Koordinaten-Messmaschine
Die Erfindung betrifft eine Koordinaten-Messmaschine mit wahlweise feststehenden, geradlinig bewegten oder rotierenden Tastsystemen bzw. Werkstückhaltern zur Ausführung von Koordinatenmessoperationen an rotationssymmetrischen oder prismatischen Körpern.
Es ist eine Gruppe von Koordinaten-Messmaschinen bekannt, bei denen an einem Halter auswechselbare Messsonden unterschiedlicher Form und Grösse in Bohrungen eingeführt oder an Planflächen angelegt werden.
Der Halter mit der Messsonde ist in mehreren Achsen gegenüber dem feststehenden, auszumessenden Werkstück verschiebbar angeordnet. Der Verschiebeweg wird über Wegmesssysteme gemessen. Die angezeigten Werte entsprechen den Istwerten, bezogen auf die Koordinatenachsen der Messmaschine. Eine weitere Gruppe bekannter Messmaschinen verwendet Tastsysteme, die als Nullindikatoren arbeiten oder die Abweichungen vom Sollwert ermitteln. Dabei sind das Tastsystem oder das Werkstück oder beide gemeinsam in den Achsen der Messmaschine verschiebbar angeordnet. Teilweise ist das Tastsystem an einer Präzisionsspindel befestigt und mit dieser drehbar angeordnet. Diese Anordnung gestattet die Ermittlung von Kreisformabweichungen.
Nachteile der mit Messsonden arbeitenden Messmaschinen sind, dass diese Maschinen schwer automatisierbar sind, keine Formabweichungen ermittelt werden können, eine Vielzahl von Messsonden erforderlich sind und dass durch unsaubere Werkstückkanten, beispielsweise durch Grat an den Bohrungsenden, Fehlmessungen entstehen.
Messmaschinen mit wegmessenden Tastsystemen haben den Nachteil, dass bei Anordnung von nur einer Präzisionsspindel nur rotationssymmetrische Körper und flache, prismatische Körper messbar sind. Messoperationen an den vier Seitenflächen prismatischer Körper sind teilweise nur mit Spezialtastsystemen durchführbar.
Für alle Systeme nachteilig ist, dass durch das erforderliche Auswechseln der Messonden, der Tastsysteme oder der Tasteinsätze in den Tastsystemen Messfehler entstehen, die besonders bedeutungsvoll werden, wenn Lageabweichungen zu emitteln sind, die nur durch wiederholtes Nullen der Messeinrichtung nach Festpunkten einzuschränken sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koordinatenmessmaschine zu schaffen, die es gestattet, ohne Auswechseln der Tastsysteme, der Messsonden der Tastsysteme oder der Tasteinsätze Fünfseitenmessungen an prismatischen Körpern vollautomatisch durchzuführen, wodurch die oben genannten Nachteile weitgehend beseitigt werden.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass auf einem Schlitten mindestens zwei Schieber angeordnet sind, in denen Präzisionsspindeln zur Aufnahme von wegmessenden Tastsystemen parallel oder um definierte Winkel zueinander geneigt, feststellbar und mit Antrieben für Dreh- und Axialbewegung versehen, angeordnet sind.
Es ist aber auch möglich, die Schieber auf getrennten Schlitten anzuordnen. Diese Präzisionsspindeln dienen der direkten Aufnahme von wegmessenden Tastsystemen oder zur Aufnahme von zweckmässig ausgebildeten Vorrichtungen, in denen Tastsysteme aufgenommen werden können. Dabei ist es erforderlich, dass die Aufnahme für die Tastsysteme eine oder mehrere radial wirkende Justiereinrichtungen, beispielsweise an sich bekannte Nutensteine am Tastsystem und entsprechende Nuten in der Aufnahme tragen, zu denen in konstantem Abstand eine oder mehrere trennbare Verbindungsstellen - beispielsweise Stecker oder Messerund Federleisten - für die Übertragung der Messgrössen angeordnet sind, wodurch ein lagerichtiges, vorbestimmbares Einsetzen des Tastsystemes in die Aufnahme und ein sicheres Zusammenführen der trennbaren Ver bindungsstellen für die Messwertübertragung gewährleistet ist.
Zur Erhöhung der Universalität der Messmaschine ist es möglich, dass an der einen Präzisionsspindel ein umlaufender Querschieber mit von Hand oder automatisch einzuleitender radialer Verstellung und mindestens einer Aufnahme für Tastsysteme und an der zweiten Präzisionsspindel eine weitere Präzisionsspindel gelagert ist, die der Aufnahme von Tastsystemen oder Vorrichtungen zur Aufnahme von Tastsystemen dient und die Vorrichtung vorteilhaft als Mehrfachhalter ausgebildet sein kann. Der Mehrfachhalter hat den Vorteil, dass mehrere unterschiedliche Tastsysteme angeordnet werden können, wodurch sich die Vielfältigkeit der Messmöglichkeiten erhöht.
Die Achse der an der Präzisionsspindel gelagerten weiteren Präzisionsspindel ist vorteilhaft senkrecht zur Achse der sie tragenden Präzisionsspindel angeordnet, wobei die Achsen beider Spindeln sich kreuzen oder zueinander versetzt sein können; für die Antriebe beider Spindeln sind zweckmässig getrennte Antriebe vorgesehen. Durch diese Anordnung wird das zu messende Werkstück von fünf Seiten erreicht, wobei es vorteilhaft ist, wenn alle Präzisionsspindeln um definierte Winkellagen dreh- und fixierbar sind.
Für bestimmte Messungen, beispielsweise für das Messen von Gewinden, oder das spiralförmige Abtasten von Zylindern, ist es zweckmässig, eine über Schaltgetriebe oder Wechselradgetriebe zu erzeugende Axialbewegung in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Präzisionsspindel wahlweise zu überlagern.
Beim automatischen Messen wird in der Regel der Taster des Tastsystems auf das Sollmass der auszumessenden Fläche des Werkstückes positioniert. Das Tastsystem ermittelt von dieser Stellung aus die Abweichung vom Sollmass. In besonderen Fällen, beispielsweise beim Ausrichten des Werkstückes, Ausmessen von Flächen mit Freimasstoleranzen oder bei Anwendung von Tastsystemen, die sich auf der zu prüfenden Fläche mittels einer Gleitkufe zusätzlich abstützen, ist es erforderlich, dass das Tastsystem die Einfahrbewegung selbst steuert.
Zu diesem Zweck wird das Tastsystem durch die Bewegungen der Präzisionsspindeln, der Schieber oder Hülsen, des Schlittens sowie der weiteren koordinatenbestimmenden Bewegungen der Maschine vorpositioniert.
Vor dem Erreichen der Vorposition ist in bekannter Weise die Einfahrgeschwindigkeit von der Eilgangsgeschwindigkeit gestuft oder stufenlos bis zur Schleichganggeschwindigkeit zu verringern. Mit dieser minimalen Geschwindigkeit erfolgt eine weitere Zustellung, bis das Tastsystem die Verstellbewegungen durch Abgabe eines Schaltimpulses abschaltet und damit beendet, beispielsweise bei Brückengleichgewicht einer induktiven Messeinrichtung.
Zur Beschleunigung der Einfahrbewegung können zusätzlich Schaltelemente, beispielsweise Endschalter oder Mikrostösseltaster vorgesehen werden, die das Abstufen zwischen Eilgang- und Schleichganggeschwindig keit in Abhängigkeit der Stellung des Tasters zur prüfenden Fläche des Werkstückes vornehmen.
Zur Registrierung der Messwerte ist es erforderlich, dass die Bewegungen der Präzisionsspindeln, der Schieber oder Hülsen, des Schlittens sowie der weiteren koor dinatenbestinunenden Bewegungen der Messmaschine definiert und wählbar auf den Vorschub der Registriereinrichtungen übertragbar sind.
Die Darstellungen der Messwerte, die von den Tastsystemen beispielsweise auf kapazitiven, induktiven oder pneumatischem Wege ermittelt werden, kann in bekannter Weise durch Anzeige- oder Registriereinrichtungen erfolgen oder einer Recheneinrichtung zugeführt werden, die die Auswertung der Messwerte vornimmt.
Zwischen den in den Präzisionsspindeln oder Vorrichtungen aufgenommenen Tastsystemen und dem Messgerät oder Messgeräten beispielsweise induktiven bzw. kapazitiven Messverstärkern oder pneumatischen Messgeräten kann ein Umschaltgerät angeordnet sein, durch das die Tastsysteme unabhängig voneinander einzeln abgleich- oder kalibrierbar sind.
Es ist aber auch möglich, neben der Anordnung von Vorrichtungen zur Aufnahme von Tastsystemen auf dem Schlitten der Messmaschine zur Erhöhung der Universalität der Maschine diese mit einer werkzeugtragenden Vorrichtung zu versehen und damit Bearbeitungs- und Messverfahren zu kombinieren.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Prinzipskizze von zwei Schiebern auf einem gemeinsamen Schlitten;
Fig. 2 Prinzipskizze für die Anordnung von Tastsystemen;
Fig. 3 Schnittzeichnung einer Tastsystemaufnahme;
Fig. 4 Prinzipskizze eines die Einfahrbewegung steuernden Tastsystems.
In Fig. 1 sind an einem Schlitten 1, der an einer Führung 2 verschiebbar ist, Schieber 3, 4 angeordnet, die je eine Präzisionsspindel 5, 6 tragen. Die Schieber sind in Richtung der Achse der Präzisionsspindel über Vorstelleinrichtungen 7 und 8 in bekannter Weise verschiebbar und über Wegmesssysteme 9 und 10 von Hand oder automatisch positionierbar. Die Präzisionsspindeln 5 und 6 werden über Antriebs einheiten 11 und 12 angetrieben. Beide Spindeln können stetig umlaufen oder um definierte Winkel, beispielsweise 4 x 900, verdreht und in diesen Stellungen fixiert werden. An der Präzisionsspindel ist ein Querträger 13 befestigt, an dem ein Tastsystem 14 durch eine Verstellung 15 radial verschiebbar angeordnet ist.
Die Präzisionsspindel 6 an einem Schlitten 4, der in seiner oberen Ruhestellung gezeichnet ist, trägt eine weitere Präzisionsspindel 16, deren Achse zu der sie tragenden Präzisionsspindel 6 um 900 geneigt angeordnet ist. Die Präzisionsspindel 16 ist ebenfalls über einen eigenen Antrieb stetig drehbar oder um definierte Winkel verdreh- und fixierbar. In der Präzisionsspindel 16 ist ein Tastsystem 17 aufgenommen.
In Fig. 2 sind an der Führung 2 zwei getrennte Schlitten 18 und 19 angeordnet, die Schieber 3 und 4 tragen. In diesem Ausführungsbeispiel tragen beide Präzisionsspindeln 5 und 6 je eine weitere Präzisionsspindel 16 und 20. Die waagrecht angeordnete Präzisionsspindel 16 trägt ein am Querträger 13 radial verschiebbares Tastsystem 14. Es ist aber auch möglich, an der Präzisionsspindel 20 einen Mehrfachhalter 21 anzuordnen, in dem beispielsweise vier Tastsysteme 22 befestigt sind, die unterschiedliche Messoperationen ausführen können.
Fig. 3 zeigt die Aufnahme eines Tastsystems in einer Präzisionsspindel bzw. in einem Mehrfachhalter. Die Aufnahme für die Tastsysteme erfolgt beispielsweise mittels eines Kegels 24, an dem fest das Tastsystem an geordnet ist, in einem Halter 25. Eine radial wirkende Justiereinrichtung 26, bestehend aus einem in eine Nut eingeführten Nutenstein, fixiert das Tastsystem in einer bestimmten Winkellage zum Halter 25. Zur Übertragung der Messgrösse, die über elektrische Leitungen 50 vom Tastsystem kommen und über elektrische Leitungen 51 zum Messgerät geführt werden sollen, ist eine trennbare Verbindungsstelle 27 angeordnet, die beispielsweise aus Feder- und Messerleiste besteht.
In Fig. 4 ist ein Tastsystem dargestellt, mit dem die Mikrogestalt einer zu prüfenden Fläche ermittelbar ist.
Das Einfahren des Tastsystems wird durch das Tastsystem schwenkbar in einem Tastarm 28 im Tasterhalter 29 angeordnet. Eine Feder 30 drückt den Tastarm 28 aus seiner Mittellage. Über die Steuerung der Achsen der Messmaschine wird das Tastsystem vorpositioniert.
Nach Erreichen der Vorposition wird die Einfahrgeschwindigkeit vermindert. Mit dieser Geschwindigkeit bewegt sich das Tastsystem weiter auf das Werkstück zu oder das Werkstück nähert sich dem Tastsystem. Durch das Aufsetzen einer am Tastarm 28 angeordneten Gleitkufe 31 auf das auszumessende Werkstück 32 schwenkt der Tastarm 28 in seine Mittellage ein. Dabei werden Schalter 33 und 34, beispielsweise Endschalter oder Mikrostösseltaster, die die Einfahrgeschwindigkeit steuern, nacheinander betätigt.
Die Beendigung der Einfahrbewegung kann dabei wahlweise durch den Schalter 34 oder durch das Tastsystem selbst erfolgen. Im letzteren Falle berührt eine Tastspitze 35 des Tastsystems das Werkstück 32, wenn durch die Einfahrbewegung der Tastarm 28 annähernd in seine Mittellage gebracht wurde. In Abgleichstellung des wegmessenden Tastsystems, beispielsweise bei Brükkengleichgewicht der induktiven Messeinrichtung, kann ein Steuerimpuls abgegeben werden, der die Einfahrbewegung beendet.