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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Ausrichten der Komponenten eines optischen Messsystems in Vorbereitung
auf ihre Verwendung in einem Messvorgang.
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Ein
bekannter Typ eines optischen Messsystems besteht aus zwei oder
mehr Gehäusen,
wovon wenigstens eines am Bett der Maschine anzubringen ist und
das andere durch den beweglichen Arm oder die bewegliche Spindel
der Maschine getragen wird. Eines der Gehäuse enthält eine oder mehrere Lichtquellen
und einen oder mehrere Detektoren und wird im Folgenden als "Quellengehäuse" bezeichnet, während das
andere Gehäuse
Reflektoren enthält und
im Folgenden als "Reflektorgehäuse" bezeichnet wird.
Gewöhnlich
wird das Quellengehäuse
in einer festen Position an dem Bett der Maschine gehalten, während das
Reflektorgehäuse
an einem Teil der Maschine, das bezüglich des Maschinenbetts beweglich ist,
z. B. der Maschinenspindel, angebracht ist.
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Das
Ausrichten der optischen Komponenten ist häufig ein zeitaufwändiger Prozess,
der erstens die Ausrichtung des Quellengehäuses beinhaltet, um den erzeugten
Strahl oder die erzeugten Strahlen entlang einer oder mehrerer der
X-, Y- und Z-Achsen der Maschine oder parallel dazu zu lenken. Danach müssen die
Reflektoren auf den Strahl oder die Strahlen ausgerichtet werden,
um die reflektierten Strahlen zurück auf die Detektoren zu lenken.
Je nach Typ der verwendeten Detektoren kann es sein, dass die Ausrichtung
in einem Bereich von wenigen Bogensekunden genau sein muss.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein optisches Messsystem für eine Maschine
mit zwei relativ bewegbaren Teilen, wobei das Messsystem umfasst:
zwei
Gehäuse,
die an den beiden relativ bewegbaren Teilen der Maschine befestigbar
sind;
wobei jedes der Gehäuse
mit einem komplementären
Teil einer Eingriffsvorrichtung versehen ist, die derart ausgebildet
ist, dass, wenn die beiden Teile der Eingriffsvorrichtung miteinander
in Eingriff stehen, die Gehäuse
gegenseitig ausgerichtet sind; und
wobei zumindest ein Gehäuse bezüglich seines
Maschinenteils drehbar ist, um zu ermöglichen, dass das optische
Messsystem mit einer gewünschten Richtung
ausgerichtet werden kann.
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Der
optische Weg zwischen den beiden Gehäusen ist somit auf die gewünschte Richtung
entsprechend ausgerichtet.
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Vorzugsweise
umfassen die Befestigungsmittel eine zumindest teilkugelförmige Fläche an einem
der Gehäuse
oder dem Maschinenteil und eine entsprechende Koppelfläche an dem
anderen aus Gehäuse
und Maschinenteil. Genauer, die Befestigungsmittel können eine
zumindest teilkugelförmige Fläche an jedem
der Gehäuse
und eine entsprechende Koppelfläche
an beiden Maschinenteilen umfassen. Die Befestigungsmittel können eine
zumindest teilkugelförmige
Fläche
an einem Gehäuse
mit einer entsprechenden Koppelfläche an dem entsprechenden Maschinenteil
und eine Koppelfläche
an dem anderen Gehäuse
mit einer zumindest teilkugelförmigen
Fläche
an dem entsprechenden Maschinenteil umfassen.
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Vorzugsweise
ist die zwischen den Gehäusen
vorgesehene Eingriffsvorrichtung entlang einer Achse des optischen
Messsystems elastisch. Die Eingriffsvorrichtung kann eines oder
mehrere vorragende Elemente an einem Gehäuse und eines oder mehrere
entsprechende Koppelmerkmale an dem anderen Gehäuse umfassen, so dass das eine
oder die mehreren vorragenden Elemente in das eine oder die mehreren
entsprechenden Koppelmerkmale eingesetzt werden können.
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Vorzugsweise
umfasst jedes Gehäuse
optische Komponenten des optischen Messsystems, die in den jeweiligen
Gehäusen
voreingestellt sind, so dass, wenn die beiden Teile der Eingriffsvorrichtung miteinander
in Eingriff stehen, die optischen Komponenten in den beiden Gehäusen gegenseitig
korrekt ausgerichtet sind.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren
zum Ausrichten optischer Komponenten eines optischen Messsystems
in einer gewünschten
Richtung an einer Maschine, die zwei relativ bewegbare Teile aufweist,
wobei das System zwei Gehäuse
umfasst, die optische Komponenten des Messsystems enthalten, wobei
jedes Gehäuse
mit komplementären
Teilen einer Eingriffsvorrichtung versehen ist, die derart angeordnet
sind, dass, wenn die komplementären
Teile miteinander in Eingriff gebracht werden, die Gehäuse gegenseitig ausgerichtet
werden, wobei das Verfahren die Schritte in beliebiger Reihenfolge
umfasst, dass:
die komplementären Teile der Eingriffsvorrichtung der
beiden Gehäuse
miteinander in Eingriff gebracht werden;
das erste Gehäuse an dem
ersten Maschinenteil befestigt wird;
der Ort des Rotationsmittelpunktes
des ersten Gehäuses
bestimmt wird, wenn das Gehäuse
an dem ersten Maschinenteil befestigt ist;
das zweite Maschinenteil
unter einem Abstand von dem Rotationsmittelpunkt des ersten Gehäuses positioniert
wird, um zu ermöglichen,
dass das zweite Gehäuse
an dem zweiten Maschinenteil befestigt werden kann, wenn die beiden
Gehäuse
verbunden werden, und wobei die Linie zwischen den ersten und zweiten
Maschinenteilen mit der gewünschten
Richtung ausgerichtet wird; und
das zweite Gehäuse an dem
zweiten Maschinenteil befestigt wird.
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Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhalber und mit Bezug auf die
folgenden Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine
schematische Vorderansicht der Komponenten eines optischen Messsystems
im Stand der Technik ist;
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2 eine
schematische Darstellung des optischen Messsystems mit Kugelstange
ist;
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die 3–6 Schritte
beim Ausrichten des optischen Messsystems mit Kugelstange auf eine
Achse einer Maschine zeigen;
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die 7–9 Schritte
beim Ausrichten des optischen Messsystems mit Kugelstange auf eine
zweite Achse einer Maschine zeigen;
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10 eine
erste Ausführungsform
einer Verbindung zwischen zwei Teilen des optischen Messsystems
mit Kugelstange zeigt;
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11 eine
zweite Ausführungsform
einer Verbindung zwischen zwei Teilen des optischen Messsystems
mit Kugelstange zeigt;
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12 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des optischen Messsystems
mit Kugelstange ist;
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13 eine
Draufsicht einer optischen Kugelstange ist;
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14 eine
Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
von Ausgleichsmitteln an der optischen Kugelstange ist;
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15 eine
Draufsicht einer zweiten Ausführungsform
von Ausgleichsmitteln an der optischen Kugelstange ist; und
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16 eine
elastische Verbindung zwischen einer Maschinenspindel und einer
Befestigungsschale zeigt.
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Unter
den Zeichnungen zeigt 1 zunächst eine Ausführungsform
im Stand der Technik eines optischen Messsystems zur Anbringung
an einer Maschine, wie sie in WO02/04890 offenbart ist.
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Das
optische Messsystem umfasst eine Grundplatte 10, ein Quellengehäuse 20 und
ein Reflektorgehäuse 22,
die alle auf eine oder mehrere Maschinenachsen korrekt ausgerichtet
werden müssen. Die
Grundplatte 10 ist durch Schrauben 12, 14 mit dem
Bett der Maschine verbunden.
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Das
Quellengehäuse 20 kann
einen Autokollimator enthalten, der in optischer Reihenfolge durch eine
Lichtquelle 24, einen Strahlaufteiler 26, eine
Kollimationslinse 28, durch die ein parallel gerichteter Lichtstrahl
aus dem Gehäuse
heraus führt,
und einen Detektor 30, der über den Strahlaufteiler 26 einen Rückkehr-Lichtstrahl
von dem Reflektor 32 in dem Reflektorgehäuse 22 empfängt, gebildet
ist.
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Das
Quellengehäuse 20 umfasst
außerdem einen
kinematischen Sitz in Form von drei kugelförmigen Sitzelementen 16,
die in einem Dreiecksfeld angeordnet und um 120° voneinander beabstandet sind.
Die Sitzelemente 16 wirken mit drei (nicht gezeigten) V-förmigen Nuten
an der Grundplatte 10 so zusammen, dass sie einen herkömmlichen
kinematischen Sitz für
eine wiederholbare Positionierung des Gehäuses an der Grundplatte bilden.
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Das
Quellengehäuse 20 enthält einen
weiteren kinematischen Sitz 18 an seiner Vorderseite (d.
h. der Seite, die zur Strahlrichtung orthogonal ist), an den das
Reflektorgehäuse
angesetzt werden kann. Die Lichtquelle 24 und der Reflektor 32 werden
während
der Fertigungsstufe ausgerichtet, um sicherzustellen, dass dann,
wenn das Reflektorgehäuse 22 in den
kinematischen Sitz 18 an der Vorderseite des Quellengehäuses 20 gesetzt
ist, der Lichtstrahl und der Reflektor 32 korrekt ausgerichtet
sind.
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Es
ist somit ersichtlich, dass, sobald das Quellengehäuse 20 korrekt
ausgerichtet ist, um einen Lichtstrahl entlang einer der Maschinenachsen, z.
B. der X-Achse, zu lenken, das Reflektorgehäuse 22 an dem kinematischen
Sitz 18 an der Vorderseite des Quellengehäuses 20 angesetzt
werden kann und automatisch mit dem Strahl von der Lichtquelle 24 ausgerichtet
wird. Um die beiden Gehäuse 20, 22 an dem
kinematischen Sitz 28 zusammenzuzwingen, werden Magnete 33 verwendet.
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Um
auf jede Fehlabstimmung in der Position zwischen der Maschinenspindel 34 und
dem Reflektorgehäuse 22,
wenn die beiden verbunden werden, zu achten, ist das Reflektorgehäuse 22 durch
die Verwendung eines verstellbaren Verbinders, durch den das Reflektorgehäuse 22 mit
der Spindel 34 der Maschine verbunden werden kann, mit
einem begrenzten Maß an
Elastizität
versehen. Der verstellbare Verbinder enthält eine Kugel 36,
die in einen Sockel 38 an der Maschinenspindel 34 zu
setzen ist. Die Kugel 36 ist in einer Haltevorrichtung 40,
die ihrerseits durch irgendwelche geeignete Mittel mit dem Reflektorgehäuse 22 verbunden,
einstellbar unterstützt.
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In 2 ist
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, in der die beiden Gehäuse zwei
Teile einer Kugelstange bilden. Das erste Teil umfasst ein Gehäuse 42,
das die Lichtquelle und die Interferometeroptik des Linearmessungs-Interferometers 44 enthält. Um Licht
von einer entfernten Lichtquelle an die Optik zu liefern, kann ein
Lichtleitfaser-Abgabesystem 57A verwendet werden. Lichtleitfasern
oder Drähte 57B können Licht
von der Optik an einen entfernten Detektor oder ein Signal von einem
Detektor in dem Gehäuse 42 an
einen externen Controller liefern. In einer alternativen Anordnung
kann die Lichtquelle eine Laserdiode innerhalb des Gehäuses 42 umfassen
und kann über
ein drahtloses Kommunikationssystem, beispielsweise eine Funkverbindung
oder eine optische Verbindung, ein Signal von dem Detektor an einen
externen Controller übertragen
werden. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, dass das Gehäuse 42 frei
von Drähten
oder Lichtleitfasern sein könnte.
Das Gehäuse 42 ist
an einem Ende mit einer Kugel 46 verbunden. Das zweite Teil
umfasst ein Gehäuse 48,
das den Retro-Reflektor 50 des Interferometers enthält und an
einem Ende mit einer Kugel 52 verbunden ist. Alternativ
kann das Gehäuse 48 einen
Detektor für
das Interferometer enthalten.
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Die
beiden Teile der Kugelstange werden an der kinematischen Verbindung 53,
die durch Sitzelemente an jedem Teil der Kugelstange gebildet ist,
die durch Magnete 55 in einen Eingriff gezwungen werden,
zusammengefügt.
Die Lichtquellen- und Interferometeroptik 44 in dem Gehäuse 42 und
der Retro-Reflektor 50 in dem Gehäuse 48 sind so angeordnet,
dass sie dann, wenn die beiden Teile der Kugelstange zusammengefügt sind,
korrekt ausgerichtet sind und die Richtung des Lichtstrahls 45,
der zwischen den beiden Gehäusen 42, 48 hindurchgeht, entsprechend
mit der Längsachse
der Kugelstange ausgerichtet ist. Der Lichtstrahl 45, der
zwischen den beiden Gehäusen
hindurchgeht, sollte mit einer bestimmten Richtung, beispielsweise
einer Maschinenachse ausgerichtet sein.
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Obwohl
die beiden Teile der Kugelstange vorzugsweise so ausgerichtet werden,
dass der Lichtstrahl 45, der zwischen den Gehäusen 42, 48 hindurchgeht,
auf die Optik in dem zweiten Gehäuse sowohl
eingewinkelt als auch zentriert ist, ist es nur wesentlich, dass
der Lichtstrahl auf diese Optik eingewinkelt ist.
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Die
Ausrichtung der beiden Gehäuse 42, 48 lediglich
bezüglich
der Winkelhaltigkeit ist viel einfacher und kann beispielsweise
ohne weiteres durch maschinelles Bearbeiten von Oberflächen der
beiden Gehäuse,
die in Kontakt sind, wenn sie in Eingriff stehen, damit das Aneinanderstoßen dieser
Oberflächen
eine Ausrichtung der Gehäuse
bewirkt, erreicht werden. Die Gehäuse können dann durch Vakuum oder
andere geeignete Mittel zusammengehalten werden.
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Um
die Kugelstange und den Lichtstrahl 45 zur Vornahme von
Messungen in einer gewünschten Richtung,
z. B. entlang der Maschinenachsen X, Y oder Z auszurichten, ist
an dem Maschinentisch 56 eine Schale 54 positioniert,
wie in 3 gezeigt ist. Die Schale 54 kann an
dem Maschinentisch 56 durch magnetische Mittel oder irgendwelche
andere Befestigungsmittel gehalten sein. Die Schale 54 kann
drei (nicht gezeigte) Unterlagen besitzen, so dass eine Kugel der
Kugelstange beim Positionieren in der Schale kinematisch aufgesetzt
wird, um ihre Position genau zu definieren.
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Die
beiden Teile der Kugelstange werden zusammengefügt, wobei die Kugel 46 des
ersten Teils der Kugelstange in die Schale 54 gesetzt wird,
wie in 3 gezeigt ist. Eine zweite Schale 58 wird
in der Maschinenspindel 60 angebracht, wie in 4 gezeigt
ist. Vorzugsweise enthält
die Schale 58 außerdem
drei Unterlagen, auf die eine Kugel der Kugelstange kinematisch
gesetzt werden kann. Die Spindel 60 bewegt die Schale 58 in einen
Kontakt mit der Kugel 46 des ersten Teils der Kugelstange.
Sobald die Schale 58 mit der Kugel 46 in Kontakt
ist, kann ihre Position durch Ablesen der Maschinenskalen bestimmt
werden. Diese Position kann nun als Ursprung (0, 0, 0) betrachtet
werden. Die Position der Kugel 46 kann durch alternative
Mittel, beispielsweise mittels eines Messfühlers, bestimmt werden.
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Die
Maschinenspindel 60 bewegt sich, um die Schale 58 von
der Kugel 46 zu lösen,
und wird in eine neue Position in einem Abstand L vom Ursprung verschoben,
wobei L der Abstand zwischen den Kugelmittelpunkten der Kugelstange
ist. Die Spindel 60 kann beispielsweise die Schale 58 längs der
X-Achse in eine Position in einem Abstand L von ihrer anfänglichen
Position bewegen, wie in 5 gezeigt ist. Die Kugelstange
wird dann um die Kugel 46 gedreht, bis die Kugel 52 des
zweiten Teils der Kugelstange in der Schale 58 sitzt. Die
Position der Kugel 52 ist nun (L, 0, 0).
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Damit
die Spindel 60 die Schale 58 in die korrekte Position
bewegt, besitzen die Kugeln 46 und 52 vorzugsweise
die gleiche Größe. Jedoch
kann die Maschine, sofern die jeweiligen Größen der Kugeln 46 und 52 (oder
die Differenz dazwischen) bekannt sind, den Größenunterschied kompensieren.
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Die
Kugelstange und folglich der Lichtstrahl 45 sind nun in
der X-Achse ausgerichtet. Außerdem sind
die Interferometeroptik und der Retro-Reflektor gegenseitig ausgerichtet.
Wie in 6 gezeigt ist, kann die Spindel 60 nun
die Schale 58 längs
der X-Achse treiben, um die Verbindung zwischen den beiden Gehäusen 42, 48 der
beiden Teile der Kugelstange zu unterbrechen. Die Spindel 60 kann
nun das Teil der Kugelstange, das die Kugel 52 und das Gehäuse 48 enthält, längs der
X-Achse bewegen, um die Vornahme von Messungen zu ermöglichen.
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Diese
Erfindung besitzt folglich den Vorteil, das Ausrichten der Kugelstange
und des Lichtstrahls 45 in eine beliebige Richtung der
Maschine zu ermöglichen.
Sobald jene Richtung definiert worden ist, kann die Spindel zur
Vornahme der gewünschten Messungen
ihre Bewegung in derselben Richtung fortsetzen.
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Die
Schale 58 kann in elastischer Weise in der Maschinenspindel 60 angebracht
sein. Dies besitzt den Vorteil, dass dann, wenn sich die Spindel 60 nicht
so bewegt, dass die Position zur Ausrichtung der Schale 58 auf
die Kugel 46 präzise
korrigiert wird, die Position der Schale 58 bezüglich der
Spindel abgeglichen werden kann. 16 zeigt
die in der Spindel 60 angebrachte Schale 58. Die
Schale 58 ist über einen
Schaft 80 an eine Kugel 82 angefügt. Die
Spindel 60 ist mit einer zylindrischen Bohrung 84 versehen,
in die die Kugel 82 eingeführt werden kann. Die Position
der Kugel 82 und somit der Schale 58 kann innerhalb
der zylindrischen Bohrung 84 eingestellt werden. Wenn die
Schale 58 in der gewünschten
Position ist, wird eine (nicht gezeigte) Klammer um die zylindrische
Bohrung 84 festgezogen, um die Position der Schale aufrechtzuerhalten.
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Um
ein Durchbiegen der Kugelstange, wenn die kinematische Verbindung
53 unterbrochen ist, zu verhindern, sind die zum Halten der Kugeln
in den Schalen verwendeten Magnete ausreichend stark, um die Gehäuse in ihren
Positionen zu halten. Die magnetische Kraft kann mit Elektromagneten
verstärkt
werden. Außerdem
kann das Gewicht der Kugelstange durch Gegengewichte ausgeglichen
werden. Die 14 und 15 zeigen
ein an der Kugelstange verwendetes Ausgleichsmittel. 14 zeigt eine
Seitenansicht eines Teils der Kugelstange, das ein Gehäuse 48 und
eine Kugel 52 umfasst, die in der Schale 58 der
Maschinenspindel 60 angebracht ist. Auf der dem Gehäuse 48 gegenüberliegenden
Seite ist ein Gegengewicht 78 an der Kugel 52 angebracht. 5 zeigt
eine Draufsicht eines Teils eine Kugelstange, das ein Gehäuse 142 umfasst,
das an einem Ende eine Schale 72 aufweist, die an einer
Kugel 76 einer (nicht gezeigten) Halterung angebracht ist.
In diesem Fall ist ein Gegengewicht 78 über Arme 80 an dem
Gehäuse 142 angebracht,
so dass dann, wenn das Gehäuse 142 an
der Kugel 76 angebracht ist, sich das Gegengewicht 78 auf
der dem Gehäuse 142 gegenüberliegenden
Seite der Kugel 76 befindet. Je kürzer die Länge des Gehäuses ist, desto weniger Kräfte entstehen,
die ein Durchbiegen verursachen.
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Alternativ
kann ein Einstellmechanismus der Schalen vorgesehen sein, der, sobald
eine korrekte Einstellung zwischen den Schalen 54, 58 und
den Kugeln 46, 52 erreicht worden ist, festgezogen
wird, um die Kugeln in Position zu halten. Ein Beispiel eines solchen
Einstellmechanismus ist in der internationalen Anmeldung WO02/04890
beschrieben.
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Um
das Gewicht der Kugelstange zu verringern, kann die Lichtquelle
eine über
ein Lichtleiterkabel mit der Kugelstange verbundene entfernte Lichtquelle
sein.
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Sobald
die Kugelstange entlang der ersten Achse ausgerichtet ist, ist es
sehr einfach, diese dann entlang einer zweiten Achse auszurichten,
wie in den 7–9 gezeigt
ist. In 7 ist eine Kugelstange gezeigt,
deren beide Teile verbunden sind und die entlang der X-Achse ausgerichtet
ist. Der Mittelpunkt der Kugel 46 ist bekannt und entspricht
dem Kugelstangenursprung (0, 0, 0). Der Mittelpunkt der Kugel 52 ist
ebenfalls bekannt und entspricht einem Abstand L vom Mittelpunkt
der Kugel 46 längs
der X-Achse, d.
h. (L, 0, 0). Die Spindel kann in einem Bogen mit dem Radius L um
den Mittelpunkt der Kugel 46 bewegt werden, um die Kugelstange
in einer anderen Richtung zu positionieren. Wie in 8 gezeigt
ist, hat die Spindel 60 beispielsweise die Kugelstange
in einem Bogen mit dem Radius L um 90° gedreht, so dass sie mit der
Z-Achse ausgerichtet ist und der Mittelpunkt der Kugel 52 bei
(0, 0, L) positioniert ist. Sobald die Kugelstange mit der Z-Achse ausgerichtet
ist, kann die Spindel 60 die beiden Teile der Kugelstange
auseinander ziehen, wie in 9 gezeigt
ist, um die Durchführung
von Messungen entlang dieser Achse zu ermöglichen.
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12 zeigt
eine zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, bei der ein Teil der Kugelstange ein Gehäuse 142 mit
einer Schale 72 an einem Ende umfasst, während das
andere Teil der Kugelstange ein Gehäuse 148 mit einer
Kugel 152 an einem Ende umfasst. In dieser Ausführungsform
wird das erste Teil der Kugelstange durch eine Halterung 74 unterstützt, die
eine Kugel 76 enthält,
die in die Schale 72 passt. Die Kugel 76 wird
durch magnetische oder andere Mittel in der Schale 72 gehalten.
An der Maschinenspindel 160 ist eine Schale 158 angebracht,
wobei die Spindel 160 so manövriert wird, dass die Schale 158 auf
der Kugel 76 positioniert ist, um die Position der Kugel
zu bestimmen. Die Spindel 160 bewegt dann die Schale 158 in
Richtung der gewünschten
Ausrichtung um eine Strecke L aus dieser Position. Wobei L der Abstand
zwischen dem Mittelpunkt der Kugel 76 der Halterung 74 und
dem Mittelpunkt der Kugel 152 der Kugelstange ist. Die
Kugelstange ist dann, wie oben beschrieben worden ist, in dieser
Richtung ausgerichtet.
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Die
Kugel könnte
eine teilkugelförmige
Fläche
des Gehäuses
umfassen, während
die Schale eine geeignete Koppelfläche umfassen könnte. Kugel
und Schale könnten
durch andere geeignete Rotationsmittel, beispielsweise einen kardanischen
Bügel oder
ein Universalgelenk, ersetzt werden. Vorzugsweise ermöglichen
diese Rotationsmittel eine Drehung in drei Dimensionen, jedoch kann
eine Drehung in einer zweidimensionalen Ebene (z. B. der XY-Ebene)
ausreichend sein.
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Mit
Bezug auf die 10 und 11 werden nun
alternative Verbindungen zwischen den beiden Teilen der Kugelstange
näher beschrieben.
In 10 ist eines der beiden Gehäuse 42 mit Stiften 62 versehen,
die auf die optische Achse A des Systems ausgerichtet sind. Es können zwei
Stifte 62, wie in 10 gezeigt
ist, oder beispielsweise drei um eine Mittelachse um 120° beabstandete
Stifte vorhanden sein. Das Gehäuse 148 ist
mit Löchern 64 versehen, die
den Stiften 62 entsprechen. Die beiden Teile der Kugelstange
können
somit durch Einführen
der Stifte 62 in die Löcher 64 zusammengefügt werden.
Eine solche Anordnung lässt
eine Elastizität
entlang der Längsachse
der Kugelstange zu, da die Stifte in die Löcher und aus diesen heraus
gleiten, wobei eine genaue Ausrichtung der beiden Teile der Kugelstange
in einer zur Längsachse
der Kugelstange senkrechten Richtung beibehalten wird. Bei diesem
Verbindungstyp stellt die genaue Ausrichtung senkrecht zur Längsachse
sicher, dass die Interferometeroptik und der Retro-Reflektor entlang
der X-Achse ausgerichtet bleiben. Jedoch beeinflusst die Bewegung
der beiden Teile relativ zueinander die Ausrichtung der Interferometeroptik
und des Retro-Reflektors nicht. Eine Bewegung in dieser Richtung
ist wünschenswert,
da sie eine gewisse Einstellung zulässt, falls sich die Spindel 60 und
die Schale 58 nicht genau um einen Abstand L von der Anfangsposition
bewegt haben, wobei in diesem Fall eine gewisse Elastizität erforderlich
sein kann.
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11 zeigt
eine alternative Anordnung der kinematischen Verbindung zwischen
den beiden Teilen der Kugelstange. In dieser Ausführungsform
ist ein vorragendes Teil 66 an einem Gehäuse 42 in
eine entsprechend geformte Öffnung 68 an
dem anderen Gehäuse 48 eingesetzt.
An dem vorragenden Teil 66 und der Öffnung 68 können zur
Erleichterung der Zuordnung des vorragenden Teils 66 zur Öffnung 68 konische
Flächen 67, 69 vorgesehen
sein. Das vorragende Teil 66 und die Öffnung 68 können so gestaltet sein,
dass sie eine Drehung des einen Teils der Kugelstange bezüglich des
anderen zulassen, falls die Anordnung der Optik in den Gehäusen 52, 58 derart ist,
dass sie durch diese Drehung nicht beeinflusst wird. Alternativ
können
an dem vorragenden Teil 66 und der Öffnung 68 alternative
Merkmale vorgesehen sein, die eine Drehung der beiden Teile in Bezug
zueinander verhindern.
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Es
kann ein beliebiges Gelenk, das die beiden Teile der Kugelstange
verbindet, verwendet werden, falls es die Kriterien, dass die Verbindung
eine Elastizität
parallel zur Längsachse
der Kugelstange zulassen muss und dass diese Elastizität die Winkelhaltigkeit
der Optik in den beiden Gehäusen
nicht beeinflusst, erfüllt.
Die Verbindung könnte
beispielsweise einen kinematischen Sitz, wie er oben mit Bezug auf 2 beschrieben
worden ist, umfassen, bei dem die Elemente des kinematischen Sitzes
an einem elastischen Material wie etwa einem biegsamen Element oder
einer Feder angebracht sind.
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Das
Gelenk bzw. die Verbindung zwischen den beiden Teilen der Kugelstange
kann ferner eine Elastizität
entlang der Längsachse
der Kugelstange zulassen. Eine solche Verbindung kann ein Lager, beispielsweise
ein einfaches Gleitlager umfassen. 13 zeigt
eine solche Kugelstange mit einem Gleitlager 70, das die
beiden Teile zusammenfügt. Diese
Vorrichtung kann als optische Kugelstange verwendet werden, bei
der die (nicht gezeigte) Spindel die Kugel 52 in einem
Kreis mit dem Radius R um die in einer (nicht gezeigten) Schale
angebrachte Kugel 46 treibt. Die Verwendung einer Kugelstange
zum Kalibrieren von Koordinatenpositionierungsmaschinen ist in dem
europäischen
Patent Nr. 0508686 genauer offenbart. Maschinenfehler führen dazu,
dass der Weg der Spindel von einem wahren Kreis abweicht und bewirken
dadurch, dass der Abstand zwischen den beiden Kugelmittelpunkten
schwankt, wenn die Kugel 52 den Kreis entlang getrieben
wird. Die Verbindung zwischen den beiden Teilen der Kugelstange
lässt eine
Schwankung des Abstands zwischen den Mittelpunkten der beiden Kugeln 46, 52 zu,
wobei die Optik in der Kugelstange verwendet wird, um diese Schwankung
des Abstands zu messen. Diese Informationen können verwendet werden, um die
Maschinenfehler in herkömmlicher
Weise zu kalibrieren.