DE102010006505A1

DE102010006505A1 - Koordinatenmessgerät mit passivem Dreh-Schwenk-Mechanismus

Info

Publication number: DE102010006505A1
Application number: DE201010006505
Authority: DE
Inventors: Otto 73479 Ruck
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: DE102010006505B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät (10) zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt (30), mit einem Sensorkopf (26), mit einem Gestellaufbau (14, 16, 18), der dazu ausgebildet ist, den Sensorkopf (26) relativ zu dem Messobjekt (30) zu verfahren, und mit einem Dreh-Schwenk-Mechanismus (58), der mindestens eine Stellkupplung (68, 72, 81, 83), die dazu ausgebildet ist, ein externes Antriebsmoment zum Bewegen des Sensorkopfs (26) um mindestens eine Achse (66, 70) einzuleiten, und mindestens einen Sperrmechanismus (86, 92; 74, 76) mit einer Freigabe- und einer Sperrposition aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Sensorkopf (26) in seiner Position um die mindestens eine Achse (66, 70) festzulegen. Des Weiteren ist eine zum Verbringen des mindestens einen Sperrmechanismus (86, 92; 74, 76) in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der Stellkupplung (68, 72, 81, 83). Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Dreh-Schwenk-Mechanismus und ein Verfahren zum Bestimmen der Nulllage eines Dreh-Schwenk-Mechanismus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt, mit einem Sensorkopf, mit einem Gestellaufbau, der dazu ausgebildet ist, den Sensorkopf relativ zu dem Messobjekt zu verfahren, und mit einem Dreh-Schwenk-Mechanismus, der mindestens eine Stellkupplung, die dazu ausgebildet ist, ein externes Antriebsmoment zum Bewegen des Taststifts um mindestens eine Achse einzuleiten, und mindestens einen Sperrmechanismus mit einer Freigabe- und einer Sperrposition aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Taststift in seiner Position um die mindestens eine Achse festzulegen.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Dreh-Schwenk-Mechanismus für ein Koordinatenmessgerät, mit einer Stellkupplung, um ein externes Antriebsmoment zum Verstellen eines Taststifts einzuleiten, und mit mindestens einem Sperrmechanismus mit einer Freigabe- und einer Sperrposition, um den Taststift in seiner Position um die mindestens eine Achse festzulegen.
Ein derartiges Koordinatenmessgerät und ein derartiger Dreh-Schwenk-Mechanismus sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 2008/135144 A1 bekannt.
Koordinatenmessgeräte werden in vielen industriellen Bereichen dazu verwendet, Raumkoordinaten von zu vermessenden Messobjekten zu bestimmen, um daraus auf die Dimensionen des Messobjekts schließen zu können. Die bestimmten Raumkoordinaten dienen dann beispielsweise der Qualitätskontrolle gefertigter Werkstücke. Zur Erfassung der Raumkoordinaten sind im Stand der Technik verschiedene Messsysteme bekannt, beispielsweise optische oder taktile Messsysteme. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird die Erfindung in erster Linie im Zusammenhang mit taktilen Messsystemen beschrieben, grundsätzlich ist die Erfindung jedoch dazu geeignet, zusammen mit allen Arten von Messsystemen eingesetzt zu werden.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Koordinatenmessgeräten ist in der Regel ein Gestellaufbau vorgesehen, der dazu dient, einen Sensorkopf, der eine Sensorik zum Erfassen der Raumkoordinaten des zu vermessenden Messobjekts aufweist, in einem Messbereich des Koordinatenmessgeräts zu verfahren, um das Messobjekt aus einer gewünschten Raumrichtung an einer gewünschten Stelle zu vermessen.
Häufig weisen die zu vermessenden Messobjekte Bohrungen, Hinterschneidungen oder andere Formgebungen auf, die mit einem optischen Sensor oder einem Taststift eines taktilen Sensors nur schwer bzw. nur aus einer bestimmten Richtung zu erfassen sind. Daher ist bei Koordinatenmessgeräten in der Regel ein so genannter Dreh-Schwenk-Mechanismus vorgesehen, der dazu dient, die räumliche Orientierung eines Sensors, beispielsweise des Taststifts, relativ zu dem Messobjekt beliebig zu verändern.
Daher wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, den Sensor bzw. den Taststift an dem Gestellaufbau drehbar bzw. verschwenkbar anzuordnen. Dabei wurden zum einen so genannte aktive Dreh-Schwenk-Mechanismen vorgeschlagen, wobei unter dem Begriff ”aktiv” zu verstehen ist, dass diese Dreh-Schwenk-Mechanismen einen eigenen Antrieb zum Ändern der Orientierung des Sensors bzw. Taststifts aufweisen.
Da solche separat vorzusehenden Antriebe jedoch ein gewisses Gewicht aufweisen und zudem mit Energie versorgt werden müssen, ist der konstruktive Aufwand zur Bereitstellung aktiver Dreh-Schwenk-Mechanismen sehr hoch. Zudem erzeugen die vorzusehenden Antriebe Wärme, was Temperaturveränderungen in dem Dreh-Schwenk-Mechanismus hervorruft, so dass die Kalibrierung des Koordinatenmessgeräts erschwert wird.
Daher werden im Stand der Technik des Weiteren auch so genannte passive Dreh-Schwenk-Mechanismen vorgeschlagen, wobei unter dem Begriff ”passiv” zu verstehen ist, dass diese Dreh-Schwenk-Mechanismen keine eigenen Antriebe zum Ändern der Orientierung des Sensors bzw. Taststifts aufweisen.
Beispielsweise wird in der Druckschrift US 4 168 576 vorgeschlagen, ein Gelenk vorzusehen, mit dem ein Taststift abgeknickt werden kann. Des Weiteren wird vorgeschlagen, in dem Messbereich verschiedene Vorrichtungen vorzusehen, an denen der Taststift angelegt werden kann, um dann mit dem Antrieb des Gestellaufbaus eine Änderung der Orientierung des Taststifts herbeizuführen. Der Dreh-Schwenk-Mechanismus weist hierzu eine Kugel-Rollen-Verrastung auf, die bei einem gewissen Druck eine Änderung der Rastposition und damit der Winkelausrichtung des Taststifts herbeiführt.
Die vorgeschlagene Anordnung kann jedoch die Nachteile aufweisen, dass der Taststift von den Geometrien, die zur zumindest teilweisen Fixierung des Taststifts vorgesehen sind, leicht abrutscht bzw. dass komplizierte Raumbewegungen des Gestellaufbaus notwendig sind, um eine Änderung der Winkelausrichtung des Taststifts herbeizuführen. Des Weiteren ist es von Nachteil, wenn der Taststift bzw. die Tastspitze selbst festgelegt wird, da diese dann Kräfte aufnehmen muss und sich bei dem Verstellvorgang verbiegt, wobei eventuell plastische Deformationen zurückbleiben, die eine erneute Kalibrierung des Koordinatenmessgeräts notwendig machen.
Um diese Nachteile zumindest teilweise auszuräumen, wurde beispielsweise in der Druckschrift US 5 848 477 ein kugelförmiger Rastmechanismus vorgeschlagen, der durch Einhaken des Taststifts in einer sternartigen Geometrie und anschließendes Verfahren des Gestellaufbaus betätigt werden kann. Zwar besteht hierbei nicht die Gefahr eines Abrutschens des Taststifts während des Verstellvorgangs, jedoch kann es auch hierbei auftreten, dass sich die Tastspitze auf ungewünschte Weise deformiert.
Daher wurden des Weiteren Systeme vorgeschlagen, die ein Festlegen der Tastspitze vermeiden. Beispielsweise schlägt die Druckschrift WO 2004/ 003466 A2 vor, an dem Dreh-Schwenk-Mechanismus eine Aufnahme vorzusehen, die mit einem entsprechenden Aufbau in dem Messbereich verrastet werden kann. Dazu ist der Aufbau durch den Gestellaufbau aus einer gewissen Richtung mit einem gewissen Druck anzufahren, damit die Verrastung hergestellt werden kann. Nun kann durch Verfahren des Gestellaufbaus die Orientierung des Taststifts bei eingerastetem Tastkopf verändert werden. Bei dieser Art von Koordinatenmessgerät wird zwar nicht die Tastspitze festgelegt, es ist jedoch ein sehr genaues Anfahren der Rastvorrichtung im Messbereich notwendig und ein gewisser Rastdruck aufzubringen, um die Verrastung herzustellen. Des Weiteren ist der Tastkopf im Messbereich häufig über weite Strecken von dem Messobjekt zu der Rastvorrichtung zu verfahren, was einen gewissen Zeitraum beansprucht und das Verstellen der Orientierung des Taststifts zeitaufwändig macht.
Um die Zeitdauer für den Verstellvorgang zu verringern, wird in der Druckschrift WO 2008/135144 A1 , die bereits eingangs genannt wurde, vorgeschlagen, an dem Gestellaufbau eine Zahnstange vorzusehen, die über einen geeigneten Kupplungsmechanismus mit einer Verstelleinrichtung des Taststifts in Eingriff bringbar ist. Des Weiteren ist eine Sperrvorrichtung vorgesehen, die den Taststift in seiner Orientierung um eine Schwenkachse wahlweise festlegen kann. Somit wird zunächst der Sperrmechanismus mit der Zahnstange in Eingriff gebracht und eine gewünschte, zu verstellende Achse freigegeben, dann wird der Verstellmechanismus an sich mit der Zahnstange in Eingriff gebracht, um die Tastspitze zu bewegen, letztlich wird der Sperrmechanismus wieder geschlossen. Da die Zahnstange unmittelbar an dem Gestellaufbau vorgesehen ist, ist nur ein kurzer Fahrweg des Gestellaufbaus notwendig, um die entsprechenden Kupplungen mit der Zahnstange in Eingriff zu bringen. Es kann jedoch vorkommen, dass es schwierig ist, die Kupplung herzustellen, wenn die Zähne des Kupplungsmechanismus mit den Zähnen der Zahnstange direkt aufeinandertreffen. Des Weiteren ist in jedem Fall zunächst der Sperrmechanismus, dann der Verstellmechanismus und letztens erneut der Sperrmechanismus anzufahren, um die Verstellung bereitzustellen. Dieses mehrmalige Anfahren kostet wiederum Zeit, so dass hier immer noch ein Optimierungsbedarf besteht.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Koordinatenmessgerät bzw. einen Dreh-Schwenk-Mechanismus bereitzustellen, der ein zuverlässiges und schnelles Verstellen der Orientierung eines Sensorkopfs bzw. Taststifts eines Koordinatenmessgeräts ermöglicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher vorgeschlagen, das eingangs genannte Koordinatenmessgerät dahingehend weiterzubilden, dass eine zum Verbringen des mindestens einen Sperrmechanismus in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der Stellkupplung ist.
Es wird also vorgeschlagen, dass der Dreh-Schwenk-Mechanismus des Koordinatenmessgeräts derart ausgestaltet ist, dass die Kraft, die zum Verbringen des Sperrmechanismus in die Freigabeposition aufzuwenden ist, gleichzeitig die Kupplungskraft bereitstellt. Somit ist ohne ein weiteres Verfahren des Gestellaufbaus nach Verbringen des Sperrmechanismus in seine Freigabeposition direkt ein Bewegen des Taststifts bzw. eine Änderung der Orientierung des Taststifts über die Stellkupplung möglich. Es wird also bei dem externen Einleiten einer Kraft zum Verbringen des Sperrmechanismus in seine Freigabeposition gleichzeitig die Kupplungskraft der Stellkupplung eingeleitet. Unter der Kupplungskraft der Stellkupplung ist dabei diejenige Kraft zu verstehen, mit der die Kupplungsflächen aneinandergedrückt werden.
Entsprechend wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, den Dreh-Schwenk-Mechanismus der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine zum Verbringen des mindestens einen Sperrmechanismus in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der Stellkupplung ist.
Der Dreh-Schwenk-Mechanismus gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist daher dieselben Vorteile wie das Koordinatenmessgerät gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Nulllage eines Dreh-Schwenk-Mechanismus eines Koordinatenmessgeräts vorgeschlagen, wobei der Dreh-Schwenk-Mechanismus mindestens eine Stellkupplung, um ein externes Antriebsmoment zum Schwenken eines Sensorkopfs um mindestens eine Achse einzuleiten, und eine Antriebsstange aufweist, die mit der Stellkupplung in Kontakt bringbar ist, und wobei das Koordinatenmessgerät mindestens einen Sensor aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine vorbestimmte Nulllage des Dreh-Schwenk-Mechanismus um die mindestens eine Achse zu erfassen, mit den Schritten des Kontaktierens der Antriebsstange mit der mindestens einen Stellkupplung in der Mitte der Antriebsstange, des ersten Bewegens des Dreh-Schwenk-Mechanismus um die Hälfte einer maximalen Strecke in eine Richtung entlang der Antriebsstange, des zweiten Bewegens des Dreh-Schwenk-Mechanismus um die maximale Strecke in eine entgegengesetzte Richtung, und des Erfassens der Nulllage mittels des mindestens einen Sensors während der Schritte des ersten und des zweiten Bewegens.
Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, die Nulllage eines Sensorkopfs bzw. Taststifts, der mit dem passiven Dreh-Schwenk-Mechanismus verbunden wurde, zu bestimmen, ohne dass die ursprüngliche Lage des Sensorkopfs zum Zeitpunkt der Montage bekannt war. Bisher war es stets notwendig, den Taststift bei einem Wechsel des Taststifts erneut in der gleichen oder einer vordefinierten Lage an dem Dreh-Schwenk-Mechanismus anzubringen. Mittels des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist es nunmehr möglich, die Nulllage des neu montierten Taststifts schnell automatisiert bestimmen zu lassen. Hierdurch wird nicht nur das Wechseln eines Taststifts erheblich vereinfacht, sondern auch ein neuer Grad der Automatisierung von Koordinatenmessgeräten erreicht. Insbesondere eignet sich das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines Koordinatenmessgeräts gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder eines Dreh-Schwenk-Mechanismus gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Koordinatenmessgeräts gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dreh-Schwenk-Mechanismus eine erste Stellkupplung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Taststift um eine erste Achse zu verstellen, und eine zweite Stellkupplung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Taststift um eine zweite Achse zu verstellen, und wobei ein erster Sperrmechanismus zum Festlegen des Taststifts in seiner Position um die erste Achse und ein zweiter Sperrmechanismus zum Festlegen des Taststifts in seiner Position um die zweite Achse vorgesehen sind, und wobei eine zum Verbringen des ersten Sperrmechanismus in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der ersten Stellkupplung ist und eine zum Verbringen des zweiten Sperrmechanismus in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der zweiten Stellkupplung ist.
Ein derartig weitergebildetes Koordinatenmessgerät weist zwei Achsen auf, um die eine Verstellung des Taststifts möglich ist. Damit ist sichergestellt, dass der Taststift jede gewünschte Orientierung in dem Messbereich einnehmen kann, um jegliche Oberflächenpositionen des Messobjekts anzufahren. Des Weiteren ist sichergestellt, dass jeweils eine Stellkupplung vorgesehen ist, um wahlweise den Taststift um eine der beiden Achsen zu verstellen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass jeweils ein Federelement vorgesehen ist, um den mindestens einen Sperrmechanismus in seine Sperrposition vorzuspannen.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jeder Sperrmechanismus in seiner Grundposition den Taststift um eine entsprechende Achse verrastet. Die Rastung ist lediglich durch Kontaktierung der jeweiligen Stellkupplung mittels der Antriebsstange möglich.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in einer Betriebsposition des Koordinatenmessgeräts die erste Achse in einer Richtung parallel zu einer Erdanziehungskraft verläuft und die zweite Achse senkrecht zu der ersten Achse verläuft, wobei ein erstes Federelement den ersten Sperrmechanismus in Richtung der Erdanziehungskraft vorspannt.
Auf diese Weise addiert sich zu der Federkraft des ersten Federelements noch die Gewichtskraft der unterhalb der ersten Stellkupplung angeordneten Elemente des Dreh-Schwenk-Mechanismus. Die Federkraft des ersten Federelements kann entsprechend kleiner bemessen sein, um ein sicheres Verrasten des Dreh-Schwenk-Mechanismus in der Sperrposition des ersten Sperrmechanismus sicherzustellen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein erstes, fest mit dem Gestellaufbau verbundenes Trägerrohr vorgesehen ist, das einen ersten Teil des ersten Sperrmechanismus aufweist, wobei ein erster Achskörper, der einen zweiten Teil des ersten Sperrmechanismus aufweist, an dem Trägerrohr aufgehängt ist, wobei der erste Teil und der zweite Teil des ersten Sperrmechanismus parallel zu der ersten Achse relativ zueinander verschiebbar sind. Der erste Achskörper hängt somit an dem Trägerrohr, so dass seine Gewichtskraft zusammen mit der Gewichtskraft der an dem ersten Achskörper festgelegten weiteren Elemente zusammen mit der Federkraft des ersten Federelements den ersten Sperrmechanismus verrastet.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein erstes Antriebsrad vorgesehen ist, das die erste Stellkupplung aufweist, wobei das erste Antriebsrad mit dem ersten Achskörper mittels einer Verbindung derart verbunden ist, dass die Verbindung eine Zugkraft und mit Spiel ein Moment um die erste Achse aufnehmen kann.
Damit wird erreicht, dass von dem ersten Antriebsrad auf den ersten Achskörper eine Zugkraft übertragen werden kann, so dass mittels der Kupplungskraft zwischen der Antriebsstange und der ersten Stellkupplung der erste Sperrmechanismus durch Anheben des ersten Achskörpers gelöst werden kann. Des Weiteren kann eine Drehung des ersten Antriebsrads in eine Drehung des ersten Achskörpers und damit des Sensorkopfs um die erste Achse bewirkt werden. Eine Druckkraft kann jedoch nicht übertragen werden. Des Weiteren weist die Verbindung in Drehrichtung ein gewisses Spiel auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass der erste Sperrmechanismus zwangfrei verrasten kann.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der erste Achskörper einen zweiten Achskörper trägt, mit dem ein zweites Antriebsrad und ein erster Teil des zweiten Sperrmechanismus fest verbunden sind, und der erste Achskörper fest mit einem zweiten Teil des zweiten Sperrmechanismus verbunden ist, wobei der erste Teil und der zweite Teil des zweiten Sperrmechanismus parallel zu der zweiten Achse relativ zueinander verschiebbar sind.
Somit bewirkt eine Drehung des ersten Achskörpers gleichzeitig eine Drehung der zweiten Achse um die erste Achse. Auf diese Weise wird es möglich, den Sensorkopf durch Drehen um die so miteinander gekoppelte erste und zweite Achse in allen gewünschten Orientierungen in dem Messbereich auszurichten.
In bevorzugter Weise kann vorgesehen sein, dass der Sensorkopf lösbar an dem ersten Teil des zweiten Sperrmechanismus angebracht ist.
Auf diese Weise ist es möglich, wahlweise den Sensorkopf zu wechseln. Beispielsweise können so andere Taststifte mit anderen Geometrien an dem Koordinatenmessgerät befestigt werden oder sogar andere Sensoren, beispielsweise optische Sensoren, an dem Dreh-Schwenk-Mechanismus des Koordinatenmessgeräts angebracht werden.
In bevorzugter Weise ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Stellkupplung eine Reibkupplung ist.
Auf diese Weise ist es besonders einfach möglich, einen Kontakt zwischen der Antriebsstange und der mindestens einen Stellkupplung herzustellen. Es wird so ausgeschlossen, dass kein sicherer Kontakt hergestellt werden kann, wie es beispielsweise bei Verzahnungen der Fall sein kann.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das externe Antriebsmoment einleitbar ist, indem eine Fläche der mindestens einen Stellkupplung in Kontakt mit einer Antriebsstange tritt und sich der Dreh-Schwenk-Mechanismus parallel zu der Antriebsstange bewegt.
Auf diese Weise wird die Kontaktierung der Antriebsstange mittels der mindestens einen Stellkupplung besonders einfach ermöglicht und auf konstruktiv einfache Weise sichergestellt, dass die Kupplungskraft gleichzeitig dazu verwendet werden kann, den jeweiligen Sperrmechanismus in seine Freigabeposition zu bewegen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Antriebsstange in bzw. aus einem Messbereich des Koordinatenmessgeräts hinein- bzw. herausschwenkbar ist.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Antriebsstange das Koordinatenmessgerät in dem Messbereich nicht behindert. Die Antriebsstange wird somit nur dann in den Messbereich hineingeschwenkt, wenn eine Verstellung des Sensorkopfs gewünscht wird. Hierzu kann beispielsweise ein separater Antrieb für einen Schwenkmechanismus der Antriebsstange vorgesehen sein.
In bevorzugter Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Koordinatenmessgerät mindestens einen Sensor aufweist, um eine vorbestimmte Nulllage des Dreh-Schwenk-Mechanismus um die mindestens eine Achse zu erfassen.
Dies ermöglicht einen variablen Wechsel von Taststiften bzw. ein variables Ersetzen eines taktilen Sensors mittels eines optischen Sensors oder eines anderen Sensors. Beim Wiedereinsetzen eines Sensors muss nicht darauf geachtet werden, diesen in derselben Lage wie den ausgetauschten Sensor in das Koordinatenmessgerät einzubauen. Das Koordinatenmessgerät ist selbstständig dazu in der Lage, die Nulllage des Sensors zu erfassen.
Gemäß einer Weiterbildung des dritten Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dreh-Schwenk-Mechanismus in einer Betriebsposition dazu vorgesehen ist, den Taststift um eine vertikale Achse und um eine horizontale Achse zu verschwenken, und die Schritte des Kontaktierens, des ersten Bewegens, des zweiten Bewegens und des Erfassens zunächst zur Bestimmung der Nulllage um die vertikale Achse und dann zur Bestimmung der Nulllage um die horizontale Achse durchgeführt werden.
Erfahrungen haben gezeigt, dass durch diese Abfolge der Bestimmung der Nulllage eine besonders hohe Genauigkeit erzielt werden kann.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivansicht eines Koordinatenmessgeräts,
2 eine schematische Seitenansicht einer Sensorik eines Taststifts des Koordinatenmessgeräts,
3 eine Perspektivansicht eines Dreh-Schwenk-Mechanismus des Koordinatenmessgeräts,
4 eine Seitenansicht des Dreh-Schwenk-Mechanismus in 3,
5 eine weitere Perspektivansicht mit teilweise ausgeschnittenem ersten Achskörper des Dreh-Schwenk-Mechanismus in 3,
6 eine perspektivische Unteransicht des Dreh-Schwenk-Mechanismus in 3, wobei der erste Achskörper ausgespart ist,
7 eine perspektivische Oberansicht des Dreh-Schwenk-Mechanismus in 3, wobei der erste Achskörper ausgespart ist,
8 eine perspektivische Unteransicht des ersten Achskörpers und eines ersten Antriebsrads,
9 eine perspektivische Seitenansicht einiger Elemente des Dreh-Schwenk-Mechanismus in 3,
10a und 10b eine schematische Schnittansicht einer Verbindung zwischen dem ersten Achskörper und dem ersten Antriebsrad,
11 eine Seitenansicht des Dreh-Schwenk-Mechanismus in 3, wobei der erste Achskörper teilweise ausgeschnitten ist, und
12 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen einer Nulllage.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgeräts in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Koordinatenmessgerät 10 weist eine Basis 12 auf, auf der ein Portal 14 in Längsrichtung verschieblich angeordnet ist. Die Bewegungsrichtung des Portals 14 relativ zu der Basis 12 wird üblicherweise als Y-Achse bezeichnet. An einem oberen Querträger des Portals 14 ist ein Schlitten 16 angeordnet, der in Querrichtung verschieblich ist. Die Querrichtung wird üblicherweise als X-Achse bezeichnet. Der Schlitten 16 trägt eine Pinole 18, die in Z-Richtung senkrecht zu der Basis 12 verfahren werden kann. Mit den Bezugsziffern 20, 22, 24 sind Messeinrichtungen bzw. Skalen bezeichnet, anhand derer eine Position des Portals 14, eine Position des Schlittens 16 und eine Position der Pinole 18 bestimmt werden können. Typischerweise handelt es sich bei den Messeinrichtungen 20, 22, 24 um Glasmaßstäbe, die mit Hilfe geeigneter Sensoren abgelesen werden können.
An einem unteren freien Ende der Pinole 18 ist ein Sensorkopf 26 angeordnet. Bei dem Sensorkopf 26 handelt es sich um einen Tastkopf 26, der einen Taststift 28 trägt. Grundsätzlich kann der Sensorkopf 26 aber auch ein anderes geeignetes Messsystem tragen, beispielsweise ein optisches Messsystem. Die nachstehenden Erläuterungen anhand eines taktilen Messsystems sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Auf der Basis 12 innerhalb des Portals 14 befindet sich ein Messbereich 29, in dem ein Messobjekt 30 angeordnet ist. Der Taststift 28 besitzt an seinem unteren freien Ende eine Tastkugel 31 zum Antasten des Messobjekts 30. Mit Hilfe der Skalen 20, 22, 24 lässt sich die Position des Tastkopfs 26 innerhalb des Messbereichs 29 beim Antasten des Messpunktes bestimmen. In Abhängigkeit davon kann man dann die Raumkoordinaten des angetasteten Messpunktes bestimmen.
Mit der Bezugsziffer 32 ist eine Auswerte- und Steuereinheit bezeichnet. Die Auswerte- und Steuereinheit 32 dient dazu, die motorischen Antriebe für die Bewegungen des Tastkopfs 26 entlang der drei Koordinatenachsen X, Y und Z anzusteuern. Außerdem liest die Auswerte- und Steuereinheit 32 die Messwerte aus den Skalen 20, 22, 24 aus, und sie bestimmt in Abhängigkeit davon und in Abhängigkeit von den Auslenkungen des Taststifts 28 die aktuellen Raumkoordinaten des Messpunkts und gegebenenfalls weitere geometrische Größen des Messobjekts 30.
Mit der Bezugsziffer 34 ist ein Bedienpult bezeichnet, das optional vorgesehen sein kann, um den Tastkopf 26 manuell zu verfahren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Antriebsstange 36 an dem Querträger des Portals 14 befestigt. Die Antriebsstange 36 ist so angeordnet, dass der Tastkopf 26 mit Hilfe der Pinole 18 in einen Bereich der Antriebsstange 36 verfahren werden kann, wie dies nachfolgend anhand der 3 bis 11 näher erläutert wird. Des Weiteren könnte in anderen Ausführungsbeispielen ein elektrischer Antrieb angeordnet sein, um ein externes Antriebsmoment zum Verstellen des Taststifts 28 zu erzeugen. Außerdem könnten die Antriebsstange 36 oder der elektrische Antrieb (nicht dargestellt) auch an einer anderen Stelle innerhalb des Messbereichs 29 des Koordinatenmessgeräts 10 angeordnet sein, beispielsweise an einer der Portalsäulen und/oder an einem Taststiftmagazin, das hier der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
2 zeigt anhand einer vereinfachten, schematischen Darstellung die grundlegende Funktionsweise des Tastkopfs 26. Der Tastkopf 26 besitzt einen feststehenden Teil 38 und einen beweglichen Teil 40, die über zwei Blattfedern 42, 44 miteinander verbunden sind. Die Blattfedern 42, 44 bilden ein Federparallelogramm, das eine Bewegung des Teils 40 in Richtung des Teils 46 ermöglicht. Damit kann der Taststift 28 um eine Distanz D aus seiner Ruhelage ausgelenkt werden. Bei der Bezugsziffer 28' ist der Tastkopf 28 in der ausgelenkten Position schematisch dargestellt.
Die Auslenkung des Taststifts 28 relativ zu dem feststehenden Teil 38 kann die Folge einer Antastung des Messobjekts 30 sein. Vorteilhafterweise wird die Auslenkung des Taststifts 28 bei der Bestimmung der Raumkoordinaten berücksichtigt. Darüber hinaus kann die Auslenkung des Taststifts 28 in bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Hilfe eines Messkraftgenerators erzeugt werden. An dem feststehenden Teil 38 und an dem beweglichen Teil 40 ist jeweils ein Schenkel 48, 50 angeordnet. Die Schenkel 48, 50 stehen parallel zu den Blattfedern 42, 44 und parallel zueinander. Zwischen den Schenkeln 48, 50 ist ein Sensor 52 (hier mit einer Skala 54 dargestellt) und ein Messkraftgenerator 56 angeordnet. Der Sensor 52 kann eine Tauchspule, ein Hall-Sensor, ein piezoresistiver Sensor oder ein anderer Sensor sein, mit dessen Hilfe die räumliche Auslenkung des Taststifts 28 relativ zu dem feststehenden Teil 38 bestimmt werden kann. Der Messkraftgenerator 56 kann beispielsweise eine Tauchspule sein, mit deren Hilfe die beiden Schenkel 48, 50 gegeneinander gezogen oder auseinander gedrückt werden können.
In der vereinfachten Darstellung in 2 ermöglicht der Tastkopf 26 lediglich eine Auslenkung des Taststifts 28 in Richtung des Pfeils 46. Den einschlägigen Fachleuten ist allerdings bekannt, dass ein solcher Tastkopf 26 typischerweise eine entsprechende Auslenkung in zwei weiteren, orthogonalen Raumrichtungen ermöglicht. Ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Tastkopf 26 ist beispielsweise in der Druckschrift DE 44 24 225 A1 beschrieben, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen speziellen Tastkopf beschränkt und kann auch mit anderen messenden oder schaltenden Tastköpfen und Sensorköpfen anderer Messsysteme realisiert werden.
Den einschlägigen Fachleuten ist bekannt, dass ein Tastkopf bzw. Sensorkopf der in 2 stark vereinfacht dargestellten Art in der Regel eine Aufnahme besitzt, an der der Taststift 28 bzw. ein anderer Sensor auswechselbar befestigt ist.
Den einschlägigen Fachleuten ist des Weiteren bekannt, dass Koordinatenmessgeräte 10 in der Regel einen Dreh-Schwenk-Mechanismus aufweisen, um den Taststift 28 in seiner Orientierung in dem Messbereich 29 zu verstellen. Die Anordnung des Taststifts 28, des Tastkopfs 26 mit seiner Sensorik und des Dreh-Schwenk-Mechanismus kann dabei variabel sein. Es ist bekannt, dass beispielsweise der Dreh-Schwenk-Mechanismus zwischen dem Tastkopf 26 und dem Taststift 28 angeordnet ist, um die Sensorik des Tastkopfs 26 nicht ebenfalls mit dem Dreh-Schwenk-Mechanismus verschwenken zu müssen. Alternativ ist es aber genauso bekannt, einen Dreh-Schwenk-Mechanismus zwischen der Pinole 18 und dem Tastkopf 26 anzuordnen, so dass der Tastkopf 26 zusammen mit dem Taststift 28 mittels des Dreh-Schwenk-Mechanismus verschwenkt wird. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Dreh-Schwenk-Mechanismus wird nachfolgend anhand der 3 bis 11 näher beschrieben.
In 3 ist ein Dreh-Schwenk-Mechanismus allgemein mit dem Bezugszeichen 58 bezeichnet. Der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 weist eine Pinolenaufnahme 60 auf, mit der der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 an der Pinole 18 befestigt werden kann. Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, kann alternativ selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 an einem Tastkopf bzw. Sensorkopf 26, der die gesamte oder einen Teil der entsprechenden Sensorik trägt, an dieser Stelle mit dem Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 verbunden wird.
Die Pinolenaufnahme 60 weist eine Kabeldurchführung 62 auf, um, falls es notwendig sein sollte, entsprechende Kabel durch den Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 von der Pinole 18 zu dem Taststift 28 bzw. zu einem Tastkopf 26 zu führen.
Das zentrale Element des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 bildet ein erster Achskörper 64. Dieser weist im Wesentlichen die Form eines Zylinders mit rechteckiger Grundfläche auf. Der erste Achskörper 64 ist hohl und kann an seinem unteren Ende mittels eines Deckels (nicht dargestellt) verschlossen sein.
Der erste Achskörper 64 erstreckt sich in seiner Höhe entlang einer ersten Achse 66, die konzentrisch zu der Kabeldurchführung 62 der Pinolenaufnahme 60 verläuft.
Zwischen dem ersten Achskörper 64 und der Pinolenaufnahme 60 ist ein Antriebsrad 68 für die erste Achse 66 vorgesehen. Das Antriebsrad 68 weist ebenfalls eine zylindrische Form mit zwei im Wesentlichen kreisförmigen Grundflächen unterschiedlicher Durchmesser auf, so dass eine Stufe 69 gebildet ist. Die sich durch die Stufe 69 ergebende Fläche weist dabei in Richtung der ersten Achse 66. Diese Stufe 69 des Antriebsrads 68 ist in Kontakt mit der Antriebsstange 36 bringbar. So wird ein Reibkontakt zwischen der Antriebsstange 36 und der Stufe 69 hergestellt, so dass durch eine Bewegung des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 entlang der Antriebsstange 36 das Antriebsrad 68 um die erste Achse 66 rotiert.
Orthogonal zu der ersten Achse 66 erstreckt sich eine zweite Achse 70. Zum Verschwenken eines Taststifts 28 um diese zweite Achse 70 ist ein zweites Antriebsrad 72 vorgesehen, das ebenfalls mit der Antriebsstange 36 in Kontakt bringbar ist. Das zweite Antriebsrad 72 weist hier keine abrupte Stufe auf wie das erste Antriebsrad 68, sondern einen kontinuierlichen Übergang 73 bzw. eine Facette, um eine in Richtung der ersten Achse 66 verlaufende Kupplungskraft, die von der Antriebsstange 36 auf das zweite Antriebsrad 72 ausgeübt wird, in Richtung der zweiten Achse 70 umzusetzen, so dass es möglich ist, das zweite Antriebsrad 72 durch eine Bewegung des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 in Richtung der ersten Achse 66 bei Kontaktierung der Antriebsstange 36 mittels des zweiten Antriebsrads 72 in Richtung der zweiten Achse 70 zu schieben.
Des Weiteren weist der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 einen Kugelring 74 auf, der einen Teil eines Sperrmechanismus zum Verrasten des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 um die zweite Achse 70 bildet.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Sperrmechanismen als Kugel-Kugel-Verzahnung ausgebildet. Alternativ können sie natürlich auch als Kugel-Rollen-Verzahnung, Hirth-Verzahnung oder als anderer geeigneter Sperrmechanismus ausgebildet sein.
Den zweiten Teil eines Sperrmechanismus um die zweite Achse 70 bildet eine Tellerplatte 76, die mit entsprechenden kugelförmigen Erhebungen mit dem Kugelring 74 in einer Sperrposition in Eingriff befindlich ist.
Der Kugelring 74 und die Tellerplatte 76 weisen ebenfalls eine zylindrische bzw. scheibenförmige Form auf, wobei ihre Längsachsen und Mittelpunkte konzentrisch zu dem zweiten Antriebsrad 72 und der zweiten Achse 70 verlaufen bzw. liegen.
Des Weiteren ist ein Wechselteller 78 vorgesehen, der eine Sensorkopfaufnahme 80 aufweist. Je nachdem, an welcher Stelle der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 angeordnet ist, kann anstatt der Sensorkopfaufnahme 80 auch direkt der Taststift 28 bzw. ein anderer Sensor angeordnet sein. Der Wechselteller 78 ist mittels einer Magnetverbindung 79 mit der Tellerplatte 76 verbunden, so dass der Wechselteller 78 leicht wieder lösbar und durch einen anderen Wechselteller, der beispielsweise einen anderen Taststift 28 trägt, ersetzbar ist. Anstelle einer Magnetverbindung 79 kann selbstverständlich auch jede andere geeignete Art von Verbindung gewählt sein. Die gewählte Verbindung sollte lediglich leicht lösbar sein, um ein schnelles Wechseln des Wechseltellers 78 zu ermöglichen.
4 zeigt den Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 in 3 in einer schematischen Seitenansicht. Wie zu erkennen ist, ist die Antriebsstange 36 an dem Portal 14 angebracht. Auf diese Weise ist es möglich, die Antriebsstange 36 durch Bewegen der Pinole 18 so in den Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 einzufädeln, dass mit dem Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 die Antriebsstange 36 angefahren werden kann. Dabei wird entweder eine erste Stellkupplung 81 der ersten Achse 66, die durch die Stufe 69 des ersten Antriebsrads 68 gebildet ist, mit der Antriebsstange 36 in Eingriff gebracht oder aber die zweite Stellkupplung 83, die durch den Übergang 73 des zweiten Antriebsrads 72 gebildet ist. In dieser Ansicht ist auch eine entsprechende Wölbung der zweiten Stellkupplung 83 zu erkennen, die es ermöglicht, dass eine Bewegung des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 entlang der ersten Achse 66 in eine Seitwärtsbewegung des zweiten Antriebsrads 72 in Richtung der zweiten Achse 70 umgesetzt wird. Das zweite Antriebsrad 72 ist mit einer Welle 82 der zweiten Achse 70 verbunden. Das andere Ende der Welle 82 ist mit der Tellerplatte 76 verbunden. Die Welle 82 ist dafür beispielsweise als Profilwelle ausgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, dass eine Zug- bzw. Druckkraft von dem zweiten Antriebsrad 72 auf die Tellerplatte 76 übertragen wird, aber auch ein Moment übertragen werden kann. Vorzugsweise ist das Profil derart ausgestaltet, dass die Tellerplatte 76 in Umfangsrichtung ein gewisses Spiel auf der Welle 82 aufweist, damit die Tellerplatte 76 zwangfrei mit dem Kugelring 74 verrasten kann. Zur axialen Befestigung auf der Welle 82 können Sicherungsringe oder ähnlich wirkende Elemente dienen.
5 zeigt den Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 in einer Perspektivansicht von unten, wobei der erste Achskörper 64 teilweise freigeschnitten ist. Wie zu erkennen ist, ist die Welle 82 durch eine Wellenhülse 84 geführt, bis sie zu der Tellerplatte 76 gelangt. Die Wellenhülse 84 ist fest mit dem Kugelring 74 verbunden, wobei der Kugelring 74 und die Wellenhülse 84 wiederum fest mit dem Achskörper 64 verbunden sind.
6 zeigt eine weitere Perspektivansicht des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 von unten, wobei der erste Achskörper 64 vollständig ausgeblendet ist. Zu erkennen ist, dass die Pinolenaufnahme 60 in ein Trägerrohr 85 übergeht. Das Trägerrohr 85 weist an seinem freien Ende einen weiteren Kugelring 86 auf, der in der Betriebsposition des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 ”nach oben”, d. h. entgegengesetzt zu einer Erdanziehungskraft, weist. Auf diesem Kugelring 86 ist der erste Achskörper 64 aufgehängt.
Es ist des Weiteren ein zweites Federelement 88 vorgesehen, das das zweite Antriebsrad 72 in der dargestellten Orientierung ”nach rechts” von der Welle 82 weg vorspannt. Dadurch wird erreicht, dass durch die Federspannung der Feder 88 die Tellerplatte 76 in den Kugelring 74 gespannt wird.
Des Weiteren ist ein zweites Federelement 90 vorgesehen, das das Trägerrohr 85 zu der Wellenhülse 84 vorspannt. Dabei wird die Wellenhülse 84 und damit der erste Achskörper 64 mit den weiteren an dem ersten Achskörper 64 angeordneten Elementen nach unten, d. h. in Richtung der Erdanziehungskraft, gedrückt. Die Gewichtskraft des ersten Achskörpers 64, des zweiten Antriebsrads 72, des Kugelrings 74, der Tellerplatte 76, des Wechseltellers 78 und der Sensorkopfaufnahme 80 addieren sich somit zu der Federkraft der ersten Feder 90 hinzu.
In 7 ist der Kugelring 86 des Trägerrohrs 85 zu erkennen. Der Kugelring 86 greift mit Kugeln 92 ineinander, die in der in 8 dargestellten Ansicht des ersten Achskörpers 64 erkennbar sind. Die 8 zeigt den ersten Achskörper 64 in einer schematischen Ansicht von unten. Die Kugeln 92 stellen eine stabile Dreipunktlagerung auf dem Kugelring 86 bereit, so dass der durch den Kugelring 86 und die Kugeln 92 bereitgestellte erste Sperrmechanismus sicher verrasten kann.
In 9 ist die Verbindung des ersten Antriebsrads 68 mit dem ersten Achskörper 64 dargestellt. Die Verbindung erfolgt mittels dreier Verbindungsstangen 94. In den 10a und 10b ist in einer schematischen Querschnittsansicht die Anordnung der Verbindungsstangen 94 in dem ersten Antriebsrad 68 und dem ersten Achskörper 64 dargestellt. Zwischen dem ersten Achskörper 64 und dem ersten Antriebsrad 68 ist ein Spalt 96 vorgesehen, so dass der erste Achskörper 64 und das erste Antriebsrad 68 voneinander beabstandet sind. Die Verbindungsstangen 94 weisen an beiden Enden jeweils einen Kopf 98, 98' auf, so dass zwischen dem ersten Achskörper 64 und dem ersten Antriebsrad 68 eine Zugkraft übertragen werden kann. Es kann jedoch keine Druckkraft übertragen werden. Des Weiteren weist die dargestellte Verbindung in Umfangsrichtung ein gewisses Spiel auf, so dass der erste Achskörper 64 und das erste Antriebsrad 68 sich in Umfangsrichtung leicht zueinander verschieben können, wie in 10b dargestellt ist. Auf diese Weise ist eine zwangfreie Verrastung der Kugeln 92 in dem Kugelring 86 möglich, wenn das erste Antriebsrad 68 und der erste Achskörper 64 bei eingekuppelter Stellkupplung 81 um die erste Achse 66 verschwenkt werden.
Gleichzeitig vermeidet diese Art der Lagerung, dass das erste Federelement 88 und das zweite Federelement 90 bei einem Betätigen der zweiten Stellkupplung 83 gegeneinander arbeiten können. Die dargestellte Lagerung ist des Weiteren dazu in der Lage, eine bei einem Stellen der zweiten Stellkupplung 83 aufkommende Kippkraft aufzunehmen.
Die Lagerung des ersten Antriebsrads 68 auf dem Trägerrohr ist derart ausgestaltet, dass sowohl eine Drehbewegung des ersten Antriebrads 68 um das Trägerrohr 85 als auch eine Bewegung in Richtung der ersten Achse 66 möglich ist, ohne dass ein durch die Antriebsstange 36 eingeleitetes Moment das erste Antriebsrad 68 verkippen kann.
11 zeigt sämtliche Elemente des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 in einer schematischen Zusammenbau-Ansicht, wobei der erste Achskörper 64 hälftig geschnitten ist, um die in dem ersten Achskörper 64 liegenden Elemente sichtbar zu machen. Wird die erste Stellkupplung 81 mit der Antriebsstange 36 in Eingriff gebracht, wird das erste Antriebsrad 68 angehoben, so dass auch der erste Achskörper 64 angehoben wird. Auf diese Weise werden die Kugeln 92 aus dem Kugelring 86 gehoben, und durch eine Bewegung parallel zu der Antriebsstange 36 in X-Richtung wird das in Reibeingriff befindliche erste Antriebsrad 68 um die erste Achse 66 gedreht. Wird der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 anschließend wieder außer Kontakt mit der Antriebsstange 36 gebracht, senken sich das erste Antriebsrad 68 und der erste Achskörper 64 ab, so dass die Kugeln 92 aufgrund der Verbindung mittels der Verbindungsstangen 94 zwangfrei wieder in Eingriff mit dem Kugelring 86 gelangen können.
Die Kupplungskraft der ersten Stellkupplung 81 mit der Antriebsstange 36, die durch Andrücken der ersten Stellkupplung 81 auf die Antriebsstange 36 von der Antriebsstange 36 auf die erste Stellkupplung 81 ausgeübt wird, ist somit gleichzeitig die Kraft zum Verbringen des aus den Kugeln 92 in dem Kugelring 86 bestehenden ersten Sperrmechanismus in seine Freigabeposition.
Wird der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 derart bewegt, dass die Antriebsstange 36 mit der zweiten Stellkupplung 83 auf dem zweiten Antriebsrad 72 in Kontakt gebracht wird, wird das zweite Antriebsrad 72 aufgrund der Formgebung der zweiten Stellkupplung 83 in Richtung des ersten Achskörpers 64 gedrückt. Über die Welle 82 drückt diese Druckkraft auf die Tellerplatte 76, die sich von dem Kugelring 74 abhebt, so dass der aus dem zweiten Kugelring 74 und der Tellerplatte 76 bestehende zweite Sperrmechanismus gelöst wird. Erneut kann durch Verfahren des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 in X-Richtung entlang der Antriebsstange 36 nun ein Drehen des Wechseltellers 78 um die zweite Achse 70 bewirkt werden. Löst man den Kontakt der Antriebsstange 36 mit dem zweiten Antriebsrad 72, drückt entsprechend das zweite Federelement 88 das Antriebsrads 72 wieder in seine Ausgangsposition, so dass aufgrund der mit etwas Spiel behafteten Lagerung der Tellerplatte 76 auf der Welle 82 ein zwangfreies Einrasten der Tellerplatte 76 auf dem Kugelring 74 eintritt.
Auch in diesem Fall stellt somit die von der Antriebsstange 36 auf die zweite Stellkupplung 83 ausgeübte Kupplungskraft, die aufgrund der Formgebung der zweiten Stellkupplung 83 in Richtung der zweiten Achse 70 umgeleitet wird, die Kraft zum Verbringen des durch die Tellerplatte 76 und den Kugelring 74 gebildeten zweiten Sperrmechanismus in seine Freigabeposition dar.
Des Weiteren sind zwei Hall-Sensoren 100 und 102 vorgesehen. Der Sensor 100 erfasst dabei eine bestimmte Lage des ersten Antriebsrads 68 relativ zu der Pinolenaufnahme 60. Ein zweiter Sensor 102 erfasst dabei eine bestimmte relative Lage der Tellerplatte 76 zu dem Kugelring 74. Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen der Hall-Sensoren 100, 102 denkbar, als in 11 dargestellt ist. Insbesondere der Hall-Sensor 102 kann auch auf andere Weise angeordnet oder durch eine andere Sensorart realisiert sein, falls es zu Störungen durch die Magnetverbindung 79 kommen sollte.
Mittels der Hall-Sensoren ist es somit möglich, eine so genannte Nulllage der entsprechenden Elemente relativ zueinander zu erfassen, wenn die entsprechenden Elemente der Sensoren 100, 102 einander gegenüberliegen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass anstelle von Hall-Sensoren andere geeignete Sensoren verwendet werden.
In 12 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der Nulllage des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 dargestellt. Das Verfahren ist allgemein mit dem Bezugszeichen 103 bezeichnet. Das Verfahren beginnt in einem Startschritt 104.
In einem Schritt 106 wird zunächst die Antriebsstange 36 mittels des Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 wahlweise mit der ersten Stellkupplung 81 oder der zweiten Stellkupplung 83 mittig kontaktiert. Nun wird in einem Schritt 108 des ersten Bewegens der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 um die Hälfte der maximalen Strecke in eine erste Richtung entlang der Antriebsstange 36 bewegt.
Unter der ”maximalen Strecke” ist dabei diejenige Strecke zu verstehen, die von einer mittigen Lage auf der Antriebsstange 36 bis zu einem Ende der Antriebsstange 36 verfahren werden kann. Zu Beginn wird somit die Antriebsstange 36 in ihrer Mitte kontaktiert und die Hälfte dieser maximalen Strecke abgefahren.
In einem Schritt 110 eines zweiten Bewegens wird nun der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 um die maximale Strecke in die entgegengesetzte Richtung verfahren. Wird beispielsweise der Dreh-Schwenk-Mechanismus 58 aus einer mittigen Lage auf der Antriebsstange 36 zunächst um die Hälfte der maximalen Strecke ”nach links” verfahren, befindet er sich nach dem Schritt 110 des zweiten Bewegens von der mittigen Lage aus gesehen auf der Hälfte der maximalen Strecke ”nach rechts” versetzt. Dieses Bewegungsschema stellt sicher, dass die Nulllage um die entsprechende Achse in jedem Fall erfasst werden kann. Beispielsweise bei einem Hall-Sensor 100, 102 liegen die beiden Elemente des Sensors 100, 102 in jedem Fall während dieses Bewegungsschemas einmal einander gegenüber.
In den Schritten 108 und 110 wird somit während eines Schritts 112 die Nulllage um die entsprechende Achse 66, 70 mittels des Sensors 100, 102 erfasst. Das Verfahren endet anschließend in einem Stoppschritt 114. Die Nulllage um die entsprechende gewählte Achse 66, 70 ist somit festgestellt. Es kann nun die Nulllage um die entsprechende andere Achse 66, 70 festgestellt werden. Es ist vorgesehen, dass zunächst die Nulllage um eine in der Betriebsposition vertikale Achse, d. h. in der Regel die erste Achse 66, und dann die Nulllage um eine in der Betriebsposition horizontale Achse, d. h. die zweite Achse 70, bestimmt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/135144 A1 [0003, 0014]
US 4168576 [0010]
US 5848477 [0012]
WO 2004/003466 A2 [0013]
DE 4424225 A1 [0067]

Claims

Koordinatenmessgerät (10) zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt (30), mit einem Sensorkopf (26), mit einem Gestellaufbau (14, 16, 18), der dazu ausgebildet ist, den Sensorkopf (26) relativ zu dem Messobjekt (30) zu verfahren, und mit einem Dreh-Schwenk-Mechanismus (58), der mindestens eine Stellkupplung (68, 72; 81, 83), die dazu ausgebildet ist, ein externes Antriebsmoment zum Bewegen des Sensorkopfs (26) um mindestens eine Achse (66, 70) einzuleiten, und mindestens einen Sperrmechanismus (86, 92; 74, 76) mit einer Freigabe- und einer Sperrposition aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Sensorkopf (26) in seiner Position um die mindestens eine Achse (66, 70) festzulegen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Verbringen des mindestens einen Sperrmechanismus (86, 92; 74, 76) in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der Stellkupplung (68, 72; 81, 83) ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) eine erste Stellkupplung (81) aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Sensorkopf (26) um eine erste Achse (66) zu verstellen, und eine zweite Stellkupplung (83) aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Sensorkopf (26) um eine zweite Achse (70) zu verstellen, und wobei ein erster Sperrmechanismus (86, 92) zum Festlegen des Sensorkopfs (26) in seiner Position um die erste Achse (66) und ein zweiter Sperrmechanismus (74, 76) zum Festlegen des Sensorkopfs (26) in seiner Position um die zweite Achse (70) vorgesehen ist, und wobei eine zum Verbringen des ersten Sperrmechanismus (86, 92) in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der ersten Stellkupplung (68, 81) ist und eine zum Verbringen des zweiten Sperrmechanismus (74, 76) in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der zweiten Stellkupplung (72, 83) ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Federelement (88, 90) vorgesehen ist, um den mindestens einen Sperrmechanismus (86, 92; 74, 76) in seine Sperrposition vorzuspannen.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsposition des Koordinatenmessgeräts (10) die erste Achse (66) in einer Richtung (Z) parallel zu einer Erdanziehungskraft verläuft und die zweite Achse (70) senkrecht zu der ersten Achse (66) verläuft, wobei ein erstes Federelement (90) den ersten Sperrmechanismus (86, 92) in Richtung der Erdanziehungskraft vorspannt.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes, fest mit dem Gestellaufbau (14, 16, 18) verbundenes Trägerrohr (85) vorgesehen ist, das ein erstes Teil (86) des ersten Sperrmechanismus (86, 92) aufweist, wobei ein erster Achskörper (64), der ein zweites Teil (92) des ersten Sperrmechanismus (86, 92) aufweist, an dem Trägerrohr (85) aufgehängt ist, wobei der erste Teil (86) und der zweite Teil (92) des ersten Sperrmechanismus (86, 92) parallel zu der ersten Achse (66) relativ zueinander verschiebbar sind.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Antriebsrad (68) vorgesehen ist, das die erste Stellkupplung (81) aufweist, wobei das erste Antriebsrad (68) mit dem ersten Achskörper (85) mittels einer Verbindung (94) derart verbunden ist, dass die Verbindung (94) eine Zugkraft und mit Spiel ein Moment um die erste Achse (66) aufnehmen kann.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Achskörper (64) einen zweiten Achskörper (82) trägt, mit dem ein zweites Antriebsrad (72) und ein erster Teil (76) des zweiten Sperrmechanismus (74, 76) fest verbunden sind, und der erste Achskörper (64) fest mit einem zweiten Teil (74, 84) des zweiten Sperrmechanismus (74, 76) verbunden ist, wobei der erste Teil (76) und der zweite Teil (74) des zweiten Sperrmechanismus (74, 76) parallel zu der zweiten Achse (70) relativ zueinander verschiebbar sind.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (26) lösbar an dem ersten Teil (76) des zweiten Sperrmechanismus (74, 76) angebracht ist.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stellkupplung (68, 72, 81, 83) eine Reibkupplung ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Antriebsmoment einleitbar ist, indem eine Fläche (81, 83) der mindestens einen Stellkupplung (68, 72, 81, 83) in Kontakt mit einer Antriebsstange (36) tritt und sich der Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) parallel zu der Antriebsstange (36) bewegt.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstange (36) in bzw. aus einem Messbereich (29) des Koordinatenmessgeräts (10) hinein- bzw. herausschwenkbar ist.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatenmessgerät (10) mindestens einen Sensor (100, 102) aufweist, um eine vorbestimmte Nulllage des Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) um die mindestens eine Achse (66, 70) zu erfassen.
Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) für ein Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Stellkupplung (68, 72, 81, 83), die dazu ausgebildet ist, ein externes Antriebsmoment zum Verstellen eines Sensorkopfs (26) einzuleiten, und mit mindestens einem Sperrmechanismus (86, 92; 74, 76) mit einer Freigabe- und einer Sperrposition, der dazu ausgebildet ist, den Sensorkopf (26) in seiner Position um mindestens eine Achse (66, 70) festzulegen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Verbringen des mindestens einen Sperrmechanismus (86, 92; 74, 76) in seine Freigabeposition aufzubringende Kraft eine Kupplungskraft der Stellkupplung (68, 72; 81, 83) ist.
Verfahren (103) zur Bestimmung der Nulllage eines Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) eines Koordinatenmessgeräts (10), wobei der Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) mindestens eine Stellkupplung (68, 72, 81, 83), die dazu ausgebildet ist, ein externes Antriebsmoment zum Schwenken eines Sensorkopfs (26) um mindestens eine Achse (66, 70) einzuleiten, und eine Antriebsstange (36) aufweist, die mit der Stellkupplung (68, 72, 81, 83) in Kontakt bringbar ist, und wobei das Koordinatenmessgerät (10) mindestens einen Sensor (100, 102) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine vorbestimmte Nulllage des Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) um die mindestens eine Achse (66, 70) zu erfassen, mit den folgenden Schritten: • Kontaktieren (106) der Antriebsstange (36) mit der mindestens einen Stellkupplung (68, 72, 81, 83) in der Mitte der Antriebsstange (36), • erstes Bewegen (108) des Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) um die Hälfte einer maximalen Strecke in eine Richtung entlang der Antriebsstange (36), • zweites Bewegen (110) des Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) um die maximale Strecke in eine entgegengesetzte Richtung, • Erfassen (112) der Nulllage mittels des mindestens einen Sensors (102, 104) während der Schritte des ersten (108) und des zweiten (110) Bewegens.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreh-Schwenk-Mechanismus (58) in einer Betriebsposition dazu vorgesehen ist, den Sensorkopf (26) um eine vertikale Achse (66) und um eine horizontale Achse (70) zu verschwenken, und die Schritte des Kontaktierens (106), des ersten Bewegens (108), des zweiten Bewegens (110) und des Erfassens (112) zunächst zur Bestimmung der Nulllage um die vertikale Achse (66) und dann zur Bestimmung der Nulllage um die horizontale Achse (70) durchgeführt werden.