DE60318175T2

DE60318175T2 - Ausrichtung optischer Bauteile eines Messsystems

Info

Publication number: DE60318175T2
Application number: DE60318175T
Authority: DE
Inventors: Stephen Mark Stroud Angood; David Roberts Dursley MCMURTRY
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: GB0200925D0; US7168290B2; EP1882898A2; EP1882897A2; JP2005515460A; US7409914B2; WO2003062747A1; JP4489435B2; EP1882898A3; EP1882897A3; EP1468247B1; EP1468247A1; US20050076702A1; CN100487365C; US20070119272A1; DE60318175D1; CN1618006A; ATE381705T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung der Bauteile eines optischen Messsystems in Vorbereitung zur Verwendung dieser in einem Messvorgang.
Ein bekannter Typ eines optischen Messsystems besteht aus zwei oder mehr Gehäusen, von denen zumindest eines am Bett der Maschine fixiert werden soll, und ein anderes davon von dem Arm oder der Spindel der Maschine getragen werden soll. Entweder ist eines von dem Maschinenbett und der Maschinenspindel oder beide bewegbar. Eines der Gehäuse enthält eine oder mehr Lichtquellen und einen oder mehrere Lichtdetektoren und wird nachfolgend als das "Quellengehäuse" bezeichnet, während das andere Gehäuse Reflektoren enthält und nachfolgend als das "Reflektorgehäuse" bezeichnet wird. Gewöhnlich wird das Quellengehäuse in einer fixierten Position am Bett der Maschine gehalten, und das Reflektorgehäuse ist an einem Teil der Maschine angebracht, das in Bezug auf das Maschinenbett, z. B. die Maschinenspindel, bewegbar ist.
Das Ausrichten der optischen Bauteile ist oft ein zeitaufwendiger Prozess, der zunächst die Ausrichtung des Quellengehäuses umfasst, so dass der erzeugte Strahl bzw. die erzeugten Strahlen entlang oder parallel zu einer oder mehr der X-, Y- und Z-Achsen der Maschine gerichtet sind. Dann müssen die Reflektoren mit dem Strahl oder den Strahlen ausgerichtet werden, so dass die reflektierten Strahlen zurück auf die Detektoren gerichtet werden. Abhängig von dem Typ von verwendeten Detektoren muss die Ausrichtung bis innerhalb von ein paar Bogensekunden genau sein.
US 4939678 beschreibt ein System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5.
Ein erster Aspekt der Erfindung sieht ein Verfahren zum Kalibrieren einer Maschine unter Verwendung eines Messsystems vor, wobei das Messsystem zumindest zwei Gehäuse aufweist, mit:
einer Basis, die an einer ersten Fläche der Maschine befestigbar ist, an der ein erstes Gehäuse angebracht werden kann;
ein zweites Gehäuse, das an einer zweiten Fläche an der Maschine befestigbar ist, wobei die erste und zweite Fläche der Maschine relativ zueinander bewegbar sind;
wobei das erste und zweite Gehäuse jeweils mit einem komplementären Teil einer ersten Anbringungsvorrichtung versehen sind, so dass, wenn die beiden Teile der ersten Anbringungsvorrichtung miteinander verbunden sind, die Gehäuse gegenseitig ausgerichtet sind;
wobei zumindest eine Fläche der Basis und zumindest eine Fläche des ersten Gehäuses jeweils mit einem komplementären Teil einer zweiten Anbringungsvorrichtung versehen sind, so dass, wenn die beiden Teile der zweiten Anbringungsvorrichtung miteinander verbunden sind, das erste und zweite Gehäuse in einer von mehreren vorbestimmten Richtungen ausgerichtet sein können;
dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Kombination des ersten und zweiten Gehäuses derart ist, dass ein Schnittpunkt von Achsen entlang der Richtungen vorhanden ist, in denen das zweite Gehäuse relativ zu dem ersten Gehäuse bewegt werden soll, und wobei die Koordinatenstartposition zur Kalibrierung jeder Achse an diesem Schnittpunkt (O) liegt oder sich an der anderen Seite des Schnittpunkts (O) von der Verlaufsrichtung befindet.
Es kann eine nicht gemeinsame Startposition zur Kalibrierung jeder Achse geben, und wobei die Distanz zwischen jeder Koordinatenstartposition und dem Schnittpunkt bekannt ist.
Die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung können einen Satz von zusammenwirkenden Elementen an der Basis und dem ersten Gehäuse umfassen. Ein Subsatz von zusammenwirkenden Elementen, die verwendet werden, um das erste Gehäuse in einer ersten Richtung auszurichten, kann ferner einen Subsatz von zusammenwirkenden Elementen bilden, die verwendet werden, um das erste Gehäuse in einer zweiten Richtung auszurichten.
Das zweite Gehäuse ist bevorzugt an der zweiten Fläche der Maschine über eine Verbindungsvorrichtung angebracht, und wobei eine Vielzahl von Flächen an dem zweiten Gehäuse und zumindest eine Fläche an der Verbindungsvorrichtung jeweils mit einem komplementären Teil einer dritten Anbringungsvorrichtung versehen sind, so dass das zweite Gehäuse an der Verbindungsvorrichtung befestigt sein kann, wenn es in einer der mehreren vorbestimmten Richtungen orientiert ist.
Die komplementären Teile der dritten Anbringungsvorrichtung können derart angeordnet sein, dass, sobald das erste und zweite Gehäuse unter Verwendung der ersten Anbringungsvorrichtung ausgerichtet worden sind und das erste Gehäuse und die Basis unter Verwendung der zweiten Anbringungsvorrichtung ausgerichtet worden sind, das zweite Gehäuse und die Verbindungsvorrichtung verbunden werden können, ohne dass eine erneute Ausrichtung des ersten und zweiten Gehäuses relativ zueinander erforderlich ist.
Die geometrische Kombination des ersten und zweiten Gehäuses und der Verbindungsvorrichtung ist derart, dass sich die Achsen, entlang derer das erste und zweite Gehäuse ausgerichtet werden können, an einem gemeinsamen Punkt schneiden. Dies kann derart erfolgen, dass das an dem beweglichen Teil der Maschine angebrachte Gehäuse in derselben Position in X, Y und Z – was auch immer die Orientierung des ersten und zweiten Gehäuses ist – startet. Alternativ kann es so sein, dass das an dem beweglichen Teil der Maschine angebrachte Gehäuse durch den gemeinsamen Schnittpunkt bewegt wird, was auch immer die Orientierung des ersten und zweiten Gehäuses ist.
Ein Kabel führt zu dem ersten Gehäuse, und das Kabel kann mit einer Kabelanbringungsvorrichtung versehen sein, und die zumindest eine Fläche an der Kabelanbringungsvorrichtung und eine Vielzahl von Flächen an der Basis sind jeweils mit komplementären Teilen einer zusätzlichen Anbringungsvorrichtung versehen, so dass die Kabelanbringungsvorrichtung an der Basis an verschiedenen Orten angebracht werden kann, so dass bei jeder Orientierung des ersten Gehäuses das Kabel eine gleiche Kraft an das Gehäuse überträgt. Die Kabelanbringungsvorrichtung kann mit einer Vielzahl von angewinkelten Seiten versehen sein, wobei zwei oder mehr Seiten der Kabelanbringungsvorrichtung mit dem komplementären Teil der zusätzlichen Anbringungsvorrichtung versehen sind, so dass verschiedene Seiten der Kabelanbringungsvorrichtung an der Basis für verschiedene Orientierungen des ersten Gehäuses befestigt sein können, so dass das Kabel eine gleiche Kraft an das Gehäuse für jede Orientierung des Gehäuses überträgt.
In einer Ausführungsform umfasst die Basis eine Plattform zur Stützung eines Gehäuses, wobei das Gehäuse und die Plattform mit komplementä ren Teilen einer Anbringungsvorrichtung versehen sind, die bei Anbringung an der Plattform die Position des Gehäuses definieren, umfassend:
eine fixierte Fläche der Plattform, an der das Gehäuse gestützt sein kann und an der ein Teil der Anbringungsvorrichtung angeordnet ist;
einen Hebemechanismus, der zwischen oberen und unteren Positionen relativ zu der fixierten Fläche bewegbar ist;
wobei der Hebemechanismus in seiner unteren Position ermöglicht, dass die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung des Gehäuses und der fixierten Fläche in Kontakt miteinander kommen, und der Hebemechanismus in seiner oberen Position bewirkt, dass die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung des Gehäuses und der fixierten Fläche zumindest teilweise einen Kontakt miteinander unterbrechen.
Der Hebemechanismus umfasst bevorzugt eine bewegbare Fläche der Plattform, die angehoben und abgesenkt werden kann; wobei, wenn das Gehäuse an der bewegbaren Fläche der Plattform angeordnet ist, die bewegbare Fläche abgesenkt werden kann, um das Gehäuse auf der fixierten Fläche anzuordnen, so dass die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung verbunden sind, oder angehoben werden kann, um die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung zu trennen.
Die bewegbare Fläche und das Gehäuse können mit komplementären Teilen einer zweiten Anbringungsvorrichtung versehen sein, so dass die komplementären Teile der ersten Anbringungsvorrichtung an dem Gehäuse und der fixierten Fläche dadurch vorher ausgerichtet sind.
In einer ersten Ausführungsform bewirkt eine Drehung der bewegbaren Fläche in einer ersten Richtung, dass die bewegbare Fläche angehoben wird, und wobei eine Drehung der bewegbaren Fläche in einer zweiten entgegengesetzten Richtung bewirkt, dass die bewegbare Fläche abgesenkt wird.
In einer zweiten Ausführungsform ist die bewegbare Fläche an einer Feder angebracht, wobei eine Drehung einer Nocke die Feder und somit die bewegbare Fläche anhebt oder absenkt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung sieht eine Vorrichtung nach Anspruch 14 zum Einstellen des Winkels eines Objekts um eine an einer Fläche angebrachten Achse vor, umfassend:
eine obere Platte, an der das Objekt angebracht ist, und eine untere Platte, die ihrerseits an der Fläche angebracht ist;
eine Bahn, die an der Innenfläche einer der oberen und unteren Platte angeordnet ist;
eine Kugel, die zwischen der oberen und unteren Platte angeordnet ist, wobei die Kugel in Kontakt mit der zumindest einen Bahn in der oberen oder unteren Platte steht;
wobei die Bahn derart angeordnet ist, dass, wenn die Kugel in einer ersten Richtung bewegt wird, die Kugel angehoben wird, und bewirkt, dass die Platten sich voneinander weg bewegen, und wobei, wenn die Kugel in eine zweite entgegengesetzte Richtung bewegt wird, die Kugel abgesenkt wird und bewirkt, dass sich die Platten zueinander bewegen.
Die Bahn kann ein Paar nicht paralleler Rollen umfassen. Alternativ kann die Bahn ein Paar paralleler Rollen, die unter einem Winkel von der Ebene der oberen oder unteren Platte positioniert sind, in der sie angeordnet sind, oder ein Paar von Rollen umfassen, und wobei jede Rolle in dem Paar von Rollen verjüngt ist.
Bevorzugt ist die andere der oberen und unteren Platte mit zumindest einem Element versehen, das in Kontakt mit der Kugel steht. Das zumindest eine Element kann ein Paar paralleler Rollen umfassen. Alternativ kann das zumindest eine Element eine ebene Fläche umfassen.
Bevorzugt ist eines des zumindest einen Elements und der Bahn in der oberen Platte Teil einer Anbringung für das Objekt und das andere der Bahn und des zumindest einen Elements der unteren Platte ist Teil einer Anbringung für die Fläche, wodurch ein direkter Pfad von dem Objekt zu der Fläche durch die Bahnen, Kugeln und Elemente gebildet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Sätze von Kugeln und Bahnen vorgesehen, so dass der Winkel der oberen Platte um mehrere Achsen eingestellt sein kann. Des Weiteren können eine Bahn und eine Kugel zwischen benachbarten, im Wesentlichen vertikalen Flächen der oberen und unteren Platte vorgesehen sein, so dass die obere Platte um die Achse rechtwinklig zu der Ebene der unteren Platte gedreht werden kann.
Die Vorrichtung ist bevorzugt mit zumindest zwei Bahnen und Kugeln, um den Winkel der oberen Platte relativ zu der Ebene der unteren Platte einzustellen, und einer Bahn und Kugel versehen, um den Winkel der oberen Platte um die Achse rechtwinklig zu der Ebene der unteren Platte einzustellen, wobei die Bahnen, die dazu verwendet werden, den Winkel der oberen Platte relativ zu der Ebene der unteren Platte einzustellen, in der unteren Platte angeordnet sind, so dass bei einer Drehung der oberen Platte die Elemente in der oberen Platte über die Kugeln gleiten oder drehen können und dadurch ermöglichen, dass die obere Platte unabhängig von der Einstellung des Winkels der oberen Platte relativ zu der Ebene der unteren Platte gedreht werden kann.
Zwei Sätze von Bahnen und Rollen und ein Drehpunkt können vorgesehen sein, um eine Einstellung des Winkels der oberen Platte relativ zu der Ebene der unteren Platte zu ermöglichen. Zusätzlich kann ein dritter Satz einer Bahn und Rolle vorgesehen sein, um eine Drehung der oberen Platte um eine Achse rechtwinklig zu der Ebene der unteren Platte vorzusehen.
Drei Sätze von Bahnen und Rollen können vorgesehen sein, um eine Einstellung des Winkels der oberen Platte relativ zu der Ebene der unteren Platte zu ermöglichen, sowie zusätzlich eine Einstellung der Höhe der oberen Platte relativ zu der unteren Platte zu ermöglichen. Ein vierter Satz von Bahnen und Rollen kann vorgesehen sein, um eine Drehung der oberen Platte um eine Achse rechtwinklig zu der Ebene der unteren Platte vorzusehen.
Die Erfindung wird nun nur mittels Beispiels und mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Ansicht des Bauteils eines optischen Messsystems vom Stand der Technik ist;
2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen einstellbaren Verbinders ist;
3A–3E Ansichten des Quellen- und Reflektorgehäuses sind, die entlang der X-, Y-, -X-, -Y- und Z-Achsenrichtung ausgerichtet sind.
4A und 4B die geometrische Kombination des Quellen- und Reflektorengehäuses zeigen, die entlang der Y- und Z-Richtung ausgerichtet sind.
4C und 4D den Schnittpunkt von Achsen für verschiedene Orientierungen der Gehäuse darstellen;
4E die Fehler entlang der X-Richtung für 4D darstellt;
5A eine Draufsicht des optischen Messsystems ist, das mit der Z-Achse ausgerichtet ist;
5B eine Seitenansicht des optischen Messsystems ist, das mit der Z-Achse ausgerichtet ist;
5C eine Draufsicht des optischen Messsystems ist, das mit der X-Achse ausgerichtet ist;
5D eine Seitenansicht des optischen Messsystems ist, das mit der X-Achse ausgerichtet ist;
6A und 6B eine Draufsicht und Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der gesteuerten, sich absenkenden Plattform zeigen;
6C und 6D eine Draufsicht und Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der gesteuerten, sich absenkenden Plattform zeigen;
6E–6G eine Draufsicht, Seitenansicht und perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der gesteuerten, sich absenkenden Plattform zeigen;
6H eine Seitenansicht der gesteuerten, sich absenkenden Plattform darstellt;
7–9 eine Draufsicht, Seitenansicht und perspektivische Ansicht der Basisplatte darstellen;
10 ein Querschnitt der ersten Neigungseinstellvorrichtung ist;
11 ein Querschnitt der zweiten Neigungseinstellvorrichtung ist;
12 ein Querschnitt des dritten Ortes ist;
13 ein Querschnitt der Drehungseinstellvorrichtung ist;
14 eine schematische Darstellung einer relativen Bewegung der oberen Platte der Basisplatte ist;
15 eine Draufsicht und Seitenansicht von nicht parallelen Rollen ist;
16 eine Draufsicht und Seitenansicht von parallelen abgewinkelten Rollen ist;
17 eine Draufsicht und Seitenansicht von verjüngten Rollen ist;
18 eine Draufsicht einer Vorspannfeder ist, die in der Basisplatte von 7–9 verwendet wird;
19 eine Seitenansicht der Vorspannfeder von 18 ist;
20 eine perspektivische Ansicht der Vorspannfeder von 18 ist; und
21 eine schematische Darstellung der Anordnung von kinematischen Elementen in einer Basisplatte vom Stand der Technik ist.
Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, zeigt 1 eine Ausführungsform eines optischen Messsystems vom Stand der Technik zur Anbringung an einer Maschine wie in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung PCT/GB01/03096 offenbart, die am 11. Juli 2001 eingereicht wurde ( WO 0204890 ).
Das optische Messsystem umfasst eine Basisplatte 10, ein Quellengehäuse 20 und ein Reflektorgehäuse 22, die alle genau mit einer oder mehr Maschinenachsen ausgerichtet sein müssen. Die Basisplatte 10 ist mit dem Bett der Maschine durch Schrauben 12, 14 verbunden.
Das Quellengehäuse 20 kann einen Autokollimator, der in einer optischen Reihenfolge von einer Lichtquelle 24, einem Strahlenteiler 26, einem Kollimator 28, durch den ein Parallelstrahlenbündel aus dem Gehäuse heraustritt, gebildet ist, und einen Detektor 30 enthalten, der von dem Re flektor 32 in dem Reflektorgehäuse 22 über den Strahlenteiler 26 einen Rücklichtstrahl empfängt.
Das Quellengehäuse 20 umfasst ferner einen kinematischen Sitz in Form von drei zusammenwirkenden Paaren von Steck- und Buchsenelementen, zum Beispiel eine Kugel und V-Nut 16, die angemessen beabstandet und in einer dreieckigen Anordnung angeordnet sind, zum Beispiel mit 120° voneinander beabstandet. Die Sitzelemente 16 wirken mit drei V-förmigen Nuten (nicht gezeigt) auf der Basisplatte zusammen, um einen herkömmlichen kinematischen Sitz für das wiederholbare Positionieren des Gehäuses an der Basisplatte zu bilden.
Das Quellengehäuse weist einen weiteren kinematischen Sitz 18 an seiner Vorderseite auf (d. h. die Seite, die orthogonal zur Strahlenrichtung ist), auf dem das Reflektorgehäuse aufgenommen werden kann. Die Lichtquelle und der Reflektor sind während der Herstellungsphase ausgerichtet, um sicherzustellen, dass wenn das Reflektorgehäuse in dem kinematischen Sitz 18 an der Vorderseite des Gehäuses aufgenommen ist, der Lichtstrahl und Reflektor genau ausgerichtet sind.
Es kann daher gesehen werden, dass sobald das Quellengehäuse 20 korrekt ausgerichtet ist, um einen Lichtstrahl entlang einer der Maschinenachsen, z. B. die X-Achse, zu richten, das Reflektorgehäuse 22 auf dem kinematischen Sitz 18 an der Vorderseite des Quellengehäuses 20 aufgenommen werden kann und automatisch mit dem Strahl aus der Lichtquelle 24 ausgerichtet wird. Magnete 33 können verwendet werden, um die zwei Gehäuse 20, 22 an dem kinematischen Sitz 18 zusammen zu treiben.
Um jede Positionsverschiebung zwischen der Maschinenspindel 34 und dem Reflektorgehäuse 22 zu beseitigen, wenn die beiden miteinander verbunden werden sollen, ist das Reflektorgehäuse 22 mit einem begrenzten Übereinstimmungsgrad unter Verwendung eines einstellbaren Verbinders versehen, mittels dessen das Gehäuse 22 mit der Spindel 34 der Maschine verbunden werden kann. Der einstellbare Verbinder weist eine Kugel 36 auf, die in einer Buchse 38 auf der Maschinenspindel aufgenommen werden soll. Die Kugel 36 ist einstellbar in einer Haltevorrichtung 40 gestützt, die ihrerseits durch jedes geeignete Mittel mit dem Reflektorgehäuse 22 verbunden ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform des einstellbaren Verbinders wird nun Bezug nehmend auf 2 beschrieben. Die Buchse 38 der Maschinenspindel umfasst ein zylindrisches Bohrloch, das die Kugel 36 des einstellbaren Verbinders aufnimmt. Die Haltevorrichtung 40 umfasst ferner ein zylindrisches Bohrloch 42 und ist an dem Reflektorgehäuse 22 angebracht, bevorzugt durch kinematische Halter 52.
Die Kugel 36 des einstellbaren Verbinders ist durch einen Stiel 46 mit einer weiteren Kugel 48 verbunden, die in dem Bohrloch 42 der Haltevorrichtung 40 liegt.
Die Kugeln 36 und 48 des einstellbaren Verbinders können eine nur teilweise kugelförmige Oberfläche an dem Abschnitt der Kugel aufweisen, der mit der Fläche des zylindrischen Bohrlochs in Kontakt steht.
Die Kugel 36 kann durch einen begrenzten Winkel eingestellt werden, um zu ermöglichen, dass diese in der Buchse 38 der Maschinenspindel in Eingriff genommen wird. Die Kugel wird in der Buchse 38 auf bekannte Weise durch die Bereitstellung von Magneten (nicht gezeigt) in der Kugel 36, der Buchse 38 oder beiden festgehalten.
Zwei Schlitze 54, 56 erstrecken sich aus entgegengesetzten Enden des einstellbaren Verbinders entlang seiner Längsachse bis kurz vor seine Mitte, wodurch nur ein kleiner Brückenabschnitt 57 zurückbleibt, der die zwei Hälften des einstellbaren Verbinders miteinander verbindet. Eine Feststellschraube 58 ist in der Buchse 38 der Maschinenspindel vorgesehen, die, wenn angezogen, gegen die Kugel 36 drückt, wodurch die Kugel 36 in der Buchse 38 fixiert wird und auch die zwei Hälften der Kugel 36 zusammen gedrückt werden. Der Brückenabschnitt 57 des einstellbaren Verbinders funktioniert wie ein Scharnier, und während die zwei Hälften der Kugel 36 zusammen gedrückt werden, werden die zwei Hälften der Kugel 48 auseinander und gegen die Seiten des zylindrischen Bohrlochs 42 gedrückt, wodurch dieses fest fixiert wird.
Dieser Verbinder hat somit den Vorteil, dass eine Betätigung beide Kugeln festhält.
Sobald das Quellengehäuse 20 mit einer Achse der Maschine ausgerichtet worden ist, kann das an der Maschinenspindel befestigte Reflektorgehäuse 22 zu dem Quellengehäuse 20 gebracht werden. Ist die Feststellschraube locker, ist der einstellbare Verbinder genug frei sich so zu drehen, dass das Reflektorgehäuse 22 in dem kinematischen Sitz 18 aufgenommen wird. Durch dieses Mittel kann eine automatische Ausrichtung des Quellengehäuses 20 und des Reflektorgehäuses 22 sichergestellt werden. Sobald in dem kinematischen Sitz 18 aufgenommen, wird die Feststellschraube festgezogen, um die Orientierung des Gehäuses 22 beizubehalten.
Es ist wünschenswert, das Quellengehäuse 20 mit anderen Maschinenachsen auszurichten. Bei dem oben beschriebenen Beispiel, bei dem das Quellengehäuse an einer Basisplatte angebracht ist, kann das Quellengehäuse weitere Sätze von kinematischen Elementen an seiner unteren Fläche oder an anderen Flächen seiner orthogonalen Seiten aufweisen. Durch dieses Mittel kann es bis zu 90° in verschiedenen Ebenen gedreht werden und auf dem kinematischen Sitz an der Basisplatte in verschiedenen Orientierungen mit dem Lichtstrahl aus der Quelle wieder aufgenommen werden, der entlang verschiedener der Maschinenachsen gerichtet ist. Das Reflektorgehäuse ist weiterhin in demselben kinematischen Sitz 18 an dem Quellengehäuse aufgenommen, so dass es ebenfalls mit den verschiedenen Achsen ausgerichtet wird.
3A–3D zeigen die Draufsicht des Quellengehäuses 20 und des Reflektorgehäuses 22 an der Basisplatte 10. 3a zeigt den mit der X-Achse ausgerichteten Lichtstrahl, 3b zeigt den mit der Y-Achse ausgerichteten Lichtstrahl, 3c zeigt den mit der – X-Achse ausgerichteten Lichtstrahl und 3d zeigt den mit der – Y-Achse ausgerichteten Lichtstrahl. 3e zeigt eine Seitenansicht, wobei der Lichtstrahl mit der Z-Achse ausgerichtet ist.
Ein Satz kinematischer Elemente ist an der Basisplatte und an dem Quellengehäuse vorgesehen, um jeweils die X-, Y-, Z-, -X-, -Y-Richtung zu definieren. Jeder Satz kinematischer Elemente ist nicht notwendigerweise eigenständig, da Kugeln und Rollen oder V-förmige Nute von einem Satz auch Teil eines anderen Satzes sein können.
Alternativ kann ein Block in Form eines Würfels oder eines Quaders anstelle einer Basisplatte verwendet werden. Ein derartiger Block wäre mit kinematischen Sitzen an verschiedenen seiner orthogonalen Seiten verse hen, so dass durch Verwendung eines einzigen kinematischen Sitzes an dem Quellengehäuse dieses in verschiedenen Richtungen orientiert werden kann, indem sein kinematischer Sitz einen von denen an dem Block in Eingriff nimmt. Auch in diesem Fall fährt das Reflektorgehäuse fort, denselben kinematischen Sitz an dem Quellengehäuse zu verwenden.
Für jede Orientierung des Quellen- und Reflektorgehäuses 20, 22 muss das Reflektorgehäuse 22 an der Haltevorrichtung 40 des einstellbaren Verbinders an einer unterschiedlichen Position angebracht sein. Der Ort des Reflektorgehäuses 22 an der Haltevorrichtung 40 für jede Orientierung wird durch einen jeweiligen kinematischen Sitz definiert. Ein unterschiedlicher Satz von kinematischen Elementen wird somit zwischen dem Reflektorgehäuse 22 und der Haltevorrichtung 40 für jede Orientierung des Reflektorgehäuses vorgesehen. Wie zuvor kann jeder Satz von kinematischen Elementen Elemente mit einem anderen Satz teilen. Dies ermöglicht, dass die Orientierung des Reflektorgehäuses 22 ohne Einstellung des einstellbaren Verbinders in der Maschinenspindel geändert wird.
Sobald das Quellen- und Reflektorgehäuse 20, 22 für die erste Achse unter Verwendung des kinematischen Sitzes 18, die Orientierungen der kinematischen Elemente zwischen dem Quellengehäuse 20 und der Basisplatte 10 sowie zwischen dem Reflektorgehäuse 22 und der Haltevorrichtung 40 ausgerichtet worden sind, bedeutet dies, dass für nachfolgende Achsen eine Neuausrichtung des Quellen- und Reflektorgehäuses 20, 22 auf dem kinematischen Sitz 18 nicht erforderlich ist.
Für die Kalibrierung von großen Maschinen ist es wünschenswert, mit dem Quellengehäuse 20 in der Mitte der Maschine zu beginnen und zunächst das Reflektorgehäuse 22 entlang einer Achse (z. B. X-Achse) zu bewegen und dann das Quellen- und Reflektorgehäuse 20, 22 um 180° zu drehen und das Reflektorgehäuse entlang jener Achse in der entgegensetzten Richtung (z. B. – X-Achse) zu bewegen. Es ist daher wünschenswert, dass das Quellengehäuse 20 und die Basisplatte 10 kinematische Elemente aufweisen, die die – X- und – Y-Richtung definieren.
Somit gibt es fünf Sätze von kinematischen Elementen zwischen dem Quellengehäuse 20 und der Basisplatte 10 sowie zwischen dem Reflektorgehäuse 22 und der Haltevorrichtung 40, die die X-, Y-, Z-, -X- und -Y-Richtung definieren, obwohl jeder Satz nicht notwendigerweise eigenständig von den anderen Sätzen ist.
Wie in 4A und 4B dargestellt, ermöglichen die geometrische Kombination des Quellengehäuses 20 und des Reflektorgehäuses 22 dieselbe Koordinatenstartposition zur Kalibrierung der X-, Y- und Z-Achsen nach dem ersten Setup.
4A zeigt das Quellengehäuse 20 entlang der Y-Achse ausgerichtet, und 4B zeigt das Quellengehäuse 20 entlang der Z-Achse ausgerichtet. In beiden Fällen ist die Distanz a zwischen der Hülse 34 und dem Reflektorgehäuse 22 dieselbe. Somit ist der Startpunkt bei Kalibrierung in verschiedene Orientierungen (d. h. entlang der X-, Y- oder Z-Achse) immer derselbe.
Wie in 4C dargestellt, ist die geometrische Kombination des Quellengehäuses 20 und des Reflektorgehäuses 22 derart, dass es einen Schnittpunkt der Achsen (X, Y, Z) gibt, entlang derer das Quellen- und Reflektorgehäuse ausgerichtet werden sollen. Die Koordinatenstartposition ist bevorzugt an diesem Schnittpunkt O (wie oben beschrieben). Jedoch ist es auch möglich nicht gemeinsame Startpositionen a1, b1, c1, für jede Orientierung zu haben, solange es einen Schnittpunkt der Achsen gibt, und die Distanz xa, xb, xc zwischen jedem Startpunkt a1, b1, c1 und dem Schnittpunkt O bekannt ist. (Obwohl diese Distanzen nicht genau bekannt sein müssen). In diesem Fall ist es wünschenswert, dass sich die Startpunkte an der anderen Seite des Schnittpunkts von der Verlaufsrichtung befinden, wie in 4C dargestellt, das dies zu keinem Verlust von Informationen während der Bewegung des Reflektorgehäuses führt. Wie in 4D dargestellt, wäre dies nicht der Fall, wenn sich die Startpositionen a2, b2, c2 an der anderen Seite des Schnittpunktes O befänden, da es keine Daten zwischen dem Schnittpunkt und den Startpositionen a2, b2, c2 geben würde, die Fehler einführten. 4E zeigt die Messdaten entlang der X-Achse für die Anordnung von 4D. Es gibt keine Informationen zwischen dem Ursprung O und dem Startpunkt a2.
Die optische Quelle kann entfernt von dem Quellengehäuse angeordnet sein, insbesondere da Hitze aus der optischen Quelle Verformungen an dem Gehäuse bewirken kann. Ein Lichtwellenleiter kann daher verwendet werden, um das Licht aus der Lichtquelle zu dem Quellengehäuse zu leiten.
Das Quellengehäuse ist mit einem Versorgungskabel versehen, das die Lichtwellenleiter, elektrischen Signale und Versorungen beherbergt. Dies wird in 5A–5D gezeigt. 5A und 5B zeigen die Draufsicht bzw. die Seitenansicht des mit der Z-Achse ausgerichteten Quellengehäuses 20. 5C und 5D zeigen die Draufsicht bzw. die Seitenansicht des mit der X-Achse ausgerichteten Quellengehäuses. Das Versorgungskabel 60 überträgt Kräfte aufgrund seiner Biegung an das Quellengehäuse 20, was dazu führen kann, dass das Quellengehäuse nicht voll und ganz auf dem kinematischen Sitz 16 sitzt. Es ist daher wünschenswert, die Kraft aufgrund der Biegung des Kabels 60 zu minimieren.
Das Versorgungskabel 60 ist mit einem Kabelanbringungsblock 62 versehen, der an die Basisplatte 10 befestigt werden kann. Der Anbringungsblock kann an verschiedenen Orten auf der Basisplatte 10 in Abhängigkeit von der Orientierung des Quellengehäuses 20 befestigt werden. Die Position des Kabelanbringungsblocks 62 an der Basisplatte wird von einem Ortssitz definiert, der kinematisch sein kann und durch Magnete (nicht gezeigt) an Ort und Stelle gehalten wird.
Der Kabelanbringungsblock 62 weist eine Vielzahl von angewinkelten Seiten derart auf, dass bei verschiedenen Ausrichtungen des Quellengehäuses 20 verschiedene Seiten des Kabelanbringungsblocks an der Basisplatte 10 mittels eines jeweiligen Sitzes, z. B. ein kinematischer Sitz an dieser Seite, befestigt werden können.
Die Position der Ortssitze und der Winkel der Seiten des Kabelanbringungsblocks 62 stellt sicher, dass minimale und gleiche Kräfte aus dem Kabel an das Quellengehäuse für jede Orientierung des Quellengehäuses übertragen werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Basisplatte mit einer gesteuerten, sich absenkenden Plattform versehen, so dass der Quellenblock auf die kinematischen Elemente auf eine gesteuerte Weise abgesenkt wird. Die Verwendung einer gesteuerten, sich absenkenden Plattform hat den Vorteil, dass das Quellengehäuse sanft auf die kinematischen Elemente abgesenkt wird, wodurch ein genauer, wiederholbarer Ort sichergestellt wird. Dies minimiert ferner Schäden an den kinematischen Elementen.
6A zeigt eine erste Ausführungsform der gesteuerten, sich absenkenden Plattform. Eine Hebeplattform 64 ist bereitgestellt, auf der das Quellengehäuse 20 angeordnet werden kann. Dieses ist von der Basisplatte durch eine drehbare Scheibe 66 getrennt. Kugellager 68 sind zwischen der Scheibe 66 und der Basisplatte 10 sowie zwischen der Scheibe 66 und der Hebeplattform 64 angeordnet, um eine Drehung der Scheibe 66 zu ermöglichen. Die Fläche der Scheibe 66 ist mit verjüngten Nuten versehen, in denen die Kugellager 68 aufgenommen werden. Sind die Kugellager in dem breiten Abschnitt der Nut aufgenommen, befindet sich die Hebeplattform 64 in ihrer abgesenkten Position. Wird jedoch die Scheibe 66 gedreht, bietet die Nut ihren engeren Abschnitt dem Kugellager 68 dar, was dazu führt, dass die Hebeplattform 64 angehoben wird. Durch Bewegen der Scheibe 66 in die entgegengesetzte Richtung kann die Hebeplattform 64 sanft abgesenkt werden.
Eine Dämpfungseinrichtung 70 ist vorgesehen, um die Bewegung der Hebeplattform 64 sanft zu machen. Die Dämpfungseinrichtung 70 kann an einem Hebel 72 vorgesehen sein, der verwendet wird, um die Scheibe 66 zu drehen. Alternativ kann die Dämpfungseinrichtung 70 zwischen der Basisplatte 10 und der Hebeplattform 64 angeordnet sein, wie in 6B gezeigt.
Eine zweite Ausführungsform der gesteuerten, sich absenkenden Plattform wird in 6C und 6D dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die Hebeplattform 64 mit einem nach unten verschieblichen Zylinder 74 mit einer Außengewindefläche versehen. Die mittlere Scheibe wird durch einen Ring 76 mit einer Innengewindefläche ersetzt. Eine Drehung des Rings 76 unter Verwendung des Hebels 72 führt dazu, dass die Hebeplattform 64 durch Drehung in einer Richtung angehoben wird und die Hebeplattform in der entgegengesetzten Richtung abgesenkt wird.
Wie bei der vorherigen Ausführungsform kann eine Dämpfungseinrichtung 70 an dem Hebel 72, wie in 6C gezeigt, oder zwischen der Basis platte 10 und der Hebeplattform 64 vorgesehen sein, wie in 6D gezeigt.
Eine dritte Ausführungsform der gesteuerten, sich absenkenden Plattform wird in 6E, 6F und 6G dargestellt. In dieser Ausführungsform wird die Hebeplattform 64 von einem Paar paralleler Federn 80, 82 gestützt. Beide Federn 80, 82 sind mit einem fixierten Teil der Plattform (nicht gezeigt) an den Punkten 84, 86, 88 an deren Außenflächen und mit der beweglichen Plattform 64 an deren Innenflächen verbunden.
Eine Stange 88 ist mit einer Nocke 94 an einem Ende, das an der oberen Feder 80 anliegt, und einem Hebel 96 an ihrem anderen Ende versehen. Die Stange 88 ist um Lager 90, 92 in der fixierten Fläche der Plattform (nicht gezeigt) drehbar. Eine Drehung des Hebels 96 bewirkt eine Drehung der Stange 88 und der Nocke 94. Da die Nocke 94 an der oberen Feder 80 anliegt, hebt diese die Innenfläche der oberen Feder 80 an oder senkt diese ab, während sich diese dreht, und hebt dadurch auch die Hebeplattform 64, die an der Innenfläche der Feder 80 befestigt ist, an bzw. senkt diese ab.
Die Verwendung eines Paars paralleler Federn 80, 82 führt zu einer parallelen Bewegung der Hebeplattform 64, so dass die Hebeplattform 64 ohne Neigung angehoben und abgesenkt wird, auch wenn die Nocke an einer Seite der Feder 80 angeordnet ist.
Bei allen drei Ausführungsformen, ob die Hebeplattform eine Drehbewegung oder lineare Bewegung macht, ermöglichen die Mechanismen, dass die Bewegung der Hebeplattform sehr wiederholbar ist, so dass jedes Mal, wenn das Quellengehäuse auf die kinematischen Elemente abgesenkt wird, diese genau in dieselbe Position abgesenkt wird.
Die Hebeplattform der gesteuerten, sich absenkenden Plattform kann ferner mit einem Satz von Positionselementen 97 mit einem übereinstimmenden Satz von Positionselementen 98 an dem Quellengehäuse 20 versehen sein, wie in 6H gezeigt. Diese Positionselemente 97, 98 haben die Funktion, das Quellengehäuse 20 richtig an der Hebeplattform 64 zu positionieren, so dass wenn die Plattform 64 abgesenkt wird, die kinematischen Elemente 93 an dem Quellengehäuse 20 mit kinematischen Elementen 95 an der Basisplatte 10 vorher ausgerichtet werden, und das Quellengehäuse 20 kann somit richtig auf die kinematischen Elemente der Basisplatte abgesenkt werden. Diese Positionselemente 97, 98 an der Hebeplattform 94 und an dem Quellengehäuse 20 können weniger genau sein als die kinematischen Positionselemente 93, 95 zwischen dem Quellengehäuse 20 und der Basisplatte 10. Die Positionselemente 97, 98 an dem Quellengehäuse und der Hebeplattform nehmen dadurch die meiste Abnutzung auf und schützen auf diese Weise die kinematischen Elemente 93, 95 an dem Quellengehäuse 20 und der Basisplatte 10.
Wie zuvor beschrieben ist das Quellengehäuse an einer Basisplatte angebracht, die ihrerseits an dem Maschinentisch angebracht ist. Die Basisplatte muss mit der X-Y-Ebene ausgerichtet sein, und dies wird normalerweise erreicht, indem sie an einem genau horizontalen Maschinenbett angebracht wird. Ist jedoch das Maschinenbett nicht genau horizontal, dann ist eine Einstellung der Basisplatte erforderlich.
7 bis 20 stellen eine Basisplatte dar, die mit einem Einstellmechanismus versehen ist, der eine Neigungseinstellung um beide X- und Y-Achsen sowie eine Drehung um die Z-Achse ermöglicht. Die einstellbare Basisplatte wird nun Bezug nehmend auf diese Figuren ausführlicher beschrieben.
7, 8 und 9 zeigen eine Draufsicht, Seitenansicht bzw. perspektivische Ansicht der Basisplatte 10. Die Basisplatte umfasst eine untere Platte 110 und eine obere Platte 112, die relativ zu der unteren Platte bewegbar ist. Die obere und untere Platte können durch Mittel (nicht gezeigt) verbunden sein, die eine relative Bewegung zwischen ihnen ermöglichen, wie zum Beispiel magnetische Mittel oder Federmittel.
Eine erste und zweite Neigungseinstellvorrichtung 100, 102 sind an der Basisplatte vorgesehen, um eine Einstellung der Neigung der oberen Platte um die X- bzw. Y-Achse zu ermöglichen. 10 zeigt einen Querschnitt der ersten Neigungseinstellvorrichtung 100. Ein Paar Rollen 114, 116 ist in der oberen Platte 112 vorgesehen, und ein Paar Rollen 118, 120 ist in der unteren Platte 110 vorgesehen. Eine Kugel 122 ist zwischen der oberen und unteren Platte angeordnet und steht in Kontakt mit beiden Paaren von Rollen. Das in der oberen Platte 112 angeordnete Paar Rollen 114, 116 ist parallel zueinander. Jedoch ist das in der unteren Platte 110 angeordnete Paar Rollen 118, 120 nicht parallel. Wird die Kugel 122 entlang der Rollen 118, 120 in Richtung des schmaleren Endes bewegt, wird die Kugel 122 nach oben gedrückt und drückt wiederum die obere Platte 112 nach oben. Wird die Kugel 122 in der entgegengesetzten Richtung in Richtung des breiteren Endes bewegt, wird die Kugel 122 abgesenkt und senkt ihrerseits die obere Platte 112 ab. Wie in 7 und 9 gezeigt, ist eine Einstellschraube 124 vorgesehen, um die Position der Kugel 122 in der ersten Einstellvorrichtung 100 zu ändern.
Wie in 10 gezeigt, sieht das Paar Rollen 114, 116 in der oberen Platte 112 eine kinematischen Sitz für ein kinematisches Element 128 des Quellengehäuses 20 vor, und ein Element 130 steht in Kontakt mit und ist in einer fixierten Position relativ zu dem Paar Rollen 118, 120 in der unteren Platte 110 angeordnet, um sich mit dem Maschinentisch 11 zu verbinden.
11 zeigt einen Querschnitt der zweiten Neigungseinstellvorrichtung 102. Wie zuvor ist jede der oberen und unteren Platte 112, 110 mit einem Paar Rollen 214, 216 bzw. 218, 220 versehen, das kinematische Elemente 228 und 230 in Kontakt mit dem Quellengehäuse 20 bzw. dem Maschinentisch 11 anordnet. Wie zuvor steht ein Element 230 in Kontakt mit und ist in einer fixierten Position relativ zu Rollen 218, 220. Jedoch weicht die zweite Neigungseinstellvorrichtung 102 von der ersten 100 dahingehend ab, dass eine Platte 232 unterhalb dem Paar paralleler Rollen 214, 216 in der oberen Platte 112 vorgesehen ist. Die Kugel 222 zwischen der oberen und unteren Platte 112, 110 steht daher in Kontakt mit dem Paar Rollen 218, 220 darunter und der Platte 232 darüber. Wie zuvor hebt eine Einstellung der Position der Kugel 222 unter Verwendung der Einstellschraube 126 die obere Platte 112 unmittelbar darüber an oder senkt diese ab.
An einem dritten Ort 104 ist eine weitere Kugel 322 zwischen der oberen und unteren Platte 112, 110 vorgesehen, die zwischen einem oberen und unteren Paar von Rollen eingekeilt sind. 12 zeigt einen Querschnitt dieser Anordnung. Wie zuvor sind sowohl die obere als auch untere Platte 110, 112 mit einem Paar Rollen 314, 316 bzw. 318, 320 versehen, und die Kugel 322 steht in Kontakt mit beiden Paaren von Rollen. Kugel 322 befindet sich in einer fixierten Position in Bezug auf die Rollen 314, 316, und Kugel 220 befindet sich in einer fixierten Position in Bezug auf die Rollen 318, 320. In diesem Fall sind beide Paare von Rollen parallel, und die Kugel 322 ist nicht mit einer Einstellschraube versehen.
Um die Neigung der Basisplatte 10 um die X-Achse einzustellen, wird die Einstellschraube 124 der ersten Neigungseinstellvorrichtung 100 gedreht. Dies drückt entweder die Kugel 122 und somit die obere Platte 112 nach oben oder nach unten in Abhängigkeit von der Richtung, in die sie gedreht wird. Während die Einstellschraube 124 der ersten Neigungseinstellvorrichtung 100 gedreht wird, schwenkt die obere Platte 112 um die Kugel 222 der zweiten Neigungseinstellvorrichtung 102 und die Kugel 322 an dem dritten Ort 104.
Um die Neigung der Basisplatte 10 um die Y-Achse einzustellen, wird die Einstellschraube 126 der zweiten Neigungseinstellvorrichtung 102 gedreht. Wie oben beschrieben, drückt dies entweder die Kugel 222 und somit die obere Platte 110 nach oben oder nach unten. Während die Einstellschraube 126 der zweiten Neigungseinstellvorrichtung 102 gedreht wird, schwenkt die obere Platte 110 um die Kugel 122 der ersten Neigungseinstellvorrichtung 100 und die Kugel 322 an dem dritten Ort 104.
Die Basisplatte 10 ermöglicht ferner eine Drehung ihrer oberen Platte 112 um die Z-Achse. Zu diesem Zweck ist eine Drehungseinstellvorrichtung 106 vorgesehen. Ein Querschnitt der Drehungseinstellvorrichtung 106 wird in 13 gezeigt.
Bei der Drehungseinstellvorrichtung 106 ist die obere Platte 112 mit einem Ausschnitt 140 versehen, und ein Abschnitt 142 der unteren Platte 110 erstreckt sich nach oben in den von dem Ausschnitt 140 bereitgestellten Raum. Auf diese Weise sind die obere und untere Platte 112, 110 mit benachbarten, im Wesentlichen vertikalen Wänden 144, 146 versehen. Wie in 13 gezeigt, ist die im Wesentlichen vertikale Wand 144 der unteren Platte 110 mit einem Paar Rollen 150, 152 versehen. Die im Wesentlichen vertikale Wand 146 der oberen Platte 112 ist mit einer Platte 154 versehen. Eine Kugel 156 steht in Kontakt mit sowohl dem Paar Rollen 150, 152 als auch der Platte 154. Wie bei der ersten und zweiten Neigungseinstellvorrichtung 100, 102 sind die Rollen 150, 152 nicht parallel. Wird die Kugel 156 entlang der Rollen 150, 152 in Richtung des schmaleren Endes bewegt, wird die Kugel 156 von der Wand 144 der unteren Platte 110 weggedrückt und drückt ihrerseits die Wand 146 der oberen Platte 112 weg. Die obere Platte 112 wird dadurch relativ zu der unteren Platte 110 gedreht. Durch Bewegen der Kugel 156 in die entgegengesetzte Richtung, d. h. in Richtung des breiteren Endes, dreht sich die obere Platte 112 relativ zu der unteren Platte 110 in der entgegengesetzten Richtung. Wie zuvor wird eine Einstellschraube 127 verwendet, um die Position der Kugel 156 an den Rollen 150, 152 zu andern.
Wird die obere Platte 112 gedreht, wirkt sie mit den Kugeln und Rollen in der ersten und zweiten Neigungseinstellvorrichtung 100, 102 und dem dritten Ort 104 auf die folgende Weise zusammen. Bei der ersten Neigungseinstellvorrichtung 100 können die parallele Rollen 114, 116 in der oberen Platte 112 über die Kugel 122 in Richtung der nominalen Mittellinie der Rollen gleiten, oder können sich um die Kugel 122 drehen. Bei der zweiten Neigungseinstellvorrichtung 102 gleitet die Platte 232 der oberen Platte 112 über die Kugel 222 und schränkt somit eine Drehbewegung der oberen Platte 112 nicht ein. An dem dritten Ort 104 gleiten parallele Rollen 314, 316 in der oberen Platte über die Kugel 322 in Richtung der nominalen Mittellinie der Rollen, oder die Rollen drehen sich um die Kugel 322. 14 zeigt die Bewegung der oberen Platte 112 um jede der Kugeln 122, 222, 322 der ersten und zweiten Neigungseinstellvorrichtung 100, 102 und den dritten Ort 104 bei einer Drehung.
Da die Kugeln 122, 222 der ersten und zweiten Neigungseinstellvorrichtung 100, 102 in Bezug auf die Rollen 118, 120, 218, 220 in der unteren Platte 110 ortsfest bleiben, und Kugel 322 des dritten Ortes 104 in Bezug auf die Rollen 314, 316 in der oberen Platte 112 ortsfest bleiben, hat eine Drehung der oberen Platte 112 keinen Einfluss auf die Neigungseinstellung der oberen Platte.
Bei der oben genannten Ausführungsform sind die Rollen 118, 120 in der unteren Platte 110 der ersten und zweiten Neigungseinstellvorrichtung 100, 102 und die Rollen 150, 152 der Drehungseinstellvorrichtung 106 nicht parallel, so dass ein Ende eines jeden Paares näher zusammen steht als das andere Ende. Dies bewirkt, dass die Kugel, während sie entlang der Rollen bewegt wird, angehoben wird, während sie sich den Enden, die näher zusammen stehen, nähert, oder abgesenkt wird, während sie sich den Enden, die weiter auseinander stehen, nähert.
Durch Variieren des Winkels der Rollen um ihre nominale Mittellinie ist es möglich, den Betrag der Höhenanhebung der Kugel für eine vorgegebene Distanz, die sie entlang der Rollen läuft, zu variieren. Dies hat den Vorteil, dass es somit möglich ist, die Sensitivität der Basisplatte durch Ändern des Winkels der Rollen einzustellen.
15 zeigt eine Draufsicht der nicht parallelen Rollen 118, 120. Dieser Effekt kann durch alternative Mittel erreicht werden, zum Beispiel wie in 16 gezeigt, wobei parallele Rollen 160, 162 unter einem Winkel von der unteren Platte 110 eingestellt sind, so dass die Kugel 164 eine Steigung hinauf und hinunter bewegt wird, während sie entlang der Rollen bewegt wird. 17 zeigt ein Paar verjüngter paralleler Rollen 164, 166, wobei ein Ende einer jeden Rolle breiter ist als das andere Ende.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die Kugel 322 und die am dritten Ort 104 angeordneten Paare paralleler Rollen 314, 316, 318, 320 durch eine zusätzliche Neigungseinstellvorrichtung vom selben Typ wie die erste Neigungseinstellvorrichtung ersetzt. Dies ermöglicht, dass die Höhe der oberen Platte 112 entlang der Z-Achse geändert wird, da nun die Höhe individuell um alle drei Neigungseinstellpunkte eingestellt werden kann.
In jeder der Neigungseinstellvorrichtungen und in der Drehungseinstellvorrichtung sind die Kugeln in Richtung der Einstellvorrichtung vorgespannt. 18, 19 und 20 stellen die Draufsicht, Endansicht bzw. perspektivische Ansicht einer Feder dar, die zum Vorspannen der Kugel in Richtung der Einstellvorrichtung verwendet wird. Die Feder 170 umfasst eine Gleitfläche 172, die zwischen der oberen und unteren Platte 112, 110 angeordnet ist. Eine umgebende Platte 174 ist vorgesehen, die die Grenzen der Bewegung der Gleitfläche 172 definiert. Die umgebende Platte ist am Boden der oberen Platte 112 befestigt. Sowohl die Gleitfläche 172 als auch die umgebende Platte 174 können durch einen chemisch ätzenden Prozess aus demselben Blech hergestellt werden, was sicherstellt, dass sie dieselbe Dicke haben. Dies stellt gute Toleranzen sicher, was einen guten Gleitmechanismus bereitstellt.
Ein Ende der Gleitfläche 174 ist mit drei Zungen 176, 178, 180 versehen. Eine der Zungen 180 steht nach oben aus der Mitte des Endes der Gleitfläche 174 hervor und liegt an einer Kugel 182 einer Einstellvorrichtung an. Die restlichen zwei Zungen 176, 178 stehen nach unten aus beiden Seiten des Endes der Gleitfläche 174 hervor und liegen an Federn 184, 186 an, die in Rillen 188, 190 in der oberen Platte angeordnet sind. Die Federn 184, 186 erstrecken sich zwischen einem Ende der Rillen 188, 190 und den hervorstehenden Zungen 176, 178 und üben dadurch eine Kraft aus, um die Gleitfläche 172 in Richtung der Einstellvorrichtung 192 vorzuspannen. Während die Gleitfläche 172 in Richtung der Einstellvorrich tung 192 durch die Federn 184, 186 gedrückt wird, drückt die Zunge 180 die Kugel 182 in Richtung der Einstellvorrichtung 192.
Ein Vorteil der einstellbaren Basisplatte der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Kugeln und Rollen zwischen dem Tisch, der Basisplatte und dem Quellengehäuse in einer Linie sind, d. h. es gibt einen direkten Pfad durch die kinematischen Elemente. Zum Beispiel, wie in 10 gezeigt, weist die erste Neigungseinstellvorrichtung 100 einen direkten Pfad von dem Quellengehäuse 20 durch das kinematische Element 128, Rollen 114, 116, Kugel 112, Rollen 118, 120, Element 130 bis zu Tisch 11 auf. Wie in 11 gezeigt, weist die zweite Neigungseinstellvorrichtung 102 einen direkten Pfad von dem Quellengehäuse 20 durch das kinematische Element 228, Rollen 214, 216, Platte 232, Kugel 222, Rollen 218, 220, Element 230 bis zu Tisch 11 auf. 21 stellt eine Anordnung vom Stand der Technik dar, in der die kinematischen Elemente zwischen jedem Teil versetzt sind. Dies hat den Nachteil, dass jede Verformung der Basisplatte, z. B. aufgrund thermischer Verkrümmung, eine Hebelwirkung auf das Gehäuse bewirkt. Bei der vorliegenden Erfindung mit einem direkten Pfad durch die Kugeln und Rollen hat eine Verformung der Platte keine Auswirkung auf die Position des Gehäuses. Die Kugeln und Rollen sind aus einem harten Material, wie zum Beispiel Stahl oder Wolframkarbid, hergestellt.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren einer Maschine unter Verwendung eines Messsystems, wobei das Messsystem zumindest zwei Gehäuse aufweist, mit: einer Basis (10), die an einer ersten Fläche der Maschine befestigbar ist, an der ein erstes Gehäuse (20) angebracht werden kann; ein zweites Gehäuse (22), das an einer zweiten Fläche an der Maschine befestigbar ist, wobei die erste und zweite Fläche der Maschine relativ zueinander bewegbar sind; wobei das erste und zweite Gehäuse (20, 22) jeweils mit einem komplementären Teil einer ersten Anbringungsvorrichtung (18) versehen sind, so dass, wenn die beiden Teile der ersten Anbringungsvorrichtung miteinander verbunden sind, die Gehäuse (20, 22) gegenseitig ausgerichtet sind; wobei zumindest eine Fläche der Basis (10) und zumindest eine Fläche des ersten Gehäuses (20) jeweils mit einem komplementären Teil einer zweiten Anbringungsvorrichtung (16) versehen sind, so dass, wenn die beiden Teile der zweiten Anbringungsvorrichtung miteinander verbunden sind, das erste und zweite Gehäuse (20, 22) in einer von mehreren vorbestimmten Richtungen ausgerichtet sein können; dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Kombination des ersten und zweiten Gehäuses (20, 22) derart ist, dass ein Schnittpunkt (O) von Achsen entlang der Richtungen vorhanden ist, in denen das zweite Gehäuse relativ zu dem ersten Gehäuse bewegt werden soll, und wobei die Koordinatenstartposition zur Kalibrie rung jeder Achse an diesem Schnittpunkt (O) liegt oder sich an der anderen Seite des Schnittpunkts (O) von der Verlaufsrichtung des zweiten Gehäuses befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine nicht gemeinsame Koordinatenstartposition (a₁, b₁, c₁) zur Kalibrierung jeder Achse vorgesehen ist, und wobei die Distanz (xa, xb, xc) zwischen jeder Koordinatenstartposition und dem Schnittpunkt bekannt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Gehäuse (22) an der zweiten Fläche der Maschine über eine Verbindungsvorrichtung (40) angebracht ist, und wobei eine Vielzahl von Flächen an dem zweiten Gehäuse und zumindest eine Fläche an der Verbindungsvorrichtung jeweils mit einem komplementären Teil einer dritten Anbringungsvorrichtung (52) versehen sind, so dass das zweite Gehäuse (22) an der Verbindungsvorrichtung (40) befestigt sein kann, wenn es in einer der mehreren vorbestimmten Richtungen orientiert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die komplementären Teile der dritten Anbringungsvorrichtung (52) derart angeordnet sind, dass, sobald das erste und zweite Gehäuse (20, 22) unter Verwendung der ersten Anbringungsvorrichtung (18) ausgerichtet worden sind und das erste Gehäuse (20) und die Basis (10) unter Verwendung der zweiten Anbringungsvorrichtung (16) ausgerichtet worden sind, das zweite Gehäuse (22) und die Verbindungsvorrichtung (40) verbunden werden können, ohne dass eine erneute Ausrichtung des ersten und zweiten Gehäuses (20, 22) relativ zueinander erforderlich ist.
Messsystem zum Kalibrieren einer Maschine, wobei das Messsystem zumindest zwei Gehäuse aufweist, mit: einer Basis (10), die an einer ersten Fläche der Maschine befestigbar ist, an der ein erstes Gehäuse (20) angebracht werden kann; ein zweites Gehäuse (22), das an einer zweiten Fläche an der Maschine befestigbar ist, wobei die erste und zweite Fläche der Maschine relativ zueinander bewegbar sind; wobei das erste und zweite Gehäuse (20, 22) jeweils mit einem komplementären Teil einer ersten Anbringungsvorrichtung (18) versehen sind, so dass, wenn die beiden Teile der ersten Anbringungsvorrichtung miteinander verbunden sind, die Gehäuse (20, 22) gegenseitig ausgerichtet sind; wobei zumindest eine Fläche der Basis (10) und zumindest eine Fläche des ersten Gehäuses (20) jeweils mit einem komplementären Teil einer zweiten Anbringungsvorrichtung (16) versehen sind, so dass, wenn die beiden Teile der zweiten Anbringungsvorrichtung miteinander verbunden sind, das erste und zweite Gehäuse (20, 22) in einer von mehreren vorbestimmten Richtungen ausgerichtet werden können; dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Kombination des ersten und zweiten Gehäuses (20, 22) derart ist, dass ein Schnittpunkt (O) von Achsen (X, Y, Z) entlang der Richtung vorhanden ist, in der das zweite Gehäuse relativ zu dem ersten Gehäuse bewegt werden kann, und derart ausgebildet ist, dass die Koordinatenstartposition zur Kalibrierung jeder Achse an diesem Schnittpunkt (O) liegt oder sich die Koordinatenstartposition zur Kalibrierung jeder Achse an der andere Seite des Schnittpunkts (O) von der Verlaufsrichtung des zweiten Gehäuses befindet, wobei die Distanz (xa, xb, xc) zwischen jeder Koordinatenstartposition und dem Schnittpunkt bekannt ist.
Messsystem nach Anspruch 5, wobei der Winkel der Basis (10) einstellbar ist.
Messsystem zur Kalibrierung einer Maschine nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei ein Kabel (60) zu dem ersten Gehäuse (20) führt und wobei das Kabel (60) mit einer Kabelanbringungsvorrichtung (62) versehen ist, wobei zumindest eine Fläche an der Kabelanbringungsvorrichtung (62) und eine Vielzahl von Flächen an der Basis (10) jeweils mit komplementären Teilen einer zusätzlichen Anbringungsvorrichtung versehen sind, so dass die Kabelanbringungsvorrichtung (62) an der Basis (10) an verschiedenen Orten angebracht werden kann, so dass bei jeder Orientierung des Gehäuses (20) das Kabel eine gleiche Kraft an das Gehäuse überträgt.
Messsystem nach Anspruch 7, wobei die Kabelanbringungsvorrichtung (62) mit einer Vielzahl von angewinkelten Seiten versehen ist, wobei zwei oder mehr Seiten der Kabelanbringungsvorrichtung mit dem komplementären Teil der zusätzlichen Anbringungsvorrichtung versehen sind, so dass verschiedene Seiten der Kabelanbringungsvorrichtung (62) an der Basis (10) für verschiedene Orientierungen des Gehäuses befestigt sein können, so dass das Kabel eine gleiche Kraft auf das Gehäuse für jede Orientierung des Gehäuses überträgt.
Messsystem nach einem der Ansprüche 5–8, wobei die Basis (10) und das erste Gehäuse (20) mit komplementären Teilen einer Anbringungsvorrichtung versehen sind, die bei Anbringung an der Ba sis die Position des ersten Gehäuses definieren, wobei die Basis ferner umfasst: eine fixierte Fläche, an der das erste Gehäuse gestützt sein kann und an der ein Teil der Anbringungsvorrichtung angeordnet ist; einen Hebemechanismus (64), der zwischen oberen und unteren Positionen relativ zu der fixierten Fläche bewegbar ist; wobei der Hebemechanismus (64) in seiner unteren Position ermöglicht, dass die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung des Gehäuses und der fixierten Fläche in Kontakt miteinander kommen, und der Hebemechanismus in seiner oberen Position bewirkt, dass die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung des Gehäuses und der fixierten Fläche zumindest teilweise einen Kontakt miteinander unterbrechen.
Messsystem nach Anspruch 9, wobei der Hebemechanismus (64) eine bewegbare Fläche der Basis umfasst, die angehoben und abgesenkt werden kann; wobei, wenn das Gehäuse (20) an der bewegbaren Fläche (64) der Basis (10) angeordnet ist, die bewegbare Fläche (64) abgesenkt werden kann, um das Gehäuse auf der fixierten Fläche anzuordnen, so dass die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung (93, 95) verbunden sind, oder angehoben werden kann, um die komplementären Teile der Anbringungsvorrichtung zu trennen.
Messsystem nach Anspruch 10, wobei die bewegbare Fläche (64) und das Gehäuse (20) mit komplementären Teilen einer zweiten Anbringungsvorrichtung (97, 98) versehen sind, so dass die komplementären Teile der ersten Anbringungsvorrichtung (93, 95) an dem Gehäuse (20) und der fixierten Fläche dadurch vorher ausgerichtet sind.
Messsystem nach einem der Ansprüche 10–11, wobei eine Drehung der bewegbaren Fläche (64) in einer ersten Richtung bewirkt, dass die bewegbare Fläche angehoben wird, und wobei eine Drehung der bewegbaren Fläche in einer zweiten entgegengesetzten Richtung bewirkt, dass die bewegbare Fläche abgesenkt wird.
Messsystem nach einem der Ansprüche 10–12, wobei die bewegbare Fläche (64) an parallelen Federn (80) angebracht ist, wobei eine Drehung einer Nocke (94) die Federn (30) und somit die bewegbare Fläche (64) anhebt oder absenkt.
Messsystem nach einem der Ansprüche 5–13, wobei die Basis (10) umfasst: eine obere Platte (112), an der das Gehäuse angebracht ist, und eine untere Platte (110), die ihrerseits an der ersten Fläche der Maschine angebracht ist; eine Bahn (118, 120, 218, 220, 318, 320), die an einer der oberen und unteren Platte (112, 110) angeordnet ist; eine Kugel (122, 222, 322), die zwischen der oberen und unteren Platte angeordnet ist, wobei die Kugel in Kontakt mit der zumindest einen Bahn steht; wobei die Bahn derart angeordnet ist, dass, wenn die Kugel in einer ersten Richtung bewegt wird, die Kugel angehoben wird, und bewirkt, dass die Platten sich voneinander weg bewegen, und wobei, wenn die Kugel in eine zweite entgegengesetzte Richtung bewegt wird, die Kugel abgesenkt wird und bewirkt, dass sich die Platten zueinander bewegen.
Messsystem nach Anspruch 14, wobei zumindest ein Element (114, 116, 232, 314, 316) an der anderen der oberen und unteren Platte (112, 110) angeordnet ist; wobei eines des zumindest einen Elements (114, 116, 232, 314, 316) und der Bahn (118, 220, 218, 220, 318, 320) in der oberen Platte (112) Teil einer Anbringung für das Gehäuse (20) ist und das andere der Bahn und des zumindest einen Elements der unteren Platte (110) Teil einer Anbringung für die Fläche (11) ist, wodurch ein direkter Pfad von dem Gehäuse (20) zu der Fläche (11) durch die Bahnen, Kugeln und Elemente gebildet wird.
Messsystem nach einem der Ansprüche 14–15, wobei die Bahn ein Paar nicht paralleler Rollen (118, 120) umfasst.
Messsystem nach einem der Ansprüche 14–15, wobei die Bahn ein Paar paralleler Rollen (160, 162) umfasst, die unter einem Winkel von der Ebene der oberen oder unteren Platte positioniert sind, in der sie angeordnet sind.
Messsystem nach einem der Ansprüche 14–15, wobei die Bahn ein Paar von Rollen (164, 166) umfasst, und wobei jede Rolle in dem Paar von Rollen verjüngt ist.
Messsystem nach Anspruch 15, wobei das zumindest eine Element ein Paar paralleler Rollen (114, 116) umfasst.
Messsystem nach Anspruch 15, wobei das zumindest eine Element eine ebene Fläche (232) umfasst.
Messsystem nach einem der Ansprüche 14–20, wobei eine Bahn (150, 152) und eine Kugel (156) zwischen benachbarten, im Wesentlichen vertikalen Flächen (144, 146) der oberen und unteren Platte (112, 110) vorgesehen sind, so dass die obere Platte (112) um die Achse rechtwinklig zu der Ebene der unteren Platte (110) gedreht werden kann.
Messsystem nach Anspruch 21, wobei die Vorrichtung mit zumindest zwei Sätzen von Bahnen und Kugeln (100, 102, 104), um den Winkel der oberen Platte (112) relativ zu der Ebene der unteren Platte (110) einzustellen, und einem Satz aus Bahn und Kugel (106) versehen ist, um den Winkel der oberen Platte um die Achse rechtwinklig zu der Ebene der unteren Platte einzustellen, wobei die Bahnen (118, 120, 218, 220, 318, 320), die dazu verwendet werden, den Winkel der oberen Platte relativ zu der Ebene der unteren Platte einzustellen, in der unteren Platte (110) angeordnet sind, so dass bei einer Drehung der oberen Platte (112) die Elemente (114, 116, 232, 314, 316) in der oberen Platte über die Kugeln (122, 222, 322) gleiten oder drehen können und dadurch ermöglichen, dass die obere Platte unabhängig von der Einstellung des Winkels der oberen Platte relativ zu der Ebene der unteren Platte gedreht werden kann.
Messsystem nach Anspruch 21, wobei zwei Sätze von Bahnen und Kugeln und ein Drehpunkt vorgesehen sein können, um eine Einstellung des Winkels der oberen Platte relativ zu der Ebene der unteren Platte zu ermöglichen.