DD146333A1

DD146333A1 - TEST DEVICE FOR A THREE-DIMENSIONAL MEASURING MACHINE

Info

Publication number: DD146333A1
Application number: DD21590679A
Authority: DD
Inventors: Manfred Schilling; Horst Sperlich; Gerd Fornahl; Rainer Noennig; Wilfried Taenzer; Ullrich Riegel; Eberhard Lotter
Original assignee: Manfred Schilling; Horst Sperlich; Gerd Fornahl; Rainer Noennig; Wilfried Taenzer; Ullrich Riegel; Eberhard Lotter
Priority date: 1979-10-01
Filing date: 1979-10-01
Publication date: 1981-02-04

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.The tactile device for a three-dimensional measuring machine enables the detection of geometrical sizes of objects. The proposed solution does not require additional assembly work during the Meszvorgaenge, nor a realized by a motor drive zero point adjustment, which falsifies the measurement result by causing oscillations. An existing replaceable probe element 8 has due to a Kardanlagerung and a Geradfuehrung a play-free movement in three coordinates. The zero positions for all three directions are realized by means of switchable stops, which are used at the same time as the pre-steering of the keypad. These nullages are checked in the non-Mesz coordinates by path measuring systems, which also allow the computational coordination of elastic deformations. The recoil forces of the spring guide and the different probe weights are compensated. The teasers are adjusted by means of switchable springs.

Description

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Title of the invention

Tastvorrichtung für eine dreidimensionale MeßmaschineTasting device for a three-dimensional measuring machine

Anwendungsgebiet der Erfindung Field of application of the invention

Die Tastvorrichtung kann schwerpunktmäßig in der Metrologie zur Längenmessung von Gegenständen, aber auch im Werkzeugmaschinenbau zur Erzeugung von Steuersignalen angewendet werden.The scanning device can be used primarily in metrology for measuring the length of objects, but also in machine tool manufacturing to generate control signals.

Characteristic of the known technical solutions

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 dadurchPreviously known devices consist of a torsionally rigid juxtaposition of play and frictionless Geradführungssys'.temen, are built into the directional and sensitive position signal generator. ! By motor fine adjustable precision locking the positions of the coordinate zero points of the linear guidance systems and the zero point positions of the electric signal are brought into agreement. This solution has the disadvantage that the trained in the form of spring parallelograms linear guides generate deflection reaction forces that must be compensated consuming in all Meßkoordinaten or there are unacceptably large deviations of the predetermined 'measuring forces. The return of the button to the zero point position in all three coordinates necessitates additional motor drives which increase the mass of the probe and generate vibrations which must additionally be eliminated or first decay before the signal is emitted, thereby

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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. ·the measuring speed is reduced. Furthermore, measuring devices are known which have a movable in three coordinates probe element. The three directions of movement are attributed to the transmission by means of mechanical elements to a coordinate. ·

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.The disadvantage here is that the errors caused by the coupling points, can be detected and corrected only with great effort. Other sensing devices have a unidirectional scanning element whose direction of movement with the measuring direction, which is possible in three directions, is matched by varying the arrangements of mechanical elements. Large delays in the measuring speed are the result.

Ziel der Erfindung . . Object of the invention . ,

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.By the invention complicated spatial length measurements are performed, for. As the measurement of bore spacings whose axes are not parallel to each other or the measurement of other general complex surface shapes.

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. . . . .The proposed solution requires neither additional assembly work during the measuring operations nor a zero point adjustment realized by a motor drive, which falsifies the measurement result by causing vibrations. Furthermore, it is possible to measure elastic deformations within the probe device and thus make them accessible to a computational error correction. , , , ,

Explanation of the essence of the invention

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 rechnergestützterThe invention is based on the object, a scanning device for a three-dimensional measuring machine · for detecting geometric sizes of objects with relatively high accuracy and high measuring speed with simultaneous computer-aided

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Fehlerkorrektur zu schaffen.To create error correction.

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.According to the invention the object is achieved in that below the frame mounting a lever mechanism is provided with a variable ratio at which the counterweights and the relative frame part attack via a traction means. The guided relative frame part is connected via an angle fixed to the machine frame by a play-free straight guide, such as a spring parallelogram. Under the upper part of the linear guide is a universal joint, for example, Präaisionswälzlager. In all six half-coordinates are each a switchable stop, such as electromagnets between the fixedly connected to the probe element coupling part · and the intermediate part and within the intermediate part and the guided relative frame part and also between the guided relative frame part and the angle, each in the free motion half-coordinate, to obtain the Hullagθ present.

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.At four symmetrically to the probe element lying points and rigid levers on the coupling part attacking and in the semi-coordinate + Z v / irkende, optionally switchable springs are laterally offset to generate the measuring forces between the universal joint and the attacks. In each case two half-coordinates a length measuring system, for example a plunger coil with a two-part ferromagnetic core is present. At the level of the long memo stars, an accidental safety acting in the six half-coordinates, for example, an annular contact bounded by two discs, is attached. Further, as the length measuring system, it is possible to use a plunger coil having a five-part ferromagnetic core in which ferromagnetic and non-magnetic material changes.

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 dieDuring the measuring process, initially by the springs, a pre-deflection of the probe element to obtain a pre-signal. Due to the moving workpiece, it comes into contact with the probe element, this being moved by a small amount, resulting in the associated Längenmeßsysteinen for signal output and subsequent return of the probe element in the

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Nullstellung führt. Die erforderliche Bewegungsenergie wird durch den Elektromagneten erzeugt.Zeroing leads. The required kinetic energy is generated by the electromagnet.

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.With repeated contact between the moving through the measuring machine workpiece and the probe element remain all but the stops to the corresponding half-coordinate. Thus, the length measuring system lying in the measuring direction can deliver the analog values after stopping the delayed movement. The other zv / ei length measuring systems are used to measure the ITuIlagenabweichung caused by elastic deformations.

Aufgrund der Möglichkeit der Gewinnung eines Vorsignals mit nachfolgender stufenweiser Geschwindigkeitsverringerung und Messung im statischen Zustand, werden die Schwingungsprobleme auf ein Minimum reduziert.Due to the possibility of obtaining a pre-signal with subsequent gradual speed reduction and measurement in the static state, the vibration problems are reduced to a minimum.

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Embodiment ·

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert v/erden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Anordnung der Tastvorrichtung.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows the basic arrangement of the probe.

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.The storage of the probe element 6 takes place for two coordinates by play-free precision rolling bearing 1, whose axes of rotation lie in a plane. The location and dimensions of the probe element 8 were chosen so that the height offset due to the pendulum movement has no effect on the measurement accuracy.

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.The proposed electromagnets 2 allow the release of one half coordinate + x, - x, + y, - y »+ z, - z, so that the moving masses remain minimal. The electromagnets 2 serve at the same time for returning the probe element 8 in the Kullagenbereich which is fixed by this simultaneously. The restoring forces are transmitted by non-interacting suspended panels in all three coordinates, the Sur sur avoid over-definedness have a defined edition.

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.The springs 3> which act on the lever 15 to the coupling member 12 are switchable to Meßkrafseinstellung. They are arranged so that the Meßkraftänderung in deflection of the probe element 8 can be disregarded, can. To keep constant the measuring forces in leasing the half-coordinates + ζ and -z different probe masses and the restoring forces of the spring parallelogram 7 by a lever mechanism 4, with an adjustable-baren and automatically changing translation, compensated, the forces generated by symmetrically arranged counterweights 16 become.

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.The provided as a length measuring immersion coils 6.1 with the ferromagnetic core. 6.2 are far away from the pivot point of the probe element 8 in order to make the best possible use of their accuracy and to detect elastic deformations of the probe device.

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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.The accidental protection, which consists of a ring-shaped contact 5 · 2, which is delimited by two discs 5 · 1, prevented by a signal output overload or damage of the probe device.

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.The angle 10, the relative frame part · 11, the coupling part 12 and the intermediate part 13 consist of individual parts without mounting connection, so that only a minimum of the measuring accuracy affecting joints is necessary.

Die !rastvorrichtung ist durch eine lösbare Gestellbefestigung 9 mit dem Maschinengestell 14 verbunden.The latching device is connected to the machine frame 14 by means of a detachable frame fastening 9.

Claims

215906 7 Claim to the invention

1. Tasting device for a three-dimensional stapler for detecting geometric sizes of objects and simultaneous computer-aided error correction using known per se assemblies, characterized

that below a frame attachment (9) a lever mechanism (4) is provided with a variable translation, engage the symmetrically arranged counterweights (16) and a relative frame part (11) via traction means,.

in that the relative frame part (11) is guided by a play-free straight guide, for example by a spring parallelogram (7h ), in relation to an angle fiO fixedly connected to a machine frame (14).

a cardan joint, for example a precision rolling bearing (1), is arranged on the upper part of the straight guide,

that in all six half-coordinates (+ x, - x, + y, - y, + z, - z) to achieve the fullness switchable attacks, such as Elektromagnetef2) are located,

that on four symmetrically to the probe element (8) lying points and rigid levers ft5) on the coupling part (12) acting and in the semi-coordinate (+ z) acting, selectively switchable springs (3) for generating the measuring forces between the universal joint and the attacks laterally staggered,

in that a length measuring system, for example a plunger coil (6.1) with a two-part ferromagnetic core (6.2), is present in each case for two half-coordinates,

and in that at the level of the length measuring systems an accidental safety acting in three coordinates, for example an annular elastically deformable contact (5.2) delimited by discs ($ .1), is mounted. "

2 · Tastvorrichtung according to item 1, characterized in that is provided as a length measuring a plunger coil with a five-part core in which magnetizable material and non-magnetizable material changes.