-
Die Erfindung betrifft ein Oberflächenmessgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Vermessung einer Oberfläche eines Werkstücks.
-
Entsprechende Oberflächenmessgeräte sind beispielsweise in Form von Rauheitsmessgeräten allgemein bekannt. Sie weisen eine Vorschubeinrichtung zum Bewegen eines Tastarmes, der einen Tastkörper zur Antastung der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks trägt, relativ zu dem vermessenden Werkstück entlang einer linearen Vorschubachse auf. Die Vorschubeinrichtung weist einen Grundkörper und einen relativ zu dem Grundkörper entlang der Vorschubachse linear beweglichen Schlitten auf, mit dem der Tastarm verbindbar oder verbunden ist. Die Vorschubeinrichtung weist eine elektromotorische Antriebseinrichtung auf, in deren Antriebsstrang ein Spindeltrieb mit einer Gewindespindel und einer auf der Gewindespindel angeordneten Spindelmutter angeordnet ist, wobei das Abtriebsorgan des Spindeltriebs mit dem Schlitten der Vorschubeinrichtung verbunden und durch die Gewindespindel gebildet ist, die in ihrer Axialrichtung beweglich gelagert ist und auf der die Spindelmutter ortsfest angeordnet ist. Dabei ist die Gewindespindel drehbar gelagert und steht mit einem Elektromotor der Antriebseinrichtung in Drehantriebsverbindung.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächemessgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, bei dem die Messgenauigkeit erhöht ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
-
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Messgenauigkeit des Oberflächenmessgerätes beeinträchtigende Grundstörungen und Geradheitsabweichungen zum Teil durch die Spindel des Spindeltriebs verursacht werden. Beispielsweise können hierfür Rundlaufabweichungen der Spindel, ein Spindelschlag oder eine Taumelbewegung der Spindel ursächlich sein. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, den Spindeltrieb so auszugestalten, dass durch einen unrunden Lauf der Gewindespindel verursachte Grundstörungen bzw. Geradheitsabweichungen reduziert sind und auf diese Weise die Messgenauigkeit erhöht ist.
-
Erfindungsgemäß ist die Spindelmutter über wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement aus elastomerem Material mit einer Halterung des Grundkörpers der Vorschubeinrichtung verbunden, wobei wenigstens ein seil- oder drahtförmiges Stützmittel vorgesehen ist, dessen Enden ortsfest mit Teilen des Grundkörpers verbunden sind und wobei das Haltemittel entfernt von seinen Enden derart an der Spindelmutter festgelegt ist, dass das Stützmittel axialen Bewegungen der Spindelmutter entgegenwirkt.
-
Beispielsweise und insbesondere kann wenigstens ein blockartiges Schwingungsdämpfungselement verwendet werden, das bei Belastung in Axial- und Radialrichtung der Spindelmutter relativ weich, gegen Verdrehung um die Drehachse der Gewindespindel jedoch relativ steif ist. Wirken bei Betrieb des Oberflächenmessgerätes Radialkräfte auf die Spindelmutter, die beispielsweise von einem Spindelschlag oder einem Taumeln der Spindel hervorgerufen werden, so kann die Spindelmutter aufgrund der elastischen nachgiebigen Lagerung in Radialrichtung in gewissem Maße ausweichen, so dass Grundstörungen verursachende Schwingungen zuverlässig vermieden sind. Hierzu trägt auch die schwingungsdämpfende Lagerung der Spindelmutter an dem Grundkörper der Vorschubeinrichtung bei.
-
Gleichzeitig bildet das Schwingungsdämpfungselement eine Verdrehsicherung.
-
Das erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehene seil- oder drahtförmige Stützmittel kann insbesondere zwischen ortsfesten Teilen des Grundkörpers gespannt sein, wobei das Haltemittel entfernt von seinen Enden derart an der Spindelmutter festgelegt ist, dass das Stützmittel axialen Bewegungen der Spindelmutter entgegenwirkt. Beispielsweise und insbesondere kann das Stützmittel ein Drahtseil aufweisen, das zwischen ortsfesten Teilen des Grundkörpers gespannt und in seiner Längsrichtung verschiebefest an der Spindelmutter festgelegt ist. Bei verschiebefester Festlegung des Stützmittels an der Spindelmutter sind Axialbewegungen der Spindelmutter weitestgehend vermieden. Die radiale Steifigkeit lässt sich beispielsweise durch Einstellung der Spannung des Stützmittels einstellen.
-
Die Erfindung kombiniert damit auf geschickte Weise wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement aus elastomerem Material mit wenigstens einem seil- oder drahtförmigen Stützmittel. Das Ergebnis ist eine Anordnung, die in Axialrichtung der Spindelmutter sehr steif, in Radialrichtung jedoch relativ weich ausgestaltet sein kann. Es hat sich überraschend gezeigt, dass sich auf diese Weise durch die Spindel verursachte Grundstörungen oder Geradheitsabweichungen wesentlich reduzieren lassen.
-
Die Erfindung stellt damit mit sehr einfachen und kostengünstigen Mitteln, die die Herstellungskosten eines Oberflächenmessgerätes nicht in nennenswertem Maße erhöhen, eine Möglichkeit bereit, den Einfluss von Grundstörungen und Geradheitsabweichungen auf die Messgenauigkeit zu reduzieren.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Anordnung bei Bewegungen des Schlittens der Vorschubeinrichtung in beiden Richtungen entlang der Vorschubachse wirksam ist.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich das Stützmittel im Wesentlichen parallel zu der Gewindespindel erstreckt. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders einfacher und axial steifer Aufbau.
-
Um die radiale Steifigkeit der Anordnung der Spindelmutter einstellen zu können, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Stützmittel spannbar ausgebildet ist.
-
Das Stützmittel kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen in vielfältiger Weise ausgestaltet sein. Eine besonders einfache Ausführungsform sieht vor, dass das Stützmittel ein Stahlseil aufweist, das an dem Grundkörper der Vorschubeinrichtung gespannt ist.
-
Das Stützmittel kann jedoch auch einen Federdraht aufweisen, wie dies eine andere vorteilhafte Weiterbildung vorsieht.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Spindelmutter an ihrem äußeren Umfang einen Schlitz auf, in dem das Stützmittel festgelegt ist. Auf diese Weise ist die Festlegung des Stützmittels an der Spindelmutter besonders einfach gestaltet, indem das Stützmittel beispielsweise mittels einer Hülse klemmend und in Axialrichtung verschiebefest in dem Schlitz gehalten ist.
-
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Stützmittel in seiner Längsrichtung verschiebefest oder annähernd verschiebefest an der Spindelmutter festgelegt ist.
-
Erfindungsgemäß ist grundsätzlich ein einzelnes Schwingungsdämpfungselement aus elastomerem Material ausreichend. Um die Schwingungsdämpfung der Anordnung der Spindelmutter weiter zu verbessern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass die Spindelmutter ein Grundkörperteil aufweist und dass in Umfangrichtung der Drehachse der Gewindespindel zueinander beabstandet wenigstens zwei Schwingungsdämpfungselemente aus elastomerem Material an dem äußeren Umfang des Grundkörperteils der Spindelmutter angeordnet sind.
-
Form, Größe und Ausgestaltung des Schwingungsdämpfungselementes bzw. der Schwingungsdämpfungselemente sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement blockartig ausgebildet ist.
-
Es ist erfindungsgemäß jedoch beispielsweise auch möglich, dass wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement faltenbalgartig ausgebildet ist, wie dies eine andere vorteilhafte Weiterbildung vorsieht.
-
Erfindungsgemäß kann die Spindelmutter einteilig ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die Spindelmutter wenigstens zweiteilig ausgebildet ist und ein ortsfest mit der Halterung des Grundkörpers der Vorschubeinrichtung verbundenes Grundkörperteil und ein Gewindeteil mit einem Innengewinde aufweist.
-
Vorteilhafterweise ist das Schwingungsdämpfungselement bzw. sind die Schwingungsdämpfungselemente auf einer Seite der Längsmittelebene der Spindelmutter angeordnet, während das Stützmittel auf der anderen Seite an der Spindelmutter festgelegt ist.
-
Das erfindungsgemäße Oberflächenmessgerät ist für verschiedene Messaufgaben der Oberflächenmesstechnik geeignet. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass das Oberflächenmessgerät als Rauheitsmessgerät ausgebildet ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenmessgerätes dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
-
Es zeigt:
- 1 eine Perspektivansicht eines Messplatzes mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenmessgerätes in Form eines Rauheitsmessgerätes,
- 2 in einer Perspektivansicht und teilweise in Phantomdarstellung die Vorschubeinrichtung des Oberflächenmessgerätes gemäß 1 in einer ersten Position des Tastarmes entlang der linearen Vorschubachse,
- 3 in gleicher Darstellung wie 2 die Vorschubeinrichtung in einer zweiten Position des Tastarmes,
- 4 in gegenüber 2 vergrößertem Maßstab eine Einzelheit aus 2 im Bereich eines als Überlastsicherung ausgestalteten Spindeltriebs im Betriebszustand,
- 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung von Bauteilen des Spindeltriebs gemäß 4,
- 6 in gleicher Darstellung wie 4 den Spindeltrieb gemäß 4 in einem ersten Überlastzustand,
- 7 in gleicher Darstellung wie 6 den Spindeltrieb gemäß 4 in einem zweiten Überlastzustand und
- 8 in einer Perspektivansicht einen Schnitt durch die Spindelmutter des Spindeltriebs gemäß 5.
-
Unter Bezugnahme auf 1 bis 8 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenmessgerätes näher erläutert.
-
In 1 ist ein Messplatz mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenmessgerätes 2 in Form eines Rauheitsmessgeräts dargestellt, das einen Taster 3 mit einem Tastarm 4 aufweist, der einen in 1 nicht erkennbaren Tastkörper zur Antastung einer Oberfläche eines zu vermessenden Werkstücks trägt. Das Oberflächenmessgerät 2 weist eine Vorschubeinrichtung 6 auf, deren feststehender Grundkörper 8 höhen- und neigungsverstellbar an einer Messsäule 10 angeordnet ist, die an einer Grundplatte 12 montiert ist. Der Tastarm 4 ist über eine mechanische Schnittstelle 14 mit einem Schlitten 16 der Vorschubeinrichtung 6 verbunden.
-
Bei Betrieb des Oberflächenmessgerätes 2 bewegt sich der Schlitten 16 der Vorschubeinrichtung 6 relativ zu dem Grundkörper 8 entlang einer linearen Vorschubachse 20 (vgl. 2), so dass mittels des an den Tastarm 4 angebrachten Tastkörpers ein zu vermessendes Werkstück abgetastet werden kann. Der grundsätzliche Aufbau eines entsprechenden Oberflächenmessgerätes einschließlich Taster und Vorschubeinrichtung ist allgemein bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
-
In 2 ist die Vorschubeinrichtung 6 in einer ersten Position des Tastarmes 4 dargestellt. Der ortsfeste Grundkörper 8 der Vorschubeinrichtung 6 weist eine Halterung 18 auf, relativ zu der der Schlitten 16 der Vorschubeinrichtung 6 entlang einer linearen Vorschubachse beweglich ist, die in 2 durch eine strichpunktierte Linie 20 symbolisiert ist.
-
Zum Herstellen einer Antriebsverbindung zwischen dem Grundkörper 8 und dem Schlitten 16 der Vorschubeinrichtung 6 ist eine elektromotorische Antriebseinrichtung 22 vorgesehen, in deren Antriebsstrang ein Spindeltrieb 24 mit einer Gewindespindel 26 und eine auf die Gewindespindel 26 aufgeschraubten Spindelmutter 28 angeordnet ist.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Abtriebsorgan des Spindeltriebs 24 durch die Gewindespindel 26 gebildet, die in ihrer Axialrichtung beweglich gelagert ist und auf der die Spindelmutter 28 ortsfest angeordnet und mittels einer Verdrehsicherung gegen Verdrehung gesichert ist. Die Verdrehsicherung wird weiter unten näher erläutert. Die Gewindespindel 26 ist drehbar gelagert und steht mit einem in der Zeichnung nicht erkennbaren Elektromotor der Antriebseinrichtung 22 in Drehantriebsverbindung.
-
Bei Betrieb der Vorschubeinrichtung 6 treibt der Elektromotor die Gewindespindel 26 entsprechend der gewünschten Vorschubrichtung in der einen oder anderen Drehrichtung an, so dass sich die Gewindespindel 26 mit dem damit verbundenen Schlitten 16 der Vorschubeinrichtung 6 in der einen oder anderen Richtung entlang der linearen Vorschubachse 20 bewegt. 2 stellt die Vorschubeinrichtung 6 in einer Endlage des Schlittens 16 und damit des Tastarmes 4 dar.
-
In 3 ist demgegenüber die andere Endlage des Tastarmes 4 entlang der Vorschubachse 20 dargestellt.
-
4 zeigt in gegenüber 2 vergrößertem Maßstab eine Einzelheit im Bereich der Spindelmutter 28.
-
In 5 sind Bauteile des Spindeltriebs 24 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung gezeigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spindelmutter 28 mehrteilig ausgebildet und weist ein ortsfest mit der Halterung 18 und damit mit dem Grundkörper 8 der Vorschubeinrichtung 6 verbundenes Grundkörperteil 30 und ein Gewindeteil 32 auf. Das Gewindeteil 32 ist seinerseits mehrteilig ausgebildet und weist ein inneres Teil 34 mit einem Innengewinde auf, das auf die Gewindespindel 26 aufgeschraubt ist. Das Gewindeteil 32 weist ferner ein äußeres Teil 36 auf, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen radialen Ansatz 38 des inneren Teiles 34 aufgesetzt und drehfest mit demselben verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die drehfeste Verbindung zwischen dem äußeren Teil 36 und dem inneren Teil 34 dadurch gebildet, dass das äußere Teil 36 mit einem Innengewinde auf ein Außengewinde des radialen Ansatzes 38 aufgeschraubt ist.
-
Das Gewindeteil 32 ist relativ zu dem Grundkörperteil 30 zwischen einer in 4 dargestellten Betriebsposition (Betriebszustand des Spindeltriebs 24 und damit des Oberflächenmessgerätes 2), in der eine weiter unten näher erläuterte Verdrehsicherung wirksam ist, und einer Überlastposition (Überlastzustand des Spindeltriebs 24 und damit des Oberflächenmessgerätes 2, vgl. 6 und 7), in der die Verdrehsicherung unwirksam ist, axial beweglich und bildet so das Überlastsicherungsmittel. Beim Auftreten einer Überlast ist das Gewindeteil 32 entgegen der Wirkung von weiter unten näher erläuterten Federmitteln aus der Betriebsposition (vgl. 4) in die Überlastposition (vgl. 6 bzw. 7) bewegbar.
-
Das äußere Teil 36 des Gewindeteiles 30 weist an seiner äußeren Umfangsfläche eine Radialnut 40 auf, die in Axialrichtung beidseitig offen ist (vgl. 5) und in die in der Betriebsposition wenigstens ein an dem Grundkörper angeordneter Stift als Verdrehsicherung der Spindelmutter 28 radial eingreift. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind hierzu zwei in Axialrichtung der Spindelmutter 28 zueinander beabstandete Stifte 42, 44 vorgesehen, die das Grundkörperteil der Spindelmutter 28 durchsetzen, wie aus 5 ersichtlich.
-
Das äußere Teil 36 des Gewindeteils 30 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Umfangsnut 46 auf, in die in der Betriebsposition durch Federmittel federbelastet ein Eingriffselement eingreift. Das Eingriffselement ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Kugel 48 (vgl. 5 und insbesondere 8) gebildet.
-
Die Federmittel weisen einen blattfederartigen Winkel 50 auf, dessen einer Schenkel mit dem Grundkörperteil 30 der Spindelmutter 28 verschraubt ist und an dessen anderem freien Schenkel ein Ende einer Schraubenfeder 52 eingehängt ist, deren anderes Ende an einem das Grundkörperteil 30 durchsetzenden Befestigungsstift 54 eingehängt ist. Aus 8 ist ersichtlich, dass in Betriebsposition des inneren Teiles 34 die Kugel 48 über den Winkel 50 und die Schraubenfeder 52 gegen den äußeren Umfang des äußeren Teiles 36 des Gewindeteiles 32 vorgespannt ist und in die Umfangsnut 46 eingreift.
-
In der Betriebsposition des Gewindeteiles 32 ist dessen äußeres Teil 36 in Axialrichtung der Gewindespindel 26 in dem Grundkörperteil 30 angeordnet, so dass die Stifte 42,44 in die Radialnut 44 eingreifen und die Spindelmutter somit gegen Verdrehung gesichert ist. Dementsprechend setzt der Spindeltrieb 24 eine Drehung der Gewindespindel 26 in eine axiale Bewegung derselben und damit in eine Bewegung des Schlittens 16 und des Tastarmes 4 entlang der linearen Vorschubachse 20 um.
-
8 zeigt in einer Perspektivansicht einen Schnitt durch die Spindelmutter 24. Erfindungsgemäß ist die Spindelmutter 24 über wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement aus elastomerem Material mit der Halterung 18 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in Umfangsrichtung der Drehachse der Gewindespindel 26 zueinander beabstandet zwei Schwingungsdämpfungselemente 56, 58 vorgesehen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel blockartig ausgebildet sind. Jedes der Schwingungsdämpfungselemente 56, 58 weist ein Mittelteil aus elastomerem Material auf, mit dem voneinander weg weisende Gewindestifte verbunden sind, die in an dem Grundkörperteil 30 bzw. der Halterung 18 vorgesehene Gewindebohrungen eingeschraubt sind, wie aus 8 ersichtlich. Die Schwingungsdämpfungselemente 56, 58 sind in Radialrichtung der Spindelmutter 28 bzw. parallel zu der Radialrichtung relativ weich, so dass die Spindelmutter 28 in ihrer Radialrichtung nachgiebig gelagert ist. Gleichzeitig sind die Schwingungsdämpfungselemente 56, 58 gegen Verdrehung um die Drehachse der Gewindespindel 26 relativ steif, so dass auf diese Weise bereits eine Verdrehsicherung des Grundkörperteils 30 der Spindelmutter 28 relativ zu der Halterung 18 erzielt ist.
-
Erfindungsgemäß ist ferner ein seil- oder drahtförmiges Stützmittel 60 vorgesehen, dessen Enden 62, 64 mit ortsfesten Teilen 66, 68 der Halterung 18 des Grundkörpers 8 der Vorschubeinrichtung 6 verbunden sind (vgl. 4).
-
Entfernt von seinen Enden 62, 64 ist das Stützmittel 60, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Stahlseil gebildet ist, derart an der Spindelmutter 28 festgelegt, dass das Stützmittel 60 axialen Bewegungen der Spindelmutter 28 entgegenwirkt.
-
Wie aus 4 ersichtlich ist, ist das Stützmittel 60 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel oder annähernd parallel zu der Gewindespindel 26 gespannt und mittels einer auf das Stützmittel 60 aufgesetzten Hülse 70 in seiner Längsrichtung verschiebefest in einem an der Umfangsfläche des Grundkörperteils 30 der Spindelmutter 28 gebildeten Schlitz 72 verschiebefest festgelegt. Zur verschiebefesten Festlegung des Stützmittels 60 ist ein klemmend auf die Hülse und damit auf das Stützmittel wirkender Gewindestift 74 vorgesehen (vgl. 8) .
-
Bei Benutzung des Oberflächenmessgerätes 2 bewegt sich der Schlitten 16 der Vorschubeinrichtung 6 relativ zu dem Grundkörper 8, wobei die Antriebskraft der elektromotorischen Antriebseinrichtung 22 von dem Spindeltrieb 24 auf den Schlitten 16 übertragen wird.
-
Sofern beispielsweise durch Spindelschlag, Taumel oder Rundlaufabweichungen der Spindel während der Vorschubbewegung radiale Kräfte auf die Spindelmutter 28 wirken, so kann die Spindelmutter 28 aufgrund der elastisch federnden Lagerung über die Schwingungsdämpfungselemente 56, 58 in Radialrichtung ausweichen, so dass Schwingungen vermieden oder zumindest verringert sind. Außerdem werden auftretende Schwingungen über die Schwingungsdämpfungselemente 56, 58 gedämpft.
-
Das Stützmittel 60 bewirkt, dass die Anordnung der Spindelmutter 28 in ihrer Axialrichtung relativ steif ist. Die radiale Steifigkeit der Anordnung der Spindelmutter 28 kann außerdem durch entsprechende Einstellung der Spannung des Stützmittels 60 beeinflusst werden.
-
Im Ergebnis stellt die Erfindung eine Anordnung bereit, bei der durch geschicktes Zusammenwirken der Schwingungsdämpfungselemente 56, 58 mit dem Stützmittel 60 eine in Axialrichtung sehr steife, in Radialrichtung jedoch relativ weiche Lagerung der Spindelmutter erzielt ist. Auf diese Weise sind Grundstörungen und Geradheitsabweichungen, die durch Unrundheiten im Lauf der Gewindespindel 26 hervorgerufen werden, vermieden oder zumindest verringert, so dass auf diese Weise mit äußerst einfachen Mitteln die Messgenauigkeit des Oberflächenmessgerätes 2 verbessert ist.
