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Die
Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einem Prüfungsträger
und einem diesen überbrückenden Portal.
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Koordinatenmessgeräte
dienen dazu, Werkstücke präzise zu vermessen.
Die Anforderungen an die Präzision der Messung steigen
dabei. Andererseits sollen vielfältige Messaufgaben ausgeführt
werden, was es erforderlich macht, entsprechende Messköpfe
in Bezug auf das Werkstück zu bewegen.
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Die
Basis einer entsprechenden Koordinatenmessmaschine bildet ein Messtisch.
Zur räumlichen Lagerung und Führung des mindestens
einen Messkopfs wird häufig ein Portal vorgesehen. Z. B. offenbart
dazu die
DE 102 11
070 A1 eine Messmaschine mit einem asymmetrischen Portal,
dessen eines Ende auf einem hoch liegenden Träger und dessen
anderes Ende auf dem Messtisch gelagert ist. Während eines
der Enden des Portals angetrieben ist, läuft das andere
Ende des Portals frei mit und stützt das Portal ab. Üblicherweise
wird hierzu ein Traglager ohne Führungseigenschaft vorgesehen. Zusätzlich
zu der sich durch die Bewegungsrichtung des Portals ergebenden ersten
horizontalen Achse ist zur Bewegung des mindestens einen Messkopfs eine
zweite horizontale Achse in Form einer Führung eines Schlittens
an dem horizontalen Träger des Portals vorgesehen. Diese
zweite Horizontalachse soll rechtwinklig zu der ersten Horizontalachse
stehen. Aus der gegebenen Konstruktionsweise ergibt sich aber ein
geringer Führungsabstand und dadurch eine Abweichung der
Rechtwinkligkeit der beiden Horizontalachsen zueinan der. Außerdem
kann das Portal in Bewegungsrichtung, insbesondere bei langen zum Verstellen
der Messköpfe vorgesehenen Achsen eine Kippung erfahren.
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Prinzipiell
ist es möglich, das Portal ortsfest auszubilden und den
Messtisch zu bewegen, um eine Relativbewegung zwischen dem Messkopf
und dem Werkstück zu erzeugen. Dies hat aber den Nachteil, dass
die Führungslänge des Messtischs etwa doppelt
so groß sein muss wie der Messbereich in Bewegungsrichtung.
Außerdem kann das Beschleunigen und Abbremsen von Prüflingen
zu unerwünschten Effekten führen.
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Des
Weiteren ist aus der
US 5 191
717 ein Koordinatenmessgerät bekannt, bei dem
das Portal als geschlossener Rahmen aufgebaut ist, der mittels Luftlager
eine Platte zur Aufnahme des Werkstücks beweglich aufnimmt.
Eine Bewegung der Werkstückaufnahme bewirkt eine Veränderung
der in dem Portal wirkenden Kräfte, was der Genauigkeit
abträglich sein kann.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Koordinatenmessgerät
zu schaffen, das für große Werkstücke
geeignet und dabei platzsparend ausgebildet ist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Koordinatenmessgerät nach Anspruch
1 gelöst:
Das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät
weist ein verfahrbares Portal auf, das als geschlossener Rahmen
ausgebildet ist. Das Portal überbrückt dabei das
Messvolumen und ist unterhalb eines Prüflingsträgers
durch einen Rahmenteil geschlossen. Dieser Rahmenteil verbindet
zwei Seitenstützen des Portals miteinander. Der Rahmenteil
kann durch eine Basisplatte gebildet sein, die auf entsprechen den
Führungen eines massiven Tischs oder Bettes verfahrbar gelagert
ist. Das Portal wird mit seinen beiden Seitenstützen auf
der Basisplatte befestigt, wodurch es eine stabile Einheit, d. h.
einen Rahmen bildet. Der Rahmen ist in einer horizontalen, sich
quer, vorzugsweise rechtwinklig, zu dem Querträger erstreckenden
Richtung verfahrbar gelagert. Somit ist für die Bewegung des
Portals eine erste Horizontalachse gegeben.
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An
dem Querträger des Portals können ein oder mehrere
Führungen für einen oder mehrere Schlitten zur
Lagerung eines oder mehrerer Messköpfe vorgesehen sein.
Die Führungen bilden somit eine zweite Horizontalachse,
die quer, vorzugsweise rechtwinklig, zur Bewegungsrichtung des Portals
orientiert ist. Zusätzlich können die Messköpfe
an den Schlitten durch weitere Führungen, beispielsweise Vertikalführungen
geführt sein, die als Z-Führungen bezeichnet werden.
Der Querträger des Portals wird vorzugsweise als Hohlprofil
ausgebildet.
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Die
fahrbare Basisplatte, bzw. der untere Rahmenteil des fahrbaren Portals,
wird durch einen ruhenden Messtisch überbrückt,
der hier als Messobjekttisch bezeichnet ist. Der Messobjekttisch
kann mit einem massiven Tisch oder einer sonstigen Maschinenbasis
fest verbunden sein oder aber auch separat auf gleichem Fundament
oder Untergestell abgestützt sein. Der Messobjekttisch
berührt das Portal nicht. Zwischen dem Messobjekttisch
und dem Portal ist unabhängig von der Position des Portals
immer ein ausreichender Abstand vorhanden, um mittelbare oder unmittelbare
Berührungen zu vermeiden.
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Die
tragende Basisplatte des Portals kann an ihren beiden Enden an der
Führungseinrichtung geführt sein. Es lässt
sich ein sehr großer Führungsabstand einstellen,
was zu einer präzisen Führung des Portals führt.
Dies führt konstruktionsbedingt zu geringen Messunsicherheiten.
Es genügt ein einziger Zentralantrieb, der mittig zwischen
den beiden Führungseinrichtungen und parallel zu diesen
wirkt. Außerdem genügt ein einziges Wegmesssystem,
um die Position des Portals präzise zu bestimmen. Durch den
großen Führungsabstand der beiden Führungen wird
die Verschwenkung des Portals minimiert und die Rechtwinkligkeit
zwischen Portalführung und der zweiten Horizontalachse
optimiert.
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Durch
eine bedarfsweise H-förmige Grundplatte lässt
sich die Führungslänge in Bewegungsrichtung maximieren,
wodurch die Verkippung des Portals minimiert werden kann.
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Das
vorgeschlagene Konzept ermöglicht außerdem die
Erzielung weiterer Vorteile, beispielsweise indem der Messobjekttisch
ganz oder teilweise lichtdurchlässig ausgebildet wird.
Er kann aus einem transparenten oder durchsichtigen Material gebildet sein
oder Lichtdurchtrittsfenster aufweisen. Zur Beleuchtung des Messobjekts
kann unterhalb des Messobjekttischs eine Beleuchtungseinrichtung
vorgesehen sein. Diese kann im einfachsten Fall den gesamten Messobjekttisch
beleuchten. Wenn dieser aus einem transparenten oberflächlich
mattierten Material besteht, kann es genügen, in seine
Kanten Licht einzustrahlen. Um eine höhere Beleuchtungshelligkeit
zu erzielen, ist es zweckmäßig, die Beleuchtungseinrichtung
zusammen mit dem Portal zu bewegen. Z. B. kann die Beleuchtungseinrichtung
an dem unteren, sich unterhalb des Messobjekttischs erstreckenden
Rahmenteil vorgesehen sein. Die Beleuchtungseinrichtung kann als
Lichtband ausgebildet sein, das sich vorzugsweise über
die gesamte Breite des Messfelds erstreckt. Es ist auch möglich, eine
Beleuchtungseinrichtung vorzusehen, die genau auf der optischen
Achse einer optischen Messeinrichtung, beispielsweise einer Kamera
vorgesehen ist, und synchron zu deren Bewegungen quer zur Bewegungsrichtung
des Portals mit der Kamera mitbewegt wird. Damit ist die Erzielung
einer Hellfeldbeleuchtung oder auch einer Dunkelfeldbeleuchtung möglich.
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Zusammenfassend
werden mit der Erfindung folgende Vorteile erhalten:
- – geringe bewegte Massen durch ruhenden Messobjekttisch
und fahrendes Portal,
- – geringe Messunsicherheiten durch geschlossenes Portal
in Rahmenform und Verwendung einer Basisplatte mit großen
Führungsabständen in Bewegungsrichtung,
- – durch die Trennung von Messtisch und Führungen
wird der Messkreis vom Werkstückgewicht nicht beeinflusst,
- – durch das fahrende Portal wird im Vergleich zu einer
Bauweise mit feststehendem Portal eine kompakte Bauweise erreicht.
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Die
Verwendung nur eines Antriebs und Wegmesssystems pro Achse (d. h.
pro Bewegungsrichtung) führt zu geringen Kosten und zu
geringem technischen Aufwand.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Ansprüchen.
Die Beschreibung ist auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger
Gegebenheiten reduziert. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen
und offenbart weitere Einzelheiten.
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Es
zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät
in schematisierter Perspektivansicht,
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2 das
Koordinatenmessgerät nach 1 in Seitenansicht,
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3 das
Koordinatenmessgerät nach 1 und 2 in
Stirnansicht und
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4 die
Maschinenbasis der Messmaschine nach den 1 bis 3 in
Draufsicht in ausschnittsweiser Darstellung.
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In 1 ist
ein Koordinatenmessgerät 1 veranschaulicht, das
zur Vermessung von Messobjekten, insbesondere großen flächenhaft
ausgedehnten Messobjekten 2 dient. Ein solches ist in 1 schematisch
veranschaulicht. Zur Aufnahme des Messobjekts 2 dient ein
Messobjekttisch 3, der auf einer Maschinenbasis 4 ruht.
Die Maschinenbasis 4, die auch als Maschinentisch bezeichnet
werden kann, ist. in Form einer massiven, möglichst schweren
Platte, beispielsweise in Form einer Granitplatte oder dergleichen
ausgebildet. Sie ruht auf einem Gestell 5, das seinerseits
auf einem Hallenboden oder dergleichen aufgestellt sein kann.
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Der
Messobjekttisch 3 überspannt, wie insbesondere
aus 2 hervorgeht, einen flachen, zwischen der Maschinenbasis
und dem Messobjekttisch 3 ausgebildeten Raum 6.
Mit seinen stirnseitigen Enden 7, 8 steht der
Messobjekttisch 3 auf der Maschinenbasis 4 ortsfest.
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Die
Maschinenbasis 4 ist in Draufsicht vorzugsweise rechteckig
ausgebildet. Sie trägt zwei Führungsbahnen 9, 10,
die parallel und im Abstand zueinander angeordnet sind. Auf der
Führungsbahn 9 laufen luftgelagert, wälzgelagert
oder anderweitig präzisionsgelagert zwei Schlitten 11, 12,
die zusammen mit der Führungsbahn 9 eine Linearführung
bilden. Eine ähnliche Linearführung ist zusammen
mit der Führungsschiene 10 vorgesehen. Die so
gebildeten Linearführungen haben zueinander einen Führungsabstand,
der etwa der Breite der Maschinenbasis 4 entspricht. Sie
lagern eine Basisplatte 14, die zugleich einen Rahmenteil 15 eines
Portals 16 bildet und sich durch den Raum 6 erstreckt.
Das Portal 16 weist zwei Seitenstützen 17, 18 auf,
die an ihren oberen Enden durch einen Querträger 19 miteinander verbunden
sind. Die Seitenstützen 17, 18 sind mit
der Basisplatte 14 verbunden, beispielsweise verschraubt
oder ruhen (z. B. lose) auf der Basisplatte 14. Somit bildet
das Portal 16 bestehend aus Basisplatte 14, Seitenstützen 17, 18 und
Querträger 19 einen rechteckigen Rahmen, wie insbesondere
aus 3 hervorgeht. Das Portal 16 kann über
die gesamte Länge der Führungsbahnen 9, 10 in
einer Horizontalrichtung bewegt werden. Zur gezielten Bewegung dient
ein entsprechend positionsgeregelter Antrieb, der in 3 z.
B. durch eine Gewindespindel 20 symbolisiert ist, deren
Spindelmutter 21 vorzugsweise mittig an der Basisplatte 14 befestigt
ist. Die Gewindespindel 20 ist parallel zu den Führungsbahnen 9, 10 orientiert.
In der Nähe dieser Linearantriebsvorrichtung kann eine
lineare Positionsmesseinrichtung vorgesehen sein, um die entsprechende Horizontalposition
des Portals 16 zu bestimmen. Alternativ können
zur Positionsbestimmung Lasermesseinrichtungen oder ähnliche
Messvorrichtungen vorgesehen sein.
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Der
Querträger 19 trägt zumindest einen Messkopf 22,
beispielsweise in Form einer an ein Bildverarbeitungssystem angeschlossenen
Kamera 23 oder dergleichen. Der Messkopf 22 kann
quer zur Bewegungsrichtung des Portals 16 verfahrbar gelagert
sein. Dazu können an dem Querträger 19 ein oder
mehrere Führungsschienen 24, 25 vorgesehen sein,
die zusammen mit nicht weiter veranschaulichten Schuhen oder Schlitten
den Messkopf 23 führen. Eine ebenfalls nicht weiter
veranschaulichte positionsgeregelte Antriebsvorrichtung dient zur
gezielten Querpositionierung der Kamera 23.
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Der
Messkopf 23 kann durch eine nicht weiter veranschaulichte
zusätzliche Führung auch vertikal verstellbar
gelagert sein. Der Querträger 19 kann mit weiteren
Messköpfen versehen sein, die auf den gleichen Führungsschienen 24, 25 oder
auf zusätzlichen Führungsschienen laufen.
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Wie 4 veranschaulicht,
ist der untere Rahmenteil 15 vorzugsweise H-förmig
ausgebildet. Dadurch kann, wie an hand der Linearführung 13 ersichtlich
ist, in Führungsrichtung, d. h. Längsrichtung der
Führungsschiene 9 ein großer Abstand
der beiden Schlitten 11, 12 erzielt werden. Gleiches
gilt für die in 4 rechtsseitigen Linearführung,
für die die Beschreibung der Linearführung 13 entsprechend gilt.
Die große Führungslänge der Linearführung 13 gestattet
eine präzise Führung des Portals 16 mit
geringst möglicher Kippneigung.
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Die
beiden Linearführungen der Führungsbahnen 9, 10 sind
untereinander durch einen vorzugsweise lediglich relativ schmalen
Steg 24 der Basisplatte 14 verbunden. Dadurch
hat die Basisplatte 14 im Wesentlichen eine H-Form. In 4 ist
in strichpunktierten Linien eine Aufstandsfläche 25 für das
Ende 8 des Messobjekttischs 3 veranschaulicht. Wie
ersichtlich, kann die Basisplatte 14 so nahe an das Ende
der Maschinenbasis heranfahren, dass sie die Aufstandsfläche 25 umgreift.
Mit anderen Worten, vorzugsweise weist die Basisplatte 14 an
beiden in Fahrtrichtung vorn und hinten liegenden Enden Ausnehmungen
auf, die entsprechende Füße 26, 27 des Messobjekttischs 3 aufnehmen
können.
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Das
insoweit beschriebene Koordinatenmessgerät 1 arbeitet
wie folgt:
In Betrieb liegt das Messobjekt 2, wie
in 1 veranschaulicht, auf dem ruhenden Messobjekttisch 3.
Zur Vermessung desselben kann das Portal 16 in einer ersten
Horizontalrichtung verfahren werden, die von den Führungsbahnen 9, 10 bestimmt
wird. Zusätzlich kann der Messkopf 22 quer dazu
ebenfalls in Horizontalrichtung verfahren und ggf. auch in Z-Richtung verstellt
werden. So kann das Messobjekt 2 gezielt vermessen werden.
Es kann auch ein taktiler Sensor vorgesehen werden, um Messpunkte
an dem Messobjekt 2 anzutasten.
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Wie 4 zeigt,
kann das Koordinatenmessgerät 16 eine Beleuchtungseinrichtung
aufweisen, die vorzugsweise unterhalb des Messobjekttischs 3 angeordnet
ist. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung in Form eines
Lichtbands 28 ausgebildet sein, das sich über
die nahezu gesamte Breite der Basisplatte 14 erstreckt.
Das Lichtband kann durch Leuchtfolien, Leuchtstofflampen, Leuchtdioden
oder ähnliches gebildet sein. Es kann darauf ausgelegt
sein, definiert gerichtetes Licht auszusenden. Es kann alternativ
dazu eingerichtet sein, diffuses Licht zu erzeugen. Alternativ kann
auch eine (gerichtete oder diffuse) Beleuchtungseinrichtung quer zu
der Führungsrichtung der Führungsbahnen 9, 10 verfahrbar
an der Basisplatte 14 gelagert sein, was in 4 jedoch
nicht näher veranschaulicht ist. Solches kann beispielsweise
erforderlich sein, wenn für die Kamera 23 eine
Dunkelfeldbeleuchtung bereitgestellt werden soll.
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Das
erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät 1 weist
eine Maschinenbasis mit Führungen auf, auf der ein rahmenartig
geschlossenes Portal mit ein oder mehreren Messköpfen verfahrbar
gelagert ist. Der untere Rahmenteil dieses Portals wird von einem
nach Art einer Brücke ausgebildeten Messobjekttisch überspannt,
wobei die Spannweite dieses Messobjekttischs wenigstens so groß ist
wie der Verfahrweg des Portals. Mit diesem Grundaufbau lassen sich
geringe Messunsicherheiten bei gleichzeitig geringen bewegten Massen
und großer Führungsgenauigkeit erzielen.
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- 1
- Koordinatenmessgerät
- 2
- Messobjekt
- 3
- Messobjekttisch
- 4
- Maschinenbasis
- 5
- Gestell
- 6
- Raum
- 7,
8
- Enden
- 9,
10
- Führungsbahnen
- 11,
12
- Schlitten
- 13
- Linearführung
- 14
- Basisplatte
- 15
- Rahmenteil
- 16
- Portal
- 17,
18
- Seitenstützen
- 19
- Querträger
- 20
- Gewindespindel
- 21
- Spindelmutter
- 22
- Messkopf
- 23
- Kamera
- 24
- Steg
- 25
- Aufstandsfläche
- 26,
27
- Füße
- 28
- Lichtband
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10211070
A1 [0003]
- - US 5191717 [0005]