DE102005057012A1

DE102005057012A1 - Positionsmesseinrichtung mit Führung

Info

Publication number: DE102005057012A1
Application number: DE200510057012
Authority: DE
Inventors: Bruno Hotz
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung (10), bestehend aus einer Führungsschiene (16) mit einer Maßverkörperung (24) und einem Messwagen (18) und einem Führungswagen (20), die beweglich an der Führungsschiene (16) gelagert und in die Bewegungsrichtung (B) miteinander gekoppelt sind, wobei an dem Messwagen (18) eine Abtastvorrichtung (28) für die Maßverkörperung (24) angebracht ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine Tischbaugruppe (12) nur an dem Führungswagen (20) abgestützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Eine derartige Positionsmesseinrichtung ist beispielsweise aus der CH 686 322 A5 bekannt. Dort ist in 1 eine Führungsschiene 3 mit einer Maßverkörperung 30 gezeigt. Der Messwagen 5 ist beweglich an der Führungsschiene 3 gelagert und weist eine Abtastvorrichtung 50 zum Abtasten der Maßverkörperung 30 auf. Weiter ist ein Führungswagen 4 vorgesehen, der auf derselben Führungsschiene 3 beweglich gelagert ist. Der Mess- und der Führungswagen sind mittels der Tischbaugruppe 6 in Bewegungsrichtung miteinander gekoppelt. Die Bewegungsrichtung entspricht der Längsrichtung der Führungsschiene 3. Der Mess- und der Führungswagen sind als Linearwälzlager mit mehreren Reihen endlos umlaufender Wälzkörper ausgebildet.

Der Nachteil dieser Positionsmesseinrichtung besteht darin, dass der Messwagen durch Kräfte, die auf die Tischbaugruppe einwirken, minimal verformt wird, weil die Tischbaugruppe auch auf dem Messwagen abgestützt ist. Dadurch kann das Messergebnis verfälschst werden, weil die Verformung des Messwagens eine Abstandsänderung zwischen Abtastvorrichtung und Maßverkörperung zur Folge hat. Besonders bei induktiv oder magnetisch arbeitenden Abtastvorrichtungen führt eine derartige Abstandsänderung zu einer unerwünschten Änderung des Messsignals, die den Positionsmesswert verfälscht.

Zur Lösung dieses Problems sind aus dem Stand der Technik so genannte geführte Positionsmesseinrichtungen bekannt, wie sie beispielsweise im Katalog "Längenmesssystem nach dem AMOSIN-Messprinzip" der AMO Automatisierung Messtechnik Optik GmbH, A-5380 Braunau beschrieben sind. Bei den dortigen Positionsmesseinrichtungen LMI-310 und LMI-200 ist ebenfalls eine Führungsschiene mit einer Maßverkörperung und ein Messwagen mit einer Abtastvorrichtung vorgesehen. Der Messwagen und die Führungsschiene sind Bestandteile eines Linearwälzlagers und dienen ausschließlich zur Führung der Abtastvorrichtung. Die Führungsschiene weist deshalb nur eine geringe Breite von 18mm (LMI-210) bzw. 15mm (LMI-310) auf. Sie ist nicht in der Lage die hohen Lasten, die beispielsweise in einer Werkzeugmaschine auf die Tischbaugruppe einwirken, zu tragen. Hierfür kommen üblicherweise Führungsschienen mit einer Breite von 35mm und mehr zum Einsatz, die eine erheblich höhere Tragfähigkeit aufweisen.

Die o.g. Abtastvorrichtung ist mittels eines Montagelements mit einer Tischbaugruppe verbindbar. Das Montageelement ist mittels Schrauben fest mit der Abtastvorrichtung und der Tischbaugruppe verbunden und weist in Bewegungsrichtung eine wesentliche höhere Steifigkeit auf als in den übrigen Raumrichtungen.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Positionsmesseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine hohe Messgenauigkeit aufweist. Weiter soll die Positionsmesseinrichtung kostengünstig herstellbar sein. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Es wird also vorgeschlagen, dass die Tischbaugruppe nur auf dem Führungswagen und nicht auf dem Messwagen abgestützt ist. Dadurch erhält man alle Vorteile der beiden eingangs beschriebenen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik, wobei sich der Zusatzaufwand letztlich auf die Bereitstellung eines zusätzlichen Messwagens beschränkt. Insbesondere die gesonderte Führungsschiene für den Messwagen und deren aufwändige Befestigung an einer übergeordneten Baugruppe entfällt.

Die Kopplung von Mess- und Führungswagen kann durch ein gesondertes Koppelelement realisiert sein, das zwischen dem Messwagen und der Tischbaugruppe oder dem Führungswagen angeordnet ist. Dieses Koppelelement hat die Aufgabe, eine Kraftübertragung auf den Messwagen nur in Bewegungsrichtung zuzulassen. Andere Kräfte, die zu einer Verformung des Messwagens führen könnten, sollen nicht oder nur in geringem Umfang übertragen werden. Gleichzeitig soll die Kopplung in Bewegungsrichtung möglichst steif sein, damit die Abtastvorrichtung die Bewegung der Tischbaugruppe möglichst exakt nachvollzieht, auch wenn hohe Beschleunigungskräfte auftreten.

Diese Anforderungen können durch ein Koppelelement erfüllt werden, das im Wesentlichen unbeweglich mit dem Messwagen und mit einem Führungswagen oder der Tischbaugruppe verbunden ist, wobei es in Bewegungsrichtung eine wesentlich höhere Steifigkeit aufweist als in den übrigen Raumrichtungen. Die Verbindung zum Mess- bzw. Führungswagen oder der Tischbaugruppe kann beispielsweise mittels Schraubbolzen erfolgen.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Koppelelement zwei Befestigungsabschnitte aufweist und im Wesentlichen starr ausgeführt ist, wobei je ein Befestigungsabschnitt drehbeweglich mit dem Messwagen und mit einem Führungswagen oder der Tischbaugruppe verbunden ist. Das Koppelelement kann beispielsweise als Stange ausgeführt sein, die an beiden Enden mit Kugelgelenken versehen ist. Die Verbindungslinie zwischen den Drehmittelpunkten der beiden Drehgelenke, nämlich die Achse der Stange, muss parallel zur Bewegungsrichtung verlaufen, damit die gewünschte Bewegungskopplung ohne schädliche Querkräfte erfolgt. Eine Verformung des Messwagens kann somit allenfalls durch die sehr geringen Reibungskräfte in den Drehgelenken verursacht werden.

Es ist bevorzugt daran gedacht, Mess- und Führungswagen im Wesentlichen identisch auszuführen, insbesondere als Linearwälzlager. Im Wesentlichen identisch hat die Bedeutung, dass die Hauptabmessen der Wagen und insbesondere deren Baugröße gleich sind. Andere Eigenschaften, wie die Ablaufgenauigkeit, die Vorspannung oder die Befestigungsart, insbesondere die Breite der Montagefläche, können sich jedoch zwischen Mess- und Führungswagen unterscheiden.

Bei dieser Ausführungsform weisen der Mess- und der Führungswagen je eine Montagefläche auf, die in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Abtastvorrichtung ist deshalb vorzugsweise an einer Stirnseite des Messwagens angebracht, damit der Messwagen Platz sparend unter der Tischbaugruppe angeordnet sein kann.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Montagefläche des Führungswagens mit der Tischbaugruppe verbunden ist, wobei die Tischbaugruppe im Bereich der Montagefläche des Messwagens eine Ausnehmung aufweist, in der das gesonderte Koppelelement angeordnet ist. Auf diese Weise steht genügend Platz zur Verfügung, um das Koppelelement an der Montagefläche des Führungswagens zu befestigen, an der entsprechende Befestigungsmöglichkeiten serienmäßig vorgesehen sind. Eine aufwändigere seitliche Befestigung des Koppelelements am Messwagen kann vermieden werden. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Befestigungsfläche der Tischbaugruppe für die Führungswagen in Führungsschienenlängsrichtung üblicherweise eben ausgeführt ist.

Der Messwagen und der Führungswagen können Linearwälzlager mit mehreren Reihen endlos umlaufender Wälzkörper sein, wobei die Wälzkörper des Messwagens mit geringerer Vorspannung eingebaut sind als die Wälzkörper des Führungswagens. Insbesondere ist daran gedacht, die Messwagen mit einer einzigen vorbestimmten Vorspannung zu versehen, während die Vorspannung der Führungswagen entsprechend den Betriebslasten auf die Tischbaugruppe festgelegt werden. Die Vorspannung des Messwagens kann sehr klein oder sogar spielfrei gewählt werden, weil er nur geringen Belastungen ausgesetzt ist, die beispielsweise durch seine Beschleunigung verursacht werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Messwagen kostengünstiger herzustellen.

In diesem Zusammenhang ist vor allem die Herstellung der Montagefläche für die Abtastvorrichtung zu erwähnen, die beispielsweise gemäß der DE 103 47 360 ausgeführt sein kann. Diese Montagefläche kann erst am fertig montierten Messwagen angebracht werden, da sie exakt senkrecht zur Bewegungsrichtung des Linearwälzlagers verlaufen muss. Die vorgeschlagene Lösung hat daher den Vorteil, dass nur Messwagen mit einer bestimmten Vorspannung mit der Montagefläche für die Abtastvorrichtung versehen werden müssen. Diese können somit vorab in größeren Stückzahlen und somit kostengünstig auf Lager produziert werden. Bei der Ausführungsform gemäß der CH 686 322 A5 kann der Messwagen dagegen erst nach einer Kundenbestellung, in der eine Vorspannung für die Wälzkörper festgelegt wird, fertig gestellt werden. Der Kostennachteil durch den erfindungsgemäßen zusätzlichen Wagen wird durch die kostengünstigere Herstellung des Messwagens weitgehend ausgeglichen.

Weiter kann der Messwagen eine höhere Führungsgenauigkeit bzw. Ablaufgüte aufweisen als der Führungswagen. Durch die höhere Führungsgenauigkeit des Messwagens wird einerseits eine höhere Messgenauigkeit der Positionsmesseinrichtung erzielt. Andererseits kann die Führungsgenauigkeit des Messwagens unabhängig von den Anforderungen an die Führungsgenauigkeit der Tischbaugruppe festgelegt werden. Somit ergeben sich die gleichen Kostenvorteile, die vorstehend in Bezug auf die Vorspannung beschrieben wurden.

Der Messwagen kann hergestellt werden, indem dessen Vorspannung dadurch eingestellt wird, dass die Abmessungen der Wälzkörper derart ausgewählt werden, dass der Messwagen auf einer Referenzführungsschiene eine vorbestimmte Vorspannung aufweist. Dadurch kann erreicht werden, dass jeder Mess- oder Führungswagen einer Serie von Wagen mit jeder Führungsschiene einer Serie von Führungsschienen kombiniert werden kann. Hierbei wird vorausgesetzt, dass die Formen der Führungsschienen einer Serie von Führungsschienen nur so wenig von der Form der Referenzführungsschiene abweichen, dass die Vorspannung nur in geringem Umfang beeinflusst wird. Diese Anforderung kann in der Praxis ohne weiteres erfüllt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die o.g. Montagefläche für die Abtastvorrichtung unabhängig von der Führungsschiene, auf der der Messwagen später eingesetzt wird, hergestellt werden kann. Da die Führungsschiene erst bei einer Kundenbestellung insbesondere hinsichtlich ihrer Länge spezifiziert wird, ist diese Ausgestaltung eine Voraussetzung dafür, dass der Messwagen vor einer Kundebestellung in größeren Stückzahlen auf Lager produziert werden kann, um dadurch Kosten zu sparen. Die Anwendung dieses Verfahrens auf den Führungswagen ist aus Kostengründen ebenfalls vorteilhaft.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung beschreiben werden. Es stellt dar:
1 eine grobschematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung ganz allgemein mit 10 bezeichnet. Die Positionsmesseinrichtung 10 umfasst eine Tischbaugruppe 12, die auf einem Linearwälzlager 14 in Bewegungsrichtung B beweglich gelagert ist. Das Linearwälzlager besteht aus einer ersten Führungsschiene 16 und einer weiteren nicht dargestellten parallelen Führungsschiene, auf der je zwei Führungswagen 20 über mehrere Reihen endlos umlaufender nicht dargestellter Wälzkörper beweglich gelagert sind. Die Montageflächen 22 der vier Führungswagen 20, auf der die Tischbaugruppe 12 abgestützt ist, liegen in einer Ebene.
An der Führungsschiene 16 ist eine Maßverkörperung 24 vorgesehen, die sich an Bewegungsrichtung B erstreckt. Bei der Maßverkörperung handelt es sich um ein dünnes Band aus Stahlblech, das mit einer Vielzahl von periodischen Markierungen 26 in Form von rechteckigen Ausschnitten versehen ist.
Weiter ist auf der Führungsschiene 16 ein Messwagen 18 vorgesehen, der im Wesentlichen identisch zu den Führungswagen 20 ausgeführt ist. Die Vorspannung des Messwagens beträgt 2 % seiner dynamischen Tragzahl. Die Genauigkeitsklasse ist "XP". Zu diesen Angaben wird auf den Katalog der Anmelderin verwiesen. Zur Schmierung wird der Messwagen 18 einmalig mit Schmiermittel befüllt, so dass er nicht an eine Zentralschmiervorrichtung einer übergeordneten Maschine angeschlossen werden muss. Dies ist aufgrund der geringen Belastungen am Messwagen 18 ausreichend.
Der Messwagen 18 weist an seiner Stirnseite 42 eine Montagefläche 30 auf, die sich im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung B erstreckt. An der Montagefläche 30 ist eine Abtastvorrichtung 28 für die Maßverkörperung gemäß der DE 103 47 360 befestigt.
Der Messwagen 18 ist mittels eines Koppelelements 32 mit der Tischbaugruppe 12 in Bewegungsrichtung B gekoppelt. Das Koppelelement 32 ist als starre Stange ausgeführt und in einer Ausnehmung 44 der Tischbaugruppe 12 angeordnet. An beiden Enden des Koppelelements 34, welches sich in Bewegungsrichtung B erstreckt, befindet sich je ein Befestigungsabschnitt 34, der als Kugelgelenk 36 ausgeführt ist. Die Kugeln 38 der Kugelgelenke 36 sind fest mit der Montagefläche 22 des Messwagens 18 bzw. mit der Tischbaugruppe 12 verbunden. An den Enden der Stange sind Kugelpfannen 40 für die Kugeln 38 angebracht, so dass sich eine drehbewegliche Verbindung ergibt.

B: Bewegungsrichtung
10: Positionsmesseinrichtung
12: Tischbaugruppe
14: Linearwälzlager
16: Führungsschiene
18: Messwagen
20: Führungswagen
22: Montagefläche
24: Maßverkörperung
26: Markierung
28: Abtastvorrichtung
30: Montagefläche der Abtastvorrichtung
32: Koppelelement
34: Befestigungsabschnitt
36: Kugelgelenk
38: Kugel
40: Kugelpfanne
42: Stirnseite
44: Ausnehmung

Claims

Positionsmesseinrichtung (10) mit – einer Führungsschiene (16), die mit einer Maßverkörperung (24) versehen ist, – einem Messwagen (18), der beweglich an der Führungsschiene (16) gelagert ist, wobei an dem Messwagen (18) eine Abtastvorrichtung (28) zum Abtasten der Maßverkörperung (24) angebracht ist, – wenigstens einem Führungswagen (20), der beweglich an der Führungsschiene (16) gelagert ist, wobei der Messwagen (18) und der Führungswagen (20) in Bewegungsrichtung (B) miteinander gekoppelt sind, und – einer Tischbaugruppe (12) dadurch gekennzeichnet, dass die Tischbaugruppe (12) nur auf dem wenigstens einen Führungswagen (20) abgestützt ist.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Messwagen (18) und einem Führungswagen (18) oder der Tischbaugruppe (12) ein gesondertes Koppelelement (32) vorgesehen ist,
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (32) im Wesentlichen unbeweglich mit dem Messwagen (18) und mit einem Führungswagen (18) oder der Tischbaugruppe (12) verbunden ist, wobei es in Bewegungsrichtung (B) eine wesentlich höhere Steifigkeit aufweist als in den übrigen Raumrichtungen.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (32) zwei Befestigungsabschnitte (34) aufweist und im Wesentlichen starr ausgeführt ist, wobei je ein Befestigungsabschnitt (34) drehbeweglich mit dem Messwagen (18) und mit einem Führungswagen (20) oder der Tischbaugruppe (12) verbunden ist.
Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwagen (18) und der Führungswagen (20) je eine Montagefläche (22) aufweisen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei die Abtastvorrichtung (32) an einer Stirnseite (42) des Messwagens (18) angebracht ist, und wobei vorzugsweise der Messwagen (18) und der Führungswagen (20) im Wesentlichen identisch ausgeführt sind.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagefläche (22) des Führungswagens mit der Tischbaugruppe (12) verbunden ist, wobei die Tischbaugruppe (12) im Bereich der Montagefläche (22) des Messwagens (18) eine Ausnehmung (44) aufweist, in der das gesonderte Koppelelement (32) angeordnet ist.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gesonderte Koppelelement (32) mit der Montagefläche (22) des Messwagens (18) und der Tischbaugruppe (12) verbunden ist.
Positionsmesseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwagen (18) und der Führungswagen (20) Linearwälzlager mit mehreren Reihen endlos umlaufender Wälzkörpern sind, wobei die Wälzkörper des Messwagens (18) mit geringerer Vorspannung eingebaut sind als die Wälzkörper des Führungswagens (20).
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwagen (18) eine höhere Führungsgenauigkeit aufweist als der Führungswagen (20).
Verfahren zur Herstellung einer Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung des Messwagens (18) dadurch eingestellt wird, dass die Abmessungen der Wälzkörper derart ausgewählt werden, dass der Messwagen (18) auf einer Referenzführungsschiene eine vorbestimmte Vorspannung aufweist.