Meßmaschine zur Kontrolle von Werkstücken beliebiger Abmessungen
Die Erfindung betrifft eine Meßmaschine zur Kontrolle von Werkstücken beliebiger
Abmessungen wie z B. Motorblöcke, Getriebe-und Pumpengehäuse sowie Karosserien oder
Karosserieteile. Measuring machine for checking workpieces of any size
The invention relates to a measuring machine for checking workpieces of any desired
Dimensions such as engine blocks, gearboxes and pump housings as well as bodies or
Body parts.
Bekannt sind Meßmaschinen mit mechanischer Führung des Tastsystems
in den Raumrichtungen entsprechend.der Portal-, Horizontalausleger- und Vertikalauslegerbauform
(Zeltscnrift Werkstatt und Betrieb 108, 1975, H 11, 5 713/7350) Diese Art der mechanischen
Führung bringt jedoch einen sehr aufwendigen und bei hohen Genauigkeitsanforderungen
auch massiven Aufbau mit sich, dessen Funktion kurz- oder langzeitig durch sehr
viele Störeinflüsse wie veränderliche Temperatur der mechanischen Bauteile, unterschiedliche
statische und dynamische Kräfte und Momente und wechselnde mechanische Spannungsverteilungen
infolge voll Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen und variierenden Feder-Masse-Verteilungen
während des Meßvorgangs, Verschleißerscheinungen und dergleichen beeinträchtigt
wird Ein massiver mechanischer Aufbau behindert auch den An- und Abtransport vor
allem von schweren und sperrigen Werkstückeii, die nur ein Kran trägt, und er verursacht
eine schlechte Zugänglichkeit zum Werkstück während des Meßvorgangs. Das Beschleunigen
und Abbremsen großer Massen durch den Bedienungsmann während des Meßablaufs kostet
Zeit Da die Tastsysteme fest mit dem Führungssystem verbunden sind, läßt sich ihre
Raumorientierung ohne hohen technischen Aufwand nicht beliebig verändern Dadurch
können verdeckt liegende Meßpunkte wie z Bo tief liegende Nuten in schräg angeordneten
Bohrungen nur schwer erreicht werden.Measuring machines with mechanical guidance of the probe system are known
in the spatial directions according to the portal, horizontal and vertical boom design
(Zeltscnrift Werkstatt und Betrieb 108, 1975, H 11, 5 713/7350) This type of mechanical
However, leadership brings a very complex and high accuracy requirements
also massive structure with it, its function short or long term by very
many interfering influences such as variable temperature of the mechanical components, different
static and dynamic forces and moments and changing mechanical stress distributions
as a result of full acceleration and deceleration processes and varying spring-mass distributions
impaired during the measuring process, signs of wear and the like
A massive mechanical structure also hinders the delivery and removal
mainly heavy and bulky work pieces that only a crane can carry and cause
poor accessibility to the workpiece during the measuring process. Accelerating
and braking of large masses by the operator during the measuring process costs
Time Since the touch probes are permanently connected to the guidance system, their
Do not change the spatial orientation at will without high technical effort
can conceal measuring points such as z Bo deep grooves in oblique grooves
Bores are difficult to reach.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßmaschine mit lichtempfindlichen
Positionsdetektoren zu schaffen, die die Kontrolle von Werkstücken beliebiger Abmessungen
ermöglicht Die Meßmaschine soll unabhängig von Fehlern und Verschleiß mechanischer
Führungen die geometrische Überprüfung, insbesondere von Werkstücken mit komplizierter
räumlicher Geometrie zulassen Mechanische Bauelemente sollen die Zugänglichkeit
zum Werkstück und die Handhabung des Tastsystems nicht stören. Die während des Meßablaufs
durch den Bedienungsmann zu bewegenden Massen des Meßsystems sollen dabei möglichst
klein sein Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Meßmaschine gelöst, bei
dem an dem vorzugsweise in allen Freiheitsgraden beweglich angeordneten oder auch
mechanisch in den Raumrichtungen geführten beliebig gestalteten Tastsystem zwei
oder mehr punktförmige Lichtquellen mit einer zu den Tastspitzen des Tastsystems
bestimmten Lage angebracht sind, die es bei Anwendung eines oder mehrerer Positionsdetektoren
mit lichtempfindlichen Detektorflächen, welche die Lage der auf ihnen abgebildeten
punktförmigen Lichtquellen digital oder analog in zwei Richtungen erfassen, ermöglichen,
die räumliche Position der Tastspitzen des Tastsystems und damit die Koordinaten
des jeweiligen Meßpunktes zu jedem Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Position der
punktförmigen Lichtquellen am Tastsystem bei beliebiger Position und Lage des Tastsystems
über eine geometrische Umrechnung selbst zu bestimmen Da die Lage der punktförmigen
Lichtquellen relativ zu den Tastspitzen des Tastsystems für die geometrische Umrechnung
bekannt sein muß, aber nur schlecht direkt gemessen werden kann, wird sie über ein
Bestimmungsprogramm bestimmt, mit dem in erstem Schritt die geometrische Zuordnung
der punktförmigen Lichtquellen untereinander bestimmt wird, wobei unter Anwendung
eines Positionsdetektors mindestens vier
punktförmige Lichtquellen,
unter Anwendung von zwei Positionsdetektoren mindestens drei punktförmige Lichtquellen
eingesetzt werden, und im zweiten Schritt durch mindestens viermaliges,aus möglichst
unterschiedlichen Richtungen erfolgendes Antasten zweier in ihrem Abstand bekannter
Punkte die Abstände der punktförmigen Lichtquellen bezogen auf die Tastspitzen bestimmbar
sind Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß
sowohl Werkstücke kleiner und mittlerer als auch großer Abmessungen kontrolliert
werden können, ohne daß ein aufwendiger und bei hohen Genauigkeitsanforderungen
auch massiver mechanischer Aufbau zur Führung des Tastsystems in den Raumrichtungen
erforderlich ist, der kurz- oder langfristig die Meßunsicherheit vergrößert infolge
von Störeinflüssen wie veränderliche Temperatur der mechanischen Bauteile, unterschiedliche
statische und dynamische Kräfte und Momente und wechselnde mechanische Spannungsverteilungen
aufgrund von Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen und variierenden Feder-Masse-Verteilungen
während des Meßvorgangs, Verschleißerscheinungen und dergleichen Der An- und Abtransport
vor allem von schweren und sperrigen Werkstücken, die nur ein Kran trägt, und die
Zugänglichkeit an das Werkstück während des Meßvorgangs werden nicht behindert.
Ein Zeit- und Energieverlust durch Beschleunigen und Abbremsen großer Massen während
des Meßablaufs wird vermieden Auch verdeckt liegende Meßpunkte an komplizierten
mehrdimensionalen Werkstücken können einfach erreicht werden, da das beliebig gestaltete
Tastsystem in allen Freiheitsgraden beweglich angeordnet ist Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben
Eine stabile Basis 1 trägt das zu kontrollierende Werkstück 2 sowie das an einer
Halterung 3 beweglich angebrachte
Tastsystem 4 mit den drei punktförmigen
Lichtquellen 5 und die auf Ständern 6 befestigten Positionsdetektoren 7 mit der
Optik 8 und den lichtempfindlichen Detektorflächen 9 Mit der Tastspitze 10 des Tastsystems
4 wird das Werkstück 2 im Meßpunkt 11, dessen Koordinaten bestimmt werden sollen,
angetastet Die Optik 8 bildet die punktförmigen Lichtquellen 5, die eine definierte
Lage zur Tastspitze 10 einnehmen, auf die lichtempfindlichen Detektorflächen 9 ab,
welche die Lage der auf ihnen abgebildeten punktförmigen Lichtquellen 5 in zwei
Richtungen digital oder analog erfassen und an den Kleinrechner 12 weitergeben,
der durch geometrische Umrechnung die Position der Tastspitze 10 und damit die Koordinaten
des Meßpunktes 11 bestimmt und diese zur Anzeige 13 bringt oder auch weiterverarbeitetThe invention is based on the object of a measuring machine with light-sensitive
To create position detectors that control workpieces of any dimensions
The measuring machine should be independent of errors and mechanical wear
Guides the geometric review, especially of workpieces with complicated
Allow spatial geometry Mechanical components should ensure accessibility
to the workpiece and do not interfere with the handling of the touch probe. The during the measurement process
Masses of the measuring system to be moved by the operator should thereby as far as possible
be small This object is achieved according to the invention by a measuring machine at
that on which is preferably arranged to be movable in all degrees of freedom or else
Any designed probe system two mechanically guided in the spatial directions
or more point light sources with one to the probe tips of the probe system
specific location are attached, which is when using one or more position detectors
with light-sensitive detector surfaces that show the position of the image on them
Detect point-like light sources digitally or analogously in two directions, enable
the spatial position of the probe tips of the probe system and thus the coordinates
of the respective measuring point at any point in time depending on the position of the
Point light sources on the touch probe at any position and location of the touch probe
determine the position of the point-shaped
Light sources relative to the probe tips of the probe system for the geometric conversion
must be known, but can only be measured directly with difficulty, it will be via a
Determination program determines the geometric assignment in the first step
of the point light sources is determined with each other, using
of a position detector at least four
point light sources,
at least three point light sources using two position detectors
are used, and in the second step by at least four times, if possible
different directions taking place probing two known in their distance
Points the distances between the point-like light sources can be determined in relation to the probe tips
The advantages that can be achieved with the invention are in particular that
controls both workpieces of small and medium-sized as well as large dimensions
can be without a complex and with high accuracy requirements
also massive mechanical structure for guiding the probe system in the spatial directions
is required, which increases the measurement uncertainty in the short or long term as a result
of interfering influences such as variable temperature of the mechanical components, different
static and dynamic forces and moments and changing mechanical stress distributions
due to acceleration and deceleration processes and varying spring-mass distributions
during the measuring process, signs of wear and the like. Transport to and from the site
especially heavy and bulky workpieces that only a crane can carry and which
Accessibility to the workpiece during the measuring process are not hindered.
A loss of time and energy by accelerating and decelerating large masses during
of the measuring process is avoided. Even hidden measuring points at complicated ones
Multi-dimensional workpieces can be easily achieved as the arbitrarily designed
The probe system is arranged to be movable in all degrees of freedom
the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below
A stable base 1 carries the workpiece 2 to be checked as well as that on one
Bracket 3 movably attached
Touch probe 4 with the three punctiform
Light sources 5 and the position detectors 7 mounted on stands 6 with the
Optics 8 and the light-sensitive detector surfaces 9 with the probe tip 10 of the probe system
4 the workpiece 2 is at measuring point 11, the coordinates of which are to be determined,
touched The optics 8 form the point-shaped light sources 5, which are a defined
Assume position to the probe tip 10, on the light-sensitive detector surfaces 9,
which the position of the point-shaped light sources 5 shown on them in two
Capture directions digitally or analogue and pass them on to the small computer 12,
the geometric conversion of the position of the probe tip 10 and thus the coordinates
of the measuring point 11 is determined and this brings it to the display 13 or processes it further