POSITION-MEASURING DEVICE

Abstract: 1. Position measuring device, especially interferometric measuring device, for measuring the relative position of two objects (2, 14), with a component (3) connected to the one object (14) to be measured, movable along a measuring path, which component, together with the measuring path is shielded against surrounding influences by a hollow body (11), which has, for the passage of a carrier (13) for the movable component (3) in the measuring direction X, a longitudinal slot (12) sealed by a sealing element (18), characterized by the following features : a) the carrier (13) has tapering ends (13a, 13b) in the measuring direction X and extends transverse to the measuring direction X beyond the longitudinal slot (12), guide surfaces (17) of the carrier (13) corresponding with guide surfaces (16) of the hollow body (11) on both sides of the longitudinal slot (12) ; b) the sealing element (18) for sealing the whole longitudinal slot (12) is formed by a flexible foil which, with the movement of the carrier (13), slides on an outwardly lying slide surface (19) of the carrier (13) and outside the carrier (13) ears on the guide surfaces (16) of the hollow body (11) ; c) for sealing the longitudinal slot (12) in the region of the carrier (13) there is a liquid layer (30) between each of the guide surfaces (17) of the carrier (13) and the guide surfaces (16) of the hollow body (11) as well as between the slide surface (19) of the carrier (13) and the flexible foil (18).

Description: Positionsmesseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Positionsmesseinrichtung wird insbesondere bei Mehrkoordinatenmessmaschinen zur Ermittlung von Abmessungen von Prüfkörpern und bei numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen zum Positionieren von Werkzeugen zur Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt. In der DE-PS 30 o6 489 ist eine interferometrische Längenmesseinrichtung mit einem längs einer Messstrekke beweglichen, mit einem zu messenden Objekt verbundenen Bauteil beschrieben. Dieses Bauteil und die Messstrecke sind zur Abschirmung gegen Umwelteinflüsse in einem evakuierten Hohlkörper untergebracht, der zwecks Durchführung eines Mitnehmers für das bewegliche Bauteil in Messrichtung einen Längsschlitz aufweist. Zwischen dem Hohlkörper und dem beweglichen Bauteil strömt in einem Lagerspalt zur Abdichtung des Längs schlitzes eine unter Uberdruck stehende Flüssigkeit. Zur Zuführung und Abführung der strömenden Flüssigkeit sind im Hohlkörper und im beweglichen Bauteil Kanäle vorgesehen, die den Längsschlitz ringförmig umgeben. Die Länge des beweglichen Bauteils in Messrichtung ist mindestens doppelt so gross wie die Länge des Längsschlitzes, so dass bei dieser Längenmesseinrichtung die Messlänge durch die Länge des beweglichen Bauteils begrenzt ist. Aus der DE-PS 22 o7 374 ist eine Längenmesseinrichtung bekannt, bei der eine Messteilung und eine die Messteilung abtastende Abtasteinheit in einem einen Längsschlitz aufweisenden Hohlkörper eingebracht sind, der mittels einer flexiblen Metallfolie abgedeckt ist, die über die Abtasteinheit gleitet und im gesamten Verschiebebereich der Abtasteinheit von am Hohlkörper angebrachten Magneten festgehalten wird. Bei dieser Messrichtung muss die Metallfolie zur möglichst hermetischen Abschirmung des Hohlkörpers eng an der Abtasteinheit anliegen. Dieses enge Anliegen der Metallfolie an der Abtasteinheit hat aber Reibungseffekte bei der Messbewegung zur Folge, die zu Deformationen der Abtasteinheit in Messrichtung führen können, die der Messgenauigkeit abträglich sind. Zudem entstehen durch das Aufbiegen der Metallfolie an den Enden der Abtasteinheit kleine, von der Metallfolie nicht verschlossene Bereiche des Längsschlitzes, so dass eine hermetische Abschirmung eines insbesondere evakuierten Raumes im Hohlkörper nicht gewährleistet ist. Die DE-PS 24 21 731 beschreibt eine interferometrische Längenmesseinrichtung mit einem längs einer Messstrecke beweglichen, mit einem zu messenden Objekt verbundenen Bauteil. Dieses Bauteil und die Messstrecke sind zur Abschirmung in einem evakuierten Hohlkörper ntergebracht, der zwecks Durchführung eines Mitnehmers für das bewegliche Bauteil einen Längs schlitz aufweist. Dieser Längsschlitz im Hohlkörper wird mittels biegsamer und dachförmig angeordneter Dichtlippen verschlossen, die den Mitnehmer zwischen sich aufnehmen; zur hermetischen Abdichtung des Hohlkörpers ist der Raum um die Dichtlippen herum mit einer Flüsssigkeit, vorzugsweise Vakuumöl, ausgefüllt. Die DE-PS 24 60 406 offenbart ebenfalls eine interferometrische Längenmesseinrichtung gemäss der vorgenannten DE-PS 24 21 731. Der an den Enden des Mitnehmers auftretende Spalt an den Dichtlippen wird durch eine magnetische Flüssigkeit hermetisch verschlossen, die durch ein magnetisches Feld festgehalten wird. Bei den beiden letztgenannten Längenmesseinrichtungen müssen die Dichtlippen zur möglichst hermetischen Abschirmung des Hohlkörpers eng am Mitnehmer anliegen und daher elastisch mit hoher Rückstellkraft ausgebildet sein. Infolge der durch die hohen Rückstellkräfte auftretenden Reibungskräfte am Mitnehmer, insbesondere bei schrittweiser und langsamer Messbewegung, kann der Mitnehmer Deformationen in Messrichtung erfahren, die zu Messungenauigkeiten führen können. Bei derart hochgenauen Messeinrichtungen können selbst die geringsten Reibungskräfte am Mitnehmer zu einer Beeinflussung der Messung führen, da die Messungen im Wellenlängenbereich des Lichtes erfolgen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Positionsmesseinrichtung der genannten Gattung eine hermetische Abschirmung eines Hohlkörpers ohne Beeinträchtigung der Messgenauigkeit und ohne Begrenzung der Messlänge anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspr-uchs 1 gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit einfachen Mitteln eine praktisch reibungsfreie Verschiebung des Mitnehmers bei der Messbewegung ermöglicht wird, so dass Deformationen des Mitnehmers in Messrichtung und damit verbundene Messfehler nicht mehr auftreten können. Gleichzeitig wird eine hermetische Abschirmung des Innenraums des Hohlkörpers gegen Umwelteinflüsse erzielt, so dass insbesondere bei einem evakuierten Innenraum für die Messstrecke keine ständige Nachevakuierung dieses Innenraumes mehr erfolgen muss. Zudem wird die Messlänge nicht durch die Länge des beweglichen Bauteils in Form des Mitnehmers begrenzt. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 schematisch eine Positionsmess einrichtung in Form eines Laser interferometers, Figur 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 und Figur 3 einen Längsschnitt nach der Linie 3-3 der Positionsmesseinrichtung nach Figur 1. In Figur 1 ist schematisch eine Positionsmesseinrichtung in Form eines Laserinterferometers 1 bekannter Bauart gezeigt, das an einem ersten zu messenden Objekt 2 befestigt ist und im Zusammenwirken mit einem beweglichen Bauteil 3 die Messung von Längen gestattet. Die Lichtquelle des Interferometers 1 besteht aus einem frequenzstabilisierten Laser 4. Eine Baueinheit 5 enthält die Interferometeroptik, die den Laserstrahl durch einen Strahlenteiler in einen Messstrahl und in einen Bezugsstrahl aufspaltet. Der Messstrahl und der Bezugsstrahl werden an einem Strahlenvereiniger wieder vereinigt und ergeben Interferenzerscheinungen, die von der Differenz der optischen Weglängen des Messstrahls und des Bezugsstrahls abhängig sind. Durch Verschieben des beweglichen Bauteils 3 in Form eines Reflektors verändert sich die optische Weglänge des Messstrahls, so dass sich in Abhängigkeit hiervon die Interferenzerscheinungen und die daraus auf photoelektrischem Wege abgeleiteten Signale ändern. Die Photodetektoren zur Umwandlung der optischen Signale in elektrische Signale befinden sich in der Baueinheit 6 und die Verstärker und Trigger für die Aufbereitung der elektrischen Signale in einer Baueinheit 7. Die Anzahl der bei einer Verschiebung des Reflektors 3 durchlaufenden Signalperioden werden von einem Vorwärts-/ Rückwärtszähler 8 gezählt. In einem nachgeschalteten Rechner 9 erfolgt die Umrechnung der gemessenen Verschiebung in Dezimalwerte; das Messergebnis wird mittels einer Anzeigeeinheit lo in digitaler Form angezeigt. Die Messstrecke ist bei diesem Inteferometer 1 ins Vakuum gelegt. Der Messstrahl gelangt durch ein Fenster lla in einen evakuierten Hohlkörper 11. Die vorstehend beschriebene In terferometereinrichtung ist in ihren Einzelheiten nicht Gegenstand der Erfindung und daher auch nicht näher erläutert. Diese Interferometereinrichtung kann in beliebiger Weise aufgebaut sein. In Figur 2 ist die Positionsmesseinrichtung nach Figur 1 in einem Querschnitt nach der Linie 2-2 und in Figur 3 in einem Längsschnitt nach der Linie 3-3 dargestellt. Die Abschirmung der Messstrecke sowie des beweglichen Bauteils 3 in Form des Reflektors erfolgt durch den längserstreckten Hohlkörper 11, der am ersten zu messenden Objekt 2 in beliebiger Weise befestigt ist. Der Hohlkörper 11 mit einem im Querschnitt U-förmigen Profil weist einen in Messrichtung X verlaufenden Längsschlitz 12 auf, durch den ein Mitnehmer 13 hindurchgreift, der den Reflektor 3 mit einem zweiten zu messenden Objekt 14 verbindet. Das erste zu messende Objekt 2 kann durch einen Schlitten und das zweite zu messende Objekt 14 durch das Bett einer nicht gezeigten Werkzeugmaschine gebildet sein. Der U-förmige Hohlkörper 11 weist an den Enden der beiden nach unten gerichteten Schenkel je eine längserstreckte Magnetleiste 15 mit einer ebenen Führungsfläche 16 auf, die jeweils mit einer ebenen Führungsfläche 17 des sich quer über das U-förmige Profil des Hohlkörpers 11 erstreckenden Mitnehmers 13 korrespondiert. Der gesamte Längsschlitz 12 des Hohlkörpers 11 ist mit einer flexiblen Metallfolie 18 abgedeckt, die sich im Bereich des Mitnehmers 13 über eine Gleitfläche 19 des Mitnehmers 13 erstreckt. Ausserhalb des Mitnehmers 13 wird die flexible Metallfolie 18 von den beiden Magnet leisten 15 des Hohlkörpers 11 zur Abdichtung des Längsschlitzes 12 auf den beiden Führungsflächen 16 für den Mitnehmer 13 gehalten. Wie aus Figur 3 ersichtlich, verjüngen sich in Messrichtung X die beiden Enden 13a, 13b des Mitnehmers 13, so dass bei der Messbewegung des Mitnehmers 13 in Messrichtung X die flexible Metallfolie 18 von den Magnetleisten 15 ohne nennenswerte Spaltbildung abgehoben wird und über die Gleitfläche 19 des Mitnehmers 13 gleitet. Zur hermetischen Abdichtung des Innenraumes 31 des Hohlkörpers 11 mit der Messstrecke für den Messstrahl und mit dem Reflektor 3 sind an den beiden Führungsflächen 17 und in der Gleitfläche 19 des Mitnehmers 13 Bohrungen 20 vorgesehen, die jeweils über eine Leitung 21 im Mitnehmer 13 mit einer einen tberdruck auf- weisenden Flüssigkeit 30, vorzugsweise Vakuumöl, versorgt werden. Zwischen den Führungsflächen 16 der Magnetleisten 15 und den Führungsflächen 17 des Mitnehmers 13 einerseits und der flexiblen Metallfolie 18 und der Gleitfläche 19 des Mitnehmers 13 andererseits befindet sich somit eine tragende 01schicht 30, die einmal einen mechanischen Kontakt zwischen den Führungsflächen 16, 17 sowie der Gleitfläche 19 des Mitnehmers 13 und der Metallfolie 18 verhindert, so dass zwischen dem Mitnehmer 13 und den Magnetleisten 15 sowie der flexiblen Metallfolie 18 keine Reibungskräfte auftreten können, die zu einer Deformation des Mitnehmers 13 in Messrichtung X bei der Messbewegung führen und Messungenauigkeiten nach sich ziehen können. Zum anderen bewirkt diese Ölschicht 30 aus Drucköl eine vollkommen hermetische Abdichtung des Innenraums 31 des Hohlkörpers 11 gegen Umwelteinflüsse, da insbesondere bei einem Laserinterferometer sich die der Messung zugrunde- 4liegende Wellenlänge in Abhängigkeit von atmosphärischen Einflüssen (Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit, C02-Gehalt) ändert. 2 Der Innenraum 31 des Hohlkörpers 11 wird über eine Vakuumleitung 22 evakuiert; eine ständige Nachevakuierung dieses Innenraumes 31 ist wegen der hermetischen Abdichtung durch die Ölschicht 30 nicht erforderlich. Das zwischen den Führungsflächen 16 der Magnetleisten 15 und den Führungsflächen 17 sowie zwischen der Gleitfläche 19 des Mitnehmers 13 und der flexiblen Metallfolie 18 nach aussen austretende Dichtöl 30 wird in einer längserstreckten Ölwanne 23 mit einer Überlaufleitung 24 aufgefangen. Infolge der nach unten gerichteten Schenkel des Hohlkörpers 11 dringt das in den Innenraum 31 des Hohlkörpers 11 eintretende Dichtöl 30 unterhalb des inneren Ölspiegels 32, wo es unter dem hydrostatischen Druck der Ölsäule 33 im Innenraum 31 steht, und nicht in das Vakuum ein, wo es zu die Messstrecke störenden Blasenbildungen kommen kann. Das in den Innenraum 31 des Hohlkörpers 11 eingedrungene Dichtöl 30 kann über eine evakuierte Überlaufleitung 25 abfliessen. Die flexible Metallfolie 18 wird bei einem evakuierten Hohlkörper 11 ausser durch die Magnetleisten 15 zusätzlich noch durch den Unterdruck an den Führungsflächen 16 gehalten, so dass die Magnetleisten 15 in diesem Fall auch entfallen können und die Folie 18 aus einem beliebigen Material bestehen kann.

Claims: Ansprüche 1. Positionsmesseinrichtung, insbesondere inter ferometrische Messeinrichtung, zur Messung der Relativlage zweier Objekte mit einem längs einer Messstrecke beweglichen, mit dem einen zu messenden Objekt verbundenen Bauteil, das mitsamt der Messstrecke durch einen Hohlkörper gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt ist, der zwecks Durchführung eines Mitnehmers für das bewegliche Bauteil in Messrichtung einen durch ein Dichtelement abgedichteten Längs schlitz auf weist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) das Dichtelement (18) zur Abdichtung des Längsschlitzes (12) des Hohlkörpers (11) wird durch eine flexible Folie gebildet, die über den Mitnehmer (13) gleitet; b) zur Abdichtung des Längsschlitzes (12) im Be reich des Mitnehmers (13) befindet sich zwi schen dem Hohlkörper (11) und dem Mitnehmer (13) sowie zwischen der flexiblen Folie (18) und dem Mitnehmer (13) jeweils eine Flüssig keitsschicht(30). 2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Mitnehmer (13) Führungsflä chen (17), die mit Führungsflächen (16) des Hohlkörpers (11) korrespondieren, sowie eine Gleitfläche (19) aufweist, über die die flexib le Folie (18) gleitet, und dass sich jeweils die Flüssigkeitsschicht (30) zwischen den Führunasfla- chen (16) des Hohlkörpers (11) und den Führungs flächen (17) des Mitnehmers (13) sowie zwischen der Gleitfläche (19) des Mitnehmers (13) und der flexiblen Folie (18) befindet. 3. Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Führungsflächen (17) und die Gleitfläche (19) des Mitnehmers (13) Bohrungen (20) aufweisen, die zur Zuführung der Flüssig keit (30) mit einer Leitung (21) verbunden sind. 4. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeits schicht (30) einen Überdruck aufweist. 5. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Hohlkörper (11) evakuiert ist und eine evakuierte Uberlaufleitung (25) auf weist. 6. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsschicht (30) aus Vakuumöl besteht. 7. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Folie (18) im Bereich des Längsschlitzes (12) an den Führungsflächen (16) des evakuierten Hohlkörpers (11) durch Unterdruck anliegt. 8. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die flexible Folie (18) aus Metall besteht und im Bereich des Längsschlitzes (12) durch am Hohlkörper (11) angebrachte Magnetleis ten (15) gehalten ist, 9. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Hohlkörper (11) ein im Quer schnitt U-förmiges Profil aufweist, dessen den Längsschlitz (12) begrenzende Schenkel nach un ten gerichtet sind. lo. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 2, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetleisten (15) an den Enden der Schenkel des Hohlprofils (11) befestigt sind und die Führungsflächen (16) für den Mitnehmer (13) aufweisen. 11. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Mitnehmer (13) sich in Mess richtung X verjüngende Enden (13a, 13b) aufweist. 12. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, da durch gekennzeichnet, dass die in den evakuierten Innenraum (31) des Hohlkörpers (11) eindringende Flüssigkeit (30) unterhalb des Flüssigkeitsspie gels (32) einer im evakuierten Innenraum (31) be findlichen Flüssigkeitssäule (33) eintritt.

Inventors: DANGSCHAT, HOLMER, DIPL.-ING.
Applicants: DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH
Application year: 1985
Main classification: G01B3
IPC codes: G01D5, G12B9, G01B3