmt, indem die Transducer­ ausgänge der Maschine, welche die Position des bewegbaren Arms relativ zur Referenz auf dem Tisch messen, und die Ausgänge der Transducer in der Sonde, welche die Verschie­ bung der Fühlerspitze 130 relativ zu einer Referenz auf der festen Struktur (und somit zum bewegbaren Arm) summiert werden.

Nach Fig. 3 ist das Tasterhaltebauteil 112 mit einer längli­ chen Stange 132 verbunden, die sich durch Öffnungen (nicht gezeigt) in den Blattfedern 116A, B erstreckt. Das distale Ende der Stange 132 trägt einen Würfel 134, auf welchem drei Skalen 136, 138, 140 angebracht sind. Die Skalen 136 bzw. 138 weisen sich in der Z-Richtung erstreckende Linien auf und sind in den XZ- bzw. YZ-Ebenen angebracht; die Skala 140 weist sich in der X-Richtung erstreckende Linien auf und ist auf dem Würfel 134 in einer XZ-Ebene angebracht. Der Würfel 134 bewegt sich somit innerhalb eines in der festen Struktur 110 vorgesehenen Hohlraums 142 mit Bewegungen, die exakt den Bewegungen des Tasterhaltebauteils 112 und in einer Näherung erster Ordnung der Fühlerspitze 130 des Tasters 128 entspre­ chen.

Leseköpfe 144, 146, 148 sind auf der festen Struktur 110 je­ weils in Übereinstimmung mit den Skalen 136, 138, 140 ange­ bracht und arbeiten mit den Skalen zusammen, um jeweils eine Verschiebung des Würfels 134 innerhalb des Hohlraums 142 in die X-, Y- und Z-Richtungen zu messen. Die Leseköpfe 144, 146, 148 weisen irgendeine Verschiebung der Skalen 136, 138, 140 in eine Richtung senkrecht zur Beabstandung der Linien jeder der Skalen nach, sind jedoch unempfindlich gegenüber irgendeiner Bewegung der Skala entweder in eine Richtung senkrecht zur Ebene der Skala oder entlang der Richtung der Linien der Skala. Die Ausrichtung der Linien auf der Skala um eine sich zwischen der Skala und dem entsprechenden Lesekopf erstreckende Achse bestimmt somit die Ausrichtung der Meßachsen der Sonde, wohingegen die Geradheit der Linien jeder der Skalen 136, 138, 140 die Geradheit der Meßachsen der Sonde bestimmt.

Nach Fig. 4 weist jeder der Leseköpfe 144, 146, 148 eine Lichtquelle 150 und drei in einer einzigen Einheit 152 vorge­ sehene Detektoren auf, die in einem Lesekopfgehäuse 154 ge­ tragen werden. Licht von der Lichtquelle 150 verläuft durch ein Indexgitter 156 und wird von der Skala reflektiert, um in eine Detektoreinheit 152 hinein über ein Analysatorgitter 158 zu verlaufen. Das Index- und Analysatorgitter 156, 158 sind auf einem einzigen Glassubstrat vorgesehen, welches in einem im Lesekopfgehäuse 154 vorgesehenen Kanal 160 getragen wird. Das Lesekopfgehäuse 154 besitzt eine äußere Peripherie 162, deren Oberfläche sphärisch ist, und der Lesekopf wird in einem Kanal 164 in der festen Struktur 110 gehalten. Das Lesekopfgehäuse 154 wird in dem Kanal mittels eines Halte­ stabs 166 gehalten, der an der festen Struktur auf beiden Seiten des Kanals mittels Bolzen 170 befestigt ist. Der Hal­ testab 166 weist eine Öffnung 172 auf, welche sich mit der sphärischen Peripherie des Lesekopfgehäuses 154 in Eingriff befindet; eine ähnliche Öffnung (nicht gezeigt) ist auf dem Boden des Kanals 164 und in Übereinstimmung mit der Öffnung 172 vorgesehen. Diese Anordnung ermöglicht eine Justierung der Höhe des Gehäuses 154 relativ zur benachbarten Skala auf dem Würfel 134, während die Öffnungen, die sich mit der Peri­ pherie des Gehäuses 154 in Eingriff befinden, seine Transla­ tion verhindern. Auf diese Weise kann das Nicken, Rollen und Gieren des Gehäuses um drei senkrechte Achsen (die sich alle an einem gemeinsamen Punkt schneiden, der mit dem Zentrum der sphärischen Peripherie 162 zusammenfällt) justiert wer­ den, um eine optimale Leistung des Skalen- und Lesekopftrans­ ducers zu erhalten. Eine Justierung der Gehäuseposition kann durch ein geeignetes Werkzeug durchgeführt werden, das ein Paar von voneinander beabstandeten Zinken besitzt, von denen jeder mit einem Werkzeugloch 174 in Eingriff bringbar ist. Ein Schwenken des Werkzeugs bei sich in Eingriff befindli­ chen Zinken dreht somit das Gehäuse 154 um die erforderliche Achse. Wenn die erforderliche Ausrichtung des Lesekopfs und der Skala erlangt worden ist, können die Bolzen 170 so fest angezogen werden, daß die Reibung zwischen dem Haltestab 166, der Peripherie 162 des Gehäuses 154 und des Bodens des Kanals 164 derart ist, daß das Gehäuse nicht leicht bewegt werden kann.

Wie oben erwähnt, widersteht die relative Steifigkeit der Paare von Blattfedern 114, 116, 118 gegenüber in bestimmte Richtungen angewendeten Kräften einer Rotation des Tasterhal­ tebauteils 112. Falls jedoch eine Kraft auf die Fühlerspitze 130 des Tasters 128 in z. B. der Y-Richtung angewendet wird, sind die Blattfedern 118 einem Biegemoment ausgesetzt, des­ sen Größe proportional zur Länge des Tasters und der Kraft ist, die auf die Fühlerspitze 130 in der Y-Richtung angewen­ det wird (die ihrerseits unvermeidlich proportional zur Aus­ lenkung der Fühlerspitze aus ihrer Ruheposition ist). Nach den Fig. 5A und 5B bringt eine auf die Fühlerspitze 130 in die positive Y-Richtung angewendete Kraft ein Biegemoment auf das Tasterhaltebauteil 112 auf, das zu den Blattfedern 118A, 118B übertragen wird. Das Biegemoment bewirkt, daß eine Kompressionskraft auf die Blattfeder 118B und eine Streckkraft auf die Blattfeder 118A aufgebracht wird. Dies ergibt eine geringfügige Rotation des Tasterhaltebauteils 112, die mit der vergrößerten Verschiebung des Tasterhalte­ bauteils in die +Y-Richtung an Größe zunimmt. Diese Drehung ist in Fig. 5B dargestellt, und es ist zu sehen, daß die Ro­ tation im gleichen Sinn wie die gekrümmte Bewegung des Halte­ bauteils 112 infolge seiner Verschiebung stattfindet, d. h. gegen den Uhrzeigersinn in Fig. 5B. (Auch ist vergleichswei­ se in gestrichelten Linien eine Sonde mit "unendlich stei­ fen" Blattfedern gezeigt, die eine perfekte parallele Wir­ kung schaffen.) Die Rotation des Tasterhaltebauteils 112 er­ gibt ein entsprechendes Kippen des Transducerwürfels 134. Ein Kippen des Würfels 134 in der XZ-Ebene über einen kriti­ schen Winkel (in der Größenordnung von 10 Bogenminuten) hin­ aus, verursacht ein Versagen des Skalen- und Le­ sekopftransducers, der eine Verschiebung des Würfels in der X-Richtung mißt. Dieses Phänomen begrenzt somit wirksam die Länge von Tastern, die durch das Tasterhaltebauteil 112 ge­ tragen werden können, und daher den Bereich von Untersu­ chungsaufgaben, zu deren Durchführung die Sonde in der Lage ist.

Eine Modifikation der traditionellen Parallelblattfederkon­ struktion, welche dieses Problem überwindet, ist in den Fig. 6A und B dargestellt. In Fig. 6A ist zu sehen, daß der Ab­ stand D1 zwischen den Blattfedern 118 in der Y-Richtung an der festen Struktur 110 größer ist als der Abstand D2 zwi­ schen den Blattfedern in der Y-Richtung am Tasterhaltebau­ teil 112. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Ausgleichsstücken erzielt werden. Die feste Struktur 110, das Tasterhaltebauteil 112 und die Blattfedern 118 defi­ nieren somit eher ein Trapez als ein Rechteck wie für eine Parallelblattfederanordnung üblich. In Fig. 6B ist zu sehen, daß eine Verschiebung des Haltebauteils in der Y-Richtung (d. h. im Gegenuhrzeigersinn) aufgrund dessen, daß der Ab­ stand D1 größer ist als der Abstand D2, eine Rotation des Tasterhaltebauteils 112 im Uhrzeigersinn ergibt. Diese "Gegen-Rotation" des Tasterhaltebauteils 112 infolge der Blattfederkonfiguration wirkt effektiv der Rotation entge­ gen, die durch das Biegemoment induziert wird, das auf das Haltebauteil 112 durch auf die Fühlerspitze 130 wirkende la­ terale Kräfte angewendet wird, welche die Verschiebung des Haltebauteils 112 verursachten. Die Sonde ist somit dazu in der Lage, einen größeren Bereich von Tasterlängen zu tragen, bevor eine Rotation des Transducerwürfels 134 ein Versagen der Sonde aufgrund einer Unbetreibbarkeit der Transducer ver­ ursacht.

Diese verbesserte Blattfederanordnung wird bevorzugt hin­ sichtlich der Blattfedern 114A, B und 118A, B eingesetzt, die eine Verschiebung des Tasterhaltebauteils 112 in der X- und Y-Richtung gestatten.

Anhand Fig. 7 wird nun der optische Mechanismus beschrieben, durch den die Skalen- und Lesekopftransducer den Betrag und die Richtung der Verschiebung des Würfels 134 bestimmen. Wie im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben, weist der Lesekopf eine Lichtquelle 150 in Übereinstimmung mit einem Indexgit­ ter 156 auf, das eine Teilung P₁ besitzt. Benachbart der Lichtquelle 150 ist eine Detektoreinheit 152, die drei licht­ empfindliche Detektoren 152A, B, C aufweist, in Übereinstim­ mung mit einem Analysatorgitter 158 angebracht, das eine Tei­ lung P₂ besitzt. Das Indexgitter 156 und Analysatorgitter 158 sind auf dem gleichen Glassubstrat vorgesehen, und Licht von der Lichtquelle 150 verläuft durch das Indexgitter 156 und wird von einer Skala 136 reflektiert, um Interferenz­ streifen zu erzeugen, die eine Teilung P₁ in der Ebene des Analysatorgitters 158 besitzen. Eine relative Bewegung zwi­ schen der Skala und dem Lesekopf in der X-Richtung veranlaßt die Streifen, sich über das Analysatorgitter 158 zu bewegen, das wirksam die Streifen für die Photodetektoren 152A, B, C abschirmt. Da jedoch die Teilungen der Streifen und die Tei­ lung des Analysatorgitters leicht unterschiedlich sind, wer­ den Moire-Streifen am Analysatorgitter 158 erzeugt, die eine Periodizität in der X-Richtung (d. h. der Richtung der Beab­ standung der Linien des Analysatorgitters 158) aufweisen. Die Erzeugung der Moire-Streifen ist der Erzeugung einer Überlagerungsfrequenz verwandt, und somit weisen die Moire-Streifen eine Teilung von 1/(1/P₁-1/P₂) auf; und zwar signifikant größer als die Teilung eines der beiden Gitter 156, 158. Die Photodetektoren 152A, B, C sind voneinander beabstandet hinter dem Analysator 158 um näherungsweise ein Drittel der Teilung eines Moire-Streifens. Auf eine relative Bewegung der Skala 136 und des Lesekopfs 144 hin erzeugt jeder der Photodetektoren 152A, B, C ein zyklisch variieren­ des elektrisches Signal entsprechend der Lichtintensitätsmo­ dulation am Analysatorgitter, wobei die drei Detektoren Aus­ gänge mit einer Phasenverschiebung von näherungsweise 120° erzeugen. Diese Ausgänge können kombiniert werden, um ein Paar von sinusförmig variierenden Signalen mit einer Quadra­ tur- bzw. 90°-Beziehung zu erzeugen, von welchen sowohl der Betrag als auch die Richtung einer relativen Bewegung des Würfels 134 und der festen Struktur 110 in beispielsweise der X-Richtung bestimmt werden kann.

Diese Anordnung von Skala und Lesekopf besitzt signifikante Vorteile in Verbindung mit der Sonde der vorliegenden Erfin­ dung. Erstens ist es, da die Position der Skala 136 relativ zum Lesekopf in der Y-Richtung zwischen den zwei Positionen, die in Fig. 7 als R1 und R2 angedeutet sind, variieren kann, nicht möglich, eine herkömmlichere Anordnung einzuset­ zen, in der drei einzelne Analysatorfenster vorgesehen sind, von denen jedes Linien besitzt, die leicht relativ zum be­ nachbarten Analysatorfenster verschoben sind, es sei denn, die Photodetektoren 152A, B, C sind direkt hinter den jewei­ ligen Fenstern positioniert. Dies ist der Fall, da aufgrund der Triangulation des Lichts von der Lichtquelle 150 zur Skala 136 und zum Analysator 158 der Einfallswinkel des Lichts durch das Analysatorgitter 158 sich mit dem Abstand zwischen der Skala 136 und dem Lesekopf ändert. Mit indivi­ duellen Analysatorfenstern kann daher ein Übersprechen zwi­ schen einem gegebenen Detektor und durch das Fenster in Über­ einstimmung mit einem benachbarten Detektor verlaufendem Licht vorkommen, wenn der Einfallswinkel spitzer wird. Da die Konfiguration von Blattfedern, die für die X- und Y-Ach­ sen der Sonde der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, eine kleine Rotation in die Bewegung des Tasterhaltebauteils 112 einführt, weisen darüber hinaus die Streifen einen konti­ nuierlich variablen Schrägungswinkel relativ zu den Linien des Analysatorgitters 158 auf. Es ist somit nicht möglich, die klassische Moire-Konfiguration einzusetzen, wo die Li­ nien des Analysatorgitters 158 relativ zu den Linien der Skala schräg verlaufen, um Moire-Streifen zu erzeugen, die sich im wesentlichen senkrecht zu den Linien des Analysator­ gitters 158 erstrecken, da die Teilung der Moire-Streifen zu empfindlich für eine Variation wäre, wenn der schiefe Winkel variiert.

Ein weiterer Effekt der Variation im Versatz zwischen der Skala 136 und dem Lesekopf ist die resultierende Variation in der Netto-Intensität von auf die Photodetektoren 152A, B, C einfallendem Licht. Dies ergibt eine Änderung im Betrag der Quadratursignale und erfordert somit einen Interpolator mit einem großen dynamischen Bereich. Um dieses Problem zu überwinden, schafft die vorliegende Erfindung ein System, das eine im wesentlichen konstante Gleichstromintensität von Licht an den Photodetektoren 152A, B, C ungeachtet des Ver­ satzes zwischen der Skala und dem Lesekopf aufrechterhält. Nach Fig. 8 erzeugen die Detektoren 152A, B, C jeweils eine Ausgangsspannung V_A, V_B, V_C, und diese werden an einer Sum­ mierverbindung 240 summiert. Der Ausgang der Summierverbin­ dung wird zu einem Servomechanismus 242 geschickt, der die Ausgangsspannung vom Schaltkreis 240 mit einer Referenzspan­ nung V_(A+B+C)ref vergleicht und einen geeigneten Strom durch die LED 150 als ein Ergebnis schickt. Die LED wird somit servomäßig betrieben derart, daß die Gleichstrominten­ sität von Licht am Analysatorgitter 158 konstant ist, und somit bleibt die Amplitude der sinusförmigen Quadratursigna­ le, die dazu verwendet werden, die Position des Lesekopfs re­ lativ zur Skala zu interpolieren, ebenso konstant.

Claims (4)

1. Sonde für eine Koordinatenpositionierungsmaschine, wobei die Sonde eine Aufhängungsanordnung aufweist mit:
einem ersten, relativ festen Bauteil;
einem zweiten, relativ bewegbaren Bauteil;
einem Paar von Blattfedern, wobei jede Blattfeder des Paars mit dem ersten und zweiten Bauteil verbunden ist, um eine gekrümmte Bewegung des zweiten Bauteils in einer sich im wesentlichen orthogonal zur Ebene jeder der Blatt­ federn erstreckenden Ebene zu ermöglichen; worin
der in der genannten Ebene gemessene Abstand zwischen den Blattfedern am ersten Bauteil größer ist als der Abstand, der in der Ebene zwischen den Blattfedern am zweiten Bauteil gemessen wird, um dadurch eine Rotation des zweiten Bauteils auf seine gekrümmte Bewegung relativ zum ersten Bauteil hin zu induzieren, wobei die Rotation eine Achse orthogonal zur genannten Ebene aufweist und in einem Sinn entgegengesetzt zu demjenigen der gekrümmten Bewegung stattfindet.

2. Sonde nach Anspruch 1, worin die Sonde eine feste Struktur umfaßt, durch wel­ che die Sonde an einem bewegbaren Arm einer Koordinatenpo­ sitionierungsmaschine angebracht werden kann, die Sonde ferner wenigstens einen Transducer zur Messung einer Ver­ schiebung des zweiten Bauteils relativ zur festen Struk­ tur in einer Richtung entsprechend der Beabstandungsrich­ tung der Blattfedern umfaßt und der wenigstens eine Transducer umfaßt:
eine Skala mit einer Serie von in der genannten Rich­ tung voneinander beabstandeten Linien, die auf einem der festen Struktur und des zweiten Bauteils vorgesehen ist, und
einen opto-elektronischen Lesekopf, der auf dem ande­ ren der festen Struktur und des zweiten Bauteils vorge­ sehen ist, um die Skala abzulesen.

3. Sonde nach Anspruch 2, worin die Skala auf dem zweiten Bauteil vorgesehen ist.

4. Sonde nach Anspruch 3, worin die feste Struktur durch das erste Bauteil ge­ schaffen wird.