DE102017106425B4

DE102017106425B4 - Von einem Koordinatenmessgerät verfahrbare Vorrichtung zum Positionieren eines Messinstruments bezüglich eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102017106425B4
Application number: DE102017106425.7A
Authority: DE
Inventors: Kurt Brenner; Christian Bayer; Dieter Kaufmann; Otto Steinecker; Philipp Mayinger; Tobias Held
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2037-03-25
Also published as: US20180272490A1; DE102017106425A1; US10507560B2

Abstract

Positioniervorrichtung (22) zum Positionieren eines Messinstruments (58) bezüglich eines Werkstücks (18), miteiner ersten Kupplung, mit der die Positioniervorrichtung (22) an einer Verfahreinrichtung (20) eines Koordinatenmessgeräts (10) befestigbar ist,einer zweiten Kupplung, mit der das Messinstrument (58) an der Positioniervorrichtung (22) befestigbar ist,einem Antrieb, der dazu eingerichtet ist, eine Relativbewegung zwischen zwei Teilen (45, G1, G2, G3) der Positioniervorrichtung (22) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dassdie Positioniervorrichtung (22) eine Hemmeinrichtung (76) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Relativbewegung zwischen den zwei Teilen zu hemmen, wobei die Hemmeinrichtung ein erstes Reibelement (84; 70) und ein zweites Reibelement (90a, 90b; 90) aufweist, die jeweils ungeschmierte Reibflächen (86a, 86b, 88a, 88b; 88, 111) haben,die Reibflächen mit einer Normalkraft aneinander gedrückt sind, die während des Betriebs der Positioniervorrichtung nicht veränderbar ist,zwischen den Reibflächen bei Trockenheit und ohne Schmierung ein Gleitreibungskoeffizient wirkt, der kleiner ist als 0.15, und dassder Bewegungswiderstand, der von der Hemmeinrichtung (76; 76') zu jedem beliebigen Zeitpunkt während einer Relativbewegung zwischen den zwei Teilen (45, G1, G21, G3) erzeugt wird, mindestens so groß ist wie der Bewegungswiderstand, der zu diesem Zeitpunkt von allen übrigen Teilen des Antriebs gemeinsam erzeugt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine von einem Koordinatenmessgerät verfahrbare Vorrichtung zum Positionieren eines Messinstruments bezüglich eines Werkstücks. Bei dem Messinstrument kann es sich z.B. um einen taktilen oder optischen Rauheitssensor oder um einen Taster handeln, der unmittelbar oder über einen Messkopf des Koordinatenmessgeräts an der Positioniervorrichtung befestigt ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Zur Messungen an Werkstückoberflächen werden häufig Koordinatenmessgeräte (CMM, coordinate measuring machine) verwendet. Ein Koordinatenmessgerät umfasst üblicherweise einen Tisch, der das zu vermessende Werkstück trägt, einen Taster oder ein anderes Messinstrument, das unmittelbar über dem Werkstück positioniert wird, sowie einen Messkopf, der auf das Messinstrument definierte Stellkräfte ausübt und Kräfte misst, die von dem Messinstrument auf den Messkopf übertragen werden. In der Regel weisen Koordinatenmessgeräte außerdem eine Verfahreinrichtung auf, die den Messkopf in drei orthogonalen Verfahrrichtungen x, y und z relativ zu dem Tisch mit hoher Genauigkeit verfährt. Bekannt sind jedoch auch Koordinatenmessgeräte mit einem Verfahrtisch, der sich relativ zu einem feststehenden Messkopf bewegt. Soweit im Folgenden auf eine Verfahreinrichtung Bezug genommen wird, gelten die betreffenden Anmerkungen für Verfahrtische entsprechend.
Zu einem Koordinatenmessgerät gehört außerdem eine Auswerte- und Steuereinrichtung, welche die Bewegungen der Verfahreinrichtung steuert und die von dem Messkopf und ggf. einem daran befestigen Messinstrument erzeugten Messsignale auswertet. Die Verfahreinrichtung verfügt für jede der drei Verfahrrichtungen x, y, z über mindestens einen Wandler, die an die Auswerte- und Steuereinrichtung Informationen über die zurückgelegten Verfahrwege zurückgibt. Dadurch ist die Position einer Kupplung der Verfahreinrichtung, an welcher der Messkopf auswechselbar befestigt ist, in allen Verfahrstellungen mit hoher Genauigkeit bekannt.
Besteht die durch Messung zu bestimmende Oberflächeninformation in den kartesischen Koordinaten der Werkstückoberfläche, so handelt es sich bei dem Messinstrument meist um einen taktilen Taster. Dieser berührt während der Messung die Oberfläche mit einer vorgegebenen und von dem Messkopf erzeugten Antastkraft. Beim Antasten wird der Taster geringfügig ausgelenkt, was ebenfalls vom Messkopf erfasst wird. Wenn die Lage des Tasters bezüglich der Kupplung der Verfahreinrichtung bekannt ist, lassen sich bei einem Kontakt des Antastelements mit der Werkstückoberfläche die kartesische Koordinaten des Kontaktpunktes genau bestimmen. Anstelle eines taktilen Tasters kann auch ein optischer Taster verwendet werden, der den Abstand zur Werkstückoberfläche berührungslos misst. Solche optischen Taster beruhen z. B. auf dem Prinzip der chromatisch konfokalen Abbildung und sind vor allem für die Vermessung von sehr weichen Werkstücken zweckmäßig.
Wenn die Rauheit von Werkstückoberflächen gemessen werden soll, trägt die Verfahreinrichtung des Koordinatenmessgeräts einen Rauheitssensor, bei dem es sich häufig um Tastschnittgeräte handelt. Ein Tastschnittgerät weist einen beweglich gelagerten Messarm auf, an dessen Ende ein Tastelement, z.B. eine Diamantspitze, befestigt ist, das während der Messung durch den Kontakt mit der Werkstückoberfläche ausgelenkt wird. Das Tastelement wird während der Messung senkrecht zur Auslenkungsrichtung des Tastelements mit Hilfe einer Vorschubeinheit linear verfahren und auf diese Weise entlang einer Linie über die zu vermessende Werkstückoberfläche geführt. Genaue Messwerte können nur dann erhalten werden, wenn die Auslenkungsrichtung des Tastelements exakt senkrecht zur vermessenden Oberfläche verläuft. Daher muss das Tastelement nicht nur bezüglich seiner kartesischen Koordinaten, sondern auch bezüglich seiner winkelmäßigen Orientierung im Raum sehr genau relativ zum Werkstück ausgerichtet sein.
Entsprechendes gilt auch für berührungsfrei arbeitende Rauheitssensoren, etwa punktweise oder flächig messende Weißlichtsensoren. Auch solche Sensoren müssen sehr genau relativ zum Werkstück ausgerichtet sein, damit die Messergebnisse nicht verfälscht werden.
In modernen Produktionsabläufen müssen die Werkstücke inzwischen mit so geringen Toleranzen gefertigt werden, dass eine laufende Prozessüberwachung unverzichtbar ist. Dabei stellt sich immer häufiger das Problem, dass die Werkstücke, deren Oberflächen automatisiert vermessen werden sollen, sehr komplexe Formen haben. Ein Motorblock eines Verbrennungsmotors beispielsweise weist eine Vielzahl von Bohrungen mit unterschiedlichen Innendurchmessern, zahlreiche Hinterschneidungen und unregelmäßig Ausnehmungen auf, an denen es zu vermessende Oberflächen gibt. Herkömmliche Koordinatenmessgeräte mit ihren meist sehr voluminösen Verfahreinrichtungen sind in der Regel nicht dazu in der Lage, ein Messinstrument so in den Öffnungen oder Ausnehmungen eines Motorblocks zu positionieren, dass dort eine Messung durchgeführt werden kann.
Moderne und teilweise auch für die laufende Prozessüberwachung geeignete Messsysteme weisen deswegen häufig eine Positioniervorrichtung auf, die zwischen der Verfahreinrichtung des Koordinatenmessgeräts und einem Taster, einem Rauheitssensor oder einem anderen Messinstrument angeordnet ist. Die Positioniervorrichtung hat die Aufgabe, das Messinstrument unmittelbar über der zu vermessende Oberfläche zu positionieren.
Solche Positioniervorrichtungen können beispielsweise ein Dreh-Schwenkgelenk aufweisen, wie dies in der EP 2 207 006 A2 beschrieben ist. Mithilfe dieser bekannten Positioniervorrichtung kann ein Messinstrument um eine vertikale Achse gedreht und zusätzlich um eine horizontale Achse verschwenkt werden, um das Messinstrument optimal bezüglich der Werkstückoberfläche zu positionieren. Das Messinstrument ist dort zusätzlich noch um eine dritte Drehachse drehbar.
Eine andere Positioniervorrichtung mit drei Drehachsen ist aus der DE 20 2014 101 900 U1 bekannt.
Ferner ist aus der US 2005/0166413 A1 ein mehrgliedriger Roboterarm mit einem Exoskelett bekannt, der an einem Koordinatenmessgerät befestigt werden und ein Messinstrument bezüglich eines zu vermessenden Werkstücks positionieren kann.
Im Allgemeinen wird die Positioniervorrichtung nicht unmittelbar an der Verfahreinrichtung des Koordinatenmesgeräts, sondern an dem Messkopf befestigt, der von der Verfahreinrichtung getragen wird. Bekannt sind jedoch auch Messsysteme, bei denen der Messkopf zwischen der Positioniereinrichtung und dem Messinstrument angeordnet ist. Das Messinstrument ist dann nicht unmittelbar, sondern mittelbar über den Messkopf an der Positioniereinrichtung befestigt.
Derartige Positioniervorrichtungen müssen das Messinstrument sehr genau positionieren. Eine ungenaue Positionierung des von der Positioniervorrichtung getragenen Messinstruments schlägt sich unmittelbar in einer geringeren Messgenauigkeit des gesamten Messsystems nieder. Um eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen, muss sowohl die mechanische Konstruktion als auch die Regelung der Antriebe der Positioniervorrichtung höchsten Anforderungen gerecht werden.
Üblicherweise wird in derartigen Positioniervorrichtungen für jeden Freiheitsgrad der Bewegung ein elektrischer Stellmotor verwendet, der zusammen mit einem Weg- oder Drehgeber Teil eines Regelkreises ist. Durch Vergleich der von dem Geber ermittelten Regelgröße mit der Führungsgröße (Sollwert) berechnet der Regler den Strom, mit dem der Stellmotor beaufschlagt werden soll. Neben einem Orts- oder Winkelgeber enthält der Regelkreis meist einen zusätzlichen Tachometer, der die (Dreh-)Geschwindigkeit eines der Teile misst. Auf diese Weise lassen sich Geschwindigkeiten schneller ermitteln, als dies über eine zeitliche Ableitung der Ortsinformation möglich wäre.
Im Allgemeinen führt die Regelung dazu, dass der Stellmotor auch dann mit Strom beaufschlagt wird, wenn sich die anzutreibenden Teile nicht bewegen. Der Stellmotor erzeugt auf diese Weise Haltekräfte, die erforderlich sind, um die betreffenden Teile der Positioniervorrichtung ortsfest zu halten.
Nachteilig bei dieser Art der Regelung ist allerdings, dass auch im Ruhezustand ein elektrischer Strom fließt, der zu einer lokalen Erwärmung der Positioniervorrichtung in der Nähe des betreffenden Stellmotors führt. Dies erfordert zusätzliche Maßnahmen, um die damit einhergehende thermisch bedingte Ausdehnung von Teilen der Positioniervorrichtung zu kompensieren oder rechnerisch berücksichten zu können.
Aus der US 8,001,859 B2 ist eine Positioniervorrichtung bekannt, die zur Lösung dieses Problems eine mechanische Reibbremse enthält, welche die zueinander beweglichen Teile der Positioniervorrichtung arretiert, sobald sich die Teile nicht mehr bewegen sollen. Die Stellmotoren können dann stromlos geschaltet werden, wodurch weniger Wärme erzeugt wird.
Nachteilig bei dieser bekannten Positioniervorrichtung ist jedoch, dass diese je nachdem, ob die Bremse betätigt wurde oder nicht, zwei unterschiedliche Betriebszustände einnehmen kann. Dadurch sind auch zwei Kalibriervorgänge erforderlich, um das Messsystem einzumessen. Außerdem benötigt eine solche Bremse zusätzliche Aktuatorik und entsprechende Steuerleitungen, wodurch zusätzlicher Bauraum beansprucht wird. Bei den Positioniervorrichtungen ist es jedoch wichtig, dass diese möglichst klein und leicht sind, damit sie das Messinstrument oder den Messkopf auch in schmale Öffnungen oder andere schwer zugängliche Stellen einführen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Messinstruments bezüglich eines Werkstücks anzugeben, mit der sich sehr hohe Positioniergenauigkeiten bei gleichzeitig kleiner und leichter Bauweise erzielen lassen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Messinstruments bezüglich eines Werkstücks gelöst, die eine erste Kupplung aufweist, mit der die Positioniervorrichtung an einer Verfahreinrichtung eines Koordinatenmessgeräts befestigbar ist. Die Positioniervorrichtung weist außerdem eine zweite Kupplung auf, mit der das Messinstrument an der Positioniervorrichtung befestigbar ist. Ein Antrieb der Positioniervorrichtung ist dazu eingerichtet, eine Relativbewegung zwischen zwei Teilen der Positioniervorrichtung zu erzeugen, wobei dieser Relativbewegung rotatorische, translatorische oder sowohl rotatorische als auch translatorische Freiheitsgrade zugeordnet sein können. Erfindungsgemäß weist die Positioniervorrichtung eine Hemmeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Relativbewegung zwischen den zwei Teilen zu hemmen. Die Hemmeinrichtung weist zu diesem Zweck ein erstes und ein zweites Reibelement auf, die jeweils ungeschmierte Reibflächen haben. Die Reibflächen sind mit einer Normalkraft aneinander gedrückt, die während des Betriebs der Positioniervorrichtung nicht veränderbar ist. Zwischen den Reibflächen wirkt bei Trockenheit und ohne Schmierung ein Gleitreibungskoeffizient, der kleiner ist als 0,15.
Anstatt wie im Stand der Technik eine Bremse zu verwenden, wird erfindungsgemäß die Relativbewegung zwischen den zwei zueinander bewegbaren Teilen dauerhaft und nicht veränderbar gehemmt. Die Hemmeinrichtung erzeugt einen zusätzlichen Bewegungswiderstand, wie man ihn ansonsten allenfalls mit hochviskosen Schmierstoffen erreichen kann. Der zusätzliche Bewegungswiderstand, den man mit solchen hochviskosen Schmierstoffen erreichen kann, ist allerdings in den meisten Fällen zu klein und hat außerdem den Nachteil, dass er zeitlich nicht konstant ist. Sowohl kurzzeitige Temperaturveränderungen als auch sich über lange Zeiträume einstellende Degradationserscheinungen der Schmierstoffe können zu unerwünschten Veränderungen der Viskosität und damit des Bewegungswiderstandes führen. Außerdem benötigt eine Hemmung mit hochviskosen Schmierstoffen eine regelmäßige Wartung. Die erfindungsgemäße Hemmeinrichtung mit den ungeschmierten Reibflächen ist hingegen wartungsfrei.
Der von der erfindungsgemäßen Hemmeinrichtung erzeugte Bewegungswiderstand führt dazu, dass die Positioniervorrichtung insgesamt steifer wird und Bewegungen der zueinander beweglichen Teile stärker gedämpft werden. Die zusätzliche Dämpfung wirkt der Ausbildung von Schwingungen entgegen, die durch Bewegungen der Positioniervorrichtung, Antastkräfte während des Messvorgangs oder durch von außen eingeleitete Vibrationen angeregt werden können. Da die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung weniger anfällig für Schwingungen ist, lässt sie sich leichter regeln. Der größere Bewegungswiderstand, der nun von dem Antrieb zu überwinden ist, führt außerdem dazu, dass der für den Antrieb benötigte Regler in einem besseren Arbeitspunkt betrieben werden kann.
Infolge des erhöhten Bewegungswiderstands wirkt sich außerdem die Schwerkraft weniger stark auf die Bewegungen der Teile der Positioniervorrichtung aus. Wenn beispielsweise ein senkrecht nach oben stehender Arm der Positioniervorrichtung um 90° zur Seite umgelegt wird, wird das Gelenk des Arms anders belastet. Ein durch die Hemmeinrichtung bewirkter erhöhter Bewegungswiderstand kann verhindern, dass ein solcher Lastwechsel zu einem Durchrutschen des Antriebs oder des Gelenks und damit zu einer unerwünschten Lageveränderung führt.
Der durch die Hemmeinrichtung bewirkte Bewegungswiderstand kann so groß sein, dass während des Ruhens der Teile kein oder nur ein in seiner Stärke deutlich reduzierter elektrischer Strom durch den Motor des Antriebs fließen muss. Ob der Motor vollständig stromlos geschaltet werden kann, hängt neben der Orientierung der Teile bezüglich der Schwerkraft auch von dem Gewicht des Messinstruments ab. In vielen Fällen hat es sich als günstig erwiesen, wenn auch während des Ruhens von Teilen der Motor des Antriebs mit einem kleinen Reststrom beaufschlagt wird.
Da weniger oder kein elektrischer Strom verbraucht wird, wenn die beweglichen Teile sich in Ruhe befinden, ist auch die Wärmeentwicklung geringer. Andererseits benötigt der Motor des Antriebs wegen des höheren Bewegungswiderstandes mehr elektrischen Strom, während die Teile sich bewegen. Da die Zeiten der Bewegung in der Regel jedoch deutlich kürzer sind als die Zeiten des Ruhens, wird insgesamt weniger Strom verbraucht und damit Wärme erzeugt.
Im Falle von Messaufgaben, bei denen sich die beweglichen Teile der Positioniervorrichtung sehr viel bewegen, können der Stromverbrauch und damit die Wärmeentwicklung höher sein. Dem kann im Allgemeinen durch eine verbesserte Temperaturkompensation Rechnung getragen werden. Die Positioniervorrichtung kann beispielsweise mit Dehnungsmessstreifen oder ähnlichen Wandlern versehen sein, mit denen sich temperaturinduzierte Verformungen messen lassen. Die so gemessenen Verformungen werden dann bei der Regelung der Antriebe berücksichtigt, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist.
Ein weiterer positiver Effekt des durch die Hemmeinrichtung bewirkten höheren Bewegungswiderstands besteht darin, dass der Zusammenhang zwischen dem Strom, mit dem der Motor des Antriebs beaufschlagt wird, und der Geschwindigkeit der Relativbewegung der beiden Teile zueinander einen lineareren Zusammenhang aufweist. Auch dadurch wird die Regelung des Antriebs vereinfacht. Die niedrigeren Anforderungen an die Regelung erlauben es wiederum, auf einen zusätzlichen Tachometer zu verzichten, wodurch sich Bauraum einsparen und der Aufwand für zusätzliche Signalleitungen verringern lässt. Infolge der vereinfachten Regelung genügt es, wenn die Geschwindigkeit durch zeitliche Ableitung einer von einem Geber erfassten Ortskoordinate ermittelt wird.
Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Hemmeinrichtung ist der sehr niedrige Gleitreibungskoeffizient, der zwischen den Reibflächen wirkt. Bei Gleitreibungskoeffizienten von weniger als 0.15 und vorzugsweise von weniger als 0.125 wird der Unterschied zwischen Gleit- und Haftreibung immer kleiner. Die Haftreibung, die durch die Hemmeinrichtung verursacht wird, ist dadurch nur wenig größer als die durch die Hemmeinrichtung verursachte Gleitrebung. Addiert man die durch die Hemmeinrichtung verursachten Anteile der Haft- und Gleitreibung zu den Anteilen hinzu, die durch die übrigen Teile des Antriebs verursacht werden, so verändert sich folglich die Differenz zwischen der Haftreibung und der Gleitreibung des Gesamtsystems nicht wesentlich. Diese Differenz ist dafür verantwortlich, dass es beim Anfahren zu einem unerwünschten „Ruckeln“ kommen kann, wenn die Regelung des Antriebs das Antriebsmoment nicht schnell genug beim Übergang zwischen Haft- und Gleitreibung reduziert. Weil die Hemmeinrichtung diese Differenz jedoch nicht wesentlich vergrößert, müssen beim Einsatz der erfindungsgemäßen Hemmeinrichtung keine schnelleren Regler eingesetzt werden.
Um trotz des kleinen Gleitreibungskoeffizienten einen ausreichend großen Bewegungswiderstand erzeugen zu können, muss die Normalkraft, mit der die Reibflächen aneinander gedrückt sind, vergleichsweise groß sein. Zur Erzeugung der Normalkraft kann beispielsweise eine Druckfeder oder ein anderes elastisches Element verwendet werden. Durch Vorspannen des elastischen Elements lassen sich die Normalkraft und dadurch der von der Hemmeinrichtung erzeugte Bewegungswiderstand bei der Montage einstellen. Selbstverständlich können auch unterschiedliche elastische Elemente verbaut werden. Die zulässigen Toleranzen bei der Normalkraft sind allerdings groß, weswegen es im Allgemeinen nicht erforderlich ist, die Normalkraft bei der Montage durch eine Stellschraube oder durch Wahl eines bestimmten Druckfeder auf einen genau vorgegebenen Wert einzustellen.
Niedrige Gleitreibungskoeffizienten lassen sich beispielsweise erzielen, wenn eine der Reibflächen aus Stahl und die andere Reibfläche aus Kunststoff besteht. Auch bei diesen Materialien sollten die Reibflächen jedoch sehr glatt sein und insbesondere eine mittlere Oberflächenrauheit Ra mit 0.5 ≤ Ra ≤ 1 haben.
Eine besonders gleichmäßige Hemmwirkung lässt sich erreichen, wenn die Reibflächen eben sind. Im Prinzip kommen jedoch auch zylindrische Reibflächen in Betracht.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das erste Reibelement von dem Antrieb bewegt, während das zweite Reibelement ortsfest ist. Eine solche Hemmeinrichtung kann ähnlich wie eine Scheibenbremse aufgebaut sein, nur dass im Gegensatz zu einer Bremse der Bewegungswiderstand nicht veränderbar ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Antrieb einen Motor und ein Wellgetriebe auf, das eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle miteinander verbindet. Die Hemmeinrichtung ist in einem büchsenförmigen Flexspline des Wellgetriebes angeordnet. Der büchsenförmige und elastische Flexspline ist normalerweise leer oder bei starker Beanspruchung zumindest teilweise mit einem Schmierfett gefüllt. Da bei der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung in der Regel keine hohen Verfahrgeschwindigkeiten benötigt werden, sind auch die im Wellgetriebe auftretenden Drehzahlen und Momente vergleichsweise klein. Dadurch wird kein Schmierfett benötigt, so dass der Innenraum des büchsenförmigen Flexspline für die Anordnung der Hemmeinrichtung genutzt werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Hemmeinrichtung platzsparend in einen ohnehin vorhandenen Bauraum der Positioniervorrichtung integrieren.
Bei einer Anordnung der Hemmeinrichtung in einem Wellgetriebe ist es beispielsweise möglich, dass das erste Reibelement an der Antriebswelle und das zweite Reibelement an der Abtriebswelle drehbar befestigt sind. Die Drehmomente zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle werden aber nicht über die Hemmeinrichtung, sondern über das eigentliche Getriebe übertragen. Vorzugsweise ist das zweite Reibelement drehfest, aber axial beweglich an der Abtriebswelle befestigt und wird von einer Druckfeder gegen das erste Reibelement gedrückt. Eine solche Anordnung ist sehr kompakt und lässt sich ohne Weiteres im Flexspline eines Wellgetriebes anordnen.
Noch bessere Eigenschaften werden erzielt, wenn das erste Reibelement an der Antriebswelle befestigt ist oder durch die Antriebswelle gebildet wird und die Hemmeinrichtung ein drittes Reibelement und ein viertes Reibelement aufweist, die jeweils ungeschmierte Reibflächen haben, die mit einer Normalkraft aneinander gedrückt sind, die während des Betriebs der Positioniervorrichtung nicht veränderbar ist. Auch zwischen den Reibflächen des dritten und des vierten Reibelements wirkt bei Trockenheit und ohne Schmierung ein Gleitreibungskoeffizient, der kleiner ist als 0.15. Das vierte Reibelement ist dabei an der Abtriebswelle drehfest befestigt oder wird durch die Abtriebswelle gebildet. Das zweite Reibelement und das dritte Reibelement sind drehfest miteinander verbunden und gemeinsam zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement angeordnet. Zwischen dem zweiten Reibelement und dem dritten Reibelement ist ein elastisches Druckelement angeordnet, welches das zweite Reibelement gegen das erste Reibelement und gleichzeitig das dritte Reibelement gegen das vierte Reibelement drückt.
Die Hemmeinrichtung umfasst damit zwei Paare von zueinander drehbaren Reibflächen, die aber miteinander gekoppelt sind. Beim Anfahren beginnen sich die Reibflächen desjenigen Paars relativ zueinander zu drehen, das den kleineren Haftreibungskoeffizienten hat. Das andere Paar von Reibflächen bleibt in der Regel aneinander haften. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich das Paar mit dem kleineren Haftreibungskoeffizienten „durchsetzt“. Ein kleiner Haftreibungskoeffizient der Hemmeinrichtung wirkt sich wiederum günstig auf das Anfahrverhalten der beiden zueinander zu bewegenden Teile aus.
Erfindungsgemäß ist der Bewegungswiderstand, der von der Hemmeinrichtung zu jedem beliebigen Zeitpunkt während einer Relativbewegung zwischen den zwei Teilen erzeugt wird, mindestens so groß und vorzugsweise mindestens 1.5 mal so groß wie der Bewegungswiderstand, der zu diesem Zeitpunkt von allen übrigen Teilen des Antriebs gemeinsam erzeugt wird. Anschaulich gesprochen führt die erfindungsgemäße Hemmeinrichtung zu einer mindestens zweifachen Erhöhung des Bewegungswiderstands zwischen den zwei zueinander beweglichen Teilen, der ein Maß für die Schwergängigkeit ist.
Die Positioniervorrichtung kann beispielsweise ein Dreh-Schwenkgelenk und/oder einen mehrgliedrigen gelenkigen Arm aufweisen. In Betracht kommen jedoch auch komplexere Gelenke wie Kugelgelenke. Auch für Linearantriebe ist die erfindungsgemäße Hemmeinrichtung ohne Einschränkung vorteilhaft einsetzbar.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 ein Koordinatenmessgerät mit einer davon getragenen erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
2 die in der 1 gezeigte Positioniervorrichtung in einer vergrößerten Messvorrichtung in vergrößerter Darstellung;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Hemmeinrichtung, die in der Art einer Scheibenbremse aufgebaut ist;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Hemmeinrichtung, die in den Flexspline eines Wellgetriebes integriert ist.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Koordinatenmessgerät
Die 1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Koordinatenmessgerät in einer perspektivischen Darstellung. Das Koordinatenmessgerät 11 weist einen Tisch 12 auf, der eine Basis 14 und eine Platte 16 aus Hartgestein umfasst. Die Platte 16 dient zur Aufnahme eines Werkstücks 18 mit Hilfe eines nicht dargestellten Werkstückhalters. In diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die Messaufgabe darin besteht, die Rauheit einer Oberfläche 19 des Werkstücks 18 ortsaufgelöst zu messen.
Der Tisch 12 trägt eine Verfahreinrichtung 20, mit der sich ein Messkopf 21 und eine daran befestigte Positioniervorrichtung 22 relativ zu dem Tisch 12 mit hoher Genauigkeit positionieren lässt. Die Verfahreinrichtung 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in Portalbauweise ausgeführt und umfasst ein Portal 24, das mit zwei Füßen 26, 28 an den Rändern des Tisches 12 gelagert und in der horizontal verlaufenden x-Richtung entlang des Tisches 12 motorisch verfahrbar ist. An einem Portalquerbalken 30, der die beiden Füße 26, 28 miteinander verbindet, ist ein Ausleger 32 so gelagert, dass er entlang der Längsrichtung des Portalquerbalkens 30, d. h. in der ebenfalls horizontal verlaufenden y-Richtung, motorisch verfahren werden kann, wie dies durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. In einer vertikal ausgerichteten Aufnahme 34 des Auslegers 32 ist ein Messträger 36 aufgenommen und entlang der vertikal verlaufenden z-Richtung motorisch verfahrbar.
An dem Messträger 36 ist austauschbar der Messkopf 21 befestigt, der die Positioniervorrichtung 22 trägt. Der Messkopf 21 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel drei hintereinander angeordnete Federparallelogramme auf, so dass die Positioniervorrichtung 22 über jedes Federparallelogramm in einer Koordinatenrichtung verschiebbar gelagert ist. Zur Erfassung der Auslenkung ist jedem Federparallelogramm ein Wandler in Form eines Tauchspulenmagnetes zugeordnet. Zusätzlich weist jedes Federparallelogramm einen Messkraftgenerator in Form eines Tauchspulenantriebes auf, über den in der jeweiligen Koordinatenrichtung Kräfte auf die Positioniervorrichtung 22 ausgeübt werden können. Der Messkopf 21 kann auf diese Weise definierte Stellkräfte entlang orthogonaler Richtungen x, y und z auszuüben, während die Wandler des Messkopfes 21 die auf die Positioniervorrichtung 22 entlang dieser Richtungen einwirkenden Kräfte messen. Weitere Einzelheiten hierzu können der WO 02/054010 A1 entnommen werden, deren Offenbarung insoweit durch Verweis zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Der Raum, der von dem Messträger 36 durch Verfahrbewegungen entlang den Richtungen x, y und z erreicht werden kann, liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von etwa 2 m³, so dass auch deutlich größere Werkstücke 18 vermessen werden können, als dies in der 1 dargestellt ist.
Die Verfahreinrichtung 20 verfügt für jede der drei Richtungen x, y, z über mindestens einen Wandler, die an eine Auswerte- und Steuereinrichtung 38 Informationen über die zurückgelegten Verfahrwege zurückgibt. Dadurch ist die Position des Messträgers 36 in allen Verfahrstellungen mit hoher Genauigkeit bekannt.
Die Auswerte- und Steuereinrichtung 38 steuert die Bewegungen der Verfahreinrichtung 20 und wertet die Messwerte aus, die von einem an der der Positioniervorrichtung 22 befestigten Rauheitssensor 44 erzeugt werden. Die Auswertung umfasst auch die rechnerische Korrektur der von der Positioniervorrichtung 22 gelieferten Messwerte. Damit können u.a. statische und dynamische Einflüsse der Verfahreinrichtung 20 und der Positioniervorrichtung 22 berücksichtigt werden.
Positioniervorrichtung
Wie in der vergrößerten Darstellung der 2 erkennbar ist, besteht die Positioniervorrichtung 22 im Wesentlichen aus einem Arm 40, der mehrere beweglich miteinander verbundene Glieder umfasst. An dem Arm 40 ist eine Vorschubeinheit 52 eines Rauheitssensors 44 befestigt, dessen Rauheitstaster 58 entlang einer Vorschubrichtung V verfahrbar ist.
Das in der 2 oben dargestellte Glied des Arms 40 wird im Folgenden als Verbindungsglied 45 bezeichnet und hat eine erste Kupplung, mit der die Positioniervorrichtung 22 an dem Messkopf 21 befestigbar ist, der seinerseits von der Verfahreinrichtung 20 des Koordinatenmessgeräts 10 getragen wird. Die Kupplung verfügt zu diesem Zweck in an sich bekannter Weise über Ausrichtelemente, Befestigungselemente und elektrische oder optische Verbindungselemente, mit denen sich eine Signalverbindung zwischen dem Verbindungsglied 45 und dem Messkopf 21 herstellen lässt.
Der Arm 40 hat einen ersten Armabschnitt G1, der unterhalb des Verbindungsglieds 45 angeordnet ist. Der erste Armabschnitt G1 ist relativ zu dem Verbindungsglied 45 um eine erste Drehachse A1 drehbar und verfügt zu diesem Zweck über einen ersten Antrieb, der in der 2 nur schematisch angedeutet und mit M1 bezeichnet ist. Ein zweiter Armabschnitt G2 ist relativ zu dem ersten Armabschnitt G1 um eine zweite Drehachse A2 mithilfe eines zweiten Antriebs M2 drehbar, wobei die zweite Drehachse A2 senkrecht zur ersten Drehachse A1 verläuft. Ein dritter Armabschnitt G3 ist relativ zu dem zweiten Armabschnitt G2 mithilfe eines dritten Antriebs M3 drehbar, und zwar um eine dritte Drehachse A3, die zur zweiten Drehachse A2 senkrecht verläuft. Der Arm 40 ist dabei so ausgelegt, dass die zweite Drehachse A2 sowohl die erste Drehachse A1 als auch die zweite Drehachse A3 schneidet.
Vom Ende des dritten Armabschnitts G3 erstreckt sich radial nach außen die Vorschubeinheit 52 des Rauheitssensors 44. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorschubeinheit 52 dauerhaft mit dem dritten Armabschnitt G3 verbunden und umfasst eine Antriebseinheit 54 sowie ein Kupplungslied 56 mit einer zweiten Kupplung. Das Kupplungsglied 56 ist linear entlang einer Linearführung in der Vorschubrichtung V relativ zu der Antriebseinheit 54 mit Hilfe eines Antriebs M4 verfahrbar, wie dies in der 2 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Die Vorschubrichtung V verläuft senkrecht zur dritten Drehachse A3 und wird mit dieser mitgedreht. Über die zweite Kupplung ist der Rauheitstaster 58 auswechselbar an dem Kupplungsglied 56 befestigt. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist der gesamte Rauheitssensor 44 lösbar an dem dritten Armabschnitt G3 befestigt, der zu diesem Zweck über eine geeignete Kupplung verfügt.
Der Rauheitstaster 58 hat ein Gehäuse 59, das im dargestellten Ausführungsbeispiel zweifach um jeweils 45° abgewinkelt ist. Aus einer Öffnung an der Stirnseite des Gehäuses 59 ragt ein Tastarm 60 mit einer Tastspitze 62 hervor, bei der es sich zum Beispiel um eine Diamantnadel handeln kann. Ferner ist an dem Gehäuse 59 eine Kufe 64 befestigt, die während der Messung an der Oberfläche 19 des Werkstücks 18 anliegt.
Zur Vorbereitung einer Rauheitsmessung bringt die Verfahreinrichtung 20 des Koordinatenmessgeräts 10 die Positioniervorrichtung 22 zunächst in eine Position in der Nähe des Werkstücks 18. Damit die Rauheitsmessung am gewünschten Ort auf der Oberfläche 19 durchgeführt werden kann, positioniert die Positioniervorrichtung 22 den Rauheitssensor 44 anschließend mit hoher Genauigkeit relativ zum Werkstück 18. Dazu werden die Motoren M1, M2 und M3 der Positioniervorrichtung 22 so von der Auswerte- und Steuereinrichtung 38 angesteuert, dass die Tastspitze 62 des Rauheitssensors 44 schließlich an der gewünschten Stelle an der Oberfläche 19 des Werkstücks 18 aufsetzen kann. Im Rahmen der Positionierung wird mindestens eines der Glieder G1, G2, G3 um die zugeordnete Drehachse A1, A2 oder A3 gedreht.
Beim Aufsetzen der Tastspitze 62 gelangt auch die Kufe 64 des Rauheitssensors 44 in Anlage mit der Oberfläche 19. Der Messkopf 21 erzeugt dabei die für die Rauheitsmessung benötigte Antastkraft, mit der die Tastspitze 62 auf der Oberfläche 19 des Werkstücks 18 aufliegt. Während der Messung wird der Motor M4 der Vorschubeinheit 54 betätigt, um den Rauheitstaster 58 entlang der Vorschubrichtung V zu verfahren. Die Kufe 64 gleitet dabei über die Oberfläche 19 des Werkstücks 18 hinweg. Wellen oder Stufen auf der Oberfläche führen dabei zu Auslenkungen des Rauheitssensors 44 entlang der Auslenkrichtung D, die von dem Messkopf 21 aufgenommen und gemessen werden.
Während des Verfahrvorgangs V wird gleichzeitig der Messarm 60 mit der daran befestigten Tastspitze 62 von kleineren Riefen oder Rillen auf der Oberfläche 19 ausgelenkt. Die Auslenkungen des Messarms 60 entlang der Auslenkrichtung D werden durch einen im Gehäuse 59 angeordneten Wandler erfasst. Die vom Wandler erzeugten Messsignale werden über die Kupplungen der Positioniervorrichtung 22 und über das Koordinatenmessgerät 10 an die Auswerte- und Steuereinrichtung 38 übermittelt. Aus diesen Messsignalen wird schließlich das Rauheitsprofil der Oberfläche 19 abgeleitet.
Hemmeinrichtung - erstes Ausführungsbeispiel
Während der Positionierung treiben die Motoren M1, M2 und M3 der Positioniervorrichtung 22 über Getriebe Wellen an und bewirken damit die oben beschriebene Drehung der Glieder G1, G2, G3 um die Drehachsen A1, A2, A3. Reibung in den Lagern der Wellen, in den Getrieben und in anderen Teilen, die an der Relativbewegung zweier benachbarter Glieder mitwirken, erzeugt dabei ein Widerstandsmoment, das von dem jeweiligen Motor überwunden werden muss. Da dieses Widerstandsmoment vergleichsweise klein ist, hätte die Positioniervorrichtung 22 ohne ein zusätzlich erzeugtes Widerstandsmoment insgesamt nur eine geringe Steifigkeit und könnte auftretende Schwingungen nur schwach dämpfen.
Um die Steifigkeit zu erhöhen und Schwingungen besser zu dämpfen, verfügt die Positioniereinrichtung 22 deswegen für jeden der Antriebe über eine Hemmeinrichtung, die das Widerstandsmoment erhöht.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Hemmeinrichtung wird im Folgenden mit Bezug auf die 3 erläutert. In der dort gezeigten schematischen Darstellung ist rechts der Motor M1 angedeutet, mit dem das erste Glied G1 relativ zu dem Kupplungsglied 45 um die erste Drehachse A1 gedreht werden kann. Der Motor M1 wirkt über eine Antriebswelle 70 auf ein Getriebe 72, das eine Abtriebswelle 74 antreibt. Die Abtriebswelle 74 trägt im dargestellten Ausführungsbeispiel ein scheibenförmiges erstes Reibelement 84, das aus Stahl besteht und planparallele Reibflächen 86a, 86b hat. An jeder der Reibflächen 86a, 86b greift eine Reibfläche 88a bzw. 88b eines im Wesentlichen quaderförmigen und aus Kunststoff bestehenden zweiten Reibelements 90a bzw. 90b an. Die beiden Reibelemente 90a, 90b werden mit Hilfe von Druckfedern 92a bzw. 92b an die beiden Reibflächen 86a, 86b des ersten Reibelements 84 gedrückt. Die Druckfedern 90a, 90b stützen sich dabei an einer bügelartigen Struktur 94 ab. Die Hemmeinrichtung 76 hat somit einen ähnlichen Aufbau wie eine Scheibenbremse, nur dass die Einwirkung der zweiten Reibelemente 90a, 90b auf das erste Reibelement 84 nicht veränderbar ist.
Die aneinander anliegenden Reibflächen 86a, 88a und 86b, 88b haben im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils eine mittlere Oberflächenrauheit Ra von ungefähr 0,8. Infolge der verwendeten Materialpaarung Strahl/Kunststoff und der geringen mittleren Oberflächenrauheit Ra wirkt zwischen den sich berührenden Reibflächen ein sehr kleiner Gleitreibungskoeffizient, der etwa 0,1 beträgt und generell möglichst kleiner als 0,15 und vorzugsweise kleiner als 0,125 sein sollte.
Um eine ausreichend starke Dämpfung zu bewirken, sollte die Hemmeinrichtung 76 ein Widerstandsmoment erzeugen, das mindestens so groß und vorzugsweise mindestens 1.5 Mal so groß ist wie das Widerstandsmoment, das von allen übrigen in der 3 dargestellten Teilen des Antriebs erzeugt wird. Wegen des kleinen Gleitreibungskoeffizienten muss die von den Druckfedern 92a, 92b erzeugte Normalkraft folglich groß sein. Welche Kraft im Einzelfall erforderlich ist, hängt nicht nur vom Widerstandsmoment ab, das von allen übrigen in der 3 dargestellten Teilen des Antriebs erzeugt wird, sondern auch vom Gewicht der Glieder G1 bis G3 und des davon geführten Messinstruments.
Da die aneinander anliegenden Reibflächen 86a, 88a bzw. 86b, 88b ohne Schmierung aufeinander gleiten, ist die Hemmeinrichtung 76 weitgehend wartungsfrei. Sie beansprucht zudem nur wenig Bauraum und erzeugt auch über einen sehr langen Zeitraum hinweg ein annähernd konstantes Widerstandsmoment.
Das von der Hemmeinrichtung 76 erzeugte Widerstandsmoment ist beim Anfahren etwas höher, weil zu Beginn einer Drehbewegung der Abtriebswelle 74 zwischen den aneinander anliegenden Reibflächen 86a, 88a bzw. 86b, 88b noch die Haftreibung wirkt. Bei Materialpaarungen mit geringer Gleitreibung ist jedoch in der Regel die Differenz zum Haftreibungskoeffizienten relativ klein. Dadurch erhöht die Hemmeinrichtung 76 nicht nennenswert die Differenz zwischen den Widerstandsmomenten, die durch die Haftreibung und die Gleitreibung im gesamten Antrieb verursacht werden. Der für die Regelung des Motors eingesetzte Regler kann die Änderung des Widerstandsmoments beim Anfahren daher ohne weiteres durch ein entsprechend schnelles Verringern des Antriebsmoments kompensieren.
Gleichartige Hemmeinrichtungen können natürlich auch für die Antriebe der übrigen Glieder G2 und G3 verwendet werden.
Hemmeinrichtung - zweites Ausführungsbeispiel
Die 4 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine erfindungsgemäße Hemmeinrichtung 76' in das Getriebe 72 integriert ist. Die Hemmeinrichtung 76' nutzt dabei einen ansonsten ungenutzten Bauraum, so dass durch die Hemmeinrichtung 76' kein zusätzlicher Bauraum in der Positioniervorrichtung 22 verbraucht wird.
Bei dem Getriebe 72 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Wellgetriebe, das die Antriebswelle 70 mit der Abtriebswelle 74 verbindet. Die Antriebswelle 70 ist in einem mehrteiligen Gehäuse 98 von Antriebslagern 100 und die Abtriebswelle 74 von Abtriebslagern 102 gelagert. An der zur Antriebswelle 70 weisenden Stirnfläche 103 der Abtriebswelle 74 ist ein Flexspline 104 drehfest befestigt, der aus einem flexiblen, aberverschleißfesten Material besteht und im Wesentlichen topfförmig ist. Der Flexspline 104 ist in der Nähe seiner Öffnung mit einer Außenverzahnung 105 versehen, die eine Innenverzahnung kämmt, die an einem gehäusefesten Außenring 106 vorgesehen ist. Die Innenverzahnung hat weniger Zähne als die Außenverzahnung 105.
Von einer elliptischen Scheibe 108, die drehfest auf der Antriebswelle 70 befestigt ist, wird der Flexspline 104 von innen mit seiner Außenverzahnung 105 gegen die Innenverzahnung des Außenrings 106 gedrückt. Um die Reibung zwischen der Scheibe 108 und dem Flexspline 104 zu verringern, befindet sich dazwischen ein elastisches Kugellager 110. Wenn die Scheibe 108 von der Antriebswelle 70 in Drehung versetzt wird, drückt sie nacheinander einander gegenüberliegende Abschnitte des Flexspline 104 an die Außenverzahnung 105. Da diese mehr Zähne als die Innenverzahnung hat, dreht sich der Flexpline mit der daran befestigten Abtriebswelle 74 mit einer kleineren Drehzahl als die Antriebswelle 70. Da insoweit das Getriebe 72 aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird auf weitere Erläuterungen zum Aufbau und zur Funktion an dieser Stelle verzichtet wird.
Die erfindungsgemäße Hemmeinrichtung 76' ist im Innenraum des topfförmigen Flexspline 104 des Getriebes 72 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein erstes Reibelement durch die Antriebswelle 70 gebildet. Die Stirnfläche 111 der Antriebswelle 70, die aus Stahl besteht und eine mittlere Oberflächenrauheit Ra von etwa 0,8 hat, bildet dabei eine Reibfläche.
Ein zweites Reibelement wird durch eine Scheibe 90 aus Kunststoff gebildet, die eine zentrale Bohrung und zwei konzentrische Ausnehmungen hat. Die zur Antriebswelle weisende Reibfläche 88 hat eine mittlere Oberflächenrauheit Ra von etwa 0,8.
Ein drittes Reibelement 112 ist genauso wie das zweite Reibelement 90 ausgebildet und lediglich spiegelsymmetrisch dazu angeordnet.
Ein viertes Reibelement wird durch die Abtriebswelle 74 gebildet, deren Stirnfläche ebenfalls aus Strahl besteht und eine mittlere Oberflächenrauheit Ra von etwa 0,8 hat.
Das zweite Reibelement 90 und das dritte Reibelement 112 sind über Zapfen 114 drehfest miteinander verbunden. Die einander zugewandten konzentrischen Ausnehmungen der Reibelemente 90, 112 definieren einen Zwischenraum, in dem eine Druckfeder 92 angeordnet ist. Diese drückt das zweite Reibelement 90 gegen die Antriebswelle 70 und das dritte Reibelement 116 gegen die Abtriebswelle 74. Die beiden Reibelemente 90, 112 reiben dadurch an den Stirnseiten 111, 103 der Antriebs- und Abtriebswelle 70 bzw. 74 und erzeugen auf diese Weise das gewünschte gleichbleibende Widerstandsmoment.
Wenn die Antriebswelle 70 vom Motor M1 in Bewegung gesetzt wird, wirkt zwischen der Antriebswelle 70 und der Abtriebswelle 74 ein Antriebsmoment, das zunächst ein durch Haftreibung erzeugtes Widerstandsmoment überwinden muss, zu dem auch die Hemmeinrichtung 76' mit seinen beiden Paaren von Reibflächen beiträgt. Das Paar von Reibflächen mit der kleineren Haftreibung beginnt ab einem bestimmten Antriebsmoment sich relativ zueinander zu drehen. Während der weiteren Drehung bleibt das andere Paar von Reibflächen wegen der etwas größeren Haftreibung in der Regel aneinander haften. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass von den beiden Paaren von Reibflächen das kleinere Widerstandsmoment den Übergang zur Gleitreibung dominiert.
Anstatt die Antriebswelle 70 und die Abtriebswelle 74 als Reibelemente zu verwenden, können an den Wellenenden auch zusätzliche Scheiben aus Stahl drehfest befestigt werden, die als Reibelemente fungieren und an den Scheiben 90, 112 aus Kunststoff anliegen.

Claims

Positioniervorrichtung (22) zum Positionieren eines Messinstruments (58) bezüglich eines Werkstücks (18), mit einer ersten Kupplung, mit der die Positioniervorrichtung (22) an einer Verfahreinrichtung (20) eines Koordinatenmessgeräts (10) befestigbar ist, einer zweiten Kupplung, mit der das Messinstrument (58) an der Positioniervorrichtung (22) befestigbar ist, einem Antrieb, der dazu eingerichtet ist, eine Relativbewegung zwischen zwei Teilen (45, G1, G2, G3) der Positioniervorrichtung (22) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (22) eine Hemmeinrichtung (76) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Relativbewegung zwischen den zwei Teilen zu hemmen, wobei die Hemmeinrichtung ein erstes Reibelement (84; 70) und ein zweites Reibelement (90a, 90b; 90) aufweist, die jeweils ungeschmierte Reibflächen (86a, 86b, 88a, 88b; 88, 111) haben, die Reibflächen mit einer Normalkraft aneinander gedrückt sind, die während des Betriebs der Positioniervorrichtung nicht veränderbar ist, zwischen den Reibflächen bei Trockenheit und ohne Schmierung ein Gleitreibungskoeffizient wirkt, der kleiner ist als 0.15, und dass der Bewegungswiderstand, der von der Hemmeinrichtung (76; 76') zu jedem beliebigen Zeitpunkt während einer Relativbewegung zwischen den zwei Teilen (45, G1, G21, G3) erzeugt wird, mindestens so groß ist wie der Bewegungswiderstand, der zu diesem Zeitpunkt von allen übrigen Teilen des Antriebs gemeinsam erzeugt wird.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitreibungskoeffizient kleiner ist als 0.125.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Reibflächen (86a, 86b; 111) aus Strahl und die andere Reibfläche (88a, 88b; 88) aus Kunststoff besteht.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Reibflächen (86a, 86b, 88a, 88b; 88, 111) eine mittlere Oberflächenrauheit Ra mit 0,5 ≤ Ra ≤ 1 haben.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reibelement (84) von dem Antrieb bewegt wird und das zweite Reibelement (90a, 90b) ortsfest ist.
Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Motor (M1) und ein Wellgetriebe (72) umfasst, das eine Antriebswelle (70) und eine Abtriebswelle (74) miteinander verbindet, und dass das Wellgetriebe einen topfförmigen Flexspline (104) hat, in dem die Hemmeinrichtung (76') angeordnet ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reibelement an der Antriebswelle befestigt ist oder durch die Antriebswelle (70) gebildet wird, die Hemmeinrichtung (76') ein drittes Reibelement (112) und ein viertes Reibelement (74) aufweist, die jeweils ungeschmierte Reibflächen haben, die mit einer Normalkraft aneinander gedrückt sind, die während des Betriebs der Positioniervorrichtung nicht veränderbar ist, wobei zwischen den Reibflächen des dritten und des vierten Reibelements bei Trockenheit und ohne Schmierung ein Gleitreibungskoeffizient wirkt, der kleiner ist als 0.15, und wobei das vierte Reibelement (90) an der Abtriebswelle (74) drehfest befestigt ist oder durch die Abtriebswelle gebildet wird, das zweite Reibelement (90) und das dritte Reibelement (112) drehfest miteinander verbunden und gemeinsam zwischen dem ersten Reibelement (70) und dem vierten Reibelement (74) angeordnet sind, und dass zwischen dem zweiten Reibelement (90) und dem dritten Reibelement (112) ein elastisches Druckelement (92) angeordnet ist, welches das zweite Reibelement (90) gegen das erste Reibelement (70) und das dritte Reibelement (112) gegen das vierte Reibelement (74) drückt.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmoment, das von der Hemmeinrichtung (76; 76') zu jedem beliebigen während einer Relativbewegung zwischen den zwei Teilen (45, G1, G2, G3) erzeugt wird, mindestens 1.5 Mal so groß ist wie die Summe aller Widerstandsmomente, die zu diesem Zeitpunkt von allen übrigen Teilen des Antriebs erzeugt werden.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (22) ein Dreh-Schwenkgelenk und/oder einen mehrgliedrigen gelenkigen Arm (40) aufweist.