-
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät und eine Verfahren zur Vermessung eines Werkstücks, insbesondere in Portal- oder Brückenbauweise, mit einer selbstfahrenden Antriebseinheit und einer fahrbaren Messeinheit.
-
-
Darüber hinaus ist die zusätzliche Bewegung des Messtischs in der gleichen Richtung des bewegten Messportals durch einen separaten Antrieb in der Patentanmeldung
DE 39 36 463 A1 offenbart.
-
Aus den Veröffentlichungen
DE 101 40 174 A1 ,
DE 102 36 239 A1 und
DE 10 2007 032 088 A1 sind ortsfeste Antriebseinheiten zum Verschieben von hochpräzisen Messtischen in jeweils zwei zueinander orthogonale Richtungen bekannt. Die Messeinheiten sind hierbei ortsfest.
-
Die Patentanmeldung
DE 196 49 252 A1 offenbart einen selbstfahrenden Schubwagen, der die Messeinheit eines Koordinatenmessgeräts über eine feste Schubstange in einer Richtung verfahrt. Darüber hinaus offenbart die Patentanmeldung
DE 36 09 246 A1 einen Robotmechanismus zum Verfahren der Messeinheit eines Koordinatenmessgeräts.
-
Vorteilhaft wurde für präzise Messungen auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik bereits im genannten Stand der Technik versucht, die Antriebskräfte zum Verfahren der Messeinheit eines Koordinatenmessgeräts von der eigentlichen Messeinheit auf eine separate Antriebseinheit zu verlagern, um dadurch den eigentlichen Messvorgang von den notwendigen Antriebskräften zum Verfahren der Messeinheit zu entkoppeln. Für hochpräzise Messungen mit einer fahrbaren Messeinheit eines Koordinatenmessgeräts sind die genannten Maßnahme des Standes der Technik jedoch nicht ausreichend, da die Antriebskräfte über den Verbindungspunkt der Antriebseinheit zur Messeinheit ein unzureichend großes Drehmoment auf die Messeinheit ausüben.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Koordinatenmessgerät mit einer selbstfahrenden Antriebseinheit und einer fahrbaren Messeinheit anzugeben, das hochpräzise Messungen erlaubt.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung eines Werkstücks umfassend eine selbstfahrende Antriebseinheit, eine fahrbare Messeinheit und einen Messtisch, wobei die selbstfahrende Antriebseinheit eine für das Verfahren der Messeinheit zuständige Teilvorrichtung des Koordinatenmessgeräts ist, die über eigene Antriebsmittel verfügt und daher durch Ausübung von Kräften gegenüber dem restlichen Koordinatenmessgerät in der Lage ist, sich selbst und zugleich auch die Messeinheit des Koordinatenmessgeräts gegenüber dem restlichen Koordinatenmessgerät in Bewegung zu versetzen und wobei die fahrbare Messeinheit eine andere für die Messwerterfassung zuständige Teilvorrichtung des Koordinatenmessgeräts ist, die über wenigstens einen Sensor zur Erfassung von Koordinaten eines zu vermessenden Werkstücks verfügt und die in wenigstens einer Koordinatenrichtung durch die selbstfahrende Antriebseinheit bewegt wird und für mindestens diese eine Koordinatenrichtung über keine eigenen Antriebsmittel verfügt, wobei die selbstfahrende Antriebseinheit und die fahrbare Messeinheit jeweils als sogenannte Portale oder jeweils als sogenannte Brücken ausgebildet sind, die den Messtisch des Koordinatenmessgeräts überspannen und die Antriebseinheit zum Verfahren der Messeinheit ein Schubglied aufweist, das in mindestens einer weiteren Koordinatenrichtung derart bewegt wird, dass die Antriebseinheit zum Verfahren der Messeinheit eine auf den Schwerpunkt der Messeinheit gerichtete Kraft über das Schubglied ausübt, deren Betrag, Richtung und Angriffspunkt so gewählt sind, dass das beim Verfahren der Messeinheit auf die Messeinheit wirkende Drehmoment kleiner als 5 Nm ist.
-
Als eine auf den Schwerpunkt der Messeinheit gerichtete Kraft wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Kraft verstanden, deren Betrag, Richtung und Angriffspunkt so gewählt sind, dass das auf die Messeinheit wirkende Drehmoment kleiner als 5 Nm ist.
-
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass für hochpräzise Koordinatenmessungen mit Längenmessabweichungen von deutlich unter EL,MPE < 1 µm gemäß VDI/VDE 2617 es nicht ausreichend ist, die Antriebseinheit zum Verfahren der Messeinheit nur in einer Koordinatenrichtung mit Antrieben auszustatten und die Schnittstelle zwischen der Antriebseinheit und der Messeinheit in Bezug auf eine weitere Koordinatenrichtung unbeweglich auszugestalten. Vielmehr ist es notwendig dafür zu sorgen, dass bei einer Verlagerung der Antriebskräfte auf eine Antriebseinheit, das von der Antriebseinheit auf die Messeinheit ausgeübte Drehmoment einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die notwendigen Kräfte zur Bewegung der Messeinheit durch die Antriebseinheit möglichst im Schwerpunkt der Messeinheit angreifen zu lassen, so dass das auf die Messeinheit ausgeübte Drehmoment weitestgehend reduziert wird. Eine einfache erfindungsgemäße Anpassung des Antriebs ist hierbei durch separate Antriebsportale bzw. Antriebsbrücken gegeben.
-
Erfindungsgemäß wird daher eine selbstfahrende Antriebseinheit zum Verfahren einer fahrbaren Messeinheit eines Koordinatenmessgeräts vorgeschlagen, die ein Schubglied aufweist, das in mindestens einer weiteren Koordinatenrichtung gegenüber der Bewegungsrichtung der Antriebseinheit derart bewegt wird, dass die Antriebseinheit zum Verfahren der Messeinheit eine auf den Schwerpunkt der Messeinheit gerichtete Kraft über das Schubglied ausübt, deren Betrag, Richtung und Angriffspunkt so gewählt sind, dass das beim Verfahren der Messeinheit auf die Messeinheit wirkende Drehmoment kleiner als 5 Nm ist. Durch das in der weiteren Koordinatenrichtung bewegliche Schubglied der Antriebseinheit ist es nun möglich, dieses Schubglied so zu verfahren, dass die für die Bewegung der Messeinheit notwendigen Kräfte möglichst nahe am Schwerpunkt der Messeinheit angreifen. Hierdurch wird eine ungewollte und die Messgenauigkeit einschränkende parasitäre Bewegung der Messeinheit aufgrund von zu großen auf die Messeinheit einwirkenden Drehmomenten vermieden.
-
In einer Ausführungsform ist das Schubglied der Antriebseinheit als eine Schubstange ausgebildet und wird durch ein weiteres Antriebsmittel der Antriebseinheit bewegt. Antriebsmittel können Zahnriemen-, Spindel-, Zahnstangen-, Seilzug- oder Reibantriebe sein. Diese können mit Servomotoren ausgestattet sein. Insbesondere Linearmotoren lassen sich sehr präzise ansteuern und stellen somit eine präzise Positionierung sicher.
-
In einer weiteren Ausführungsform verfügt die Messeinheit über eigene Antriebsmittel zum Verfahren eines Messschlittens der Messeinheit in der weiteren Koordinatenrichtung, wobei der Messschlitten eine Pinole trägt, an der der wenigstens eine Sensor befestigt ist. Dies bietet die Möglichkeit, bereits bestehende Konstruktionen von Messportalen bzw. Messbrücken, die über eigene Antriebe für die Messschlitten verfügen, relativ einfach an eine erfindungsgemäße Antriebseinheit zu adaptieren, ohne das hierzu an den Messportalen oder Messbrücken selbst konstruktiv oder regelungstechnisch für eine erfindungsgemäße Anpassung eingegriffen werden müsste.
-
Dabei wird bei einer Ausführungsform das Schubglied der Antriebseinheit mittels Luftlager an einem Schubbügel der Messeinheit beweglich gelagert. Eine solche konstruktive Anbindung des Schubglieds an die Messeinheit stellt eine besonders einfache und kostengünstige erfindungsgemäße Adaption bekannter Konstruktionen von Messportale bzw. Messbrücken dar.
-
In einer anderen Ausführungsform verfügt die Messeinheit über keine eigenen Antriebsmittel zum Verfahren eines Messschlittens in der weiteren Koordinatenrichtung und das Schubglied der Antriebseinheit ist starr mit diesem genannten Messschlitten der Messeinheit verbunden. Dabei trägt der Messschlitten der Messeinheit eine Pinole, an der der wenigstens eine Sensor befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist durch eine starre Anbindung des Schubgliedes an der Messeinheit dafür gesorgt, dass der Messschlitten der Messeinheit direkt den Bewegungen des Schubglieds folgt. Eine solche starre Anbindung stellt für Messbrücken und Messportalen in Leichtbauweise eine einfache und kostengünstige Realisierung der Erfindung dar, da auf die Luftlager des Schubglieds und auf die eigenen Antriebe des Messschlittens verzichtet werden kann. Allerdings wird bei dieser Lösung die beabsichtige Kraftübertragung im Schwerpunkt nur näherungsweise erreicht, da selbst Brücken bzw. Portale in Leichtbauweise einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Lage des Schwerpunkts der Messeinheit haben.
-
In einer weiteren Ausführungsform werden die Kabel der Messeinheit von der Antriebseinheit zur Messeinheit über eine um weniger als 500 mm, insbesondere um weniger als 200 mm vom Schwerpunkt der Messeinheit entfernte Schnittstelle der Messeinheit geführt. Hierdurch werden die negativen Auswirkungen der parasitären Kräfte von bewegten Kabeln der Messeinheit auf die Messgenauigkeit des Koordinatenmessgeräts reduziert.
-
In einer Ausführungsform verfügt der Messschlitten der Messeinheit zur vertikalen Bewegung der Pinole über wenigstens ein eigenes Antriebsmittel. Dabei ist der wenigstens eine Sensor ein sogenannter seitlich angeordneter Taststift, der die zu vermessenden Koordinaten eines Werkstücks durch eine Berührung des Werkstücks in einer nahezu horizontalen Richtung ermittelt. Insbesondere für taktil arbeitende Koordinatenmessgeräte mit insbesondere seitlich angeordnetem Taststift ist die erfindungsgemäße Anpassung des Antriebs und die damit verbundene Reduktion des auf die Messeinheit wirkenden Drehmoments notwendig, um die oben angegebenen Messgenauigkeiten zu realisieren. Bei seitlich angeordneten Tatstiften führen große auf die Messeinheit wirkende Drehmomente zu einer ungewollten Rotation des Messschlittens und somit zu einem zusätzlichen Ablagefehler des Taststifts.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das Schubglied der Antriebseinheit als eine Schubstange ausgebildet und wird durch ein Antriebsmittel der fahrbaren Messeinheit mitbewegt. Hierdurch ist es möglich den zusätzlichen Antrieb zum Verschieben der Schubstange bei der Antriebseinheit einzusparen, indem z. B. der Antrieb für die Bewegung der fahrbaren Messeinheit auch für die Bewegung des Schubstange mit genutzt wird.
-
In einer anderen Ausführungsform wird dabei die Schubstange der Antriebseinheit mittels einer Untersetzung durch das Antriebsmittel der fahrbaren Messeinheit mitbewegt. Eine Untersetzung ist hierbei eine relativ einfache und kostengünstige Möglichkeit die unterschiedlichen Fahrwege der Messeinheit und der Schubstange aneinander anzupassen.
-
Des Weiteren wird die vorliegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Bewegen einer Messeinheit eines Koordinatenmessgeräts über einen Messtisch zur Vermessung eines Werkstücks, wobei eine selbstfahrende Antriebseinheit zur Bewegung in einer Koordinatenrichtung durch eine Steuereinheit Steuersignale zur Ansteuerung von eigenen Antriebsmitteln erhält und hierdurch sich selbst und zugleich über ein Schubglied der Antriebseinheit eine Messeinheit des Koordinatenmessgeräts in der genannten Koordinatenrichtung verfährt, wobei die selbstfahrende Antriebseinheit und die fahrbare Messeinheit jeweils als sogenannte Portale oder jeweils als sogenannte Brücken ausgebildet sind, die den Messtisch des Koordinatenmessgeräts überspannen und wobei je nach anzufahrender Position eines Messschlittens der Messeinheit in einer weiteren Koordinatenrichtung die Position des Schubgliedes in dieser weiteren Koordinatenrichtung durch Steuersignale der Steuereinheit zur Ansteuerung eines mit dem Schubglied verbundenen Antriebsmittel der Antriebseinheit nachgeregelt wird, so dass die Antriebseinheit zum Verfahren der Messeinheit eine auf den Schwerpunkt der Messeinheit gerichtete Kraft über das Schubglied ausübt, deren Betrag, Richtung und Angriffspunkt so gewählt sind, dass das beim Verfahren der Messeinheit auf die Messeinheit wirkende Drehmoment kleiner als 5 Nm ist.
-
In einer Ausführungsform werden die Steuersignale zur Ansteuerung des mit dem Schubglied verbundenen Antriebsmittels anhand von Messdaten zur Positionserfassung des Messschlittens in der weiteren Koordinatenrichtung berechnet. Bei der Adaption von Messportalen bzw. Messbrücken kann hierdurch eine separate Ansteuerung der Antriebseinheit realisiert werden, ohne in die Steuer- und Regelungsmesstechnik der zu adaptierenden Messportale bzw. Messbrücken selbst einzugreifen.
-
In einer anderen Ausführungsform werden die Steuersignale zur Ansteuerung des mit dem Schubglied verbundenen Antriebsmittels anhand von Vorgabewerten für die anzufahrende Position des Messschlittens in der weiteren Koordinatenrichtung berechnet. Hierdurch lässt sich bei einer erfindungsgemäßen Neukonstruktion einer Koordinatenmessmaschine die Komplexität der Steuer- und Regelungsmesstechnik inklusiver der entsprechenden Software reduzieren.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigt
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Antriebseinheit für ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise;
-
2 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Antriebseinheit für ein Koordinatenmessgerät in Brückenbauweise; und
-
3 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens einer Messeinheit und einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
-
1 zeigt rein beispielhaft ein erfindungsgemäßes Koordinatenmessgerät 24 in sogenannter Portalbauweise. Das Koordinatenmessgerät weist einen Taststift 6 auf, der auswechselbar an einem Tastkopf 5 befestigt ist und der gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z ausgelenkt werden kann. Die Auslenkung des Taststiftes 6 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z wird über drei im Tastkopf 5 befindliche Messgeber erfasst. Der Tastkopf 5 seinerseits kann in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z bewegt werden. Dazu weist die Portalmechanik eine fahrbare Messeinheit 2 bzw. ein fahrbares Messportal 2 auf, das in der mit dem Pfeil y bezeichneten Koordinatenrichtung gegenüber dem Messtisch 1 durch eine selbstfahrende Antriebseinheit 11 bzw. selbstfahrendes Antriebsportal 11 mittels eines Schubglieds 15 verfahren werden kann. Hierzu wird die Position des Schubglieds 15 mit Hilfe des Linearmotors 13 in der weiteren Koordinatenrichtung x entsprechend der Position des Schwerpunkts des Messportals 2 in der weiteren Koordinatenrichtung eingestellt, so dass bei einem Verfahren des Messportals 2 in der Koordinatenrichtung y die Kräfte der Antriebseinheit 11 auf den Schwerpunkt des Messportals 2 gerichtet sind. Entlang der den Messtisch 1 überspannenden Traverse des Messportals 2 wiederum ist der sogenannte Messschlitten 3 in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung beweglich geführt. Am Messschlitten 3 wiederum ist die Pinole 4 in der vertikalen mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung beweglich geführt, so dass der Tastkopf 5 über die Portalmechanik in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann. Die Vermessung eines Werkstückes erfolgt nunmehr derart, dass der Taststift 6 das zu vermessende Werkstück 7 an vorgesehenen Messpunkten antastet, wobei im Tastkopf 5 die Auslenkung des Taststiftes 6 gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z gemessen wird. Zusätzlich werden an den drei Inkrementalmaßstäben 8a–8c, die von optischen Ableseköpfen abgetastet werden, die aktuelle Position des Tastkopfes 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z gemessen. Zur Ermittlung eines Messpunktes werden nunmehr die Maßstabsmesswerte 8a–8c mit den durch die Messgeber im Tastkopf 5 ermittelten Taststiftauslenkungen komponentenrichtig verrechnet und hieraus ein Messpunkt generiert.
-
Um nunmehr komplexe Werkstücke mit einer komplexen Geometrie vermessen zu können, werden üblicherweise unterschiedliche Taststifte benötigt, die in einem nicht dargestellten Magazin vorgehalten werden und automatisiert über eine Wechseleinrichtung am Tastkopf 5 eingewechselt werden können. Die unterschiedlichen Taststifte weisen üblicherweise einen oder mehrere Tasterschäfte auf, an deren Enden Antastkörper, wie beispielsweise eine Tastkugel oder ein Zylinder befestigt sein können. Eine horizontale Bohrung beispielsweise wird man nur mit einem horizontal ausgerichteten Tasterschaft, d. h. mit einem sogenannten seitlich angeordneten Taststift 6, vermessen können, während eine vertikale Bohrung nur mit einem vertikal ausgerichteten Tasterschaft vermessen werden kann.
-
Zusätzlich zum Linearmotor 13 weist das Koordinatenmessgerät 24 darüber hinaus in der 1 nicht näher gezeigte Antriebe bzw. Antriebsmittel auf, über die das Antriebsportal 11 in der Koordinatenrichtung y, der Messschlitten 3 in der Koordinatenrichtung x und die Pinole 4 in der Koordinatenrichtung z verfahren werden können. Die Steuerung des Messablaufes und der Antriebsmittel des Koordinatenmessgerätes, sowie die Aufnahme und Auswertung der hierbei ermittelten Messwerte erfolgt durch eine Steuer und Auswerteeinheit 9, die hier in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft durch einen einzigen Rechner realisiert ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit 9 kann zusätzlich mit einem nicht dargestellten Bedienpult verbunden werden, mit dem über Bedienhebel das Koordinatenmessgerät auch manuell in den Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann, sowie auch andere Funktionen, wie beispielsweise ein Taststiftwechsel oder eine Bedienung des Messprogramms vorgenommen werden können.
-
1 zeigt rein beispielhaft ein erstes Koordinatenmessgerät in Portalbauweise, in dem die Erfindung realisiert ist. Demgegenüber wird anhand der folgenden Beschreibung zu 2 ein weiteres erfindungsgemäßes Koordinatenmessgerät in Brückenbauweise näher erläutert.
-
Zur Vermessung eines Werkstücks kann ein Sensor 5 bzw. ein Tastkopf 5 durch ein Koordinatenmessgerät 24, wie es in 2 in Brückenbauweise dargestellt ist, in den drei senkrecht aufeinander stehenden Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden. Der Sensor 5 kann hierbei beispielsweise taktil als ein Tastkopf 5 entsprechend 1 oder als ein berührungsloser optischer Messkopf ausgestaltet sein.
-
Der Sensor 5 ist an einer Pinole 4 befestigt, die an einem entsprechenden Messschlitten 3 in der vertikalen Richtung z beweglich gelagert ist. Über einen nicht näher zu sehenden Maßstab wird die vertikale Position der Pinole 4 ermittelt. Über einen ebenfalls nicht zu sehenden Antrieb kann die Pinole 4 in vertikaler Richtung z verfahren werden. Der Messschlitten 3 wiederum ist Bestandteil einer Messeinheit bzw. Messbrücke 2 entsprechend dem Portal 2 aus 1 und ist in einer weiteren horizontalen Richtung x senkrecht zur vertikalen Richtung z der Pinole fahrbar angeordnet. Auch hierfür ist ein Maßstab zur Bestimmung der Position des Messschlittens 3 in der bezeichneten Richtung vorgesehen sowie ein Antrieb, über den der Messschlitten 3 angetrieben werden kann. Die Messbrücke 2 wiederum ist auf zwei parallelen, horizontal ausgerichteten Führungen 26a und 26b (erste horizontale Führung 26a und zweite horizontale Führung 26b) in der horizontalen Koordinatenrichtung y beweglich gelagert. Die Führung 26a (erste horizontale Führung) ist Bestandteil eines horizontalen Längsträgers 10a (erster horizontaler Längsträger) und die Führung 26b (zweite horizontale Führung) ist Bestandteil eines horizontalen Längsträgers 10b (zweiter horizontaler Längsträger). Dazu wurden hier die Führungen als Luftlagerführungen ausgebildet, wobei die Führungsflächen der Führungen 26a und 26b hier direkt in die Längsträger 10a und 10b eingearbeitet sind. Demgegenüber sind an der Messbrücke 2 befestigte Luftlager angeordnet. Natürlich sind auch andere Führungen möglich, wie beispielsweise Linearführungen, bei denen Kugelumlaufschuhe auf Schienen geführt sind.
-
Auch für die Messbrücke 2 ist ein nicht näher gezeigter Maßstab vorgesehen, mit dem die Position der Messbrücke 2 in der horizontalen Koordinatenrichtung y bestimmt werden kann.
-
Bei der Messung eines Werkstücks beispielsweise mit einem taktilen Sensor 5 wird bei der Berührung des Werkstücks mit dem Sensor 5 ein Signal erzeugt, über das der Maßstabswert des Maßstabs der Pinole 4 in der vertikalen Koordinatenrichtung z, des Maßstabs des Messschlittens 3 in der weiteren horizontalen Koordinatenrichtung x und des Maßstabs der Messbrücke 2 in der horizontalen Koordinatenrichtung y ausgelesen wird.
-
Zum Anfahren eines Berührungspunkts auf dem Werkstück verfährt zunächst der Messschlitten 3 auf die für die Messung vorgesehen Position in der horizontalen Koordinatenrichtung x und ändert damit auch den Schwerpunkt der Messeinheit bzw. Messbrücke 2. In einen zweiten Schritt verfährt der Linearmotor 13 das Schubglied 15 in der Koordinatenrichtung x entsprechend dem geänderten Schwerpunkt der Messeinheit bzw. Messbrücke 2. In einem nächsten Schritt verfährt dann die über eigene Antriebsmittel verfügende Antriebseinheit bzw. Antriebsbrücke 11 die Messbrücke 2 mittels der Schubeinheit 15 an die für die Messung vorgesehene Position in der weiteren horizontalen Koordinatenrichtung y, wobei die Kräfte der Antriebsbrücke 11 dabei auf den Schwerpunkt der Messbrücke 2 gerichtet sind. In einem letzten Schritt wird die Pinole 4 an die für die Messung vorgesehene Position in der Koordinatenrichtung z verfahren.
-
Da der Berührungspunkt auf dem Werkstück vor der Messung bzw. Antastung nicht genau genug bekannt ist, kommt es beim Anfahren des Berührungspunkts zu einer Auslenkung des taktilen Sensors 5, die durch diesen registriert wird. Anhand dieser Auslenkung und der entsprechenden Maßstabswerten für die Koordinatenrichtungen x, y und z können dann die Koordinaten des Berührungspunkts ermittelt werden.
-
Zum Ansteuern der Antriebe für die selbstfahrende Antriebseinheit 11 und der Antriebe der Messeinheit 2 für den selbstfahrenden Messschlitten 3 und die selbstfahrenden Pinole 4, sowie zum Auslesen der entsprechenden Maßstabswerte der jeweiligen Maßstäbe und zur Auswertung der Signale des Sensors 5 ist eine hier nicht dargestellte Steuerung entsprechend 1 vorgesehen. Diese Steuerung wiederum ist mit einem ebenfalls nicht zu sehenden Messrechner 9 verbunden, über den der Bediener des Koordinatenmessgerätes Messabläufe eingeben und verändern kann, sowie die Messergebnisse auswerten kann.
-
Die 3 zeigt das erfindungsgemäße Zusammenwirken von Antriebseinheit 11 und Messeinheit 2 eines Koordinatenmessgeräts 24 in Brückenbauweise entsprechend 2 in der Draufsicht.
-
Die 3 zeigt dabei einen Brückenaufbau eines Koordinatenmessgerät 24 zur Vermessung eines Werkstücks 7 (siehe 1) umfassend eine selbstfahrende Antriebseinheit 11 und eine fahrbare Messeinheit 2, wobei die selbstfahrende Antriebseinheit 11 eine für das Verfahren der Messeinheit 2 zuständige Teilvorrichtung des Koordinatenmessgeräts 24 ist, die über eigene Antriebsmittel verfügt und daher durch Ausübung von Kräften gegenüber dem restlichen Koordinatenmessgerät 24 in der Lage ist, sich selbst und zugleich auch die Messeinheit 2 des Koordinatenmessgeräts gegenüber dem restlichen Koordinatenmessgerät 24 in Bewegung zu versetzen und wobei die fahrbare Messeinheit 2 eine andere für die Messwerterfassung zuständige Teilvorrichtung des Koordinatenmessgeräts 24 ist, die über wenigstens einen Sensor 5 (in 3 verdeckt, siehe aber 1 und 2) zur Erfassung von Koordinaten eines zu vermessenden Werkstücks 7 (siehe 1) verfügt und die in wenigstens einer Koordinatenrichtung y durch die selbstfahrende Antriebseinheit 11 bewegt wird und für mindestens diese eine Koordinatenrichtung y über keine eigenen Antriebsmittel verfügt, wobei die Antriebseinheit 11 zum Verfahren der Messeinheit 2 ein Schubglied 15 aufweist, das in mindestens einer weiteren Koordinatenrichtung x derart bewegt wird, dass die Antriebseinheit 11 zum Verfahren der Messeinheit 2 eine auf den Schwerpunkt der Messeinheit 2 gerichtete Kraft über das Schubglied 15 ausübt, deren Betrag, Richtung und Angriffspunkt so gewählt sind, dass das beim Verfahren der Messeinheit 2 auf die Messeinheit 2 wirkende Drehmoment kleiner als 5 Nm ist.
-
Die Antriebseinheit 11 verfügt über zwei vertikal angeordnete Luftlager 12, die für eine Führung der Antriebseinheit 11 entlang der Längsträger 10a bzw. 10b sorgen. Eines dieser Luftlager 12 ist durch einen Durchbruch in der 3 sichtbar eingezeichnet. Andere Luftlager 14 sorgen für eine Führung der Antriebseinheit 11 auf den horizontalen Führungen 26a bzw. 26b. Über entsprechende Luftlager 12 und 14 verfügt auch die Messeinheit 2. Nicht dargestellte eigene Antriebsmittel der Antriebseinheit 11 können diese gegenüber dem restlichen Koordinatenmessgerät 24 in y-Richtung entlang der Längsträger 10a bzw. 10b verfahren. Dabei wird durch eine Schubstange 15 eine auf den Schwerpunkt der Messeinheit 2 gerichtete Kraft über die Luftlager 17 und den Schubbügel 16 auf die Messeinheit 2 ausgeübt, so dass die Messeinheit 2 in y-Richtung zugleich mit der Antriebseinheit 11 durch die Antriebsmittel der Antriebseinheit 11 mitbewegt wird. Die Schubstange 15 ist durch einen Linearantrieb 13 als weiteres Antriebsmittel der Antriebseinheit in x-Richtung positionierbar und in dieser Richtung über die Luftlager 17 am Schubbügel 16 der Messeinheit 2 beweglich angebunden. Andere eingangs erwähnte Antriebsmittel sind für die Bewegung der Schubstange 15 statt des Linearantriebs 13 ebenso denkbar.
-
Bei einer Auslenkung des Messschlittens 3 der Messeinheit 2 für einen Messvorgang wird automatisch durch den Linearantrieb 13 die Schubstange 15 in x-Richtung an die richtige Position des Schubbügels 16 verfahren, so dass die Schubstange eine auf den Schwerpunkt der Messeinheit 2 gerichtete Kraft ausübt, deren Betrag, Richtung und Angriffspunkt so gewählt sind, dass das beim Verfahren der Messeinheit 2 auf die Messeinheit 2 wirkende Drehmoment kleiner als 5 Nm ist. Hierbei können die von der Messeinheit 2 bereitgestellten Daten für die Position des Messschlittens für die Steuerung des Linearmotors 13 verwendet werden. Ebenso ist es denkbar, dass die Steuersignale für die Bewegung des Messschlittens 3 selbst bereits für eine entsprechende Ansteuerung des Linearmotors 13 verwendet werden, schließlich entspricht die x-Position der Schubstange 15 der x-Position des Schwerpunktes der Messeinheit 2 und dieser wiederum ist linear von der x-Position des Messschlittens 3 abhängig.
-
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausgestaltung der Erfindung ist das Schubglied 15 der Antriebseinheit 11 als eine Schubstange 15 ausgebildet und wird durch ein Antriebsmittel der fahrbaren Messeinheit 2 mitbewegt. Hierdurch ist es möglich den zusätzlichen Antrieb 13 zum Verschieben der Schubstange 15 bei der Antriebseinheit 11 einzusparen, indem z. B. der Antrieb für die Bewegung der fahrbaren Messeinheit 2 auch für die Bewegung des Schubstange 15 mit genutzt wird. Dabei kann z. B. die Schubstange 15 der Antriebseinheit 11 mittels einer Untersetzung durch das Antriebsmittel der fahrbaren Messeinheit 2 mitbewegt werden. Eine Untersetzung ist hierbei eine relativ einfache und kostengünstige Möglichkeit die unterschiedlichen, aber linear abhängigen Fahrwege der Messeinheit 2 und der Schubstange 15 aneinander anzupassen.
-
In der Tabelle 1 sind zum Vergleich der vorliegenden Erfindung mit dem Stand der Technik die Werte für den Versatz von Luftlagern von Messportalen bzw. Messbrücken des Standes der Technik für verschiedene Luftlagerabstände und verschiedene Drehmomente unter der Annahme von typischen Luftlagersteifigkeiten wiedergegeben. Messbrücken des Standes der Technik sind entsprechend der Messbrücke 2 in der Darstellung in 3 aufgebaut und verfügen über eigene Antriebe für das Verfahren der Messbrücke in der y-Richtung, die zumeist auf der Seite der beiden dargestellten vertikalen Luftlager 12 der Messbrücke angeordnet sind. Diese Luftlager 12 sind somit auf der Antriebsseite angeordnet und haben einen Luftlagerabstand in y-Richtung mit typischen Werten zwischen 250 und 650 mm. Im Scann-Betrieb der Messbrücke mit typischen Beschleunigungen von 0,1 m/s2 treten Drehmomente mit typischen Werten von 5 bis 22 Nm um die vertikale z-Achse an der Messbrücke auf der Antriebsseite zwischen den beiden Luftlagern auf, die von den beabstandeten Luftlagern abgefangen werden. Allerdings werden die beiden Luftlager hierbei in der x-Richtung gegenüber ihrer nominellen x-Position versetzt. Unter der Annahme bekannter Luftlagersteifigkeiten ergeben sich für den Versatz der beiden Luftlager 12 jeweils gegenüber der nominellen x-Position die unten in der Tabelle 1 angegebenen Werte. Je nach Abstand der Pinole 4 gegenüber den Luftlagern 12, d. h. je nach Position des Messschlittens 3 in der x-Richtung, überträgt sich dieser Versatz der Luftlager in x-Richtung auf eine Fehlposition der Pinole (= Ablagefehler) in y-Richtung gemäß: Ablagefehler = Versatz·(Abstand Pinole zu Luftlager)/Luftlagerabstand.
-
Da die Abstände der Pinolen zu den Luftlagern bei großen Messbrücken bzw. Messportalen durchaus das zehnfache des Luftlagerabstandes betragen können, resultiert bei diesen Koordinatenmessgeräten des Standes der Technik ein Ablagefehler aufgrund des Eigenantriebs der Messbrücke bzw. des Messportals in der Größenordnung von einem bis mehreren Mikrometern. Somit stellt dieser Ablagefehler ein nicht zu vernachlässigender Posten im Fehlerbudget einer bekannten Koordinatenmessmaschine dar. Hinzu kommt noch, dass eine durch den Versatz verursachte Rotation des Messschlittens
3 bei seitliche angeordneten Tastern, die ein zu vermessendes Werkstück in einer nahezu horizontal verlaufenden Richtung antasten, einen zusätzlichen Ablagefehlerbeitrag liefert.
| Luftlagerabstand in [mm] | Drehmoment in [Nm] | Versatz der Luftlager in [μm] |
| 250 | 5 | 0,1 |
| 250 | 22 | 0,44 |
| 650 | 5 | 0,039 |
| 650 | 22 | 0,17 |
Tabelle 1: Lageversatz der Luftlager in x-Richtung eines Messportals bzw. einer Messbrücke des Standes der Technik bei gegebenem Drehmoment auf das Messportal und gegebenem Abstand zwischen den Luftlagern in y-Richtung auf der Antriebsseite des Messportals.
-
Bei den in den 1, 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräten reduziert sich das beim Verfahren der Messeinheit 2 auf die Messeinheit 2 ausgeübte Drehmoment auf Werte unter 5 Nm. Insbesondere lassen sich, bei entsprechender Ausgestaltung der Messbrücken 2 bzw. Messportale 2 mittels Schubbügel 16 und Luftlager 17 entsprechend der 3, Werte von unter 1 Nm für das auf die Messeinheit ausgeübte Drehmoment realisieren. Hierdurch reduziert sich der durch das Drehmoment auf die Messeinheit bedingte Ablagefehler der erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräte gegenüber dem entsprechenden Ablagefehler der Koordinatenmessgeräte des Standes der Technik um den Faktor 5 bis 10. Somit ist es möglich, hochpräzise Koordinatenmessungen selbst an großen zu vermessenden Werkstücken mit Längenmessabweichungen von deutlich unter EL,MPE < 1 µm gemäß VDI/VDE 2617 mit den erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräte vorzunehmen.
