DD146333A1 - Tastvorrichtung fuer eine dreidimensionale messmaschine - Google Patents

Abstract

Die Tastvorrichtung fuer eine dreidimensionale Meszmaschine ermoeglicht die Erfassung geometrischer Groeszen von Gegenstaenden. Die vorgeschlagene Loesung benoetigt weder zusaetzliche Montagearbeiten waehrend der Meszvorgaenge, noch eine durch einen motorischen Antrieb realisierte Nullpunktjustage, die durch das Verursachen von Schwingungen das Meszergebnis verfaelscht. Ein vorhandenes auswechselbares Tastelement 8 besitzt aufgrund einer Kardanlagerung und einer Geradfuehrung eine spielfreie Bewegung in drei Koordinaten. Die Nullagen fuer alle drei Richtungen werden durch schaltbare Anschlaege realisiert, die gleichzeitig zur Vorauslenkung des Tastelememtes angewendet werden. Diese Nullagen werden in den Nicht-Mesz-Koordinaten durch Wegmeszsysteme ueberprueft, die auch die rechentechnische Koorektur elastischer Verformungen ermoeglichen. Die Rueckwirkungskraefte der Federfuehrung und die unterschiedlichen Tastergewichte werden kompensiert. Die Meszkraefte werden ueber schaltbaren Federn eingestellt.

Description

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Titel der Erfindung

Tastvorrichtung für eine dreidimensionale Meßmaschine

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Tastvorrichtung kann schwerpunktmäßig in der Metrologie zur Längenmessung von Gegenständen, aber auch im Werkzeugmaschinenbau zur Erzeugung von Steuersignalen angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bisher bekannte Vorrichtungen bestehen aus einer torsionssteifen Aneinanderreihung von spiel- und reibungsfreien Geradführungssys'.temen, in die richtungs- und lageempfindliche Signalgeber eingebaut sind. !Durch motorisch fein verstellbare Präzisionsgesperre werden die Lagen der Koordinaten-Nullpunkte der Geradführungssysteme und die Nullpunktlagen der elektrischen Signalgeber in Übereinstimmung gebracht. Diese Lösung besitzt den Nachteil, daß die in Form von Federparallelogrammen ausgebildeten Geradführungen bei Auslenkung Reaktionskräfte erzeugen, die in allen Meßkoordinaten aufwendig kompensiert werden müssen oder es ergeben sich unzulässig große Abweichungen der vorgegebenen' Meßkräfte. Durch die Rückführung.des Tasters in die •Nullpunktlage in allen drei Koordinaten werden zusätzliche motorische Antriebe notwendig, welche die Masse des Tastkopfes erhöhen und Schwingungen erzeugen, die zusätzlich zu beseitigen sind bzw. vor Signalabgabe erst abklingen müssen, so daß dadurch

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die.Meßgeschwindigkeit verringert wird. Ferner sind Meßvorrichtungen bekannt, die ein in drei Koordinaten bewegliches Tastelement besitzen. Die drei Bewegungsrichtungen werden durch die Übertragung mittels mechanischer Elemente auf eine Koordinate zurückgeführt. ·

Nachteilig ist dabei, daß die Fehler, durch die Koppelstellen bedingt, nur mit großem Aufwand erfaßt und korrigiert werden können. Andere Tastvorrichtungen besitzen ein in einer Richtung bewegliches Tastelement, dessen Bewegungsrichtung mit der Meßrichtung, die in drei Eichtungen möglich ist, durch Veränderung der Anordnungen mechanischer Elemente in Übereinstimmung gebracht wird. Große Verzögerungen in der Meßgeschwindigkeit sind die Folge.

Ziel der Erfindung . .

Durch die Erfindung werden komplizierte räumliche Längenmessungen durchgeführt, z. B. das Messen von Bohrungsabständen, deren Achsen nicht parallel zueinanderliegen oder die Maßbestimmung sonstiger allgemeiner komplizierter Oberflächenformen.

Die vorgeschlagene Lösung benötigt weder zusätzliche Montagearbeiten während der Meßvorgänge noch eine durch einen motorischen Antrieb realisierte Nullpunktjustage, die durch das Verursachen von Schwingungen das Meßergebnis verfälscht. Ferner ist es möglich, elastische Verformungen innerhalb der Tastvorrichtung zu messen und somit einer rechentechnischen Fehlerkorrektur zugänglich zu machen. . . . .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tastvorrichtung , für eine dreidimensionale Meßmaschine· zum Erfassen geometrischer Größen von Gegenständen mit relativ hoher Meßgenauigkeit und hoher Meßgeschwindigkeit mit gleichzeitiger rechnergestützter

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Fehlerkorrektur zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unterhalb der Gestellbefestigung ein Hebelgetriebe mit veränderbarer Übersetzung vorgesehen ist, an dem die Gegengewichte und das relative Gestellteil über ein Zugmittel angreifen. Das geführte relative Gestellteil ist über einem Winkel fest mit dem Maschinengestell durch eine spielfreie Geradführung, beispielsweise ein Federparallelogramm, verbunden. Unter dem oberen Teil der Geradführung befindet sich ein Kardangelenk, beispielsweise Präaisionswälzlager. In allen sechs Halbkoordinaten sind je ein schaltbarer Anschlag, beispielsweise Elektromagneten zwischen dem fest mit dem Tastelement verbundenen Koppelteil· und dem Zwischenteil sowie innerhalb des Zwischenteils und dem geführten relativen Gestellteil und auch zwischen dem geführten relativen Gestellteil und dem Winkel, jeweils in der freien Bewegungshalbkoordinate, zur Erzielung der Hullagθ vorhanden.

An vier symmetrisch zum Tastelement liegenden Punkten und über starre Hebel am Koppelteil angreifenden sowie in die Halbkoordinate + Z v/irkende, wahlweise schaltbare Federn sind zur Erzeugung der Meßkräfte zwischen dem Kardangelenk und den Anschlägen seitlich versetzt befestigt. In jeweils zwei Halbkoordinaten ist ein Längenmeßsystem, beispielsweise eine Tauchspule mit einem zweiteiligen ferromagnetische Kern vorhanden. In Höhe der Langenmefisysterne ist ein in den sechs Halbkoordinaten wirkender Havarieschutz, beispielsweise, ein ringförmiger Kontakt, der durch zwei Scheiben begrenzt ist, angebracht. Ferner ist es möglich, als Längenmeßsystem eine Tauchspule mit einem fünfteiligen ferromagnetische^i.Kern, bei dem ferromagnetisches und nichtmagnetisches Material;wechselt, zu verwenden.

Während des Meßvorganges erfolgt zunächst durch die Federn eine Vorauslenkung des Tastelementes zur Gewinnung eines Vorsignals. Aufgrund des bewegten Werkstückes kommt es zur Berührung mit dem Tastelement, wobei dieses um einen kleinen Betrag, bewegt wird, was in den zugeordneten Längenmeßsysteinen zur Signalabgabe und anschließende Rückführung des Tastelementes in die

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Nullstellung führt. Die erforderliche Bewegungsenergie wird durch den Elektromagneten erzeugt.

Bei nochmaliger Berührung zwischen dem durch die Meßmaschine bewegten Werkstück und dem Tastelement bleiben bis auf die entsprechende Halbkoordinate alle Anschläge eingeschaltet. Somit kann das in Meßrichtung liegende Längenmeßsystem die Analogwerte nach Stoppen der verzögerten Bewegung abgeben. Die anderen zv/ei Längenmeßsysteme werden zur Messung der ITuIlagenabweichung, hervorgerufen durch elastische Verformungen, herangezogen.

Aufgrund der Möglichkeit der Gewinnung eines Vorsignals mit nachfolgender stufenweiser Geschwindigkeitsverringerung und Messung im statischen Zustand, werden die Schwingungsprobleme auf ein Minimum reduziert.

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Ausführungsbeispiel·

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert v/erden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Anordnung der Tastvorrichtung.

Die Lagerung des Tastelementes 6 erfolgt für zwei Koordinaten durch spielfreie Präzisionswälzlager 1, deren Drehachsen in einer Ebene liegen. Die Lage und die Abmessungen des Tastelementes 8 wurden so gewählt, daß der Höhenversatz aufgrund der Pendelbewegung keine Auswirkungen auf die Meßgenauigkeit zeigt.

Die vorgesehenen Elektromagnete 2 ermöglichen die Freigabe je einer Halbkoordinate + x, - x, + y, - y» + z, - z, so daß die bewegten Massen minimal bleiben. Die Elektromagnete 2 dienen gleichzeitig zur Rückführung des Tastelementes 8 in den Kullagenbereich, der durch diese gleichzeitig fixiert wird. Die Rückstellkräfte werden durch rückwirkungsfrei aufgehängte Platten in allen drei Koordinaten übertragen, die sur Vermeidung von Überbestimmtheiten eine definierte Auflage besitzen.

Die Federn 3> welche über die Hebel 15 an das Koppelteil 12 angreifen, sind zur Meßkrafteinstellung schaltbar. Sie sind so angeordnet, daß die Meßkraftänderung bei Auslenkung des Tastelementes 8 unberücksichtigt bleiben, kann. Zur Konstanthaltung der Meßkräfte in Pachtung der Halbkoordinaten + ζ und -z werden unterschiedliche Tastermassen und die Rückstellkräfte des Federparallelogramms 7 durch ein Hebelgetriebe 4, mit einer justier-r baren und sich selbsttätig verändernden übersetzung, kompensiert, wobei die Kräfte durch symmetrisch angeordnete Gegengewichte 16 erzeugt werden.

Die als Längenmeßsysteme vorgesehenen Tauchspulen 6.1 mit dem ferromagnetischen Kern. 6.2 sind vom Drehpunkt des Tastelementes 8 weit entfernt angeordnet, um deren Genauigkeit bestmöglich auszunutzen und elastische Verformungen der Tastvorrichtung zu erfassen.

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Der Havarieschutz, der aus einem ringförmigen Kontakt 5·2 besteht, der durch zwei Scheiben 5·1 begrenzt wird, verhindert durch eine Signalabgabe Überlastung oder Beschädigung der Tastvorrichtung.

Der Winkel 10, das relative Gestellteil·11, das Koppelteil 12 und das Zwischenteil 13 bestehen aus Einzelteilen ohne Montageverbindung, so daß nur ein Minimum an die die Meßgenauigkeit beeinflussenden Verbindungsstellen notwendig ist.

Die !rastvorrichtung ist durch eine lösbare Gestellbefestigung 9 mit dem Maschinengestell 14 verbunden.

Claims (2)

215906 7 Erfindungsanspruch ·

1. Tastvorrichtung für eine dreidimensionale Heftmaschine zum Erfassen geometrischer Größen von Gegenständen und gleichzeitiger rechnergestützter Fehlerkorrektur unter Verwendung an sich bekannter Baugruppen, dadurch gekennzeichnet,

daß unterhalb einer Gestellbefestigung(9)ein Hebelgetriebe(4) mit veränderbarer Übersetzung vorgesehen ist, an dem symmetrisch angeordnete Gegengewichte (16)und ein relatives Gestellteil (11) über Zugmittel angreifen, .

daß das relative Gestellteil(11) gegenüber einem fest mit einem Maschinengestell (14) verbundenen Winkel fiO) durch eine spielfreie Geradführung, beispielsweise durch ein Feder- parallelogramm(7h geführt ist,

daß an dem oberen Teil der Geradführung ein Kardangelenk, beispielsweise ein Präzisionswälzlager (1)angeordnet ist,

daß sich in allen sechs Halbkoordinaten (+ x, - x, + y, - y, + z, - z) zur Erzielung der Fullage schaltbare Anschläge, beispielsweise Elektromagnetef2), befinden,

daß an vier symmetrisch zum Tastelement(8)liegenden Punkten und über starre Hebel ft5) am Koppelteil (12) angreifende und in die Halbkoordinate (+ z) wirkende, wahlweise schaltbare Federn (3)zur Erzeugung der Meßkräfte zwischen dem Kardangelenk und den Anschlägen seitlich versetzt befestigt sind,

daß jeweils für zwei Halbkoordinaten ein Längenmeßsystem, beispielsweise eine Tauchspule(6.1)mit einem zweiteiligen ferromagnetischen Kern (6.2)vorhanden ist,

und daß in Höhe der Längenmeßsysteme ein in drei Koordinaten wirkender Havarieschutz, beispielsweise ein durch Scheiben ($.1] begrenzter, ringförmiger elastisch deformierbarer Kontakt(5.2) angebracht ist. "

2· Tastvorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Längenmeßsystem eine Tauchspule mit einem fünfteiligen Kern, bei dem magnetisierbares Material und nichtmagnetisierbares Material wechselt, vorgesehen ist.