DE10128624A1 - Maschine zum Messen des Aufbaus von Oberflächen - Google Patents

Abstract

Bei einer Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche gemäß der Erfindung ist eine Sonde (C) an einem Gleitstück (18) angebracht, und wird das Gleitstück (18) in Längsrichtung der Führung (17) durch eine Kugelmutter (41) bewegt, die durch eine Vorschubspindel (31) angetrieben wird, die parallel zur Führung (17) verläuft, wodurch eine Messung durchgeführt wird. Die Kugelmutter (41) ist an einem U-förmigen Halter (43) befestigt, der sich entlang einer starren Führung (42) bewegen läßt. Die beiden Enden eines geradlinigen Klavierdrahtstückes (51), das parallel zur Führung (17) gehalten wird, sind an einem Abschnitt des Gleitstücks (18) befestigt, der dem U-förmigen Halter (43) gegenüberliegt. Ein Abschnitt am Ende der Spitze eines Verbindungsstiftes (61), in welchem der Basisendabschnitt an dem U-förmigen Halter (43) befestigt ist, ist im wesentlichen im mittleren Abschnitt des Klavierdrahtstückes (51) befestigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine zum Messen des Aufbaus von Oberflächen, beispielsweise ein Oberflächenrauhigkeitstestgerät, ein Formmeßinstrument, eine Rundheitsmeßmaschine, oder eine Koordinatenmeßmaschine (CMM), und insbesondere einen Mechanismus zum Antrieb eines Gleitstücks, das so gehaltert ist, daß es in Bezug auf eine Führung gleiten kann.

Wie auf diesem Gebiet bekannt ist, wird bei einer Maschine zum Messen des Aufbaus einer Oberfläche, beispielsweise einem Oberflächenrauhigkeitstestgerät, das die Oberflächenrauhigkeit oder die Oberflächenwelligkeit eines Gegenstands mißt, einem Formmeßinstrument, welches das Profil mißt, einer Rundheitsmeßmaschine, welche die Rundheit mißt, oder einer Koordinatenmeßmaschine, welche eine dreidimensionale Form mißt, die Messung so durchgeführt, daß ein Gleitstück so gehaltert wird, daß es in Bezug auf eine Führung gleiten kann, die geometrisch linear ist, und genau von einem Detektor die Position des Gleitstücks in Längsrichtung der Führung sowie die Verschiebung in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung festgestellt wird.

Bei einer derartigen Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche ist zur Bewegung des Gleitstücks in Führungsrichtung (der Längsrichtung der Führung) eine Vorschubspindel vorgesehen, die parallel zur Führung verläuft, eine Kugelmutter, die im Schraubeneingriff mit der Vorschubspindel steht, die von einem Antriebsmotor oder von Hand angetrieben wird, und mechanisch mit dem Gleitstück gekuppelt ist, wobei die Drehung der Vorschubspindel in eine lineare Bewegung der Kugelmutter und des Gleitstücks umgewandelt wird.

Eine für diesen Zweck eingesetzte Vorschubspindel ist geringfügig exzentrisch oder gebogen in Längsrichtung, selbst wenn es sich bei der Spindel um eine exakt bearbeitete Spindel handelt. Wenn die Vorschubspindel gedreht wird, tritt daher der Effekt auf, daß sich auch die Kugelmutter in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Vorschubspindel dreht. Infolge dieser gleichzeitigen Drehung hebt sich das Gleitstück von der Oberfläche der Führung ab, so daß die Befürchtung besteht, daß ein Meßfehler hervorgerufen wird.

Um die Positionsinstabilität eines Gleitstücks infolge der gleichzeitigen Drehung einer Kugelmutter auszuschalten, wurden im Stand der Technik Klemmechanismen vorgeschlagen, etwa in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. JP 05-157504, und im japanischen Patent Nr. 2,572,853.

Bei dem erstgenannten Klemmechanismus mit dem Titel "Antriebs/Kupplungsgerät einer Meßeinrichtung" ist ein selbstausrichtendes Lager zwischen einem Gleitstück und einer Kugelmutter angeordnet, so daß die von der Kugelmutter hervorgerufene, gleichzeitige Drehung nicht an das Gleitstück übertragen wird, und nur die Bewegung der Kugelmutter in Längsrichtung der Vorschubspindel auf das Gleitstück übertragen wird.

Bei dem letztgenannten Klemmechanismus ist eine Verschiebungsplatte, in welcher eine Kugelmutternut in der Oberfläche vorgesehen ist, zwischen einem Gleitstück und einer Kugelmutter angeordnet, stehen Stifte in Richtung Y und in Richtung X (senkrecht zur Richtung Y) von zwei Verbindungsstücken, die an dem Gleitstück bzw. der Kugelmutter befestigt sind, im Eingriff mit der Kugelmutternut, und verhindern so eine Übertragung der gleichzeitigen Drehung der Kugelmutter.

Die Klemmechanismen des Stands der Technik bestehen aus zahlreichen Bauteilen, so daß ihre Herstellungskosten hoch sind. Darüber hinaus treten bei diesen Mechanismen in der Hinsicht Probleme auf, daß es schwierig ist, die Bearbeitungsgenauigkeit zu steuern, da die Bearbeitungsgenauigkeit jedes Bauteils direkt die Verhinderung des Effekts der gleichzeitigen Drehung und die Positionsgenauigkeit des Gleitstücks beeinflußt, und daß zahlreiche Gleitabschnitte zwischen den Bauteilen vorhanden sind, was zu einer relativ kurzen Lebensdauer führt.

Angesichts der voranstehend geschilderten, bei den Klemmechanismen nach dem Stand der Technik auftretenden Probleme besteht ein Vorteil der Erfindung in der Bereitstellung einer Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche, die einen relativ einfachen Aufbau aufweist, bei welcher die Bearbeitungsgenauigkeit einfach gesteuert werden kann, und bei welcher eine relativ lange Lebensdauer erzielt werden kann.

Um diese Vorteile zu erreichen weist eine Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche gemäß der Erfindung auf:
ein Meßgleitstück, das einen Detektor zum Messen eines Gegenstands aufweist; eine Meßführung, die das Meßgleitstück in einer Richtung führt; und einen Meßgleitstückantriebsabschnitt zum Antrieb des Meßgleitstücks in der einen Richtung. Bei der Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche weist der Meßgleitstückantriebsabschnitt auf: ein Antriebsgleitstück; eine Antriebsführung, welche das Antriebsgleitstück in der einen Richtung führt; einen Antriebsgleitstückantriebsabschnitt zum Antrieb des Antriebsgleitstücks in der einen Richtung; und ein Verbindungsteil zum Verbinden des Meßgleitstücks mit dem Antriebsgleitstück.

Bei der voranstehend geschilderten Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche:

• 1. kann das Verbindungsteil aufweisen:
  ein drahtartiges Teil, dessen beide Enden mit zwei Eingriffspunkten des Meßgleitstücks in Eingriff stehen; und
  einen Verbindungsstift, der einen mittleren Punkt des drahtförmigen Teils mit dem Meßgleitstück verbindet;
• 2. kann das Meßgleitstück durch mehrere Führungspunkte in Bezug auf die Meßführung geführt werden, und wenn die mehreren Führungspunkte zu einer Ebene hin vorspringen, die senkrecht zu der einen Richtung verläuft, und welche die Eingriffspunkte enthält, fällt die Position des Schwerpunkts von vorspringenden Punkten der mehreren Führungspunkte im wesentlichen mit den Eingriffspunkten zusammen;
• 3. kann der mittlere Punkt des drahtförmigen Teils im wesentlichen mit dem Schwerpunkt in der einen Richtung des Meßgleitstücks zusammenfallen;
• 4. kann der Antriebsgleitstückantriebsabschnitt eine Vorschubspindel und eine Kugelmutter aufweisen, wobei das Antriebsgleitstück mit der Kugelmutter gekuppelt ist;
• 5. kann zumindest entweder die Meßführung, das Meßgleitstück, die Antriebsführung, und das Antriebsgleitstück ein keramisches Teil aufweisen; und
• 6. kann die Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche weiterhin aufweisen:
  einen Ständer, der auf einer Basis der Maschine steht; und
  einen vertikal beweglichen Tisch, der durch eine Vertikalbewegungsführung geführt wird, die auf dem Ständer angeordnet ist, und vertikal beweglich gehaltert ist, wobei die Meßführung und die Antriebsführung an dem vertikal beweglichen Tisch befestigt sind, und die Vertikalbewegungsführung ein keramisches Teil aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht von Hauptabschnitten der Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht von Hauptabschnitten der Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche, wobei der Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1 verläuft;

Fig. 4 eine vergrößerte Perspektivansicht in Explosionsdarstellung von Hauptabschnitten der Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche.

Nachstehend wird im einzelnen eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Erfindung bei einer Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche eingesetzt wird, welche die Form in zwei Dimensionen eines Gegenstands mißt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird die Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche gemäß der Erfindung dazu verwendet, die Form in zwei Dimensionen oder die Oberflächenrauhigkeit zu messen, durch Anordnen eines Gegenstands auf einem Tisch B auf der Oberfläche einer Basis A der Maschine, wobei das Ende der Spitze einer Sonde C in Berührung mit der Oberfläche des Gegenstands gebracht wird.

Ein V-Achsenständer D, der in Vertikalrichtung verläuft, und eine hohe Steifigkeit aufweist, ist an einem rechten hinteren Abschnitt der Maschinenbasis A in Fig. 1 angebracht. Der V-Achsenständer D wird durch ein stangenartiges Teil gebildet, welches einen hohen Elastizitätsmodul aufweist, und im Querschnitt rechteckig ist, und das aus Keramik besteht. Im dargestellten Fall ist ein vertikal beweglicher Tisch E, der in Vertikalrichtung durch einen V-Achsenantriebsmotor (nicht gezeigt) oder einen V-Achsenhandknopf 1 in Fig. 1 bewegt wird, durch den V-Achsenständer D gehaltert.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist der vertikal bewegliche Tisch E einen Gleitabschnitt 2 und ein Gestell 3 des beweglichen Tisches auf. Der Gleitabschnitt 2 hat den Aufbau eines rechteckigen Gestells, welches den V-Achsenständer D umgibt. Das Gestell 3 des beweglichen Tisches springt im wesentlichen vor den V-Achsenständer D vor. Ein Antriebsmechanismus, der nachstehend noch genauer erläutert wird, ist in das Gestell 3 des beweglichen Tisches eingebaut, um einen Detektor anzutreiben, der die Sonde C aufweist, in Richtung der X-Achse (in der Querrichtung in Fig. 1).

Der Gleitabschnitt 2 des vertikal beweglichen Tisches E weist mehrere Talkumabschnitte 4 und 5 auf, welche in Gleitberührung mit der vorderen und rechten Seitenoberfläche des V-Achsenständers D stehen, die als Bezugsführungsoberflächen dienen. Druckeinheiten 7 und 8, welche die Talkumabschnitte 4 und 5 gegen die jeweilige Bezugsführungsoberfläche drücken, sind an der hinteren Wand und der rechten Seitenwand (nicht gezeigt) des Gleitabschnitts 2 angebracht. Die Druckeinheiten 7 und 8 weisen Anbringungsbuchsen 7a und 8a auf, die durch Schraubeneingriff jeweils am Gleitabschnitt 2 befestigt sind. Andruckfedern 7c und 8c zum Drücken von Druckköpfen 7b und 8b gegen die Oberfläche des V-Achsenständers D sind in der Anbringungsbuchse 7a bzw. 8a vorgesehen.

Eine vertikale V-Achsenvorschubspindel 10, die durch den V-Achsenantriebsmotor gedreht wird, ist in einer vertikalen Aufnahmenut 9 angeordnet, die im Zentrum der vorderen Oberfläche des V-Achsenständers D vorgesehen ist. Eine Stütze 11a einer Vorschubmutter 11, die mit einem mittleren Abschnitt der V-Achsenvorschubspindel 10 verschraubt ist, ist fest an dem Gleitabschnitt 2 befestigt.

Um die vertikale Position des vertikal beweglichen Tisches E festzustellen, ist eine reflektierende Skala 12, die in Vertikalrichtung (Richtung nach oben und unten) verläuft, an der linken Seitenoberfläche des V-Achsenständers D befestigt. Ein V-Achsendetektor 13, der einen Lichtaussendeabschnitt und einen Lichtempfangsabschnitt aufweist, ist an der inneren Oberfläche des Gleitabschnitts 2 befestigt, die der reflektierenden Skala 12 gegenüberliegt.

Das Gewicht des vertikal beweglichen Tisches E einschließlich eines Antriebsmechanismus, der nachstehend genauer erläutert wird, wird durch die Kräfte von zwei Haltefedern 15 und 16 ausgeglichen, die jeweils auf eine Führungsstange 14 aufgepaßt sind, die vor dem V-Achsenständer D angeordnet ist. Daher wird verhindert, daß ein großes Biegemoment in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung infolge des Gewichts des vertikal beweglichen Tisches E auf den V-Achsenständer D einwirkt.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Einzelheiten des Antriebsmechanismus, die zum Vorschub der Sonde C in Richtung der X-Achse (der Querrichtung in Fig. 2) verwendet wird. Die beiden Enden einer X-Achsenführung 17, die in Querrichtung verläuft, und als eine Meßführung dient, sind im Inneren des Gestells 3 des beweglichen Tisches der vertikal beweglichen Tisches E befestigt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die X-Achsenführung 17 durch ein stangenartiges Teil gebildet, welches sich gut bearbeiten läßt, einen hohen Elastizitätsmodul aufweist, und im Querschnitt rechteckig ist, und welches aus Keramik besteht, beispielsweise aus Aluminiumoxidkeramik.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist ein Gleitstück 18, das als Meßgleitstück dient, als rechteckiges Gestell ausgebildet, welches die X-Achsenführung 17 umgibt, und ist so gehaltert, daß es entlang der X-Achsenführung 17 in Richtung der X-Achse (in Querrichtung) bewegt werden kann. Das Gleitstück 18 besteht beispielsweise aus Keramik.

Das Gleitstück 18 weist mehrere Talkumabschnitte 21, 22 und 23 auf, die in Gleitberührung mit der oberen und hinteren Seitenoberfläche der X-Achsenführung 17 stehen, die als Bezugsführungsoberflächen dienen. Druckeinheiten 24 und 25, welche die Talkumabschnitte 21, 22 und 23 gegen die jeweilige Bezugsführungsoberfläche drücken, sind an der unteren und vorderen Seitenwand der X-Achsenführung angebracht. Ebenso wie die Druckeinheiten 7 und 8, die in Bezug auf den Gleitabschnitt 2 beschrieben wurden, sind die Druckeinheiten 24 und 25 so ausgebildet, daß eine Anbringungsbuchse vorgesehen ist, die durch Schraubeneingriff befestigt wird, und in die eine Andruckfeder zum Drücken eines Druckkopfes gegen die Oberfläche der X-Achsenführung 17 eingebaut ist.

Ein kastenförmiger Detektoranbringungsabschnitt 26 hängt von einem unteren Abschnitt des Gleitstücks 18 herunter. Ein Verschiebungsdetektor 27 (Fig. 6), der eine kleine Vertikalverschiebung (Z-Achsenverschiebung) des Endes an der Spitze der Sonde C, die an dem Detektor angebracht ist, in ein elektrisches Signal umwandelt, ist in den Detektoranbringungsabschnitt 26 eingebaut.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird eine X-Achsenvorschubspindel 31, die parallel zur X-Achsenführung 17 verläuft, drehbar durch Querseitenwände des Gestells 3 des drehbaren Tisches unter Verwendung von zwei Lagern 32 und 33 gehaltert. Die X-Achsenvorschubspindel 31 kann von Hand durch einen X-Achsenhandknopf 34 gedreht werden, der an einem Ende in Axialrichtung der Spindel angebracht ist.

Die X-Achsenvorschubspindel 31 kann auch durch einen in Fig. 3 gezeigten X-Achsenantriebsmotor 35 angetrieben werden, über eine Antriebsriemenscheibe 36, die auf einer Antriebswelle des X-Achsenantriebsmotors 35 angeordnet ist, eine angetriebene Riemenscheibe 37 am axialen Ende der X-Achsenvorschubspindel 31, und einen V-Riemen 38, der um die Antriebsriemenscheibe 36 und die angetriebene Riemenscheibe 37 herumgeschlungen ist.

Eine Kugelmutter 41, in der eine große Anzahl an Kugeln vorgesehen ist, die in einer Schraubennut der X-Achsenvorschubspindel 31 umlaufen, ist mit einem mittleren Abschnitt in Längsrichtung der X-Achsenvorschubspindel 31 verschraubt. Die Kugelmutter 41 wandelt die Drehbewegung der X-Achsenvorschubspindel 31 in eine Vorschubbewegung in Querrichtung um.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine starre Führung 42, die parallel zur X-Achsenvorschubspindel 31 verläuft, als Antriebsführung dient, und im Schnitt rechteckig ist, an der vorderen Oberfläche der hinteren Seitenwand des Gestells 3 des beweglichen Tisches befestigt. Die starre Führung 42 ist stangenförmig ausgebildet, und besteht aus Keramik mit einem hohen Elastizitätsmodul. Ein U-förmiger Abschnitt eines U-artigen Halters 42 ist auf die starre Führung 42 aufgepaßt, und bewegt sich daher entlang der starren Führung 42. Der U-förmig Halter 43 besteht beispielsweise aus Keramik. Die Kugelmutter 41 ist an dem U-förmigen Halter 43 befestigt, und unterdrückt daher eine vertikale gleichzeitige Drehung der Kugelmutter 41 infolge der Drehung der X-Achsenvorschubspindel 31.

Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, ist eine Nut 44 in der oberen Oberfläche, die in Längsrichtung der X-Achsenführung 17 verläuft, in der oberen Oberfläche der X-Achsenführung 17 vorgesehen, welche der Kugelmutter 41 gegenüberliegt. Anbringungsabschnitte 45a und 46a für das untere Ende von zwei Anbringungsstützen 45 und 46, deren Basisabschnitte am linken bzw. rechten Ende des Gleitstücks 18 befestigt sind, sind in die Nut 44 in der oberen Oberfläche eingeführt. Die beiden Enden eines Klavierdrahtstückes 51, das geradlinig in Richtung der X-Achse verläuft, sind zwischen den Anbringungsabschnitten 45ä und 46a am unteren Ende befestigt. Das Klavierdrahtstück 51 weist die Eigenschaft auf, daß es in Längsrichtung eine hohe Zugfestigkeit hat, und leicht durch eine Belastung in Richtung senkrecht zur Längsrichtung verformt wird. Daher kann eine gleichzeitige Drehung der Kugelmutter 41 aufgefangen werden, die in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Klavierdrahtstückes 51 hervorgerufen wird.

Ein Verbindungsblock 52 ist an einem unteren Abschnitt des U-förmigen Halters 43 durch Anbringungsschrauben 53 und 54 befestigt. Ein Basisendabschnitt 61a eines vertikalen Verbindungsstiftes 61 ist an dem Verbindungsblock 52 befestigt, und ein unterer Endabschnitt 61b des vertikalen Verbindungsstiftes 61 ist an einem mittleren Abschnitt des Klavierdrahtstückes 51 befestigt.

Die Verbindungsposition des Verbindungsstiftes 61 in Bezug auf das Klavierdrahtstück 51 ist der mittlere Abschnitt des Klavierdrahtstückes 51 entsprechend der Position des Schwerpunkts in Richtung der X-Achse des Gleitstücks 18 einschließlich des Detektoranbringungsabschnitts 26. Daher ist der untere Endabschnitt 61b des Verbindungsstiftes 61 am mittleren Abschnitt des Klavierdrahtstückes 51 befestigt. Während der Bewegung der Kugelmutter 41 wird daher verhindert, daß ein Gewichtsmoment um den Schwerpunkt auf das Gleitstück 18 einwirkt, so daß verhindert wird, daß das Gewichtsmoment dazu führt, daß die Ausrichtung des Gleitstücks 18 instabil wird, das entlang der X-Achsenvorschubspindel 31 bewegt wird.

Fig. 5 zeigt die Beziehungen zwischen den Anbringungspositionen der X-Achsenführung 17, der Talkumabschnitte 21, 22 und 23, und der Druckeinheiten 24 und 25 in einer Ebene, die senkrecht zur X-Achse verläuft, und den Anbringungsabschnitt 46a für das untere Ende (Eingriffspunkt) der Anbringsstütze 46 enthält, an welcher ein Ende des Klavierdrahtstückes 51 befestigt ist. In der Figur ist die Position des Schwerpunkts ein Fünfeck, das durch insgesamt fünf Führungspunkte gebildet wird, nämlich die (drei) Zentrumspositionen der Bezugsführungsoberflächen der X-Achsenführung 17, die jeweils den Talkumabschnitten 21, 22 und 23 gegenüberliegen, und die (zwei) Andruckpositionen der Druckeinheiten 24 und 25, und stimmt mit den Eingriffspunkten des Klavierdrahtstückes 51 überein. Während der Bewegung der Kugelmutter 41 wird daher das Gleitstück 18 durch das Klavierdrahtstück 51 am Ort des Schwerpunkts der Führungspunkte gezogen. Daher kann das Gleitstück 18 korrekt in Richtung der X-Achse bewegt werden, ohne seine Ausrichtung zu ändern.

Die starre Führung 42 dient auch als Teil zur Verhinderung einer Drehung der Kugelmutter 41 infolge der Drehung der Vorschubspindel 31.

Die genaue Position des Gleitstücks 18 in Bezug auf die X-Achsenführung 17 kann durch eine Laserhologrammeinheit festgestellt werden, die zwischen der X-Achsenführung 17 und dem Gleitstück 18 angeordnet ist. Die Laserhologrammeinheit weist eine transparente Hologrammskala 71 auf, einen U-förmigen Block 72, ein Lasergerät 73, und einen X-Achsendetektor 74 (Beugungs-Photodetektor). Die transparente Hologrammskala 71 verläuft in Richtung der X-Achse, und ist an einem unteren Abschnitt der vorderen Oberfläche der X-Achsenführung 17 befestigt. Der U-förmige Block 72 ist so an der unteren Wand des Gleitstücks 18 befestigt, daß er der transparenten Hologrammskala 71 gegenüberliegt. Das Lasergerät 73 und der X-Achsendetektor 74 (Beugungs-Photodetektor) werden durch einen U-förmigen Block 72 so gehaltert, daß sie einander über einen unteren Abschnitt der transparenten Hologrammskala 71 gegenüberliegen.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche wie voranstehend geschildert aufgebaut. In einem Zustand, in welchem das Ende an der Spitze der Sonde C in Berührung mit der Oberfläche des Gegenstands auf dem Tisch B gebracht wird, durch Einstellung der Vertikalposition des vertikal beweglichen Tisches E in Bezug auf den V-Achsenständer D, wird eine kleine Z-Achsenverschiebung der Sonde C festgestellt, während das Gestell 18 in Richtung der X-Achse zugestellt wird, wodurch der Aufbau der Oberfläche gemessen werden kann, beispielsweise die Form der Oberfläche in zwei Dimensionen, und die Oberflächenrauhigkeit des Gegenstands.

Die Position des vertikal beweglichen Tisches E entlang dem vertikalen V-Achsenständer D, also die Vertikalhöhe des Gleitstücks 18, wird nämlich durch den V-Achsendetektor 13 (reflektierenden Detektor) des Gleitabschnitts 2 festgestellt, und die Verschiebung in Richtung der X-Achse des Gleitstücks 18, also die X-Achsenverschiebung der Sonde C, kann genau durch den X-Achsendetektor 74 (Beugungs- Photodetektor) bestimmt werden.

Daher können die Oberflächenform und die Oberflächenrauhigkeit des Gegenstands dadurch gemessen werden, daß die kleine Verschiebung in Richtung der Z-Achse der Sonde C in Bezug auf die X-Achsenverschiebung des Gleitstücks 18 mit dem Verschiebungsdetektor 27 beobachtet wird.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild des Signalsystems der Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche gemäß der Erfindung. Ausgangssignale des V-Achsendetektors 13, des Verschiebungsdetektors 27, und des X-Achsendetektors 74, die voranstehend geschildert wurden, werden einem Steuergerät CPU zugeführt, das durch einen Mikrocomputer und dergleichen gebildet wird. Das Steuergerät CPU führt Rechnungen entsprechend dem Meßgegenstand durch. Die Ergebnisse der Berechnungen werden auf Anzeigegeräten 81 in Form von Digitalwerten angezeigt, beispielsweise als V-Achsenposition des vertikal beweglichen Tisches E, als X-Achsenposition des Gleitstücks 18, und als kleine Verschiebung (in Richtung der Z-Achse). Zusätzlich zu den Anzeigegeräten 81 kann ein Computer, der die Meßdaten untersucht, und ein Kathodenstrahlröhrenanzeigegerät verwendet werden, welches Ergebnisse der Untersuchungen von Form von Graphen anzeigen kann.

Bei einer Messung der Oberflächenform oder der Oberflächenrauhigkeit ist es infolge des Aufbaus der dargestellten Ausführungsform möglich, eine Verringerung der Meßgenauigkeit zu verhindern, durch negative Einflüsse der gleichzeitigen Drehung der Kugelmutter 41 infolge der Drehung der X-Achsenvorschubspindel 31.

Wenn die X-Achsenvorschubspindel 31 durch den X-Achsenhandknopf 34 oder den X-Achsenantriebsmotor 35 gedreht wird, führt eine Exzentrizität oder Biegung in Längsrichtung der X-Achsenvorschubspindel 31 dazu, daß der Effekt der gleichzeitigen Drehung auftritt, wobei sich die Kugelmutter 41 in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der X-Achsenvorschubspindel 31 verschwenkt. Eine gleichzeitige Drehung eines bestimmten Pegels oder höheren Ausmaßes wird jedoch durch die Positionseinschränkung des U-förmigen Halters 43 durch die starre Führung 42 unterdrückt.

Streng genommen bleibt eine gleichzeitige Drehung auf niedrigem Niveau bei der Kugelmutter 41 und dem U-förmigen Halter 43 vorhanden, jedoch wird durch den Zugmechanismus, der das Klavierdrahtstück 51 verwendet, nicht unvermeidlich eine instabile Messung durch den Effekt der gleichzeitigen Drehung hervorgerufen, so daß die Position des Gleitstücks 18 in Richtung der X-Achse geändert wird, oder die Bewegung des Gleitstücks 18 instabil wird, so daß es sich von der X-Achsenführung 17 löst. Es wird nämlich auch der Verbindungsstift 61 durch die gleichzeitige Drehung der Kugelmutter 41 dazu veranlaßt, sich geringfügig gleichzeitig in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der X-Achsenvorschubspindel 31 zu drehen. Die gleichzeitige Drehung wird jedoch durch eine Biegeverformung des mittleren Abschnitts abgefangen, in welchem das Klavierdrahtstück 51 leicht verformt wird, und es wird nur die Verformung in Richtung der X-Achse des Verbindungsstiftes 61 auf das Gleitstück 18 über das Klavierdrahtstück 51 übertragen. Selbst wenn die Kugelmutter 41 eine gleichzeitige Drehung durchführt, ist es daher möglich, sicher zu verhindern, daß die gleichzeitige Drehung an das Gleitstück 18 übertragen wird. Selbstverständlich ist die Anordnung zum Verhindern der gleichzeitigen Drehung sehr einfach aufgebaut, und daher können die Nachteile hoher Herstellungskosten ausgeschaltet werden, und daß es schwierig ist, die Bearbeitungsgenauigkeit bei der Herstellung zu kontrollieren.

Bei der Erfindung kann zusätzlich zu der voranstehend geschilderten Ausführungsform ein Linearmotor als der Antriebsgleitstückantriebsabschnitt verwendet werden. In diesem Fall kann ein Bewegungselement des Linearmotors, das anstelle der Kugelmutter verwendet wird, mit dem Antriebsgleitstück gekuppelt sein, und kann eine geradlinige Vorschubführung des Linearmotors als die Antriebsführung verwendet werden. Bei diesem Aufbau kann eine geringe Ausrichtungsänderung des Bewegungselements infolge einer Änderung des Magnetfelds des Linearmotors, oder ein Fehler der Geradlinigkeit der geraden Vorschubführung, daran gehindert werden, einen Einfluß auszuüben.

Bei der Ausführungsform wurde eine Anordnung beschrieben, bei der nur eine Gruppe aus der Antriebsführung und dem Antriebsgleitstück verwendet wurde. Alternativ kann eine andere Anordnung eingesetzt werden, bei welcher eine Gruppe aus einer Antriebsführung und einem Antriebsgleitstück in jeder der senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet ist (beispielsweise in der XY-Ebene und der XZ-Ebene), wobei das erste Antriebsgleitstück direkt mit der Kugelmutter verbunden ist, das zweite Antriebsgleitstück über einen Draht von dem ersten Antriebsgleitstück gezogen wird, und das Meßgleitstück über einen Draht von dem zweiten Antriebsgleitstück gezogen wird.

Die Anzahl an Führungspunkten des Gleitstücks ist nicht auf fünf beschränkt, und kann je nach Erfordernis erhöht oder verringert werden. In jedem Fall kann, wenn der Zugvorgang am Ort des Schwerpunkts durchgeführt wird, die Ausrichtung des Gleitstücks konstant gehalten werden.

Voranstehend wurde eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Erfindung bei einer Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche eingesetzt wird, welche die Form in zwei Dimensionen oder die Oberflächenrauhigkeit eines Gegenstands mißt. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei einer Koordinatenmeßmaschine oder dergleichen für einen anderen Zweck eingesetzt werden.

Wie aus den voranstehenden Ausführungen deutlich geworden sein sollte, ist es gemäß der Erfindung möglich, eine Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche zu erhalten, bei welcher die gleichzeitige Drehung einer Kugelmutter infolge der Drehung einer Vorschubspindel vollständig aufgefangen werden kann, und nur die Vorschubbewegung in Längsrichtung der Vorschubspindel auf ein Gleitstück übertragen wird, durch eine relativ einfache Anordnung, die keine strenge Kontrolle der Bearbeitungsgenauigkeit erfordert.

Die Bewegungsentfernung des Verbindungsstiftes wird auf das Gleitstück im Schwerpunkt des Gleitstücks übertragen. Daher wird die Ausrichtung des Gleitstücks stabilisiert, so daß sich eine Verbesserung der Meßgenauigkeit erwarten läßt. Da die Führung durch ein Keramikteil gebildet wird, kann eine Verbesserung der Meßgenauigkeit erzielt werden.

Claims (8)

1. Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche, welche aufweist:
ein Meßgleitstück, das einen Detektor zum Messen eines Gegenstands aufweist;
eine Meßführung zum Führen des Meßgleitstücks in einer Richtung; und
einen Meßgleitstückantriebsabschnitt zum Antrieb des Meßgleitstücks in der einen Richtung, wobei der Meßgleitstückantriebsabschnitt aufweist:
ein Antriebsgleitstück;
eine Antriebsführung zum Führen des Antriebsgleitstücks in der einen Richtung;
einen Antriebsgleitstückantriebsabschnitt zum Antrieb des Antriebsgleitstücks in der einen Richtung; und
ein Verbindungsteil zum Verbinden des Meßgleitstücks mit dem Antriebsgleitstück.

2. Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil aufweist:
ein drahtförmiges Teil, dessen beide Enden jeweils mit einem Eingriffspunkt des Meßgleitstücks in Eingriff stehen; und
einen Verbindungsstift zum Verbinden eines mittleren Punktes des drahtförmigen Teils mit dem Meßgleitstück.

3. Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgleitstück durch mehrere Führungspunkte in Bezug auf die Meßführung geführt wird, und dann, wenn die mehreren Führungspunkte zu einer Ebene vorspringen, die senkrecht zu der einen Richtung verläuft, und welche die Eingriffspunkte enthält, die Position des Schwerpunkts der vorspringenden Punkte der mehreren Führungspunkte im wesentlichen mit den Eingriffspunkten übereinstimmt.

4. Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Punkt des drahtförmigen Teils im wesentlichen mit dem Schwerpunkt in der einen Richtung des Meßgleitstücks übereinstimmt.

5. Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsgleitstückantriebsabschnitt eine Vorschubspindel und eine Kugelmutter aufweist, wobei das Antriebsgleitstück mit der Kugelmutter gekuppelt ist.

6. Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest entweder die Meßführung, das Meßgleitstück, die Antriebsführung oder das Antriebsgleitstück ein keramisches Teil aufweist.

7. Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eingriffspunkte auf dem Meßgleitstück so vorgesehen sind, daß sie eine Linie in der einen Richtung bilden, und die beiden Enden des drahtförmigen Teils mit zwei Eingriffspunkten in Eingriff stehen, so daß das drahtförmige Teil geradlinig in der einen Richtung verläuft.

8. Maschine zur Messung des Aufbaus einer Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin vorgesehen sind:
ein Ständer, der auf einer Basis der Maschine steht;
eine Vertikalbewegungsführung, die auf dem Ständer angeordnet ist, und ein Keramikteil aufweist; und
ein vertikal beweglicher Tisch, der durch eine Vertikalbewegungsführung geführt wird, und so gehaltert ist, daß er in Vertikalrichtung bewegt werden kann,
wobei die Meßführung und die Antriebsführung an dem vertikal beweglichen Tisch befestigt sind.