DD245480A1

DD245480A1 - DEVICE FOR MEASURING AND EDITING OBJECTS

Info

Publication number: DD245480A1
Application number: DD28669386A
Authority: DD
Inventors: Werner Krieg
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1986-02-03
Publication date: 1987-05-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen und Bearbeiten von Gegenstaenden, insbesondere fuer Messgeraete und Werkzeugmaschinen mit dem Ziel, die Mess- und Positioniergenauigkeit zu erhoehen. Aufgabe ist es vor allem, durch Polabstandsmessungen mittels interferometrischer Messsysteme Messungen im Bezug auf Bezugspunkte zu ermoeglichen, die vom Messgeraet oder von der Werkzeugmaschine entkoppelt sind. Die Einrichtung umfasst drei interferometrische Messsysteme in fester raeumlicher Zuordnung mit je zwei Laserinterferometer, welche optisch durch ihre Messstrahlen ueber verstellbare Lenkreflektoren mit zwei Retroreflektoren gekoppelt sind. Die beiden Retroreflektoren sind in einem festen Abstand zueinander an einen Halter des Messgeraetes angeordnet. Am Messgeraet ist ferner eine die Drehlage des Halters gegenueber dem zu messenden Gegenstand oder dem Werkstueck und den interferometrischen Messsystemen kontrollierende Richtungsmesseinrichtung vorgesehen. Die Signale der fotoelektrischen Empfaenger der Laserinterferometer und der Richtungsmesseinrichtung werden in einem Rechner weiterverarbeitet. Zur Nachfuehrung der Lenkreflektoren ist eine Servoeinrichtung vorgesehen. Fig. 1The invention relates to a device for measuring and processing of articles, in particular for measuring devices and machine tools with the aim to increase the measurement and positioning accuracy. The main task is to be able to make measurements with reference to reference points by pole distance measurements by means of interferometric measuring systems, which are decoupled from the measuring device or from the machine tool. The device comprises three interferometric measuring systems in fixed spatial allocation with two laser interferometers, which are optically coupled by their measuring beams via adjustable steering reflectors with two retroreflectors. The two retroreflectors are arranged at a fixed distance from each other to a holder of the measuring device. On the measuring device is also a rotational position of the holder against the object to be measured or the work piece and the interferometric measuring systems controlling direction measuring device is provided. The signals of the photoelectric receivers of the laser interferometer and the direction measuring device are further processed in a computer. To Nachfuehrung the steering reflectors a servo device is provided. Fig. 1

Description

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung zum Messen und Bearbeiten von Gegenständen, mit einem ein Werkzeug oder eine Tasteranordnung tragenden Halter, welche relativ zum Gegenstand oder Werkstück, welcher auf einer Grundlage ruht, in mehreren Koordinaten verschiebbar an einer Stelleinheit angeordnet sind, wobei an dem Halter ein Retroreflektor vorgesehen ist, drei interferometrische Meßsysteme, welche zueinander und zum Gegenstand in fester.räumlicher Position auf der Grundlage an einem Gestell vorgesehen sind, welche durch die Meßstrahlengänge ihrer Interferometer mit dem Retroreflektor optisch gekoppelt sind, und einem Rechner, der mit den Empfängern eines jeden Meßsystems verbunden ist, dadurch gelöst, daß jedes der drei interferometrischen Meßsysteme zwei Laserinterferometer mit je einen, um einen Drehpunkt steuerbar durch die Servoeinrichtung verstellbaren Lenkreflektor umfaßt, wobei die Reflektoren eines jeden Meßsystems in einen festen gegenseitigen Abstand in einem Gehäuse angeordnet sind, daß am Halter eine, zwei Retroreflektoren umfassende Reflektoranordnung vorgesehen ist, wobei die beiden Retroreflektoren in einem festen Abstand voneinander angeordnet sind, und daß an der Stelleinheit eine, die Drehlage des im Halter angeordneten Werkzeuges oder des Tasters gegenüber dem Gegenstand und den interferometrischen Meßsystemen in der horizontalen Ebene kontrollierende Richtungsmeßeinrichtung, vorzugsweise eine an sich bekannte Kollimatoranordnung, vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in a device for measuring and processing objects, with a tool or a button assembly bearing holder, which relative to the object or workpiece, which rests on a base, are arranged in a plurality of coordinates slidably on a control unit, wherein the Holder a retroreflector is provided, three interferometric measuring systems, which are provided to each other and the object in a fixed spatial position on the basis of a frame, which are optically coupled by the Meßstrahlengänge their interferometers with the retroreflector, and a computer, with the receivers connected to each measuring system, achieved in that each of the three interferometric measuring systems comprises two laser interferometer, each with a controllable by a pivot point controllable by the servo steering mirror, the reflectors of each measuring system in a fixed mutually En distance are arranged in a housing, that on the holder a, two retroreflectors comprising reflector assembly is provided, wherein the two retroreflectors are arranged at a fixed distance from each other, and that on the setting unit one, the rotational position of the holder arranged in the tool or the button opposite the direction of the object and the interferometric measuring systems in the horizontal plane direction measuring device, preferably a per se known collimator, is provided.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein jedes der insgesamt sechs Laserinterferometer mit einem strahllageempfindlichen, fotoelektrischen Empfänger versehen ist, der mit einer, den zugeordneten Reflektor auf den Retroreflektor ausrichtenden bzw. nachführenden Servoeinrichtung verbunden ist.It is advantageous if each of the total of six laser interferometers is provided with a beam position sensitive, photoelectric receiver, which is connected to a, the associated reflector on the retroreflector aligning or tracking servo.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht u. a. Messungen am Fertigungsort von Werkstücken in hoher Genauigkeit und weitestgehend unabhängig von Umgebungseinflüssen. Die hohe Genauigkeit wird u.a. dadurch erreicht, daß der Abbesche Komparatorfehler bie den Messungen durch Auswertung der Signale der Empfänger der interferometrischen Meßsysteme berücksichtigt wird. Des weiteren sind Messungen auch an die in der Tiefe geliederten und abgesetzten Gegenständen mit hoher Genauigkeit möglich. Die Einrichtung ist nicht an einen festen Standort gebunden.The inventive device allows u. a. Measurements at the production site of workpieces in high accuracy and largely independent of environmental influences. The high accuracy is u.a. achieved in that the Abbe comparator error bie the measurements by evaluating the signals of the receivers of the interferometric measuring systems is taken into account. Furthermore, measurements are also possible on the objects settled and lowered in depth with high accuracy. The facility is not tied to a fixed location.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the drawing show

Fig. 1: die Einrichtung in Seitenansicht,1: the device in side view,

Fig. 2: eine Ansicht auf die Einrichtung von obenFig. 2: a view of the device from above

Fig. 3: ein interferometrisches Meßsystem mit zwei Laserinterferometern.3 shows an interferometric measuring system with two laser interferometers.

Auf einer Stelleinheit 1 ist ein, vorzugsweise in drei Koordinaten auf Führungen 2; 3; 4 bewegbarer Schlitten 5 vorgesehen, an welchem ein, einen Halter umfassender Arm 7 angeordnet ist. Der Halter 6 dient zur Aufnahme eines Werkzeuges oder, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, zur Aufnahme eines Tasters 8. In einem festen gegenseitigen Abstand durch einen stabförmigen Körper 9 gehalten, sind ferner an dem Halter 6 zwei an sich bekannte kugelförmige Retroreflektoren 10 und 11 befestigt. Auf einer Grundlage 12 (Fig. 1 und 2) sind ein Gegenstand 13 oder ein Werkstück und ein transportables Gestell 14 angeordnet, wobei am Gestell 14 drei interferometrische Meßsysteme 15; 16; 17 in fester räumlicher Position zueinander und zum Gegenstand 13 befestigt sind. Jedes der interferometrischen Meßsysteme 15; 16; 17, welches detaillierter in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt in einem Gehäuse 18 zwei Laserinterferometer mit je einem, um einen Drehpunkt durch die Servoeinrichtung 19; 20 verstellbaren Lenkreflektor 21; 22 (Fig.3).On an actuator 1 is a, preferably in three coordinates on guides 2; 3; 4 movable carriage 5 is provided, on which a, a holder comprehensive arm 7 is arranged. The holder 6 is used to hold a tool or, as shown in FIGS. 1 and 2, for receiving a button 8. Held in a fixed mutual distance by a rod-shaped body 9, further to the holder 6 are two known spherical retroreflectors 10th and 11 attached. On a base 12 (Figures 1 and 2) an object 13 or a workpiece and a transportable frame 14 are arranged, wherein on the frame 14, three interferometric measuring systems 15; 16; 17 in a fixed spatial position to each other and the object 13 are attached. Each of the interferometric measuring systems 15; 16; 17, which is shown in more detail in Fig. 3, comprises in a housing 18, two laser interferometers each with one, about a pivot point by the servo 19; 20 adjustable steering reflector 21; 22 (Fig.3).

Das in Fig.3 dargestellte interferometrische Meßsystem 16 — die Meßsysteme 15 und 17 haben den gleichen Aufbau — umfaßt in einem Gehäuse 18 einen Laser 23, dessen Lichtstrahl durch einen Teilerspiegel 24 und einem Umlenkspiegel 25 zwei Laserinterferometern zugeführt wird, welche Strahlenteiler 26; 27 und 28; 29, Referenzspiegel 30; 31, strahllageempfindliche, fotoelektrische Empfänger 32; 33, die Lenkreflektoren 21; 22 sowie fotoelektrische Empfänger 34; 35 für die Erzeugung von Meßsignalen umfassen. Die Empfänger 32 bzw. 33 sind mit den Servoeinrichtungen 19 bzw. 20 verbunden und liefern elektrische Signale, mit deren Hilfe die Lenkreflektoren 21 bzw. 22 auf die Retroreflektoren 10 bzw. 11 ausgerichtet bzw. nachgeführt werden. Die fotoelektrischen Empfänger 34; 35 des interferometrischen Meßsystems 16 und diejenigen der Meßsysteme 15 und 17 sind mit einem Rechner 36 zur Ermittlung der Position des Tasters 8 verbunden. An einer, dem Rechner 36 nachgeordneten Anzeigeanordnung 37 sind die Meßwerte anzeigbar.The interferometric measuring system 16 shown in FIG. 3 - the measuring systems 15 and 17 have the same structure - comprises in a housing 18 a laser 23 whose light beam is supplied by a divider mirror 24 and a deflection mirror 25 to two laser interferometers, which beam splitters 26; 27 and 28; 29, reference mirror 30; 31, beam position sensitive, photoelectric receiver 32; 33, the steering reflectors 21; 22 and photoelectric receiver 34; 35 for the generation of measurement signals. The receivers 32 and 33 are connected to the servos 19 and 20 respectively and provide electrical signals by means of which the steering reflectors 21 and 22 are aligned or tracked to the retroreflectors 10 and 11, respectively. The photoelectric receivers 34; 35 of the interferometric measuring system 16 and those of the measuring systems 15 and 17 are connected to a computer 36 for determining the position of the probe 8. The measured values can be displayed on a display arrangement 37 arranged downstream of the computer 36.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung liegen die drei oberen Lenkreflektoren und die drei unteren Lenkreflektoren der drei interferometrischen Meßsysteme 15; 16; 17 in je einer Ebene, wobei die oberen Lenkreflektionen auf den Retroreflektor 10 ausgerichtet sind (Fig. 1). Bei einer bekannten Ausgangsposition und bekannten Abständen der entsprechenden Lenkreflektoren wären nur fünf Laserinterferometer erforderlich, um mit Hilfe des Rechners 36 über die Position der Retroreflektoren 10 und 11 die Lage des Tasters 8 zu ermitteln. Das vorgesehene sechste Laserinterferometer kann zur Selbskalibrierung und danach zu Kontrollzwecken der Meßeinrichtung benutzt werden.In the device according to the invention are the three upper steering reflectors and the three lower steering reflectors of the three interferometric measuring systems 15; 16; 17 in one plane, with the upper steering reflections aligned with the retroreflector 10 (Figure 1). In a known starting position and known distances of the corresponding steering reflectors only five laser interferometers would be required to determine with the aid of the computer 36 via the position of the retroreflectors 10 and 11, the position of the probe 8. The intended sixth laser interferometer can be used for self-calibration and then for control purposes of the measuring device.

Zur Bestimmung der Dreh lage des Tasters 8 gegenüber dem Gegenstand 13 und den Meßsystemen 15; 16; 17, der im allgemeinen kein rotationssymmetrischer Gegenstand ist, sondern meist mehrere Tastfinger umfaßt, was auch für evtl. verwendete Werkzeuge zutrifft, ist an der Stelleinheit 1 (Fig. 1 und 2) eine Richtungsmeßeinrichtung 38 vorgesehen, welche einen vorzugsweise Kollimator 39, ein Umlenkelement 40, eine Lichtquelle 41 und eine fotoelektrische Empfängeranordnung 42 besitzt, wobei die Empfängeranordnung 42 ebenfalls mit dem Rechner 36 verbunden ist (nicht dargestellt). Am Gestell 14 ist ein den Kollimatorstrahlengang reflektierender, vorzugsweise langer Spiegel 43 angeordnet. Drehlageänderungen werden dem Rechner 36 zur Korrektur der Meßwerte zugeleitet.To determine the rotational position of the button 8 relative to the object 13 and the measuring systems 15; 16; 17, which is generally not a rotationally symmetrical object, but usually includes several probing fingers, which also applies to any tools used, a direction measuring device 38 is provided on the control unit 1 (Fig. 1 and 2), which preferably a collimator 39, a deflection 40, a light source 41, and a photoelectric receiver assembly 42, the receiver assembly 42 also being connected to the computer 36 (not shown). On the frame 14, a Kollimatorstrahlengang reflecting, preferably long mirror 43 is arranged. Rotational position changes are sent to the computer 36 for correction of the measured values.

Claims

claims:

Anspruch [en] A device for measuring and processing objects, comprising a holder ₍ carrying a tool or a button arrangement, which is arranged relative to the object or workpiece, which rests on a base, in a plurality of coordinates displaceable on a setting unit, wherein the holder is a retroreflector is provided, three interferometric measuring systems, which are provided to each other and the object in a fixed spatial position on the basis of a frame, which are optically coupled by the Meßstrahlengänge their interferometers with the retroreflector, and a computer which is connected to the receivers of each measuring system characterized in that each of the three interferometric measuring systems comprises two laser interferometers, each having a steerable steerable by a servo steerable about a pivot point, the reflectors of each measuring system in a fixed mutual distance in a housing angeo rdnet are that on the holder one, two retroreflectors comprising reflector assembly is provided, wherein the two retroreflectors are arranged at a fixed distance from each other, and that on the actuator one, the rotational position of the tool or the probe arranged in relation to the object and the interferometric measuring systems in the horizontal plane controlling direction measuring device, preferably a per se known collimator arrangement is provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that each of the six laser interferometer is provided with a beam position sensitive, photoelectric receiver, which is connected to a, the associated reflector on the retroreflector aligning or tracking servo.

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a device for measuring and processing of objects, in particular for machine tools, which are mainly used for computer-aided machining of workpieces and for coordinate measuring machines for the measurement of workpieces.

Characteristic of the known technical solutions

From DE-OS 3201007 devices for determining the shape of Astrogroßteilen are known in which the coordinate base is formed by three mutually perpendicularly oriented mirror, which are each arranged in a Interferometerstrahlengang. Thus, three interferometers control the measuring head position and two other interferometers determine the position of the measuring head so that a measuring system is available for all degrees of freedom that are significant in terms of measurement technology. However, the devices are tied to a fixed location due to their large mass and sensitivity to changing environmental conditions. For ambulatory use, e.g. at the production site of large parts, which is necessary for a rational, computer-aided production, the conditions are missing.

A self-calibrating surface testing machine according to DE-OS 3226005 contains u. a. a portable rack equipped with four laser interferometers, a reload bar manually displaceable by means of unloaded bar, control means for directing the beam at the retroreflector, respectively, and a computer. The retroreflector is developed from the spherical shape. All four laser bundles pass through the center of the sphere, making the retroreflector insensitive to any kind of torsion. This powerful testing machine is well suited for use on curved large optical parts. A comprehensive metrological application that they z. B. makes the measurement of remote workpieces with high object edges accessible, is not possible. At the reflector set tactile fingers for detecting bores result in the measurements a violation of the Abbe comparator principle, whereby a high measurement accuracy can not be achieved.

According to DD-PS 141061 a device for determining the position of objects is described, in which on an isolated from a coordinate or machine tool, fixed frame interferometric measuring systems are provided in a fixed position. On the object to be measured, a reflector is provided, which reflects back the measuring beams of the interferometer from a relatively large solid angle in the measuring systems for the purpose of distance measurement. The electrical signals generated by receivers of the measuring systems are processed in a computer for calculating the position of the object.

However, with this device measurements in three degrees of freedom can only be made in violation of the Abbe comparator principle. In order to achieve a high measuring or positioning accuracy, extraordinarily high accuracy requirements must be placed on the guides for the measuring head carrying the retroreflector.

Object of the invention

It is the purpose of the invention to overcome the disadvantages of the prior art and to increase the measuring accuracy and to enable a versatile application of the device.

Essence of the invention

The invention has for its object to provide a device for determining the position and dimensions of objects and the position of tools on coordinate measuring machines and machine tools, which allows accurate measurement and positioning with respect to reference points by Polabstandsmessung by means of interferometric measuring systems, the actual measuring device or are decoupled from the machine tool.