DE4410267A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von Maschinen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von MaschinenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Maschinenkali
brierung und bezieht sich insbesondere auf ein neues Verfah
ren und eine neue Vorrichtung zum Kalibrieren der Meßlei
stung einer Maschine.
Es ist bekannt, die Bewegungen von Maschinen zu kalibrieren,
indem simultan der Abstand, um den sich eine Maschinenkompo
nente, z. B. die Spindel, bewegt, sowohl durch Ablesen der
Maschinenskalen als auch durch Messen der tatsächlichen Bewe
gung mit einem Laserinterferometer gemessen wird. Die zwei
Messungen werden verglichen und die Differenz als ein Fehler
notiert. Indem das Verfahren für einen Bereich von Bewegun
gen längs der drei orthogonalen Maschinenachsen oder längs
von Sektoren, die zu den Maschinenachsen geneigt sind, wie
derholt wird, kann eine Fehlerkarte der Maschinenbewegungen
aufgebaut werden, und verwendet werden, um die durch die
Maschine genommenen Messungen zu korrigieren.
Solche Fehlerkarten schaffen jedoch keine vollständige Infor
mation über die Fehler der tatsächlichen Bewegungen, die
durch die Maschine durchgeführt werden.
Gegenwärtig wird die Meßleistung einer Koordinaten messenden
Maschine kalibriert, indem ein Längenbalken verwendet wird,
der zu der höchsten möglichen Akkuranz hergestellt wird. Der
Balken wird auf der Maschine angeordnet und gemessen, wobei
die Differenz zwischen der tatsächlichen Länge und der gemes
senen Länge notiert und verwendet wird, um zukünftige Messun
gen zu korrigieren.
Um einen vollen Bereich von Messungen zu erhalten, wird ein
Bereich von Längenbalken benötigt, von welchen jeder auf
grund der Akkuranz, mit welcher herzustellen und zu messen
ist, teuer ist.
Auch ist es in Übereinstimmung mit internationalen Standar
den üblich, alle Messungen, die durchgeführt werden, auf
eine Standardtemperatur zu beziehen. So wird die angegebene
Länge des Längenbalkens seine Länge bei der Standardtempera
tur sein. Wenn er bei einer anderen Temperatur als der Stan
dardtemperatur gemessen wird, wird seine tatsächliche Länge
aus dem Koeffizient der linearen Ausdehnung des Materials,
aus welchem er hergestellt ist, berechnet. Aber, weil Zusam
mensetzungen von Materialien unterschiedlich sind, kann der
Koeffizient der linearen Ausdehnung eines speziellen Längen
balkens nicht der angegebene Wert sein und dies kann auch zu
Fehlern in der Messung Anlaß geben.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
für und ein Verfahren zur Kalibrierung der Meßleistung einer
Maschine mit größerer Akkuranz und geringeren Kosten als das
oben beschriebene Verfahren zu schaffen, das einen physika
lischen Längenbalken verwendet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Meß
gebilde anstelle des physikalischen Längenbalkens vorgese
hen. Das Gebilde, welches ein optisches Gebilde sein kann,
zum Beispiel ein Reflektor, wird für die Bewegung über eine
Vielzahl von Abständen auf einer Bahn angebracht, die auf
oder in Beziehung mit der Maschine angebracht ist. Der Ab
stand, um den sich zwischen jeden zwei Positionen des Gebil
des bewegt wird, wird durch eine unabhängige Meßvorrichtung,
zum Beispiel ein Laserinterferometer gemessen, welches eine
akkurate Längenmessung zwischen den zwei Positionen schafft.
Eine zweite Messung der Länge zwischen den gleichen zwei Po
sitionen des Gebildes wird durch die Maschine durchgeführt,
wobei ein Meßtastkopf verwendet wird und die zwei Messungen
verglichen werden. Indem dieses Verfahren über eine große
Anzahl von Längen wiederholt wird, kann eine Kalibrierung
für das ganze Arbeitsvolumen der Maschine erreicht werden.
Die tatsächlichen Längenmessungen, die durch das Interfero
meter erfaßt werden, sind äquivalent dazu, die bekannten Län
gen von vielen extrem akkuraten physikalischen Längenbalken
genommen zu haben, aber sie werden alle durchgeführt, indem
daßelbe Gebilde bei verschiedenen Positionen der Bahn ver
wendet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt umfaßt die Erfindung ein Meßgebil
de für die Verwendung in dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Maschinenmessungen werden genommen, indem ein Meßtast
kopf auf der Maschine verwendet wird. Der Tastkopf kann dazu
gebracht werden, das Gebilde längs des gleichen Messungsvek
tors wie jenem zu berühren, längs von welchem das Laserinter
ferometer seine Messungen erfaßt hat, oder in alternativer
Weise an dem gleichen Punkt auf dem Gebilde zu jeder Zeit.
Die Messungen, die durch das Interferometer und den Tastkopf
auf der Maschine durchgeführt werden, sind bevorzugterweise
synchronisiert.
Um die Ablesungen von sowohl dem Laserinterferometer als
auch der messenden Maschine zu korrelieren, muß es einen
ersten Referenzpunkt geben, der zu dem Gebilde gehört und
welcher eine bekannte Beziehung zu der Meßachse des Interfe
rometers aufweist. Weiter muß das Gebilde zumindest eine Re
ferenzoberfläche aufweisen, welche verfügbar ist, um durch
den Tastkopf berührt zu werden und auf welcher ein zweiter
Referenzpunkt festgelegt werden kann, welche eine feste be
kannte Beziehung zu dem ersten Referenzpunkt aufweist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
das Gebilde bzw. Gerät ein Retroreflektor. Der Retroreflek
tor hat einen Knotenpunkt, durch welche die Meßachse des
Interferometers tritt. Aus diesem Grund wird der Knotenpunkt
des Retroreflektors als der erste zu messende Referenzpunkt
genommen.
Damit die Maschine die Position des Knotenpunktes des Retro
reflektors messen kann ist der Retroreflektor dazu modifi
ziert, eine oder mehrere Oberflächen zu umfassen, welche auf
sehr akkurate Weise relativ zu dem Knotenpunkt positioniert
sind.
So ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung der Retroreflektor mit einer sphärischen Oberfläche ver
sehen, die akkurat auf dem Knotenpunkt zentriert ist, und
der zweite Referenzpunkt ist als der Schnittpunkt der Meßach
se des Interferometers mit der sphärischen Oberfläche defi
niert.
Für die Zwecke dieser Beschreibung ist der Knotenpunkt eines
Retroreflektors als jener Punkt im Raum festgelegt, um wel
chen sich der Retroreflektor neigen oder gieren kann ohne
die Abstandsablesung, die durch das Interferometer durchge
führt wird, signifikant zu beeinträchtigen.
So kann es gesehen werden, daß die Erfindung einen optischen
Längenbalken einer Länge erzeugt, welcher sowohl akkurat in
nerhalb der Meßakkuranz des Interferometers ist, als auch in
der Länge innerhalb des Bewegungsbereiches des Retroreflek
tors auf seiner Bahn variabel ist, und welcher daher viele
feste physikalische Längenbalken simulieren kann, welche der
aktuelle Standard zum Kalibrieren der Meßleistung einer mes
senden Maschine sind.
Indem ein Retroreflektor verwendet wird und alle Messungen
auf den Knotenpunkt bezogen werden, führen die Neige- und
Gierbewegungen des Retroreflektors auf seiner Bahn keine
signifikanten Meßfehler in die Interferometerablesungen ein.
Auch kann, indem eine sphärische Oberfläche auf der Rücksei
te des Retroreflektors vorgesehen wird, welche auf dem Kno
tenpunkt zentriert ist, die Position des Knotenpunktes längs
der Bahn durch die Maschine in einer einzelnen Messung be
stimmt werden, indem der Tastkopf längs der Meßachse oder
parallel dazu bewegt wird, und die Position der Maschine
aufgenommen wird, wenn der Tastkopf die Berührung mit der
sphärischen Oberfläche herstellt.
Andere Gebilde können jedoch verwendet werden, z. B. ein ebe
ner Spiegel mit einer sphärischen Oberfläche auf der Rücksei
te, die auf einem Meßpunkt auf dem ebenen Spiegel zentriert
ist.
Als ein weiteres Merkmal der Erfindung kann die Laserinter
ferometer-Software mit dem Koeffizienten der linearen Ausdeh
nung von verschiedenen gebräuchlicherweise verwendeten Mate
rialien programmiert werden, so daß die gewünschte Kalibra
tionslänge zwischen den zwei Positionen des Gebildes Längen
von verschiedenen Materialien bei verschiedenen Temperaturen
gleichgesetzt werden kann und auf die Standardtemperatur
zurückbezogen werden kann.
Wenn ein optisches Gebilde und ein Laserinterferometer ver
wendet werden, kann ein alternatives Meßverfahren verwendet
werden, welches Fehler aufgrund irgendeiner relativen Bewe
gung des Laserinterferometers und des Maschinenbettes, auf
welchem es angebracht ist, vermeiden wird. In dem alterna
tiven Verfahren wird als Teil des Präkalibrierungsverfahrens
der Tastkopf dazu gebracht, einen Punkt auf dem Interferome
ter und einen Punkt auf dem Gebilde in seiner ersten Posi
tion zu berühren, so daß der Abstand d zwischen diesen zwei
Punkten aus den Maschinenskalen bestimmt werden kann. Die
Interferometerablesung, die dem Abstand des Gebildes in sei
ner ersten Position entspricht, wird auf Null gesetzt, und
die Maschinenskalenablesungen mit dem Tastkopf in Berührung
mit einem Referenzpunkt auf dem Interferometers wird auf O
eingestellt und für alle zukünftigen Messungen der Position
des Gebildes wird die gemessene Distanz zwischen den zwei
Punkten von den Maschinenskalenablesungen subtrahiert, um
die wahre Maschinenmessung der Position des Gebildes zu
schaffen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auf Maschinen
mit statischen oder bewegbaren Arbeitstischen anwendbar.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt/zeigen:
Fig. 1 eine diagrammatische Darstellung einer Ma
schine, die zu kalibrieren ist, die das Ge
bilde der vorliegenden Erfindung während der
Kalibrierung der Maschine zeigt,
Fig. 2 einen Eckwürfelretroreflektor, der in Über
einstimmung mit der vorliegenden Erfindung
modifiziert ist,
Fig. 3 eine Draufsicht der Bahn der vorliegenden
Erfindung und zwar zeigt sie die Schritte in
dem Verfahren des Kalibrierens der Maschine,
Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht des Gebildes
von Fig. 3 bei Position B,
Fig. 5 eine diagrammatische Seitenansicht der Bahn
und des Gebildes, wobei ein alternatives
Kalibrationsverfahren verwendet wird,
Fig. 6 einen alternativen Aufbau der Bahn der vor
liegenden Erfindung,
Fig. 7 eine explodierte Ansicht eines Retroreflek
tors mit einer sphärischen hinteren Ober
fläche,
Fig. 8 eine alternative Form des Gebildes der Erfin
dung und
Fig. 9A und 9B ein weiteres alternatives Gebilde der vorlie
genden Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Koordinaten messende Ma
schine mit einem festen Arbeitstisch 1 veranschaulicht, auf
welchem ein zu messendes Werkstück angebracht werden kann,
und ein Koordinatenrahmenwerk, das Ständer 2 und 3 umfaßt,
die durch einen Querbalken 4 verbunden sind. Der Ständer 2
läuft auf einem Luftlager auf einer Bahn 5 und der Ständer 3
läuft auf einem Luftlager auf dem Arbeitstisch 1, um die Be
wegung wie durch den Pfeil y (bezeichnet als die y-Achse)
angedeutet vorzusehen. Der Querbalken trägt einen Schlitten
6 auf Luftlagern, um die Bewegung des Schlittens 6 wie durch
den Pfeil x (bezeichnet als die x-Achse) angedeutet zu erlau
ben. Der Schlitten 6 trägt wiederum einen Pfeiler 7, inner
halb von welchen die Maschinenspindel 8 auf weiteren Luftla
gern getragen wird, um sich wie durch den Pfeil z (bezeich
net als die z-Achse) zu bewegen. Die Spindel trägt normaler
weise einen Tastkopf 9.
Es ist jedoch zu verstehen, daß die Maschine von dem Typus
sein kann, in welchem der Tisch bewegbar ist und die Ständer
befestigt sind, wobei das Wichtige ist, daß eine relative
Bewegung zwischen der Spindel 8 und dem Tisch 1 stattfindet.
Es kann daher gesehen werden, daß der Meßtastkopf irgendwo
innerhalb der Arbeitseinhüllenden der Maschine positioniert
werden kann.
Jeder der Träger für die sich bewegenden Elemente der Maschi
ne trägt eine Skala 10 und einen Skalenableser (nicht ge
zeigt), welche ein erstes messendes Gerät bilden, wodurch
die Position des Tastkopfes im Ausdruck seines Abstandes von
einem Bezugspunkt längs jeder der drei Achsen x, y und z
bestimmt werden kann.
Werkstücke, die auf dem Tisch plaziert werden, werden gemes
sen, indem der Tastkopf in Berührung mit dem Werkstück ge
bracht wird, um ein Signal zu erzeugen, wenn der Tastkopf
taststift 12 eine Oberfläche des Arbeitsstücks berührt und
um die Maschinensteuerung (nicht gezeigt) dazu zu veranlas
sen, die Ausgaben der Skalen einzurasten. Wenn hinreichende
Ablesungen genommen worden sind, können die Abmessungen des
Arbeitsstückes bestimmt werden. Die derartigen Arbeitsstück
meßverfahren sind herkömmlich.
Um die Maschine in Übereinstimmung mit der Erfindung zu kali
brieren, wird eine Bahn 20, die sich in der gewünschten Kali
brationsrichtung erstreckt, auf der Maschine aufgebaut. Die
Kalibrationsrichtung kann längs einer Achse der Maschine
oder zu einer oder mehreren Achsen geneigt verlaufen. Die
Bahn umfaßt eine Führung für das optische Kalibrationsgebil
de. In dem vorliegenden Beispiel nimmt die Führung die Form
eines quadratischen Spaltes 23 an, der über die gesamte Län
ge der Bahn läuft. Der Spalt kann von irgendeiner geeigneten
Gestalt, z. B. quadratisch oder schwalbenschwanzartig sein,
aber in diesem Beispiel ist er als ein quadratischer Spalt
gezeigt.
Ein Laserinterferometer 22 ist vorgesehen, welches einen
Laserbündelgenerator 24 umfaßt, der dazu eingestellt ist,
ein Laserbündel 25 längs der Bahn zu richten. Der Laserbün
delgenerator kann ein herkömmlicher Laser sein, der auf oder
weg von der Maschine angebracht ist, aber es ist bevorzugter
weise ein Diodenlaser, der direkt auf der Bahn angebracht
ist, oder ein Bündelkollimator, der auf der Bahn angebracht
und durch ein faseroptisches Kabel mit einem entfernten
Laser verbunden ist.
Ein Eckwürfelreflektor 26 ist für die Bewegung längs der
Bahn angebracht und reflektiert das Laserbündel 25 zurück zu
dem Interferometer 28, welches herkömmliche optische Kompo
nenten und ein Detektorsystem umfaßt.
Ein Eckwürfelretroreflektor wird als das optische Gebilde
ausgewählt, weil er die vorteilhafte Eigenschaft hat, daß
sehr kleine Neige- und Gierbewegungen, welche er um einen
Knotenpunkt auf der Laserbündelachse während seiner Bewegung
längs der Bahn durchführen wird, die Distanzmessung, die
durch das Laserinterferometer durchgeführt wird, nicht signi
fikant beeinträchtigen werden. Der Knotenpunkt P eines Retro
reflektors kann aus dem Aufbau des Retroreflektors berechnet
werden und eine Symmetrieachse 27 des Interferometers kann
herbeigeführt werden, welche sich parallel zu dem Bündel 25
und durch den Knotenpunkt P erstreckt. Da die Symmetrieachse
27 des Interferometers die Meßachse des Interferometers bil
den wird und der Knotenpunkt P eine bekannte feste Beziehung
zu der Meßachse aufweist, wird der Knotenpunkt P des Retrore
flektors als der erste Referenzpunkt des Gebildes bestimmt.
Der Retroreflektor ist zusätzlich in Übereinstimmung mit der
Erfindung wie in Fig. 2 gezeigt modifiziert, um eine sphäri
sche Oberfläche 30 auf seiner Vorderseite aufzuweisen. Die
Mitte O der sphärischen Oberfläche wird dazu gebracht, mit
dem Knotenpunkt P zusammenzufallen. Der Retroreflektor kann
optionell mit akkurat positionierten Oberflächen 31, 32 auf
jeder Seite vorgesehen sein, um in der Bestimmung der Posi
tion der Mitte der Sphäre durch Messung mit einem Tastkopf
auf der Maschine zu helfen. Die Oberfläche 30 bildet die Re
ferenzoberfläche, und da sich alle Punkte auf dieser Ober
fläche in einem festen Abstand von dem Knotenpunkt P befin
den, gleich dem Radius der Sphäre, wird ein Punkt R auf der
Oberfläche, wo die Meßachse die Oberfläche schneidet, als
der zweite Referenzpunkt auf dem Gebilde bezeichnet.
Ein quadratischer Vorsprung 33 ist auf dem Boden des Retrore
flektors vorgesehen und so dimensioniert, um eine Gleit
passung in dem Spalt 23 der Bahn 22 zu bilden.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung, die zum Kalibrieren der Ma
schine aufgebaut ist. Die grundlegenden Bewegungen und Mes
sungen, die für die Kalibration erforderlich sind, wobei
eines der Verfahren der Erfindung verwendet wird, werden
unten beschrieben. Die Züge werden separat für ein klares
Verständnis der Erfindung beschrieben werden und es ist zu
verstehen, daß einige der anfänglichen Ausrichtungs- und Meß
schritte zu dem Kalibrationsschritt kombiniert werden
können.
Der modifizierte Retroreflektor 26 wird auf der Bahn 20 ange
bracht. Die Bahn wird in der Richtung, in welcher die Kali
bration gewünscht ist, in Linie ausgerichtet. Das Laserinter
ferometer wird längs der Bahn in Linie ausgerichtet und der
Retroreflektor wird bewegt. Die Ausrichtung des Lasers wird
eingestellt, bis bei zwei beliebigen Positionen des Retro
reflektors längs der Bahn das aus laufende Laserbündel zu dem
Interferometer zurückreflektiert wird. Dies führt die Meß
achse 27 des Laserinterferometers zwischen zwei beliebigen
Positionen des Retroreflektors herbei, wodurch sowohl die
Linie, längs welcher der Referenzpunkt P des Gebildes sich
bewegt, als auch der zweite Referenzpunkt R, wo diese Linie
die sphärische Oberfläche 30 schneidet, festgelegt werden.
Die Ausrichtung kann mit dem Auge durchgeführt werden, wenn
der Abstand lang genug ist, ansonsten kann eine elektroni
sche Hilfe wie ein Photodetektor, z. B. eine Quad-Zelle, zu
verwenden sein.
Die Maschine, die mit einem Meßtastkopf 9 ausgerüstet ist,
wird dann verwendet, um Messungen auf der sphärischen Ober
fläche 30 oder auf den anderen Oberflächen 31, 32, die spe
ziell auf den Retroreflektor gebildet sind, durchzuführen,
um die transversalen Positionen der Mitte O der sphärischen
Referenzoberfläche auf dem Retroreflektor bei zwei Positio
nen längs der Bahn zu bestimmen. Da das Gebilde so herge
stellt worden ist, daß die Mitte O der sphärischen Oberflä
che und des Knotenpunktes P zusammen fallen, führt dieser
Schritt die Meßachse 27 des Interferometers in dem Maschinen
bezugsrahmen herbei. Die Maschine kann dann programmiert wer
den, um ihre Messung des zweiten Bezugspunktes durchzufüh
ren, indem der Tastkopf längs dieser Achse 27 bewegt wird.
Das letzte Stadium der Kalibrierung ist, eine erforderte
Kalibrationslänge L zwischen zwei Punkten A und B auf der
Bahn 20 auszuwählen. Die Länge L wird dann gemessen, indem
das Gebilde zu einem der Punkte bewegt wird, und während der
Tastkopf längs der Meßachse 27 bewegt wird, eine einzelne
Berührung mit dem Tastkopf bei dem zweiten Referenzpunkt R
durchgeführt wird, um seine Position längs der Bahn in dem
Maschinenbezugsrahmen zu bestimmen. Das Gebilde wird dann zu
dem zweiten Punkt auf der Bahn bewegt und die Länge der
Bewegung wird durch das Interferometer gemessen. An dem
zweiten Punkt wird eine zweite Berührung auf dem Gebilde mit
dem Tastkopf bei dem zweiten Bezugspunkt R herbeigeführt.
Weil nur eine einzelne Berührung mit dem Tastkopf bei dem
zweiten Bezugspunkt auf der sphärischen Oberfläche des Gebil
des bei jedem Punkt auf der Bahn durchgeführt werden muß, um
die Position des Knotenpunktes herbeizuführen, werden die
Maschinenfehler minimiert.
Die Bahn ist gezeigt, einen quadratischen Schlitz längs
ihrer Länge aufzuweisen, in welcher eine quadratische Basis
auf dem Retroreflektor eingepaßt wird. Ein derartiges System
kann, während es den Vorteil der Einfachheit aufweist, Anlaß
zu Fehlern in der Messung geben, wenn der Retroreflektor
Neige-, Roll- oder Gierbewegungen durchführt, während er
längs der Bahn fortschreitet. Diese Bewegungen werden auf
der Bahn und nicht auf dem Knotenpunkt P zentriert sein und
werden sowohl eine Rotationsbewegung als auch eine Transla
tionsbewegung des Retroreflektors um seine Achse 27 veran
lassen.
Die Rotationsbewegungen des Retroreflektors um die Achse 27
werden keinen Effekt auf die Längenmessungen, die entweder
durch das Interferometer oder die Maschine durchgeführt wer
den, haben. Jedoch wird jede Translation des Retroreflek
tors, wenn er sich längs der Bahn bewegt, während sie die
Messungen, die durch das Laserinterferometer durchgeführt
werden, nicht beeinträchtigt, den Tastkopf, der sich längs
der Achse 27 bewegt, dazu veranlassen, die sphärische Refe
renzoberfläche 30 bei einem Punkt R′ zu berühren, der von
dem zweiten Referenzpunkt R versetzt ist.
Dies ist in Fig. 4 veranschaulicht, aus welcher es gesehen
werden kann, daß nach einer transversalen Versetzung t des
Retroreflektors zu der Position, die in punktierten Linien
gezeigt ist-, der Tastkopf zu dem Punkt R′ längs der Achse 27
messen wird, welche um einen Abstand e kürzer sein wird, was
Anlaß zu einem Kosinusfehlersignal gleich r cos Φ geben
wird, wobei r der Radius der sphärischen Oberfläche ist. Für
kleine Werte von t wird dieser Kosinusfehler nicht signifi
kant sein, aber sicherzustellen, daß t hinreichend klein
ist, kann eine akkurat aufgebaute Bahn erfordern, was sich
zu den Kosten der Gesamtvorrichtung addieren würde.
Fig. 5 veranschaulicht eine Variation des Verfahrens zum
Ausführen der Kalibration. Dieses Verfahren reduziert jeden
Fehler, der aufgrund der Transversalbewegungen des Gebildes
vorhanden ist, wenn es sich längs der Bahn bewegt, und so
einer weniger akkurat hergestellten Bahn erlaubt, verwendet
zu werden. In dieser Variation wird die Richtung der Achse
27 wie zuvor herbeigeführt, indem der Laser mit der Bahn
ausgerichtet wird. Dies bestimmt die zwei Referenzpunkte P
und R wie gezeigt. Falls, wenn der Retroreflektor zu seiner
Position B am Ende einer Meßlänge L bewegt wird, es eine Ver
schiebung t des Retroreflektors wegen Ungenauigkeit in der
Bahn 20 gibt, werden sich die zwei Referenzpunkte P und R zu
den Positionen bewegt haben, die in den gepunkteten Linien
gezeigt sind. Anstatt den Tastkopf längs der Achse 27 in Be
rührung mit der Referenzoberfläche zu bewegen, ist die Ma
schine in dem alternativen Verfahren programmiert, die neue
Position der Mitte O der Sphäre zu finden, indem die Refe
renzoberfläche bei drei Positionen berührt wird. Die Maschi
ne führt dann die Abstandsmessung durch, indem die Referenz
oberfläche längs eines Vektors V durch die neue Mitte O und
parallel zu der Achse 27 angenähert wird, so daß Berührung
mit der Oberfläche wieder bei dem zweiten Referenzpunkt R
hergestellt wird.
Indem dieses Verfahren verwendet wird, wird es wieder einen
Kosinusfehler in der Messung der Kalibrationslänge geben,
die durch den Tastkopf durchgeführt wird, aber nun wird es L
cos σ sein, welcher, selbst für signifikante transversale
Bewegungen des Retroreflektors nicht als ein Fehler in der
Abstandsmessung signifikant sein sollte.
Eine alternative Form der Bahn ist in Fig. 6 gezeigt, mit
welcher der Retroreflektor auf der Symmetrieachse des Laser
interferometers zentriert werden kann, um sicherzustellen,
daß irgendwelche Rotationen des Retroreflektors näher auf
dem Knotenpunkt zentriert sind. Der Spalt 23 ist in diesem
Beispiel gezeigt, eine Schwalbenschwanzgestalt aufzuweisen.
Als ein weiterer Nutzen wird das Laserbündel innerhalb der
Bahn eingeschlossen, um die Effekte von Luftbewegungen auf
das Laserbündel zu verringern. Eine flexible Abdeckung 40
kann vorgesehen werden, durch welche der Tastkopf 9 sich er
streckt, um die Umhüllung zu vervollständigen.
Als eine weitere Verfeinerung kann das Laserinterferometer
system ein Luftrefraktometer umfassen, welches die Korrektur
der Wellenlänge des Laserlichtes auf irgendwelche Änderungen
in dem Brechungsindex der Luft aufgrund von Änderungen der
Umgebungsluftbedingungen sicherstellt. Ein geeignetes Luftre
fraktometer wird in unserer europäischen Patentanmeldung Nr.
508583 beschrieben und beansprucht.
Es kann gesehen werden, daß das oben beschriebene Kalibra
tionssystem eine Alternative mit niedrigen Kosten zu den teu
ren physikalischen Längenbalken, die gegenwärtig verwendet
werden, schafft. Die Bahn braucht nicht sehr akkurat herge
stellt werden, weil Drehungen des Retroreflektors um den Kno
tenpunkt die Akkuranz der Laserinterferometermessungen nicht
beeinträchtigen werden. Der Effekt von irgendwelchen Trans
lationen des Retroreflektors auf die einzelne Messung, die
durch den Tastkopf bei jeder Position durchgeführt wird,
wird auch zu einem nicht signifikanten Kosinusfehler verrin
gert.
Ein zusätzlicher Nutzen der Erfindung ist, daß die Software,
welche die tatsächliche Länge der optischen Längenbalken aus
dem Streifenzähler des Interferometers berechnet, auch pro
grammiert werden kann, um die Koeffizienten der linearen
Ausdehnung von allen Materialien zu umfassen, die wahrschein
lich sind, durch die Maschine gemessen zu werden. Auf diese
Weise kann das Interferometer eine Meßlänge erzeugen, die
für verschiedene Materialien bei verschiedenen Temperaturen
aus der gleichen Abstandsablesung repräsentativ ist und auf
akkurate Weise zurück zu einer Standardtemperatur bezogen
wird. Diese Information kann dann verwendet werden, um die
Ablesungen aus der Maschine zu dem gleichen Standard zu
korrigieren.
Zum Beispiel ist die Messung, die durch das Interferometer
durchgeführt wird, der Abstand L, um den sich das Gebilde be
wegt. Es ist nicht die Länge eines Metallbalkens. Wenn eine
Korrektur zurück zu einer Standardtemperatur durchzuführen
ist, berücksichtigt die vorliegende Erfindung irgendein aus
zuwählendes Material und den genannten Standardkoeffizienten
der linearen Ausdehnung für dieses zu verwendende Material,
um zu bestimmen, was normalerweise die tatsächliche Länge
eines Balkens des Materials von nomineller Länge L bei der
Standardtemperatur wäre. Der resultierende berechnete Wert
muß daher nicht an der Unsicherheit leiden, welche vorliegt,
wenn die gleiche Berechnung ausgeführt wird, nachdem die
Maschine kalibriert worden ist, wobei ein Standardlängenbal
ken verwendet wird, dessen Material nicht exakt die gleiche
chemische Zusammensetzung aufweist wie jene, für welche der
lineare Standardausdehnungskoeffizient angegeben ist.
Daher gewährt die vorliegende Erfindung nicht nur, diese Un
sicherheit der Kalibration zu eliminieren, sondern sie be
fähigt die Vorrichtung auch, verschiedene Werte von kali
brierten Längen von irgendeiner Anzahl von vorzusehenden Ma
terialien aus dem einzelnen Gebilde vorzusehen, was signifi
kante Kostenersparnisse zur Folge hat.
Die kombinierte Retroreflektor- und sphärische Oberfläche
kann wie in Fig. 7 gezeigt hergestellt werden. Der Retro
reflektor 26 wird hergestellt und gemessen, um die Position
des Knotenpunktes P zu bestimmen. Der Retroreflektor wird
dann von einem Ende in eine Hülse 45 eingeführt, welche in
terne und externe Widerlager 46 bzw. 47 aufweist. Das inter
ne Widerlager 46 ist positioniert, um sicherzustellen, daß
der Abstand d des Knotenpunktes P des Retroreflektors von
seiner Vorderseite bei einer präzisen Position A in einem
Abstand D von dem externen Widerlager 47 liegt.
Die Hülse ist dimensioniert, um in eine radiale Bohrung 48
in einer Sphäre 49 eingeschoben zu werden, welche die exter
ne Oberfläche 30 des Retroreflektors bilden soll. Die Sphäre
hat eine Vorderseite 50, welche präzise bei dem gleichen Ab
stand D von der Mitte O der Sphäre angeordnet ist. Diese Ab
messungen stellen sicher, daß in dem zusammengebauten Gebil
de die Mitte der Sphäre mit dem Knotenpunkt P zusammenfällt.
Obwohl ein Retroreflektor als der Reflektor des optischen Ge
bildes in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgewählt wor
den ist, könnte ein ebener Spiegel verwendet werden. Jedoch
muß signifikant größere Sorgfalt mit einem ebenen Spiegel
ausgeübt werden, um die Ausrichtung des Laserbündels durch
die Mitte einer sphärischen Referenzoberfläche sicherzustel
len, an welcher der Spiegel angebracht ist.
Andere Formen des Gebildes sind in den Fig. 8 und 9 veran
schaulicht. Bezugnehmend auf Fig. 8 ist ein Gebilde in der
Form einer Glassphäre bzw. -kugel gezeigt. Indem das Mate
rial des Glases dazu gewählt wird, einen Brechungsindex von
2 bei einer Wellenlänge des Lichtes von 780 Nanometer auf zu
weisen, verhält sich die Sphäre wie ein Retroreflektor mit
seinem Knotenpunkt P bei der Mitte der Sphäre O. Ein derar
tiges Gebilde ist für die Verwendung mit einer Laserdiode
fähig, welche Licht mit einer Wellenlänge von 780 Nanometer
vorsieht.
Glas mit dem geeigneten Brechungsindex wird von der deut
schen Firma Schott Glaswerke in Mainz hergestellt.
Eine derartige Sphäre wird das Laserbündel 25 zu einem Punkt
auf der rückseitigen Oberfläche der Sphäre focussieren, so
daß dieser Punkt als der zweite Bezugspunkt R in einem
festen Radius r von dem Knotenpunkt P bezeichnet werden
kann. Die Sphäre schafft auch einen dritten Referenzpunkt
R1, der für den Tastkopf auf der Vorderseite der Sphäre ver
fügbar ist, und welcher sich auch in dem gleichen festen Ab
stand r zu dem Knotenpunkt befindet. Daher können in der Ver
wendung Abstände mit dem Tastkopf gemessen werden, der sich
in einer der beiden Richtungen bewegt, falls es erforderlich
ist, und zwar durch eine Standardtechnik für die Kalibra
tion.
Ein anderes Gebilde, welches die Kalibration einer Maschine
mit dem Tastkopf, der sich in eine der beiden Richtungen be
wegt, ermöglicht, kann hergestellt werden, indem ein herkömm
licher Retroreflektor wie in Fig. 9 gezeigt modifiziert
wird. Das Gebilde wird gebildet, indem zu einem Retroreflek
tor 70 vordere und hintere sphärische Oberflächen 72, 74 zu
gefügt werden, die ihre Mitten an dem Knotenpunkt aufweisen.
Das Laserbündel ist dazu angeordnet, den Retroreflektor
durch Öffnungen 76, 78 auf einer der Seiten der vorderen
sphärischen Oberfläche zu betreten und zu verlassen, so daß
sie nicht mit der Messung des Interferometers interferiert.
Der Abschnitt der Achse 27 des Interferometerbündels und der
vorderen und hinteren Oberflächen der Sphäre schafft die
zwei Bezugspunkte R1 und R für jede Art der Kalibration.
Weitere Verfeinerungen der Erfindung sind möglich. Zum Bei
spiel kann die Bahn motorisiert werden, um die automatische
Positionierung des Gebildes mit Rückkopplung zu der Ma
schinensteuerung zu befähigen, so daß der Tastkopf an dem
korrekten Ort zum Durchführen seiner Messungen positioniert
werden kann.
In alternativer Weise kann die Maschinenspindel einen Vor
sprung darauf aufweisen, der dazu angepaßt ist, mit dem Ge
bilde in Eingriff zu treten, um es längs der Bahn zu positio
nieren.
Die Bahn kann auch in Abschnitten hergestellt werden, die
zusammen verbunden sind, und kann sich, um die Laserausrich
tung dazu zu befähigen, ohne weiteres erreicht zu werden,
sich über das Arbeitsvolumen der Maschine erstrecken, um
eine größere Trennung zwischen dem Laser und dem Gebilde für
Ausrichtungszwecke zu schaffen.
Auch kann, nachdem der Laser zum ersten Mal mit der Bahn aus
gerichtet worden ist, er starr an der Bahn angebracht wer
den, so daß er immer in Ausrichtung verbleibt, was dem er
sten Schritt des Verfahrens in nachfolgenden Kalibrationen
erlaubt, eliminiert zu werden.
Die Erfindung ist oben mit Bezug auf eine messende Maschine
mit einem festen Arbeitstisch beschrieben worden. Jedoch
kann das Verfahren der Erfindung auch auf messende Maschinen
angewendet werden, in welchen der Arbeitstisch bewegbar ist
und die Maschinenspindel, die den Tastkopf trägt, fixiert
ist, und zwar sind mit einer derartigen Maschine die Schrit
te, die erforderlich sind, um die Messungen durchzuführen,
wie folgt:
- 1. Bewege nach der Ausrichtung des Lasers und des Gebildes den Tisch, um den zweiten Bezugspunkt auf dem Gebilde in Berührung mit dem Tastkopf zu bringen. Setze an diesem Punkt die Interferometerablesung und die Skalenablesung auf Null.
- 2. Bewege den Tisch längs der Meßachse um einen gegebenen Abstand, etwa 10 Einheiten. Die Skalenablesung wird nun 10 betragen, aber die Interferometerablesung wird noch Null sein.
- 3. Bewege das Gebilde längs der Bahn, zurück in Richtung auf den Tastkopf um einen Abstand von etwa 9 Einheiten auf den Interferometer. Die Skalenablesung wird noch 10 betra gen, aber die Interferometerablesung wird 9 betragen.
- 4. Bewege das Gebilde in Berührung mit dem Tastkopf und nimm die Ablesung der Skalen und des Interferometers, wenn der Tastkopf auslöst. Die Interferometerablesung wird nun den Abstand ergeben, um den sich der Tisch bewegt hat, und zwar auf akkurate Weise und kann mit der Ablesung der Skalen verglichen werden.
Um Diagonalen in der horizontalen Ebene und in den drei Di
mensionen zu messen wird die Bahn, zusammen mit dem Interfe
rometer und dem darauf angebrachten Gebilde, auf einem Rota
tionstisch, der zum Kippen fähig ist, angebracht, um die
Bahn in irgendeine Richtung zu deuten. Die Bahn wird so vor
zugsweise aus einem steifen Material mit geringem Gewicht
wie Karbonfaser hergestellt.
Ein weiteres alternatives Verfahren der Kalibration umfaßt
die folgenden Schritte:
- 1. Richte die interferometrisch messende Vorrichtung mit dem Gebilde bei zwei Orten aus, um die Meßachse festzulegen, und bestimme die Positionen des Knotenpunktes in dem Ma schinenbezugsrahmen durch Messung der Position auf den Bezugsoberflächen des Gebildes wie oben beschrieben.
- 2. Berühre, unter Verwendung des Tastkopfes, einen Referenz punkt auf dem Interferometer und setze die Maschinenska len auf Null.
- 3. Positioniere das Gebilde an seiner ersten Position nahe dem Interferometer und setze die Interferometerablesung auf Null.
- 4. Berühre den Meßtastkopf auf dem zweiten Referenzpunkt des Gebildes, um den Abstand d des Gebildes von dem Nullpunkt der Maschinenskalen zu bestimmen. Sage, daß dieser Ab stand d gleich zu einer Einheit sei.
- 5. Bewege das Gebilde zu seiner zweiten Position bei etwa 10 Einheiten auf der Skala und notiere die Ablesung des In terferometers, welche 9 Einheiten betragen sollte. Dies ergibt eine akkurate Messung der Distanz (L = 9), um die sich das Gebilde zwischen den zwei Positionen bewegt hat.
- 6. Bewege den Tastkopf, um den gleichen Bezugspunkt auf dem Interferometer zu berühren und bewege dann den Tastkopf, um den zweiten Bezugspunkt auf dem Gebilde zu kontaktie ren. Die Skala sollte nun 10 Einheiten ablesen. Indem der anfängliche Abstand d (= 1 Einheit) von der Skalenable sung subtrahiert wird, sollte die Skalenablesung auch 9 Einheiten betragen und jedwede Differenz ist ein Fehler in der Maschinenskalenablesung.
- 7. Bewege das Gebilde zu seiner zweiten Position, weitere 10 Einheiten längs der Bahn. Das Interferometer wird nun 19 Einheiten anzeigen.
- 8. Bewege den Tastkopf, um die Referenzpunkte auf dem Inter ferometer und dem Gebilde wie zuvor zu berühren. Wenn keine relative Bewegung zwischen der Bahn und dem Arbeits tisch stattgefunden hat, wird die Distanz, um die sich der Tastkopf bewegt hat, 20 Einheiten wie durch die Skala gemessen, betragen, und nach dem Subtrahieren der anfäng lichen einen Einheit sollte die gemessene Distanz gemäß der Maschine auch 19 Einheiten betragen, wobei jedwede Differenz ein Fehler in der Maschinenablesung ist.
Wenn es jedoch eine relative Bewegung zwischen der Bahn und
dem Arbeitstisch gegeben hat, wird es keine Differenz in der
Interferometerablesung geben, weil das Interferometer, die
Bahn und das Gebilde eine einstückige Einheit sind. Jedoch
wird sich der Bezugspunkt auf dem Interferometer bewegt ha
ben und mit dem ersten beschriebenen Verfahren der Messung,
welches einfach die Differenz der Skalenablesungen zwischen
zwei Positionen des Gebildes genommen hat, gäbe es einen zu
sätzlichen Fehler der Maschinenablesung. Jedoch wird, indem
die Distanz jedesmal von einem Bezugspunkt auf dem Interfero
meter gemessen wird und die Distanz d von der durch die Ma
schinenskalen gemessenen Distanz subtrahiert wird, der
Effekt der relativen Bewegung zwischen der Bahn und der
Maschine eliminiert.
Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung be
schrieben worden ist, ein Laserinterferometer als die unab
hängig messende Vorrichtung zu verwenden, wird es offensicht
lich sein, daß andere Formen der unabhängig messenden Vor
richtung verwendet werden können.
Die Fehler der Meßleistung der Maschine können in jeder
bequemen Weise, z. B. in einem Computer-Programm oder in
einer Nachschautabelle, für die Korrektur von zukünftigen
Messungen, die durch die Maschine durchgeführt werden,
abgelegt werden.
Claims (13)
1. Verfahren zum Kalibrieren der Meßleistung einer Maschine
mit relativ bewegbaren Teilen, auf einem von welchen ein
Meßtastkopf befestigt ist, gekennzeichnet durch die
Schritte, daß:
ein Meßgebilde (26) auf einem der Maschinenteile (1) für die Bewegung längs einer Meßachse (27) relativ zu dem Maschinenteil befestigt wird,
eine erste Messung der Position des Gebildes bei ei nem ersten Punkt (A) auf der Meßachse (27) mit einer Meßvorrichtung (22) durchgeführt wird, welche unab hängig von dem Meßtastkopf (9) ist,
eine relative Bewegung der Maschinenteile (8, 1) veranlaßt wird, um den Meßtastkopf (9) zu dem ersten Punkt zu bewegen,
das Gebilde (26) zu einem Punkt (B) auf der Meßachse (27) bewegt wird,
eine erste Messung der Position des Gebildes bei dem zweiten Punkt (B) mit der Meßvorrichtung (22) durch geführt wird,
die relative Bewegung der Maschinenteile (8, 1) ver anlaßt wird, um eine zweite Messung der Position des Gebildes bei dem zweiten Punkt (B) durchzuführen, wo bei der Meßtastkopf (9) verwendet wird,
der Abstand (L) zwischen den ersten und zweiten Punk ten des Gebildes wie durch jedes der Meßvorrichtung (22) und des Tastkopfes (9) gemessen, bestimmt wird, und
ein Hinweis der Differenz zwischen den zwei Bestimmungen des gemessenen Abstandes geschaffen wird.
ein Meßgebilde (26) auf einem der Maschinenteile (1) für die Bewegung längs einer Meßachse (27) relativ zu dem Maschinenteil befestigt wird,
eine erste Messung der Position des Gebildes bei ei nem ersten Punkt (A) auf der Meßachse (27) mit einer Meßvorrichtung (22) durchgeführt wird, welche unab hängig von dem Meßtastkopf (9) ist,
eine relative Bewegung der Maschinenteile (8, 1) veranlaßt wird, um den Meßtastkopf (9) zu dem ersten Punkt zu bewegen,
das Gebilde (26) zu einem Punkt (B) auf der Meßachse (27) bewegt wird,
eine erste Messung der Position des Gebildes bei dem zweiten Punkt (B) mit der Meßvorrichtung (22) durch geführt wird,
die relative Bewegung der Maschinenteile (8, 1) ver anlaßt wird, um eine zweite Messung der Position des Gebildes bei dem zweiten Punkt (B) durchzuführen, wo bei der Meßtastkopf (9) verwendet wird,
der Abstand (L) zwischen den ersten und zweiten Punk ten des Gebildes wie durch jedes der Meßvorrichtung (22) und des Tastkopfes (9) gemessen, bestimmt wird, und
ein Hinweis der Differenz zwischen den zwei Bestimmungen des gemessenen Abstandes geschaffen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßgebilde (26) ein optisches Gebilde ist, welches eine reflektive Oberfläche umfaßt, und der erste Meßschritt die weiteren Schritte umfaßt, daß:
ein Bündel von Strahlung aus einer interferometrisch messenden Vorrichtung (28) in Richtung auf die re flektive Oberfläche des Gebildes gerichtet wird und
ein reflektierter Strahl von der Oberfläche auf ei nem Detektor der Vorrichtung empfangen wird.
daß das Meßgebilde (26) ein optisches Gebilde ist, welches eine reflektive Oberfläche umfaßt, und der erste Meßschritt die weiteren Schritte umfaßt, daß:
ein Bündel von Strahlung aus einer interferometrisch messenden Vorrichtung (28) in Richtung auf die re flektive Oberfläche des Gebildes gerichtet wird und
ein reflektierter Strahl von der Oberfläche auf ei nem Detektor der Vorrichtung empfangen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebilde (26) mit zumindest einer Referenzoberflä
che (30, 31, 32) mit einer bekannten Beziehung zu einem
Referenzpunkt (P), der zu der reflektierenden Oberfläche
gehört, versehen ist, wobei das Verfahren die weiteren
Schritte umfaßt, daß
das Bündel der Strahlung (25) aus der interferome trisch messenden Vorrichtung (22) mit der reflektie renden Oberfläche bei 2 Punkten, die längs einer Meß richtung beabstandet sind, um eine Meßachse (27) durch den Referenzpunkt (P) für die Kalibration zu definieren, ausgerichtet wird, und zwar mit dem Gebilde, das bei jedem der zwei Punkte (A, B) positioniert wird, die relative Bewegung der Maschinenteile (8, 1) veranlaßt wird, um den Meßtast kopf (9) in Berührung mit zumindest einer Referenzoberfläche (30, 31, 32) zu bringen, um die Position und Richtung der Meßachse (27) in dem Ma schinenreferenzrahmen zu bestimmen, und alle Tastkopfmessungen der Position des Gebildes durchgeführt werden, indem relative Bewegungen der Maschinenteile parallel zu der Meßachse (27) veran laßt werden.
das Bündel der Strahlung (25) aus der interferome trisch messenden Vorrichtung (22) mit der reflektie renden Oberfläche bei 2 Punkten, die längs einer Meß richtung beabstandet sind, um eine Meßachse (27) durch den Referenzpunkt (P) für die Kalibration zu definieren, ausgerichtet wird, und zwar mit dem Gebilde, das bei jedem der zwei Punkte (A, B) positioniert wird, die relative Bewegung der Maschinenteile (8, 1) veranlaßt wird, um den Meßtast kopf (9) in Berührung mit zumindest einer Referenzoberfläche (30, 31, 32) zu bringen, um die Position und Richtung der Meßachse (27) in dem Ma schinenreferenzrahmen zu bestimmen, und alle Tastkopfmessungen der Position des Gebildes durchgeführt werden, indem relative Bewegungen der Maschinenteile parallel zu der Meßachse (27) veran laßt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebilde ein Eckwürfelretroreflektor (26) mit einem Knotenpunkt (P) ist, und zumindest eine Referenzoberfläche eine teilsphärische Oberfläche (30) umfaßt, die auf dem Knotenpunkt (P) zentriert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß:
das Strahlungsbündel aus der interferometrisch mes senden Vorrichtung mit dem Retroreflektor bei zwei Punkten (A, B) ausgerichtet wird, die längs der Meß richtung beabstandet sind, um eine Meßachse (27) durch den Knotenpunkt (P) für die Kalibration festzu legen,
ein Referenzpunkt (R) auf der teilsphärischen Ober fläche (30) festgelegt wird, wobei der Referenzpunkt (R) der Schnitt der teilsphärischen Oberfläche (30) und der Meßachse (27) ist, und
alle Tastkopfmessungen der Position des Gebildes durchgeführt werden, indem die relative Bewegung der Maschinenteile (8, 1) längs der Meßachse (27) veran laßt wird und eine einzelne Berührung mit dem Tast kopf an dem Referenzpunkt (P) auf der teilsphä rischen Oberfläche (30) durchgeführt wird.
daß das Gebilde ein Eckwürfelretroreflektor (26) mit einem Knotenpunkt (P) ist, und zumindest eine Referenzoberfläche eine teilsphärische Oberfläche (30) umfaßt, die auf dem Knotenpunkt (P) zentriert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß:
das Strahlungsbündel aus der interferometrisch mes senden Vorrichtung mit dem Retroreflektor bei zwei Punkten (A, B) ausgerichtet wird, die längs der Meß richtung beabstandet sind, um eine Meßachse (27) durch den Knotenpunkt (P) für die Kalibration festzu legen,
ein Referenzpunkt (R) auf der teilsphärischen Ober fläche (30) festgelegt wird, wobei der Referenzpunkt (R) der Schnitt der teilsphärischen Oberfläche (30) und der Meßachse (27) ist, und
alle Tastkopfmessungen der Position des Gebildes durchgeführt werden, indem die relative Bewegung der Maschinenteile (8, 1) längs der Meßachse (27) veran laßt wird und eine einzelne Berührung mit dem Tast kopf an dem Referenzpunkt (P) auf der teilsphä rischen Oberfläche (30) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schritte des Messens der Position des Gebildes
bei verschiedenen Punkten längs der Meßachse (27), wobei
der Meßtastkopf (9) verwendet wird, jeweils den Schritt
umfassen, daß der Abstand des Gebildes bei jedem Punkt
(A, B) von einem festen Bezugspunkt auf der Maschine
gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schritte, daß die Positionen des Gebildes bei verschiedenen Punkten (A, B) längs der Meßachse (27),
wobei der Meßtastkopf (9) verwendet wird, gemessen werden, jeweils den Schritt umfassen, daß der Abstand des Gebildes an jedem Punkt von einem Bezugspunkt auf der interferometrischen messenden Vorrichtung (22) gemessen wird.
daß die Schritte, daß die Positionen des Gebildes bei verschiedenen Punkten (A, B) längs der Meßachse (27),
wobei der Meßtastkopf (9) verwendet wird, gemessen werden, jeweils den Schritt umfassen, daß der Abstand des Gebildes an jedem Punkt von einem Bezugspunkt auf der interferometrischen messenden Vorrichtung (22) gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt, daß der Abstand zwischen ersten und
zweiten Punkten (A, B) bestimmt wird, die weiteren
Schritte umfaßt, daß der Koeffizient der linearen Ausdeh
nung eines gewünschten Materials verwendet wird, um aus
dem Abstand, der durch die interferometrisch messende
Vorrichtung gemessen wird, und der Temperatur der
Maschine die Länge des derartigen Materials bei
Standardtemperatur und Druck zu berechnen, welches durch
den gemessenen Abstand repräsentiert wird, und der
berechnete Wert verwendet wird, um den Abstand zu
korrigieren, der durch den Meßtastkopf gemessen wird.
8. Vorrichtung zum Kalibrieren der Meßleistung einer Maschi
ne mit zwei relativ bewegbaren Teilen und Meßvorrichtun
gen zum Bestimmen der relativen Bewegung der Teile, wo
bei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:
eine Bahn (20),
einem Mittel zum Anbringen der Bahn in einer festen Be ziehung mit einem (1) der Maschinenteile (8, 1), um eine gewünschte Kalibrationsrichtung festzulegen,
einem Meßgebilde (26), das dazu angepaßt ist, auf der Bahn (20) für die Bewegung längs der Bahn angebracht zu werden,
einer Meßvorrichtung (22) zum Durchführen einer ersten Messung der Position des Gebildes (26) bei einer Vielzahl von Punkten (A, B) längs der Bahn,
einem Meßtastkopf (9), der dazu angepaßt ist, auf dem an deren (8) der relativ bewegbaren Teile (8, 1) der Maschi ne befestigt zu werden, um eine zweite Messung der Posi tion des Gebildes bei der Vielzahl von Punkten längs der Bahn durchzuführen,
einem Mittel zum Bestimmen des Abstandes (L) zwischen der Vielzahl von Punkten wie durch den Tastkopf (9) und durch die Meßvorrichtung (22) gemessen und zum Hinweisen auf irgendeine Differenz zwischen den zwei Bestimmungen des gemessenen Abstandes.
eine Bahn (20),
einem Mittel zum Anbringen der Bahn in einer festen Be ziehung mit einem (1) der Maschinenteile (8, 1), um eine gewünschte Kalibrationsrichtung festzulegen,
einem Meßgebilde (26), das dazu angepaßt ist, auf der Bahn (20) für die Bewegung längs der Bahn angebracht zu werden,
einer Meßvorrichtung (22) zum Durchführen einer ersten Messung der Position des Gebildes (26) bei einer Vielzahl von Punkten (A, B) längs der Bahn,
einem Meßtastkopf (9), der dazu angepaßt ist, auf dem an deren (8) der relativ bewegbaren Teile (8, 1) der Maschi ne befestigt zu werden, um eine zweite Messung der Posi tion des Gebildes bei der Vielzahl von Punkten längs der Bahn durchzuführen,
einem Mittel zum Bestimmen des Abstandes (L) zwischen der Vielzahl von Punkten wie durch den Tastkopf (9) und durch die Meßvorrichtung (22) gemessen und zum Hinweisen auf irgendeine Differenz zwischen den zwei Bestimmungen des gemessenen Abstandes.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßvorrichtung ein Laserinterferometer (22) um
faßt und das Gebilde ein optisches Gebilde (26) mit
einer reflektierenden Oberfläche und zumindest einer
Referenzoberfläche (30, 31, 32) mit einer bekannten
Beziehung zu der Referenzoberfläche ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das optische Gebilde einen Eckwürfelretroreflektor
(26) mit einem Knotenpunkt (P) und einer teilsphärischen
Referenzoberfläche (30) umfaßt, die auf dem Knotenpunkt
(P) zentriert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9,
worin das Gebilde ein Retroreflektor in der Form einer
Glaskugel mit einem Brechungsindex von 2 bei der Wellen
länge des Lichts ist, das durch den Laser des Interfero
meters emittiert wird, und mit einem Knotenpunkt (P) bei
der Mitte der Kugel.
12. Ein optisches Gebilde für die Verwendung in dem
Verfahren nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
einen Eckwürfelretroreflektor (26) mit einem Knotenpunkt
(P) und einer teilsphärischen Referenzoberfläche (30),
die auf dem Knotenpunkt (P) zentriert ist.
13. Ein optisches Gebilde für die Verwendung in dem
Verfahren nach Anspruch 2,
in welchem die interferometrisch messende Vorrichtung
ein Laserinterferometer (22) ist, und
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebilde einen Retroreflektor in der Form einer
Glaskugel mit einem Brechungsindex von 2 bei der Wellen
länge des Lichtes, das durch den Laser des Interferome
ters emittiert wird, und einem Knotenpunkt (P) bei der
Mitte der Kugel umfaßt.
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