DE8004637U1

DE8004637U1 - Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE8004637U1
Application number: DE8004637U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1980-02-21
Publication date: 1983-06-23

Description

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DR. JOHANNES HEIDSIvTiAIN GMBH 14. Februar 19SO

Längen— oder Winkelmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Längen— oder Winkelmeßein— richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Meßanordnungen mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen Bauteil sind z.B. in Form von Laser—Interferometer bekanntgeworden, bei denen das bewegliche Bauteil der Reflektor ist.. Ferner kann die obige Meßanordnung auch eine Einrich— tung zur Feststellung der Abweichung der Bahn eines beweglichen Bauteiles von einer durch ein Laserlichtbündel definierten Geraden sein. Die Meßeinrichtung kann auch in einer Teilmaschine zur Herstellung feinster Gitterteilungen Verwendung finden. Die Meßanordnung kann aber auch ein digitales elektrisches Längenmeßsystem sein, bei dem die Teilung und der dieser vorgelagerte Abtastkopf gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt sind. Durch die Abschirmung der Meßstrecke bleiben die Einflüsse während der Messung weitgehend konstant.

Es ist bereits ein Laserr-Interferometer bekanntgeworden (DE-OS 21 13 477), "bei dem der die Meßstrecke umschließende Raum mittels eines Rohres abgeschirmt und evakuiert ist. Das Rohr weist einen Schlitz auf, der mittels biegsamer Dichtlippen, die den Mitnehmer für den optischen Reflektor in sich aufnehmen, abgedichtet ist. Nachteilig bei dieser Laser—Interferometeranordnung ist, daß das Vakuum im Meß— kanal nur durch ununterbrochene Nachevakuierung mit Vakuumpumpen hoher Leistung aufrechterhalten werden kann.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden (DE-PS 24 21 371) bei einer interferometrischen Längenmeßvorrichtung den

die Meßstrecke umschließenden geschlitzten Hohlkörper mittels biegsamer, dachförmig angeordneter Dichtlippen zu verschließen. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums im Hohlkörper ist dabei der Raum um die Dichtlippen herum mit Vakuumöl ausgefüllt, so daß durch die feinen Lecksteilen der biegsamen Dichtlippen nur relativ zähes öl fließen kann. Gegenüber dem aus der DE-OS 21 13 4-77 bekanntgewordenen Laser—Interferometer bietet die vorgenannte Flüssigkeitsdichtung den Vorteil, daß nur mehr gelegentlich nachevakuiert werden muß. Dies erlaubt auch den Einsatz einer Vakuumpumpe geringer Leistung. Es wird jedoch eine kleine ölpumpe benötigt, die das Lecköl im Hohlkörper wieder an die Dichtlippen zurück— befördert.

Es ist ferner aus der DE-PS 24 60 406 eine Meßeinrichtung der genannten Art bekannt, bei der der Spalt an den Dicht— elementen durch eine magnetische Flüssigkeit hermetisch verschlossen ist und die magnetische Flüssigkeit in den Spalten zwischen den Dichtelementen durch ein magnetisches Feld festgehalten wird.

Bei derartig hochgenauen Meßeinrichtungen treten jedoch immer wieder Probleme durch die Reibung der Dichtelemente am Mitnehmer auf. Selbst die geringsten Kräfte am Mitnehmer können zu einer Beeinflussung der Messung führen, da die Messungen im Wellenlangenbereich des Lichtes erfolgen. Der Mitnehmer überträgt reibungsabhängige Verformungen direkt auf den Meßreflektor, was Verfälschungen des Meßergebnisses zur Folge haben kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochgenaue Meßeinrichtung zu schaffen, bei- der die Messungen weitestgehend unbeeinflußt von Fremdeinflüssen wie z.B. Luftdruck, Temperatur Feuchtigkeit, COp-Gehalt und Reibungskräften stattfinden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen bestimmt.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß Fremdein— flüsse — vor allem durch Reibung — während der Messung nicht wirksam werden und daß Korrekturrechnungen entfallen können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Es zeigt

Figur 1 schematisch ein Laser—Interferometer, bei dem die Dichtung nach der Erfindung angewandt werden kann,

Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II—II,

Figur 3 eine Draufsicht auf einen in Figur 2

geschnitten dargestellten Teil der Meßeinrichtung.

Die Figur Λ zeigt ein Laser—Interferometer bekannter Bauart, bei dem die Erfindung beispielsweise angewandt werden soll. Ein Interferometer 0, das am feststehenden Objekt angebracht ist, gestattet im Zusammenwirken mit einem beweglichen Reflektor 1 die Messung von Längen. Die Lichtquelle ist ein Laser. Die Baueinheit 3 enthält eine Interferometer— optik, die den Laserstrahl in einen Meßstrahl und Bezugs— strahl aufspaltet. Die Baueinheit M- enthält Fotodetektoren, die die optischen Signale in elektrische Signale umformen. In der Baueinheit 5 sind Verstärker und Trigger vorgesehen. Ein elektronischer Vor-/Rückwärtszähler 6 zählt die bei einer Verschiebung des Reflektors 1 durchlaufenden Signalperioden. In einem Rechner 7 erfolgt die Umwandlung der gemessenen Verschiebung in Dezimalwerte, die an einem Anzeigegerät 8 ablesbar sind. Die fteßstrecke bei dieser.· Interferometer ist ins Vakuum gelebt. Des Laser—

lichtbündel gelangt über ein Fenster 9 in einen evakuierten Hohlkörper 10. Einzelheiten einer derartigen Inter— ferometeranordnung sind nicht Gegenstand der Erfindung und daher auch nicht näher erläutert.

Der in Figur 2 geschnitten dargestellte Teil der Längen— meßeinrichtung verdeutlicht das Prinzip der reibungs— freien Beweglichkeit des Reflektors 1 im evakuierten Hohlkörper 10. Der Reflektor 1 ist mittels Mitnehmer 1 a am beweglichen Bauteil 11 starr befestigt. Der Hohlkörper 10 weist einen Schlitz 10 a auf. Im beweglichen Bauteil 11, das auch als Schlitten bezeichnet wird, sind Düsen 12 a eingebaut, die in bekannter Weise mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbunden sind. Diese Druckluftquelle speist durch die Düsen 12 a Luft zwischen den Schlitten 11 und den Hohlkörper 10 ein. Durch die eingespeiste Druckluft wird der Schlitten 11 geringfügig vom Hohlkörper 10 abgehoben, so daß ein Luftspalt 12 von etwa 1Ομπι Dicke entsteht. Das so entstandene Gaslager läßt den Schlitten 11 mit Mitnehmer 1 a und Reflektor 1 praktisch reibungsfrei auf dem Hohlkörper 10 gleiten. Da jedoch der Reflektor 1 nicht nur reibungsfrei, sondern auch unter Ausschaltung schädlicher Umwelteinflüsse, wie Luftdruck—, Temperatur—, Feuchte— und COp-GehaltsSchwankungen zum Zwecke genauer Messungen bewegt werden soll, muß der den Reflektor 1 umgebende Raum evakuiert sein. Durch die reibungsfreie Lagerung des Schlittens 11 mittels Druckluft und die geforderten Vakuumbedingungen entlang der Meßstrecke ergeben sich ^.ußerst problematische Dichtungsbedingungen, zximal der Mitnehmer 1 a nicht durch berührende Dichtungen beeinflußt werden darf.

Der Schlitz 10 a ist von einem Ringkanal 13 8 umgeben. Am Grund des Ringkanals 13 a befinden sich Auslässe 14,

die in Rohre 14 a münden. Die Rohre 14 a weisen zum Schütze des Reflektors 1 auf den Grund des Hohlkörperinnenraumes. Ein weiterer Ringkanal 13 b befindet sich lagerseitig im Schlitten 11. Wie Figur 3 zeigt, ist die von ihm eingeschlossene Fläche dabei so groß, daß selbst bei maximaler Verschiebung des Schlittens 11 der im Hohlkörper 10 befindliche Ringkanal 13 a nicht von dem im Schlitten 11 befindlichen Ringkanal 13 b berührt wird. Der Ringkanal 13 b ist mit einem Einlaßstutzen 11 a an der Oberseite des Schlittens 11 verbunden, über den aus einem hochliegenden Vorratsbehälter 14 a Vakuumöl über den Kanal 13 b in den Lagerspalt 12 gelangt. Außerhalb des vom Ringkanal 13 b überstrichenen Flächenbereiches weist der Hohlkörper 10 zwei parallel verlaufende Kanäle 13 c auf, dia an einer Stirnseite verschlossen, an der anderen Stirnseite jedoch über Schläuche 17 a mit einem Auffangbehälter 17 für Öl verbunden sind. Über den Kanal 13 *> fließt das Vakuumöl aufgrund der Druckverhältnisse in den Lagerspalt 12. Die Kanäle 13 a und 13 c begrenzen das Fließen und verhindern so die Verschmutzung ölempfindlicher Bauteile.

Von der tiefsten Stelle im evakuierten Raum des Hohl— profiles 10 führt ein Abfluß 15 in einen gasdichten Behälter 16. In diesem Behälter 16 bleibt ständig ein Vakuum aufrecht erhalten, wozu eine Vakuumpumpe 18 mit geringer Leistung ausreicht *

öl, das durch die Auslässe 14 und die Rohre 14 a auf den Grund des evakuierten Hohlprofiles 10 abgeführt wird, gelangt durch den Abfluß 15 in den Behälter 16. Eine ölpumpe 19 fördert das öl aus dem Behälter 16 in den Vorratsbehälter 14 a des offenen Systems 14 zurück.

Die Figur 3 stellt eine Draufsicht auf das in Figur 2 geschnitten dargestellte Teil der Längenmeßeinrichtung

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dar. Der Verlauf und die Ausdehnung des Kanalsystemes 13 a, 13 b und 13 c ist hier verdeutlicht. Die Vielzahl der Luft— einlaßdüsen 12 a ist nur angedeutet.

Wie auch aus der Terminologie des Anspruches 1 hervorgeht, ist die reibungsfreie Lagerung nicht auf Gaslager beschränkt, sondern es können auch Flüssigkeitslager Verwendung finden.

Claims

ι "S. Längen- oder Winkelmeßeinrichtung, insbesondere interferometrische Meßeinrichtung, mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen, mit einem zu messenden Objekt verbundenen Bauteil, bei der der die Meßstrecke unmittelbar umgebende Raum durch einen Hohlkörper gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt ist, der zwecks Durchführung eines Mitnehmers für das bewegliche Bauteil in Meßrichtung einen abgedichteten Schlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem zu messenden Objekt verbundene bewegliche Bauteil (11) über einen von Fluidlagern (12a) gebildeten Lagerspalt (12) reibungsfrei am Hohlkörper (1O) abgestützt ist, und daß der Lagerspalt (12) so ausgestaltet ist, daß er eine Dichtung in Form einer definiert strömenden Flüssigkeit enthält.
2. Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1O) evakuiert ist.

3· Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem beweglichen Bauteil (11) und dem Hohlkörper (1O) ein Kanalsystem (13&» 13b» 13c) angeordnet ist.