DE3909124A1 - Messeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung mit zumindest einem an einer linear bewegbaren Pinole einsetzbaren Meßtaster.

Meßeinrichtungen der vorgenannten Art sind in einer Vielzahl von Variationen seit langem bekannt. So zeigt beispielsweise die DE 34 30 086 A1 eine Pinole für Koordinatenmeßmaschinen, die in einem Führungskörper eingesetzt ist und am unteren Stirnende einen Meßtaster trägt.

Bei der EP 00 27 060 A1 ist eine Koordinatenmeßmaschine offenbart, bei welcher eine Pinole mit einem Meßtaster in der Längsachse be­ wegbar angeordnet ist. Diese Meßeinrichtung besitzt ein optisches Meßsystem für die Erfassung der Bewegung der Pinole, welches ein Anzeigesignal erzeugt.

Aus der DE 31 09 856 C2 ist ein Höhenmeßgerät bekannt, bei dem ein Schlitten mit einem Meßtaster durch einen Motorantrieb in der Höhe verfahrbar ist. Um eine konstante Meßkraft bei Anlage an einer Meß­ oberfläche zu erzeugen, ist dem Motor eine Magnetfeld-Kupplung nach­ geschaltet. Der Motor erzeugt damit einerseits den Antrieb des Schlit­ tens mit dem Meßtaster und andererseits die gewünschte konstante Meß­ kraft.

Darüber hinaus gibt es auch bereits Laserinterferometer für die Län­ genmeßung in Meßeinrichtungen, die jedoch im Regelfall einen großen Platzbedarf haben und technisch relativ aufwendig aufgebaut sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, mit welcher Werkstücke durch Berührung eines mit Meßkraft anliegenden Meßtaster mit einer sehr großen Ge­ nauigkeit und ohne wesentliche Störungen durch Umwelteinflüsse re­ produzierbar meßbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichen­ teils von Patentanspruch 1 gelöst. Erfinderische Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Merkmale finden sich in den Unteransprüchen 2-8.

Mit dieser Meßeinrichtung können Werkstücke durch Berührung schnell, sicher und präzis gemessen werden. Der Meßtaster ist an eine beweg­ liche Pinole angebracht, auf deren Rückseite ein Spiegel vorgesehen ist, der den Laserstrahl des Interferometers reflektiert. Die elek­ tronische Regelung der Temperatur und des Stromes der Laserdiode be­ findet sich im Steuer- und Anzeigegerät. Da die Stromversorgung viel Abwärme produziert, ist in ein vom Steuergerät unabhängiges eigenes Gehäuse eingesetzt worden, wodurch die Genauigkeit der Temperatur­ regelung nicht beeinträchtigt wird.

Um eine lange Lebensdauer des Interferometers zu gewährleisten, ist dieses erfindungsgemäß in ein luftdichtes und mit Stickstoff gefülltes Gehäuse eingesetzt worden. Die Erzeugung der Meßkraft durch eine Elek­ tromagnetkupplung bzw. durch eine Magnetfeldkupplung erlaubt eine in den beiden Antastrichtungen nach oben und unten konstante und von der Einbaulage des Meßtasters unabhängige Meßkraft. Das Drehmoment der Kupplung besitzt dabei eine hohe Stabilität. Aufgrund dieser Bauweise können unter Verwendung eines Sondermeßtasters auch Nuten, Bohrungen und Wellen sehr genau gemessen werden.

Die neue Meßeinrichtung ist ferner auch für den Einbau in hochgenaue Positioniertische geeignet, wie sie beispielsweise in der Halbleiter­ industrie verwendet werden. Der maximale Meßweg des intergrierten Inter­ ferometers beträgt etwa 300 mm bei einer Laserlichtleistung von 10 mW. Die Verfahrgeschwindigkeit beträgt etwa 80 mm pro Sekunde und ist im wesentlichen begrenzt nur durch die Bandbreite des Signalverstärkers.

Durch den Einsatz eines Laserinterferometers in dieser einfachen Bau­ weise in eine Meßeinrichtung kann der für inkrementale Meßsysteme bis­ her eingesetzte Glasmaßstab entfallen.

In der Zeichnung sind Beispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Meßeinrichtung in vereinfachter Darstellung in der Seitenansicht

Fig. 2 die Meßeinrichtung in der Draufsicht gemäß dem Pfeil II in Fig. 1

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung einer Meßeinrichtung mit externem Anzeige- und Steuergerät.

Die Meßeinrichtung 1 besitzt einen Ständer 2, der auf einer Grundplatte 3 fest aufsteht. Gegenüber dem Ständer 2 befindet sich eine ebenfalls auf der Grundplatte 3 aufstehende Gehäusewand 4. Zwischen dem Ständer 2 und der Gehäusewand 4 ist die Pinole 5 vorgesehen, die in einer Kugel­ käfigführung 6 in der Grundplatte 3 geführt ist. Am unteren Ende nimmt die Pinole 5 einen Kopf 7 auf, in den Meßtaster 8, 9, 10 einsetzbar sind.

An ihrem den Meßtastern 8, 9, 10 entgegengesetzten Ende 11 besitzt die Pinole 5 eine Abschlußscheibe 12, die gleichzeitig als Verdrehsicherung für die Pinole 5 dient.

An der Gehäusewand 4 ist ein Antriebsmotor 13 mit einem Tragarm 14 an­ geflanscht. Der Elektromotor 13 wird durch eine Energiequelle 15 mit der notwendigen Energie versorgt. Mit dem Elektromotor 13 ist eine Mag­ netfeldkupplung oder eine Elektromagnetkupplung 16 getriebeverbunden. In dem Beispiel der Fig. 1 ist diese Getriebeverbindung durch ein An­ triebsband 17 hergestellt, welches von der Motorantriebswelle 18 ange­ trieben wird und auf ein Getrieberad 19 der Magnetfeldkupplung bzw. der Elektromagnetkupplung 16 wirkt. Über ein weiteres Getrieberad 20 wird ein zweites Antriebsband oder ein Kabelzug 21 über eine obere Um­ lenkrolle 22, die ebenfalls an der Gehäusewand 4 über einen Tragarm 23 gelagert ist, angetrieben. Der Kabelzug 21 ist mit der oberen Scheibe 12 der Pinole 5 fest verbunden, so daß bei einer Bewegung des Kabel­ zugs 21 eine Auf- bzw. Abwärts Bewegung der Pinole erfolgt.

An dem Ständer 2 ist oberhalb der oberen Scheibe 12 der Pinole 5 ein Laserinterferometer 24 ortsfest angeordnet. Dieses Laserinterferometer 24 besitzt eine Laserdiode 25 als Lichtquelle und ist mit einer Steue­ rung 26, einer Stromversorgungseinrichtung 27, einer Meßwerterfassungs­ einheit 28 und einer Meßwertanzeige 29 versehen. Das von der Laserdiode 25 des Laserinterferometers 24 ausgestrahlte Licht 30 trifft auf einen Spiegel 31, der sich auf der oberen Scheibe 12 der Pinole 5 befindet. Der Lichtstrahl 30 von der Laserdiode 25 zum Spiegel 31 verläuft in der Längsachse 32 der Pinole 5 bzw. parallel zur Längsachse 32, d. h., in Bewegungsrichtung der Pinole 5. Der Lichtstrahl 30 wird von dem Spiegel 31 auf der gleichen Achse und ohne Ablenkung reflektiert. Auf­ grund der Verschiebung der Pinole 5 in die Pfeilrichtungen 33 werden in dem Interferometer 24 bzw. in der Meßwerterfassungseinheit 28 Sinus­ signale verarbeitet und in der Anzeige 29 vorzugsweise digital sicht­ bar gemacht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist dem Elektromotor 13 eine Magnetfeldkupplung 16 nachgeschaltet. Das von dieser Magnetfeldkupplung 16 maximal übertragbare Moment hängt wesentlich von der Lage der Dauer­ magneten in der Dauermagnetanordnung ab. Handelsübliche Magnetfeldkupp­ lungen weisen zur Verstellung des maximal übertragbaren Moments einen Einstellring auf, wie dies in der DE 31 09 856 C2 näher beschrieben ist.

Bei einem Einsatz einer Elektromagnetkupplung für die Meßkrafterzeugung wird die Meßkraftverstellung durch die Stromstärke herbeigeführt.

Der Meßtaster 8 an der Pinole 5 ist für die Antastung nach unten vorge­ sehen, während der Meßtaster 9 für die Antastung nach unten und nach oben eingerichtet ist. Das gleiche gilt für den Meßtaster 10, welcher ebenfalls für eine Antastung an ein Werkstück nach unten und nach oben vorgesehen ist.

Der Spiegel 31 auf der oberen Scheibe 12 ist vorzugsweise durch Kle­ ben befestigt. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungsarten möglich.

In Fig. 3 ist ersichtlich, daß das Laserinterferometer in ein luft­ dicht verschlossenes Gehäuse 34 eingesetzt ist, welches mit Stick­ stoff gefüllt ist. In das Gehäuse ragt von der Unterseite die Pinole 5 mit dem stirnseitigen Spiegel 31 hinein, wobei der Durchtritt der Pinole 5 durch den Gehäuseboden 35 durch einen Dichtring 36 abgedichtet ist. Das Laserinterferometer 24 steht über eine Leitung 37 mit einer Steuerungseinrichtung 26 und einer Anzeige 29 in Verbindung.

Claims (8)

1. Meßeinrichtung mit zumindest einem an einer linear bewegbaren Pinole einsetzbaren Meßtaster, dadurch gekennzeichnet, daß die Pinole (5) durch einen Elektromotor (13) unter Zwischen­ schaltung einer Meßkrafterzeugungseinrichtung (16) bewegbar ist und an ihrem dem Meßtaster (8, 9, 10) entgegengesetzten Ende (11) mit einem Laserinterferometer (24) zur Ermittlung der Antastposi­ tion in Wirkverbindung steht.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkrafterzeugungseinrichtung (16) mit einer variablen Meßkraftverstellung eingerichtet ist.

3. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkrafterzeugungseinrichtung (16) eine dem Elektromotor (13) nachgeschaltete Magnetfeldkupplung ist, bei der das Schlupf­ moment und die wirksame Meßkraft nach Vorgabe einer Steuerung mo­ torisch einstellbar sind.

4. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkrafterzeugungseinrichtung (16) eine Elektromagnetkupp­ lung mit einer über die Stromstärke variablen Meßkraftverstellung ist.

5. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (13) über die Meßkrafterzeugungseinrichtung (16) auf ein Antriebsrad (20) wirkt mit dem ein über eine Umlenk­ rolle (22) geführtes und mit der Pinode fest verbundenes Antriebs­ element (21) antriebsverbunden ist.

6. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vom Meßtaster (8, 9, 10) entgegengesetzten Ende der Pinole (5) eine Verdrehungseinrichtung (12) für die Pinole (5) vorgesehen ist, die gleichzeitig mit dem Antriebselement (21) wirkverbunden ist und auf ihrer der Pinole (5) abgewandten Fläche einen Spiegel (31) aufweist, der mit dem an einem Ständer (2) der Meßeinrichtung (1) befestigten Laserinterferometer (24) in Wirkver­ bindung steht.

7. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Laserinterferometer (24) ausgesandte und der vom Spie­ gel (31) reflektierte Lichtstrahl (30) auf einer gemeinsamen Linie verläuft, die parallel oder koaxial zur Längsachse (32) der Bewe­ gungsrichtung der Pinole (5) angeordnet ist, und daß das Laserin­ terferometer (24) mit einer Steuerung (26), einer Meßwerterfassung (28) und einer Meßwertanzeige (29) sowie einer Stromversorgung (27) verbunden ist.

8. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserinterferometer (24) und der Spiegel (31) in einem ge­ schlossenen Gehäuse (34) eingesetzt sind, welches wahlweise luft­ dicht verschlossen und mit Stickstoff oder einem anderen geeigneten Gas gefüllt ist.