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.
Coordinate measuring machine
The invention relates to a coordinate measuring machine with optionally fixed, rectilinearly moved or rotating probe systems or workpiece holders for performing coordinate measuring operations on rotationally symmetrical or prismatic bodies.
A group of coordinate measuring machines is known in which interchangeable measuring probes of different shapes and sizes are inserted into bores on a holder or placed on plane surfaces.
The holder with the measuring probe is arranged to be displaceable in several axes relative to the stationary workpiece to be measured. The displacement is measured using position measuring systems. The displayed values correspond to the actual values in relation to the coordinate axes of the measuring machine. Another group of known measuring machines uses touch probes that work as zero indicators or determine the deviations from the nominal value. The touch probe or the workpiece or both are arranged to be displaceable in the axes of the measuring machine. The touch probe is partially attached to a precision spindle and can be rotated with it. This arrangement allows the determination of circularity deviations.
Disadvantages of the measuring machines working with measuring probes are that these machines are difficult to automate, no shape deviations can be determined, a large number of measuring probes are required and that incorrect measurements occur due to unclean workpiece edges, for example due to burrs on the bore ends.
Measuring machines with position measuring probe systems have the disadvantage that when only one precision spindle is arranged, only rotationally symmetrical bodies and flat, prismatic bodies can be measured. Measuring operations on the four side surfaces of prismatic bodies can sometimes only be carried out with special touch probes.
A disadvantage of all systems is that the necessary replacement of the measuring probes, the probe systems or the probe inserts in the probe systems results in measurement errors that are particularly significant when positional deviations are to be measured that can only be limited by repeatedly zeroing the measuring device according to fixed points.
The invention is based on the object of creating a coordinate measuring machine that allows five-sided measurements on prismatic bodies to be carried out fully automatically without changing the probe systems, the measuring probes of the probe systems or the probe inserts, which largely eliminates the above-mentioned disadvantages.
According to the invention, this is achieved in that at least two slides are arranged on a slide, in which precision spindles for accommodating displacement measuring probe systems are arranged parallel or inclined at defined angles to one another, lockable and provided with drives for rotary and axial movement.
But it is also possible to arrange the slide on separate carriages. These precision spindles are used to directly accommodate displacement measuring probe systems or to accommodate appropriately designed devices in which probe systems can be accommodated. It is necessary that the receptacle for the touch probe carry one or more radially acting adjustment devices, for example known sliding blocks on the touch probe and corresponding grooves in the receptacle, to which one or more separable connection points - for example plugs or male and female connectors - are at a constant distance. are arranged for the transmission of the measured values, whereby a positionally correct, predeterminable insertion of the probe system into the receptacle and a safe merging of the separable connection points for the measured value transmission is guaranteed.
To increase the universality of the measuring machine, it is possible that on one precision spindle a rotating transverse slide with manual or automatic radial adjustment and at least one receptacle for probe systems and on the second precision spindle another precision spindle is mounted, which is used to hold probe systems or devices serves to accommodate probe systems and the device can advantageously be designed as a multiple holder. The multiple holder has the advantage that several different probe systems can be arranged, which increases the variety of measurement options.
The axis of the additional precision spindle mounted on the precision spindle is advantageously arranged perpendicular to the axis of the precision spindle carrying it, with the axes of the two spindles crossing or being offset from one another; Separate drives are expediently provided for the drives of both spindles. With this arrangement, the workpiece to be measured is reached from five sides, whereby it is advantageous if all precision spindles can be rotated and fixed in defined angular positions.
For certain measurements, for example for the measurement of threads or the spiral scanning of cylinders, it is advisable to optionally superimpose an axial movement to be generated via gearboxes or change gearboxes depending on the rotational movement of the precision spindle.
In the case of automatic measurement, the probe of the touch probe is usually positioned at the nominal size of the surface of the workpiece to be measured. The touch probe determines the deviation from the nominal size from this position. In special cases, for example when aligning the workpiece, measuring surfaces with clearance tolerances or using touch probes that are additionally supported on the surface to be tested by means of a skid, the touch probe must control the retraction movement itself.
For this purpose, the touch probe is pre-positioned by the movements of the precision spindles, the slides or sleeves, the slide and the other coordinate-determining movements of the machine.
Before reaching the pre-position, the approach speed is to be reduced in a known manner from the rapid traverse speed or steplessly down to the creep speed. A further infeed takes place at this minimum speed until the touch probe switches off the adjustment movements by emitting a switching pulse and thus ends it, for example in the event of a bridge equilibrium of an inductive measuring device.
To accelerate the retraction movement, additional switching elements, such as limit switches or micro-push buttons, can be provided, which graduate between rapid traverse and creep speed depending on the position of the probe on the surface of the workpiece to be tested.
To register the measured values, it is necessary that the movements of the precision spindles, the slides or sleeves, the slide and the other coordinate-determining movements of the measuring machine are defined and selectively transferable to the feed of the recording devices.
The representations of the measured values, which are determined by the probe systems, for example in a capacitive, inductive or pneumatic way, can be done in a known manner by display or registration devices or be fed to a computing device that evaluates the measured values.
A switching device can be arranged between the probe systems accommodated in the precision spindles or devices and the measuring device or measuring devices, for example inductive or capacitive measuring amplifiers or pneumatic measuring devices, through which the probe systems can be individually adjusted or calibrated independently of one another.
However, it is also possible, in addition to the arrangement of devices for receiving probe systems on the slide of the measuring machine to increase the universality of the machine, to provide the machine with a tool-carrying device and thus to combine processing and measuring methods.
The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:
1 is a schematic diagram of two slides on a common slide;
2 is a schematic diagram for the arrangement of touch probes;
3 a sectional drawing of a probe system holder;
4 A schematic diagram of a touch probe system controlling the retraction movement.
In Fig. 1, slides 3, 4 are arranged on a slide 1, which is displaceable on a guide 2, each of which carries a precision spindle 5, 6. The slides can be displaced in a known manner in the direction of the axis of the precision spindle by means of advance devices 7 and 8 and can be positioned manually or automatically by means of displacement measuring systems 9 and 10. The precision spindles 5 and 6 are driven by drive units 11 and 12. Both spindles can rotate continuously or be rotated by defined angles, for example 4 x 900, and fixed in these positions. A cross member 13 is attached to the precision spindle, on which a probe system 14 is arranged so as to be radially displaceable by an adjustment 15.
The precision spindle 6 on a slide 4, which is shown in its upper rest position, carries a further precision spindle 16, the axis of which is arranged at an angle of 900 relative to the precision spindle 6 carrying it. The precision spindle 16 is also continuously rotatable via its own drive or rotatable and fixable by defined angles. A probe system 17 is received in the precision spindle 16.
In Fig. 2, two separate carriages 18 and 19 are arranged on the guide 2, the slide 3 and 4 carry. In this exemplary embodiment, both precision spindles 5 and 6 each carry a further precision spindle 16 and 20. The horizontally arranged precision spindle 16 carries a probe system 14 that is radially displaceable on the cross member 13 four probe systems 22 are attached, which can perform different measuring operations.
Fig. 3 shows the inclusion of a probe system in a precision spindle or in a multiple holder. The probe system is accommodated, for example, by means of a cone 24, on which the probe system is firmly attached, in a holder 25. A radially acting adjusting device 26, consisting of a slot nut inserted into a groove, fixes the probe system in a specific angular position to the holder 25. A separable connection point 27, which consists, for example, of a spring and male connector, is arranged to transmit the measured variable, which comes from the probe system via electrical lines 50 and is to be led to the measuring device via electrical lines 51.
4 shows a touch probe system with which the micro-shape of a surface to be tested can be determined.
The retraction of the probe system is pivotably arranged in a probe arm 28 in the probe holder 29 by the probe system. A spring 30 pushes the probe arm 28 out of its central position. The touch probe is prepositioned by controlling the axes of the measuring machine.
After reaching the pre-position, the approach speed is reduced. The touch probe continues to move towards the workpiece at this speed or the workpiece approaches the touch probe. By placing a skid 31 arranged on the feeler arm 28 on the workpiece 32 to be measured, the feeler arm 28 pivots into its central position. Switches 33 and 34, for example limit switches or microswitches, which control the retraction speed, are operated one after the other.
The retraction movement can be terminated either by switch 34 or by the touch probe itself. In the latter case, a probe tip 35 of the probe system touches the workpiece 32 when the probe arm 28 has been brought approximately into its central position by the retraction movement. In the adjustment of the displacement measuring probe system, for example in the case of bridge equilibrium of the inductive measuring device, a control pulse can be emitted, which ends the retraction movement.