WO2008119667A1 - Fixiereinrichtung sowie messvorrichtung - Google Patents

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WO2008119667A1
WO2008119667A1 PCT/EP2008/053259 EP2008053259W WO2008119667A1 WO 2008119667 A1 WO2008119667 A1 WO 2008119667A1 EP 2008053259 W EP2008053259 W EP 2008053259W WO 2008119667 A1 WO2008119667 A1 WO 2008119667A1
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WO
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fixing device
magnet
support element
measurement object
measuring
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PCT/EP2008/053259
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Inventor
Ralf Kochendoerfer
Tobias Gnausch
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
    • G01B5/0004—Supports

Definitions

  • the invention relates to a fixing device, in particular for a measuring device according to the preamble of claim 1 and a measuring device according to claim 10.
  • the invention has for its object to provide a fixing device by means of which the deformation of a measurement object can be minimized. Furthermore, a measuring device is to be provided with such a fixing device.
  • the invention is based on the idea to design the fixing device such that the magnetic field strength acting on the measurement object is adjustable, ie variable.
  • a fixing device it is possible to reduce the holding force acting on the measurement object to a minimum, thereby reducing the deformations of the measurement object, preferably even excluded and be minimized to other disturbing influences of the magnetic field strength on electronic components of the measurement object.
  • Such a fixing device is particularly suitable for use in measuring devices, in particular in shape measuring devices, such as the shape measuring device of MFUIlOWP, in particular with the optical measuring system "WhitePoint". By means of such shape measuring devices measurements in the nanometer range are possible.
  • Electromagnet is formed, and that the electromagnet with an adjustable, i. variable current is supplied.
  • the magnetic holding force can be easily adapted to the measurement object.
  • a magnet of the fixing device as an electromagnet
  • at least one magnet is designed as a permanent magnet. If only at least one permanent magnet is used, an adjustable current source can advantageously be dispensed with.
  • the measurement object does not lie directly on the permanent magnet, but that a separate support element or holding element is provided for the measurement object, and that the distance between the magnet and the support element or the holding element is adjustable. The adjustment of the holding force thus takes place via a variation of the distance of the magnet to the measured object.
  • an adjusting device can be formed such that the distance and thus the force acting on the measurement object magnetic force is infinitely adjustable.
  • the magnet and / or the support element or the holding element is / are adjustable parallel to a longitudinal center axis of the fixing device.
  • the measurement object becomes
  • the support element or the holding element is arranged fixed in the fixing device, and only the at least one magnet is adjustable.
  • the position of the support element or of the holding element and thus of the measurement object in the fixing device always remains the same, so that expensive adjustments of the measuring devices can be dispensed with.
  • the support element or the holding element at least partially, but preferably completely, from a non-magnetic material or non-magnetizable material, in particular aluminum is trained.
  • the support element for example, from a plastic, preferably from a low-wear plastic.
  • the fixing device In order to center the measurement object, in particular with respect to the longitudinal center axis of the fixing device and thus with respect to an optical axis of the measuring device, has the fixing device with advantage Centering on. To form the centering various variants are conceivable.
  • the centering means as an iris diaphragm, in which individual disks are concentric, in particular around the longitudinal central axis of the fixing device, and thus center the measurement object.
  • the centering means it is conceivable to provide at least three circumferentially uniformly spaced, adjustable in the radial direction fixing pins. It is advantageous if the adjustment of the fixing pins is coupled.
  • At least one actuator for adjusting the support element and / or the magnet is provided in the invention.
  • This is preferably an electric stepper motor.
  • the invention also relates to a measuring device with at least one fixing device described above.
  • the measuring device is preferably a shape measuring device for measuring a measuring object in the nanometer range.
  • An advantage is an embodiment of the measuring device in which the fixing device is arranged on an adjusting, tilting and / centering unit. As a result, it is possible either to dispense with centering means in the fixing device or to perform a fine alignment of the fixing device with the object to be measured.
  • 1 is an exploded view of a fixing device
  • Fig. 2 shows a mounted fixing device.
  • the fixing device 1 comprises a base body 2 with three guide slots 3 extending in the axial direction and offset by 120 ° in the circumferential direction.
  • the guide slots 3 are guided in the drawing plane upwards to the front side 4 of the base body 2.
  • the main body 2 is sleeve-shaped, wherein an inner cavity 5 is bounded by an interrupted by the guide slots 3 peripheral wall 6.
  • the cavity serves to receive a guide part 7, which has three guide extensions 8, which are distributed uniformly in the circumferential direction and point in the radial direction.
  • the Guide extensions 8 pass through the guide slots 3 in the assembled state in the radial direction and engage behind the peripheral wall 6 from the outside.
  • fixing screw 9 is arranged, which is screwed in a relative to an outer ring 10 of the guide member 7 stationary thread (not shown).
  • a permanent magnet magnet 12 On a formed integrally with the outer ring 10 inner peripheral shoulder 11 is in the assembled state designed as a permanent magnet magnet 12.
  • This has a cylindrical shape in this embodiment, wherein the diameter of the magnet 12 is greater than its extent in the axial direction.
  • a disc-shaped support element 13 made of aluminum can be fixed on the front side 4 of the base body 2.
  • fastening screws 14 are provided, the corresponding axial bores 15 of the Pass through support element 13 in the assembled state and are screwed into frontal internal threaded holes 16 in the base body 2.
  • the support element 13 serves for the jam-free reception or support of a measurement object 17 shown in FIG. 2.
  • the support element 13 made of aluminum is formed as an iris diaphragm centering means 18 that is received in a retaining ring 19.
  • lamellae (not shown) of the centering means 18 are concentric around the measurement object 17 or about the longitudinal central axis L and thus center the measurement object 17.
  • the guide member 7 with the magnet 12, which may also be designed as an electromagnet, relative to the support element 13 and thus relative to the measuring object 17 is adjustable, the degree of Magnetkraftbeaufschlagung of the measurement object can be varied.
  • the guide member 7 with magnet 12 and fixing at the desired position within the body 2, thereby acting on the measurement object 17 magnetic flux density can be adjusted individually to the measurement object 17 and / or the measurement task.
  • Fig. 2 shows the fixing device 1 in the mounted state. It can be seen that the base body 2 is held in a mechanical tensioning device 21 with referencing.
  • This tensioning device 21 is preferably part of a measuring device, not shown and known per se, in particular a shape measuring device for measuring the measuring object 17 in the nanometer range. From Fig. 2, the guide slots 3 in the radial

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fixiereinrichtung (1) mit mindestens einem Magnet (12) zum beaufschlagen eines Messobjektes (17) mit einer magnetischen Haltekraft. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die auf das Messobjekt (17) wirkende magnetische Haltekraft einstellbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung mit einer Fixiereinrichtung.

Description

Beschreibung
Titel
Fixiereinrichtung sowie Messvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Fixiereinrichtung, insbesondere für eine Messvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Messvorrichtung gemäß Anspruch 10.
Um Messobjekte vermessen zu können, müssen diese in einer entsprechenden Messvorrichtung mittels einer Fixiereinrichtung gehalten werden. Üblicherweise werden hierzu rein mechanische Fixiereinrichtungen, beispielsweise mit einem Backenfutter eingesetzt, die das Messobjekt unmittelbar mechanisch mit einer Spannkraft beaufschlagen. Dies führt jedoch dazu, dass das Messobjekt meist durch die wirkenden Kräfte deformiert wird, was das Messergebnis, insbesondere bei Messungen im Nanometerbereich verfälscht.
Daher werden bei der Anmelderin zur Zeit Fixiereinrichtungen mit Permanentmagneten eingesetzt, die das Messobjekt mit Hilfe magnetischer Haltekräfte fixieren. Dabei wird das Messobjekt unmittelbar auf einen Magnet oder mehrere Magneten aufgesetzt. Je nach Größe und Aufbau des Messobjektes wurde festgestellt, dass es selbst bei den zum Einsatz kommenden magnetischen Fixiereinrichtungen je nach Bauart des Messobjektes zu Messobjektverformungen kommt, die das Messergebnis verfälschen. Ferner kann es aufgrund der wirkenden magnetischen Feldstärke zu Beschädigungen von Elektronikbestandteilen von Messobjekten kommen. Offenbarung der Erfindung
Technisch Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fixiereinrichtung vorzuschlagen, mittels der die Deformierung eines Messobjektes minimierbar ist. Ferner soll eine Messvorrichtung mit einer derartigen Fixiereinrichtung bereitgestellt werden.
Hinsichtlich der Fixiereinrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Fixiereinrichtung derart auszubilden, dass die auf das Messobjekt wirkende magnetische Feldstärke einstellbar, d.h. variierbar ist. Mit einer derartigen Fixiereinrichtung ist es möglich, die auf das Messobjekt wirkende Haltekraft auf ein Mindestmaß zu reduzieren, wodurch zum einen Verformungen des Messobjektes reduziert, bevorzugt sogar ausgeschlossen werden und zum anderen störende Einflüsse der magnetischen Feldstärke auf Elektronikbauteile des Messobjektes minimiert werden. Eine derartige Fixiereinrichtung eignet sich insbesondere zum Einsatz in Messvorrichtungen, insbesondere in Formmessvorrichtungen, wie beispielsweise der Formmessvorrichtung der MFUIlOWP, insbesondere mit dem optischen Messsystem "WhitePoint" . Mittels derartiger Formmessvorrichtungen sind Messungen im Nanometerbereich möglich.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der mindestens eine Magnet der Fixiereinrichtung als
Elektromagnet ausgebildet ist, und dass der Elektromagnet mit einem einstellbaren, d.h. variierbaren Strom versorgbar ist. Mittels einer derart ausgebildeten Fixiereinrichtung kann die magnetische Haltekraft auf einfache Weise an das Messobjekt angepasst werden.
Zusätzlich oder alternativ zu der Ausbildung eines Magneten der Fixiereinrichtung als Elektromagnet ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens ein Magnet als Permanentmagnet ausgebildet ist. Wird ausschließlich mindestens ein Permanentmagnet eingesetzt, kann mit Vorteil auf eine einstellbare Stromquelle verzichtet werden. Um auch bei der Ausbildung des mindestens einen Magneten der Fixiereinrichtung als Permanentmagnet die auf das Messobjekt wirkende magnetische Feldstärke variieren zu können, ist in Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Messobjekt nicht unmittelbar auf dem Permanentmagnet aufliegt, sondern, dass ein separates Auflageelement bzw. Halteelement für das Messobjekt vorgesehen ist, und dass der Abstand zwischen dem Magnet und dem Auflageelement bzw. dem Halteelement einstellbar ist. Die Einstellung der Haltekraft erfolgt also über eine Variation des Abstandes des Magneten zum Messobjekt. Dabei kann eine Verstelleinrichtung derart ausgebildet werden, dass der Abstand und damit die auf das Messobjekt wirkende Magnetkraft stufenlos einstellbar ist. Alternativ dazu ist es denkbar eine abgestufte, beispielsweise rastende Abstandsverstellung zwischen dem mindestens einem Magnet und dem Auflageelement, bzw. dem Halteelement zu realisieren .
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Magnet und/oder das Auflageelement bzw. das Halteelement parallel zu einer Längsmittelachse der Fixiereinrichtung verstellbar sind/ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Messobjekt
(ausschließlich) in axialer Richtung kraftbeaufschlagt.
Insbesondere zum Einsatz der Fixiereinrichtung in einer Messvorrichtung ist es von Vorteil, wenn das Auflageelement bzw. das Halteelement ortsfest in der Fixiereinrichtung angeordnet ist, und ausschließlich der mindestens eine Magnet verstellbar ist. Hierdurch bleibt die Position des Auflageelementes bzw. des Halteelementes und damit des Messobjektes in der Fixiereinrichtung immer gleich, sodass auf aufwendige Justierungen der Messvorrichtungen verzichtet werden kann.
Um zu gewährleisten, dass die von dem Magnet ausgehenden magnetischen Feldlinien das Messobjekt ungehindert erreichen können, ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Auflageelement bzw. das Halteelement zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, aus einem nichtmagnetischen Material bzw. nicht-magnetisierbaren Material, insbesondere Aluminium ausgebildet ist. Daneben ist es denkbar das Auflageelement beispielsweise aus einem Kunststoff, bevorzugt aus einem verschleißarmen Kunststoff auszubilden. Um das Messobjekt, insbesondere in Bezug auf die Längsmittelachse der Fixiereinrichtung und damit in Bezug auf eine optische Achse der Messvorrichtung zu zentrieren, weist die Fixiereinrichtung mit Vorteil Zentriermittel auf. Zur Ausbildung der Zentriermittel sind verschiedenste Varianten denkbar. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, die Zentriermittel als Irisblende auszubilden, bei der sich einzelne Lamellen konzentrisch, insbesondere um die Längsmittelachse der Fixiereinrichtung, schließen und somit das Messobjekt zentrieren. Alternativ dazu ist es denkbar mindestens drei in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete, in radialer Richtung verstellbare Fixierstifte vorzusehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Verstellbewegung der Fixierstifte gekoppelt ist.
Um den Abstand zwischen dem Auflageelement bzw. dem Halteelement und dem Magnet und damit die Magnetkraftbeaufschlagung des Messobjektes möglichst komfortabel, exakt und vor allem reproduzierbar variieren zu können, ist in Weiterbildung der Erfindung mindestens ein Stellantrieb zum Verstellen des Auflageelements und/oder des Magneten vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen elektrischen Schrittmotor.
Die Erfindung betrifft auch eine Messvorrichtung mit mindestens einer zuvor beschriebenen Fixiereinrichtung. Bei der Messvorrichtung handelt es sich bevorzugt um eine Formmessvorrichtung zum Vermessen Messobjektes im Nanometerbereich .
Von Vorteil ist eine Ausführungsform der Messvorrichtung, bei der die Fixiereinrichtung auf einer Verstell-, Kipp- und/Zentriereinheit angeordnet ist. Hierdurch kann entweder auf Zentriermittel in der Fixiereinrichtung verzichtet werden oder eine Feinausrichtung der Fixiereinrichtung mit Messobjekt vorgenommen werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Fixierein- richtung und
Fig. 2 eine montierte Fixiereinrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
In Fig. 1 ist der Aufbau einer Fixiereinrichtung 1 im Detail in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Fixiereinrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 2 mit drei in axialer Richtung verlaufenden und um jeweils 120° in Umfangsrichtung versetzten Führungsschlitzen 3. Die Führungsschlitze 3 sind in der Zeichnungsebene nach oben bis an die Stirnseite 4 des Grundkörpers 2 geführt.
Der Grundkörper 2 ist hülsenförmig ausgebildet, wobei ein innerer Hohlraum 5 von einer von den Führungsschlitzen 3 unterbrochenen Umfangswand 6 begrenzt ist. Der Hohlraum dient zur Aufnahme eines Führungsteils 7, welches drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, in radialer Richtung weisende Führungsfortsätze 8 aufweist. Die Führungsfortsätze 8 durchgreifen die Führungsschlitze 3 im montiertem Zustand in radialer Richtung und hintergreifen dabei die Umfangswand 6 von außen. In den Führungsfortsätzen 8 ist jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende Fixierschraube 9 angeordnet, die in einem relativ zu einem Außenring 10 des Führungsteils 7 ortsfesten Gewinde (nicht gezeigt) verschraubt ist. Durch Verdrehen der Fixierschrauben 9 können die Führungsfortsätze 8 somit in radialer Richtung verstellt werden, wodurch eine Klemmkraft auf die Umfangswand 6 des Grundkörpers 2 aufbringbar ist. Theoretisch ist es denkbar, lediglich in einem Führungsfortsatz 8 eine Fixierschraube 9 anzuordnen und lediglich diesen einen Führungsfortsatz 8 in radialer Richtung verstellbar anzuordnen. Bei gelösten Fixierschrauben 9 ist das Führungsteil 7 in axialer Richtung entlang der Längsmittelachse L der Fixiereinrichtung 1 innerhalb des Hohlraums 5 des Grundkörpers 2 verstellbar, wobei das Führungsteil 7 durch Anziehen mindestens einer Fixierschraube 9 in einer beliebigen Axialposition an den Grundkörper 2 fixiert werden kann.
Auf einer einstückig mit dem Außenring 10 ausgebildeten inneren Umfangsschulter 11 liegt im montierten Zustand ein als Permanentmagnet ausgebildeter Magnet 12 auf. Dieser hat in diesem Ausführungsbeispiel eine zylindrische Form, wobei der Durchmesser des Magneten 12 größer ist als dessen Erstreckung in axialer Richtung. An der Stirnseite 4 des Grundkörpers 2 ist ein scheibenförmiges Auflageelement 13 aus Aluminium festlegbar. Zum Festlegen des Auflageelementes 3 sind sechs gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Befestigungsschrauben 14 vorgesehen, die entsprechende Axialbohrungen 15 des Auflageelementes 13 in montierten Zustand durchgreifen und in stirnseitige Innengewindelöcher 16 im Grundkörper 2 verschraubt sind. Das Auflageelement 13 dient zur klemmfreien Aufnahme bzw. Auflage eines in Fig. 2 gezeigten Messobjektes 17.
In der Zeichnungsebene oberhalb des Auflageelements 13 aus Aluminium befindet sich ein als Irisblende ausgebildetes Zentriermittel 18, dass in einem Haltering 19 aufgenommen ist. Durch Radiales Verstellen eines Stellhebels 20 schließen sich nicht gezeigte Lamellen des Zentriermittels 18 konzentrisch um das Messobjekt 17 bzw. um die Längsmittelachse L und zentrieren somit das Messobjekt 17.
Dadurch, dass das Führungsteil 7 mit dem Magnet 12, der auch als Elektromagnet ausgebildet sein kann, relativ zu dem Auflageelement 13 und damit relativ zu dem Messobjekt 17 verstellbar ist, kann das Maß der Magnetkraftbeaufschlagung des Messobjektes variiert werden. Durch Verstellen des Führungsteils 7 mit Magnet 12 und Fixieren an der gewünschten Position innerhalb des Grundkörpers 2 kann hierdurch die auf das Messobjekt 17 wirkende magnetische Flussdichte individuell auf das Messobjekt 17 und/oder die Messaufgabenstellung angepasst werden.
Fig. 2 zeigt die Fixiereinrichtung 1 im montierten Zustand. Zu erkennen ist, dass der Grundkörper 2 in einer mechanischen Spanneinrichtung 21 mit Referenzierung gehalten ist. Diese Spanneinrichtung 21 ist bevorzugt Teil einer nicht gezeigten und an sich bekannten Messvorrichtung, insbesondere einer Formmessvorrichtung zum Vermessen des Messobjektes 17 im Nanometerbereich. Aus Fig. 2 sind die die Führungsschlitze 3 in radialer
Richtung durchdringenden Führungsfortsätze 8 mit ihren
Fixierschrauben 9 zu erkennen, mittels denen das Führungsteil 7 mit darauf aufliegendem Magnet 12 in einer beliebigen Axialposition relativ zu dem Grundkörper 2 und damit relativ zu dem Auflageelement 13 mit Messobjekt 17 fixierbar ist. Der Stellhebel 20 des Zentriermittels 18 ist in einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitz 22 des Halterings 19 aufgenommen.

Claims

Ansprüche
1. Fixiereinrichtung mit mindestens einem Magnet (12) zum Beaufschlagen eines Messobjektes (17) mit einer magnetischen Haltekraft,
dadurch gekennzeichnet,
dass die auf das Messobjekt (17) wirkende magnetische Haltekraft einstellbar ist.
2. Fixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (12) als mit einem einstellbaren Strom bestrombarer Elektromagnet ausgebildet ist.
3. Fixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (12) ein Permanentmagnet ist.
4. Fixiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auflageelement (13) für das Messobjekt (17) vorgesehen ist, und dass der Abstand zwischen dem Magnet (12) und dem Auflageelement (13) einstellbar ist .
5. Fixiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (12) und/oder das Auflageelement (13) entlang zu einer Längsmittelachse (L) der Fixiereinrichtung (1) verstellbar sind/ist.
6. Fixiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (12) verstellbar geführt ist, und das Auflageelement (13) ortsfest in der Fixiereinrichtung (1) angeordnet ist.
7. Fixiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das Auflageelement (13) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem nicht-magnetischen Material, insbesondere Aluminium, ausgebildet ist.
8. Fixiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentriermittel (18) zum Zentrieren des Messobjektes (17), insbesondere in Bezug auf eine Längsmittelachse (L) der Fixiereinrichtung (1), vorgesehen ist.
9. Fixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellantrieb, insbesondere ein Schrittmotor, zum definierten Einstellen des Abstandes zwischen dem Auflageelement (13) und dem Magnet (12) vorgesehen ist .
10. Messvorrichtung, insbesondere Formmesseinrichtung, mit mindestens einer Fixiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Merkmale.
11. Messvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung (1) auf einer Verstell-, Kipp und/oder Zentriereinheit angeordnet ist.
PCT/EP2008/053259 2007-03-29 2008-03-19 Fixiereinrichtung sowie messvorrichtung WO2008119667A1 (de)

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