DE10203823B4

DE10203823B4 - Schutzvorrichtung und -verfahren für einen Tragarm

Info

Publication number: DE10203823B4
Application number: DE10203823A
Authority: DE
Inventors: Klaus Jacobs; Volker Piwek; Franz Waletz
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: DE10203823A1; DE10203823B8

Abstract

Schutzvorrichtung für einen Tragarm (5), der insbesondere eine Meßeinrichtung (6) trägt, mit
– einer den Tragarm (5) vor Verschmutzung schützenden Hülle (10, 30, 31, 32), die den Tragarm (5) zumindest längs eines Teilabschnitts umgibt, und
– einer Sensoreinrichtung (11, 34) zum Erkennen von auf die Hülle (10, 30, 31, 32) wirkenden Querkräften, die eine Komponente quer zur Längsachse des Tragarmes (5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß
– die Hülle (10, 30, 31, 32) Stabilisierungsmittel (12, 34) aufweist, die die Hülle gegenüber dem Tragarm (5) stabilisieren, und
– die Sensoreinrichtung (11, 34) die Stabilisierungsmittel (12, 34) abfühlt und bei einer Querverschiebung der Stabilisierungsmittel (12, 34) gegenüber dem Tragarm (5) oder bei einer Querkrafteinwirkung auf die Stabilisierungsmittel (12, 34) ein Kollisionssignal abgibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung für einen Tragarm, der insbesondere eine Meßeinrichtung trägt, mit einer den Tragarm vor Verschmutzung schützenden Hülle, die den Tragarm zumindest längs eines Teilabschnitts umgibt, und einer Sensoreinrichtung zum Erkennen von auf die Hülle wirkenden Kräften, die eine Komponente quer zur Längsachse des Tragarms aufweisen. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Schutz eines Tragarms, der insbesondere eine Meßeinrichtung trägt, bei dem der Tragarm mindestens längs eines Abschnitts mit einer Hülle umgeben wird.
Bei Maschinen, insbesondere bei Koordinatenmeßgeräten, die exakt zu führende Tragarme aufweisen, ist es oft erforderlich, Tragarme, die beispielsweise Meßeinrichtungen tragen, gegen unbeabsichtigte Kollisionen zu schützen. Diese Problematik stellt sich insbesondere bei Tragarmen, die während des Betriebs der Maschine bewegt werden.
Zu diesem Zweck sind verschiedene Schutzvorrichtungen bekannt.

So kann man beispielsweise mittels Ultraschall oder durch Lichtschranken sicherstellen, daß ein Schutzbereich um den Tragarm herum frei von Gegenständen ist. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der DE 35 27 063 C1 der EP 0 116 807 A1 oder DE 35 14 444 A1 beschrieben. Diese Konzepte erfordern jedoch erheblichen technischen Aufwand, da die Überwachung des Schutzbereiches lückenlos sein muß.

Aus der EP 0 533 051 A1 ist es bekannt, innerhalb eines einen Tragarm vor Verschmutzung schützenden Faltenbalges in geringem Abstand zueinander zwei Signaldrähte zu führen. Bei einer Kollision bringt der Faltenbalg die beiden Signaldrähte in Kontakt, wodurch ein Kollisionssignal ausgelöst wird.

Eine Rißbildung oder schädigende Deformation eines Faltenbalgens wird nach der DE 35 32 702 C2 durch eine in den Faltenbalgen integrierte Meßeinrichtung detektiert, die darauf beruht, daß eine Leiterbahn durch die schädigende Einwirkung unterbrochen und daraufhin ein Signal abgegeben wird.

Aus der DE 28 54 459 A1 ist eine Sicherheiteinrichtung für Anlagen mit bewegten Teilen bekannt, die ein auf die bewegten Teile aufgebrachtes Schichtsystem aufweist, das einen belastungsabhängigen Widerstand hat, so daß bei Kollision ein elektrischer Kontakt zwischen zwei Elektroden hergestellt wird, der zur Abgabe eines Signals führt.

In der EP 0 215 233 A1 ist eine Schutzeinrichtung für eine Zustelleinheit gegen Kollisionen beschrieben, bei der ein starres Schutzschild mittels mehrerer vorgespannter Druckfedern am Mantel der Zustelleinheit abgestützt ist. Eine Krafteinwirkung auf das Schutzschild führt dadurch zu einem Kollisionssignal, daß bei Stauchung einer Druckfeder ein elektrischer Kontakt geschlossen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Schutzvorrichtung bzw. ein einfaches Schutzverfahren zu schaffen, so daß Verschmutzungsschutz sowie allseitiger Kollisionsschutz für einen Tragarm erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Schutzvorrichtung für einen Tragarm, der insbesondere eine Meßeinrichtung trägt, mit einer den Tragarm vor Verschmutzung schützenden Hülle, die den Tragarm zumindest längs eines Teilabschnitts umgibt, und einer Sensoreinrichtung zum Erkennen von auf die Hülle wirkenden Querkräften, die eine Komponente quer zur Längsachse des Tragarmes aufweisen, dadurch gelöst, daß die Hülle Stabilisierungsmittel aufweist, die die Hülle gegenüber dem Tragarm stabilisieren, und die Sensoreinrichtung die Stabilisierungsmittel abfühlt und bei einer Querverschiebung der Stabilisierungsmittel gegenüber dem Tragarm oder bei einer Querkraftwirkung auf die Stabilisierungsmittel ein Kollisionssignal abgibt.

Die Erfindung nutzt also für die Hülle deren ohnehin vorhandene Stabilisierungsmittel zur Kollisionsdetektion, indem diese abgefühlt werden. Querverschiebungen der Hülle gegenüber dem Tragarm führen dann zum Kollisionssignal. Die Hülle hat somit erfindungsgemäß eine Doppelfunktion: sie schützt den Tragarm zum einen vor Verschmutzungen, zum anderen wird sie bzw. werden ihre Stabilisierungsmittel auf eine Kollision anzeigende Querverschiebungen oder Kraftwirkungen hin überwacht. Da die Hülle den Tragarm bzw. den Abschnitt des Tragarmes, an dem sie angebracht ist, zum Verschmutzungsschutz allseitig umgibt, ist damit auch eine allseitige Kollisionsüberwachung sichergestellt. Ein weiterer Vorteil dieses Konzepts liegt darin, daß für das Bedienpersonal der kollisionsgeschützte bzw. kollisionsüberwachte Bereich unmittelbar zu erkennen ist; er ist durch die Hülle selbst umgrenzt. Ein unbemerktes Eingreifen in den kollisionsüberwachten Bereich, beispielsweise ein Überschreiten einer Lichtschranke oder eines Ultraschallkegels, ist somit ausgeschlossen.

Wie die Hülle gestaltet ist, ist für das erfindungsgemäße Konzept prinzipiell nicht wesentlich, es kommt nur darauf an, daß sie auf Querverschiebungen oder Kraftwirkungen hin überwachbare Stabilisierungsmittel aufweist. Die Hülle kann somit als beliebiger, den Tragarm entlang eines Längsabschnittes umgebender Körper ausgebildet werden, beispielsweise als Schlauch oder Faltenbalg. Insbesondere bei entlang ihrer Längsachse verstellbaren Tragarmen haben sich flexible Hüllen als zweckmäßig erwiesen, die den zu schützenden Abschnitt des Tragarmes bzw. den zu schützenden Tragarm über den gesamten längsverstellten Bereich hinweg sicher abdecken. Da die Hülle den Tragarm in beliebigen Lagen schützen soll, sind entsprechende Stabilisierungsmittel unverzichtbar. Besonders zweckmäßig zur Stabilisierung der Hülle, beispielsweise des erwähnten Faltenbalges, ist es, diese auf parallel zum Tragarm bzw. Tragarmabschnitt gespannten Führungsdrähten zu führen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden genau diese ohnehin zur Stabilisierung der Hülle vorgesehenen Führungsdrähte zur Kollisionsüberwachung eingesetzt.

Überwacht man die Spannung der Führungsdrähte, kann an einer Änderung der Spannung auf besonders einfache Weise eine Querkraft erkannt werden.

Die Spannungsmessung kann durch geeignete Spannungsmesser erfolgen, beispielsweise durch Dehnungsmeßstreifen, piezoelektrische Kristalle o. ä. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, daß die Führungsdrähte durch ein Montageteil geführt werden und an einer durch die gespannten Führungsdrähte in einer Gleichgewichtsstellung gehaltenen Halteplatte befestigt sind, die sich am Montageteil abstützt und bei Änderung der Spannung der Führungsdrähte aus der Gleichgewichtsstellung kommt.

Bei dieser Ausbildungsform kann man durch geeignete Einstellung der Abstützung zwischen Halteplatte und Montageteil die Ansprechempfindlichkeit der Schutzvorrichtung überwachen. Je nachdem, wie groß die Änderung der Spannung eines Führungsdrahtes sein soll, bei der ein Kollisionssignal abgegeben wird, stellt man die Abstützung der Halteplatte entsprechend ein. Eine besonders zweckmäßige Form der Abstützung ist es, die Führungsdrähte symmetrisch zu einem auf der Halteplatte liegenden Punkt zu befestigen und die Halteplatte genau an diesem Punkt durch ein Stützteil zu unterstützen. Die Form der Auflagefläche, mit der dieses Stützteil die Halteplatte trägt, bestimmt wesentlich die zur Auslösung des Kollisionssignals erforderliche Spannungsänderung. Bei einer kegelförmigen Spitze genügt eine geringe Spannungsänderung, bei einer nur schwach gewölbten Oberfläche ist eine größere Spannungsänderung erforderlich.

Die Kraft, die zum Aufbringen der Spannungsänderung, bei der ein Kollisionssignal abgegeben wird, nötig ist, hängt von der Spannung ab, mit der die Führungsdrähte gespannt sind. Durch Veränderung des Abstandes zwischen Montageteil und Halteplatte läßt sich diese Vorspannung einfach einstellen. Das Konzept der kipplabilen Halteplatte, die auf Änderung der Spannung der Führungsdrähte hin aus der Gleichgewichtsstellung kippt, ist somit sowohl hinsichtlich der einstellbaren Spannungsänderung, also der Mindestquerverschiebung, ab der ein Kollisionssignal abgegeben wird, als auch hinsichtlich der Wählbarkeit der Mindestkraft, die für diese Querverschiebung notwendig ist, vorteilhaft.

Bei der erwähnten Ausführungsform mit der kipplabilen Halteplatte muß diese natürlich daraufhin überwacht werden, ob sie aus der Gleichgewichtsstellung gekippt wird. Dazu sind bekannte Lagesensoren tauglich. Weiter ist eine optische Überwachung, eine Überwachung über einen Neigungsschalter o. ä. denkbar. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Halteplatte in der gekippten Stellung einen elektrischen Kontakt schließt oder öffnet. Dieser zum Betätigen dieses elektrischen Kontaktes nötige Schaltweg ist als zusätzliche Ansprechschwelle der Schutzvorrichtung verwendbar. Es ist deshalb besonders zu bevorzugen, den Schaltweg einstellbar zu gestalten.

Wie erwähnt, kann die Hülle auf vielerlei Art verwirklicht werden. Neben den oben erwähnten flexiblen Hüllen, sind auch starre Hüllen denkbar, die als Stabilisierungsmittel Kulissenelemente aufweisen, welche teleskopierbar ineinander gesteckt sind. Solche aus starren Stabilisierungsmitteln aufgebaute Hüllen bieten einen besonders guten Schutz des darin befindlichen Tragarmes, da sie relativ steif sind. Erfindungsgemäß wird eine Querverschiebung der Hülle, die in Form einer Verkippung eines oder mehrerer Kulissenelemente auftritt, detektiert und dann ein Kollisionssignal abgegeben. Dazu ist gegenüber dem Tragrahmen fixiert eine Strahlungsquelle angebracht, die Strahlung auf einen Strahlungsempfänger richtet, wobei die Kulissenelemente so im Strahlengang angeordnet und ausgebildet sind, daß bei Querverschiebung keine Strahlung mehr zum Strahlungsempfänger gelangt.

Die Kulissenelemente werden also geeignet im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger angeordnet, wodurch eine Querverschiebung, beispielsweise in Form einer Verkippung eines oder mehrerer Kulissenelemente, den Strahlengang so ändert, daß keine Strahlung mehr zum Strahlungsempfänger gelangt. Natürlich ist auch das inverse Prinzip möglich, bei dem bei einer Querverschiebung eines oder mehrerer Kulissenelemente automatisch Strahlung zu einem Strahlungsempfänger gelangt, der zuvor unbestrahlt war.

Die Kulissenelemente werden bei einer auf sie wirkenden Querkraft gekippt, da die einzelnen Elemente starr sind. Besonders zweckmäßig ist es, die Kulissenelemente zur Reflexion der von der Strahlungsquelle abkommenden Strahlung zum Strahlungsempfänger einzusetzen. Bei einer Kippung eines Kulissenelementes ändert sich dann automatisch der Strahlengang so, daß der Strahlungsempfänger dann unbestrahlt bleibt. Welches Kulissenelement die Strahlung zum Strahlungsempfänger reflektiert, ist prinzipiell ohne Bedeutung, solange ein Kulissenelement ausgewählt wird, das bei Wirkung einer Querkraft auf die Hülle auf jeden Fall eine Kippbewegung ausführt. Besonders vorteilhaft ist es, das von der Strahlungsquelle entferntest liegende Kulissenelement auszuwählen, da dann eine an beliebigen Stellen wirkende Querkraft zum Kollisionssignal führt.

Natürlich kann man aber auch für jedes Kulissenelement eine eigene Strahlungsquelle vorsehen, die Strahlung auf eine reflektierende Fläche eines Kulissenelementes sendet, wovon sie durch einen dem Kulissenelement zugeordneten Strahlungsempfänger aufgenommen wird. Durch diese Ausbildung kann jedes Kulissenelement auf Querverschiebung hin überwacht werden.

Kulissenelemente, die teleskopierbar ineinander geschoben sind, haben in der Regel an dem Ende, an dem sie in das nächste Kulissenelement gesteckt sind, einen ausgestülpten Rand, und am anderen Ende, mit dem sie das auf der anderen Seite gelegene nächste Kulissenelement umschließen, einen nach innen gestülpten Rand. Es ist deshalb besonders zweckmäßig, die Strahlung der Strahlungsquelle an einem solchen Rand zu reflektieren. Die Größe des Kippwinkels, die mit dieser Weiterbildung der Erfindung detektiert werden kann, hängt vom Öffnungswinkel des Kegels ab, mit dem die Strahlungsquelle den Empfänger bestrahlt. Verwendet man sehr eng kollimierte Strahlung, beispielsweise aus einer Laserdiode, so läßt sich schon bei sehr geringen Kippwinkeln, d. h. bei sehr kleinen Querverschiebungen eines Kulissenelementes, ein Kollisionssignal erzeugen.

Die Querverschiebung der Hülle kann natürlich auch anderweitig in eine Änderung eines Strahlengangs umgesetzt werden. So ist es beispielsweise denkbar, an mindestens einem Stabilisierungsmittel der Hülle, beispielsweise an einem Kulissenelement, eine Blende mit einer Öffnung anzubringen, wobei die Öffnung der Blende auf der Verbindungslinie zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger angeordnet ist, solange keine Querverschiebung eines Stabilisierungsmittels vorliegt. Bei dieser Variante durchstrahlt die gegenüber dem Tragarm fixierte Strahlungsquelle durch die Öffnung den Strahlungsempfänger. Sobald die Öffnung aufgrund einer Querverschiebung der Hülle verschoben wird, wird der Strahlungsempfänger abgedunkelt. Durch die Größe der Blende kann die Querverschiebung, die zum Abdunkeln des Empfängers erforderlich ist, beeinflußt werden. Natürlich kann dieses Prinzip auch besonders vorteilhaft mit mehreren Blenden ausgeführt werden, so daß an mindestens zwei Kulissenelementen eine Blende mit einer Öffnung angebracht ist, wobei die Öffnungen der Blenden fluchten, solange keine Querverschiebung vorliegt.

Bei einer Schutzvorrichtung für einen Tragarm, der insbesondere eine Meßeinrichtung trägt, mit einer den Tragarm vor Verschmutzung schützenden Hülle, die den Tragarm zumindest längs eines Teilabschnitts umgibt, und einer Sensoreinrichtung zum Erkennen von auf die Hülle wirkenden Kräften, die eine Komponente quer zur Längsachse des Tragarms aufweisen, kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch dadurch gelöst werden, daß zwischen Hülle und Tragarm ein Spalt besteht, die Hülle und der Tragarm einen elektrischen Schalter bilden, der bei Kontakt zwischen Hülle und Tragarm geschlossen ist, und daß die Sensoreinrichtung bei geschlossenem Schalter ein Kollisionssignal abgibt.

Durch die Innenwand der Hülle und den Tragarm ist also ein elektrischer Schalter gebildet, dessen Kontaktspalt der Abstand zwischen Hülle und Tragarm ist. Besonders zweckmäßig ist es dabei, daß die Hülle an einem Abschnitt ihrer dem Tragarm zugewandten Innenseite und der Tragarm an einem gegenüberliegenden Abschnitt jeweils elektrisch leitend sind, zwischen den gegenüberliegenden Abschnitten ein Spalt besteht. Diese Lösung ist besonders einfach zu verwirklichen, insbesondere bei elektrisch leitenden Tragarmen und/oder elektrisch leitenden Hüllen. Die Lage der elektrischen Kontaktflächen ist nicht ausschlaggebend, wichtig ist nur, daß die leitenden Abschnitte sich gegenüberliegen. Bei nichtleitenden Hüllenmaterialien kann man durch entsprechend leitende Abschnitte einen Schaltkontakt bilden, beispielsweise an dessen durch ein an der Hülleninnenseite befestigtes Band aus einem leitenden Material. Diese Ausbildung bietet sich aber auch bei leitenden Hüllen- oder Faltenbalgmaterialien, beispielsweise bei Metallfaltenbälgen, an, da man dann, wenn das Band aus dem leitenden Material auf einer Isolierschicht sitzend an der Innenseite des Faltenbalgs angebracht ist, auf eine aufwendige elektrische Isolierung zwischen Hülle und Tragarm verzichten kann. Darüber hinaus läßt das Band aus leitendem Material auch jegliche Freiheit hinsichtlich der geometrischen Gestaltung der Hülle bzw. des Faltenbalges, insbesondere hinsichtlich der Faltenform, da es ausreicht, das Band an einigen Punkten, beispielsweise an den innen liegenden Falzen eines Faltenbalges, zu befestigen. Auch kann das Band an den Faltenbalg stabilisierenden Führungsrahmen angebracht werden.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Schutzvorrichtung liegt bei einem Tragarm, der durch einen Stellantrieb verstellbar ist, darin, daß dieser Stellantrieb so ausgebildet ist, daß er sich auf das Kollisionssignal hin abschaltet. Dadurch wird eine größere Beschädigung vermieden, insbesondere wenn die Kollisionsüberwachung so ist, daß noch kein Kontakt zwischen dem kollidierenden Gegenstand und dem Tragarm vorliegt, d. h. nur eine Verschiebung der Hülle erfolgte.

Beim Verfahren zum Schutz eines Tragarmes, bei dem der Tragarm mindestens längs eines Abschnitts mit einer Hülle umgeben wird, welche Stabilisierungsmittel aufweist, die die Hülle gegenüber dem Tragarm stabilisieren, wird die oben erwähnte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stabilisierungsmittel überwacht und bei einer Querverschiebung der Stabilisierungsmittel gegenüber dem Tragarm oder bei einer Querkraftwirkung auf die Stabilisierungsmittel ein Kollisionssignal erzeugt wird.

Zum Schutz des Tragarmes wird also eine Hülle verwendet, die Doppelfunktion hat. Zum einen schützt sie den Tragarm vor Verschmutzungen im Bereich des Abschnittes des Tragarmes, den sie umgibt. Zum anderen dienen die Stabilisierungsmittel der Hülle zum Erkennen einer Kollision. Ändert sich die Lage der Stabilisierungsmittel gegenüber dem Tragarm oder wirkt eine Querkraft auf die Stabilisierungsmittel, wird ein Kollisionssignal erzeugt. Da die Hülle den Tragarm allseitig umgibt, ist somit nicht nur ein entsprechender Verschmutzungsschutz gewährleistet, sondern auch eine Erkennung von möglichen Kollisionen aus allen Richungen.

Bei Hüllen, in denen Führungsdrähte als Stabilisierungsmittel dienen, ist so besonders zweckmäßig, daß die Spannung in den Führungsdrähten überwacht wird. Werden Hüllen eingesetzt, die starre Kulissenelemente aufweisen, ist es zu bevorzugen, daß die Lage der Kulissenelemente überwacht wird.

Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Schutz eines Tragarmes, bei dem der Tragarm mindestens längs eines Abschnittes von einer Hülle umgeben wird, auch dadurch gelöst, daß die Hülle vom Tragarm zumindest in einem Abschnitt elektrisch isoliert wird, wobei zwischen Hülle und Tragarm ein Spalt gebildet wird, und bei Kontakt ein Kollisionssignal ausgelöst wird.

Diese Weiterbildung ermöglicht einen besonders einfachen Kollisionsdetektor. Auch hier wird wieder die erwähnte Doppelfunktion der Hülle verwendet: sie leistet sowohl Verschmutzungsschutz- als auch Kollisionsschutzaufgaben.

Wird der Tragarm, beispielsweise zum Durchführen einer Messung in einem Koordinatenmeßgerät, verfahren, ist es besonders zweckmäßig, nach Detektion einer Kollision den Tragarm anzuhalten. Dadurch wird eine weitere Beschädigung des Tragarmes vermieden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im Prinzip beispielshalber noch näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Koordinatenmeßgerätes mit einem Tragarm zum Abfühlen einer Fahrzeugkarosserie;
2 eine perspektivische Darstellung einer Schutzvorrichtung für einen Tragarm;
3 eine Seitenansicht der Schutzvorrichtung der 2 in teilweiser Schnittdarstellung;
4 eine Schnittdarstellung einer Schutzvorrichtung ähnlich der 2 quer zur Längsrichtung des Tragarmes;
5 eine Schnittdarstellung ähnlich der 4 einer weiteren Ausführungsform einer Schutzvorrichtung;
6 eine perspektivische Darstellung einer Schutzvorrichtung mit einer aus starren Kulissenelementen bestehenden Hülle;
7 einen Längsschnitt der Schutzvorrichtung der 6;
8 einen Längsschnitt ähnlich der 7 bei Vorliegen einer Kollision;
9 eine Strahlungsquelle mit Strahlungsempfänger, die bei der Schutzvorrichtung der 6 eingesetzt wird, und
10 eine Teillängsschnittdarstellung der Schutzvorrichtung der 6.
In 1 ist ein Koordinatenmeßgerät 1 dargestellt, das in Ständerbauweise ausgeführt ist. Das Koordinatenmeßgerät 1 weist eine Säule 2 auf, die auf einer Basis 3 am Boden verfahrbar ist, insbesondere in Richtung des in 1 gezeigten Doppelpfeiles. Die Säule 2 trägt einen Schlitten 4, der entlang der Längsachse der Säule 2 höhenverstellbar ist. Dies ist durch einen weiteren Doppelpfeil symbolisiert. Der Schlitten 4 trägt einen Tragarm 5, der auch als Pinole bezeichnet wird. Dieser Tragarm 5 hat an seiner Spitze eine Meßeinrichtung 6, die aus zwei Tastern 7 und 8 besteht. Der Tragarm 5 ist am Schlitten 4 waagrecht verschiebbar; dies ist durch einen dritten Doppelpfeil verdeutlicht. Durch die so erreichte dreiachsige Verstellmöglichkeit kann mit den Tastern 7 und 8 ein Objekt vermessen werden. In 1 ist als Meßobjekt schematisch ein Teil einer Autokarosserie 9 zu sehen.
Der Tragarm 5 ist zum Schutz vor Verschmutzung in einer Hülle angeordnet, die in der Ausführungsform der 1 als Faltenbalg 10 ausgebildet ist. In 1 erstreckt sich der Faltenbalg 10 über die gesamte Länge des Tragarmes 5, soweit dieser aus dem Schlitten 4 ragt.
Der Tragarm 5 ist im Schlitten 4 in Lagern geführt. Die entsprechenden Laufflächen sind die (in 1 nicht zu sehen) Außenflächen des Tragarms 5. Diese Laufflächen müssen vor Stäuben und Aerosolen oder mechanischer Beschädigung, z. B. Kratzern, geschützt werden. Da der Tragarm 5 über die Basis 3, die Säule 2 und den Schlitten 4 in drei Richtungen verstellt werden kann, ist darüber hinaus eine Kollisionserkennung bzw. ein Schutz vor Kollisionen nötig. Die als Faltenbalg ausgebildete Hülle 10 dient auch diesem Zweck. Sie übernimmt also Doppelfunktion, zum einen den Schutz des Tragarmes 5 vor Verunreinigungen, zum anderen den Schutz vor Kollisionen beim Verfahren des Tragarmes 5. Der Faltenbalg 10 ist deshalb an einem Ende mit einem, in 2 detaillierter dargestellten, Kollisionsdetektor versehen.
Der Kollisionsdetektor 11 ist am Ende des Tragarmes 5 sitzende Einheit ausgebildet. Er nutzt dabei zur Stabilisierung des Faltenbalges 10 verwendete Führungsdrähte 12, die parallel zum Tragarm 5 gespannt sind. Auf den Führungsdrähten 12 sitzen Führungsrahmen 13, die Löcher 14 haben, durch die die Führungsdrähte 12 laufen. Die Führungsrahmen 13 führen den Faltenbalg 10, in dessen Querschnitt sie eingesetzt sind. In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die Führungsrahmen 13 an den Innenfalten des Faltenbalges 10 befestigt. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist der Faltenbalg 10 in 2 aufgeschnitten dargestellt, d. h. er reicht nicht bis zum Ende des Tragarmes 5. Real ist dies natürlich nicht immer so, zweckmäßigerweise wird der Faltenbalg 10 entweder bis an das Ende des Tragarmes 5 oder bis an ein Gehäuse reichen, in das der Tragarm 5 hinein verläuft.
Die Führungsdrähte 12 stabilisieren die als Faltenbalg ausgebildete Hülle. Wirkt nun quer zur Längsrichtung des Tragarmes 5 eine Kraft auf den Faltenbalg 10, so ändert sich die Spannung in den Führungsdrähten 12.
Die parallel zum Tragarm 5 gespannten Führungsdrähte 12 laufen durch eine am Ende des Tragarmes 5 befestigte Montageplatte 15, die dazu entsprechende Löcher 16 aufweist. Die Montageplatte 15 stützt eine entsprechende Halteplatte 17, durch die hindurch die Führungsdrähte 12 gesteckt sind. Auf die derart durch die Halteplatte 17 ragenden Enden 18 der Führungsdrähte 12 sind Klemmschrauben 19 gesetzt, die dazu dienen, die Führungsdrähte 12 zu spannen. Natürlich sind die Führungsdrähte 12 am anderen Ende des Tragarmes 5 geeignet fixiert; dies ist in 2 nicht zu sehen. Die Spannung der Führungsdrähte 12 ist über die Klemmschrauben 19 so eingestellt, daß die Halteplatte 17, die nur über einen Stützkegel 20 auf der Montageplatte 15 abgestützt wird, im wesentlichen parallel zur Montageplatte 15 liegt. Die Halteplatte 17 hat an der dem Unterstützungspunkt gegenüberliegenden, dem Tragarm 5 abgewandten Seite, einen Kontaktstift 21, der durch ein Kontaktloch einer Brücke 23 ragt, die an der Montageplatte 15 befestigt ist und über die Halteplatte 17 führt. Die Halteplatte 17 ist dazu mit geeigneten Ausnehmungen ausgestattet. In der Ausführungsform der 2 ist die Halteplatte als Kreuz ausgeführt, das über den Löchern 16 der Montageplatte 15 liegt, durch die die Enden 18 der Führungsdrähte 12 laufen. Die Halteplatte 17 kann jedoch auch anders geformt werden, beispielsweise als runde oder eckige Platte.
Die Funktionsweise dieses Kollisionsdetektors ergibt sich unmittelbar aus 3. Ändert sich die Spannung in einem der Führungsdrähte 12, so kippt die Halteplatte 17 aus der parallelen Lage zur Montageplatte 15 heraus. Wie groß die entsprechende Änderung der Spannung eines Führungsdrahtes 12 sein muß, bis die Halteplatte kippt, hängt von der Ausbildung des Stützkegels 20 ab.
Ist die Halteplatte 17 beispielsweise in der in 3 gestrichelt dargestellten Lage, so gerät der Kontaktstift 21 in Kontakt mit dem Rand 24 des Kontaktloches 22. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt geschlossen, der zum Erzeugen eines Kollisionssignals verwendet wird.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform werden vier Führungsdrähte 12 verwendet. Es genügen jedoch bereits zwei Führungsdrähte, wie in der Querschnittsdarstellung der 4 zu sehen ist. Dort ist ein Paar aus Spannungsdrähten 12 symmetrisch zur Diagonalen K des mit quadratischem Querschnitt versehenen Tragarms 5 vorgesehen. Der Mindestabstand x, um den der Mittelpunkt jedes Führungsdrahtes 12 von der Ecke des Führungsrahmens 13 entfernt sein muß, ergibt sich dabei durch folgende Gleichung:
in der a die Kantenlänge des quadratischen Querschnitts des Tragarmes 5, dl der Durchmesser des Loches 14, durch das der Führungsdraht 12 läuft, dd der Durchmesser des Führungsdrahtes 12 sowie s der kleinste Abstand zwischen Tragarm 5 und Führungsrahmen 13 ist. Ist der Abstand x kleiner als in obiger Gleichung angegeben, so ist sichergestellt, daß der Rand eines Loches 14 bei einer auf den Faltenbalg 10 wirkenden Querkraft am Führungsdraht 12 anliegt, bevor die Innenkante eines Führungsrahmens 13 mit der Außenwand des Tragarmes 5 in Kontakt kommt.
Die Zahl der Führungsdrähte 12 ist also nicht ausschlaggebend; sie sollte jedoch bei Verwendung der Halteplatte so gewählt sein, daß diese kipplabil auf dem Stützkegel 20 sitzt. Bei mehr als fünf Führungsdrähten ist dies nicht mehr gewährleistet. In einem solchen Fall müßte der Kollisionsdetektor 11 die Spannung in den Führungsdrähten 12 anders erfassen. So kann die Spannung beispielsweise durch Piezoelemente oder Dehnmeßstreifen gemessen werden.
Eine andere Ausführungsform einer Schutzvorrichtung für den Tragarm 5 der 1 ist in 5 in einer Querschnittsdarstellung zu sehen. Dabei ist wiederum die Hülle als Faltenbalg 10 ausgeführt und entspricht insoweit der in 2 dargestellten Konstruktion. Auch hier ist der Faltenbalg 10 auf Führungsdrähten 12 geführt, die durch Löcher 14 in Führungsrahmen 13 laufen. Zur Kollisionsdetektion weist der Tragarm 5 an seiner Außenseite einen Leiterstreifen 25 auf, dem um einen Spalt beabstandet ein an der Innenseite des Faltenbalges 10 angebrachtes Kontaktband 26 gegenüberliegt. Dieses Kontaktband kann am Faltenbalg 10 direkt befestigt sein; in der in 5 dargestellten Ausführungsform ist es jedoch an den Führungsrahmen 13 des Faltenbalgs 10 montiert. Wird der Faltenbalg 10 zusammen mit seinen Führungsrahmen 13 durch eine quer zur Längsachse des Tragarms 5 wirkende Kraft verschoben, die ausreicht, den Leiterstreifen 25 in elektrischen Kontakt mit dem Kontaktband 26 zu bringen, so wird nach Detektion des elektrischen Kontaktes ein Kollisionssignal erzeugt. Natürlich kann bei einem elektrisch leitend ausgebildeten Tragarm 5 der Leiterstreifen 25 entfallen. Analoges gilt bei einer leitenden Hülle für das Kontaktband. Der durch die beiden Leiter gebildete Schalter kann prinzipiell an jeder Stelle auf der Außenfläche des Tragarmes 5 liegen. In 5 ist eine Alternative eingezeichnet, bei der der Leiterstreifen als metallisierte Ecke 29 ausgebildet ist, der ein Kontaktband 28 gegenüberliegt, das in den abgeschrägten Ecken der Führungsrahmen 13 montiert ist.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schutzvorrichtung für einen Tragarm 5. Die Hülle zum Schutz des Tragarmes 5 ist dort als Anordnung teleskopierbar ineinander gesteckter Kulissenelemente 30, 31, 32 ausgebildet. Die starren Kulissenelemente 30, 31, 32 stabilisieren die Hülle, die Führungsdrähte der Bauweise der 2 sind nicht mehr unbedingt erforderlich. Wie in der Darstellung der 2 ist auch in 6 die Hülle nicht bis zum Ende des Tragarmes 5 reichend eingezeichnet; dies ist lediglich der besseren Übersichtlichkeit halber so dargestellt. Am Ende des Tragarmes 5 ist ein Montagering 33 befestigt. Jedes Kulissenelement hat an seiner Oberseite, d. h. an der Seite, an der es dem Montagering 33 zugewandt ist, einen ausgestülpten Kragen 34 sowie an der Unterseite, d. h. der dem Montagering 33 abgewandten Seite, einen nach innen eingestülpten Kragen (in 6 nicht zu sehen). Durch diese Kragen ist sichergestellt, daß die starren Kulissenelemente 30, 31 und 32 teleskopartig ineinandergesteckt eine stabile Hülle ergeben.
Der Montagering 33 hat an seiner Unterseite, d. h. der dem Kulissenelement 30 zugewandten Seite, eine Sende-/Empfangseinheit 35, die Leuchtdioden sowie Photoempfänger 36 aufweist. Der Kragen 34 des Kulissenelementes 30 ist ebenso wie die (in der 6 in der perspektivischen Darstellung nicht zu sehen) Kragen der Kulissenelemente 31 und 32 mit einer Spiegelfolie 37 versehen, die von einer Leuchtdiode der Sende-/Empfangseinheit 35 beleuchtet wird. Dies ist in 7 zu erkennen, die einen Längsschnitt durch die in 6 perspektivisch dargestellte Schutzvorrichtung zeigt. Dort richtet die Leuchtdiode der Sende-/Empfangseinheit 35 einen Lichtstrahl 38 auf die Spiegelfolie 37 eines Kulissenelementes, in diesem Fall des Kulissenelements 31. Befinden sich die Kulissenelemente 30, 31 und 32 in der Sollposition, so wird der Lichtstrahl 38 von der Spiegelfolie 37 zur Photodiode 36 zurückreflektiert. Wirkt jedoch eine Querkraft, die in 8 durch einen Pfeil 39 veranschaulicht ist, auf eines der Kulissenelemente, beispielsweise auf das Kulissenelement 30, so wird die Spiegelfolie 37, die sich auf dem Kragen 34 des Kulissenelementes 31 liegt, gekippt (in 8 ist zur vereinfachten Darstellung lediglich das gekippte Kulissenelement 30 gezeigt und das Kulissenelement 31 nicht gekippt) und der Lichtstrahl 38 wird nicht mehr zur Photodiode 36 zurückreflektiert.
Natürlich muß nicht an jedem Kulissenelement eine Reflexion eines Lichtstrahles stattfinden, meist genügt nur ein Kulissenelement, beispielsweise das unterste, d. h. das am weitesten von der Sende-/Empfangseinheit 35 entfernte.
Sieht man jedoch an jedem Kulissenelement 30, 31 und 32 eine Reflexion eines Lichtstrahles 38 vor, kann man detektieren, welches Kulissenelement verkippt wurde bzw. erreicht eine besonders gute Ansprechempfindlichkeit. Dazu ist die in 9 schematisch dargestellte Sende/Empfangseinheit 35 gedacht, die für jedes Kulissenelement einen Sender sowie eine Photodiode 36, 40, 41 aufweist. Diese Sende- und Photodioden sind jeweils um eine Länge ds voneinander beabstandet, die genau dem Abstand der Kragen 34 der Kulissenelemente 30 bis 32 entspricht.
Anstelle der Reflexion eines Lichtstrahles 38 an einem Kulissenelement 30 bis 32 kann auch eine Transmission durch eine geeignete Blendenanordnung verwendet werden; dies ist in 10 (nicht perspektivisch) schematisch dargestellt. 10 zeigt eine Teilschnittdarstellung von Kulissen 30 bis 32, die der besseren Übersichtlichkeit halber ineinander geschoben dargestellt sind. An den oberen Rändern der Kulissenelemente 30 bis 32 sind Blenden 42 befestigt. Jede Blende 42 hat ein Loch 43. Die Löcher 43 liegen so, daß der Lichtstrahl 38 durch die Blenden 42 fallen kann, wenn die Kulissenelemente 30 bis 32 sich in der vorgeschriebenen Position befinden, d. h. kein Kulissenelement durch Einwirken einer Querkraft gekippt ist. Wirkt eine solche Querkraft, geraten die Blenden 42 in eine Lage, in der der Lichtstrahl 38 sie nicht mehr passieren kann. Dies stellt ein unter den Kulissenelementen 30 bis 32 angeordneten Photodetektor fest, worauf ein Kollisionssignal ausgelöst wird.

Claims

Schutzvorrichtung für einen Tragarm (5), der insbesondere eine Meßeinrichtung (6) trägt, mit – einer den Tragarm (5) vor Verschmutzung schützenden Hülle (10, 30, 31, 32), die den Tragarm (5) zumindest längs eines Teilabschnitts umgibt, und – einer Sensoreinrichtung (11, 34) zum Erkennen von auf die Hülle (10, 30, 31, 32) wirkenden Querkräften, die eine Komponente quer zur Längsachse des Tragarmes (5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß – die Hülle (10, 30, 31, 32) Stabilisierungsmittel (12, 34) aufweist, die die Hülle gegenüber dem Tragarm (5) stabilisieren, und – die Sensoreinrichtung (11, 34) die Stabilisierungsmittel (12, 34) abfühlt und bei einer Querverschiebung der Stabilisierungsmittel (12, 34) gegenüber dem Tragarm (5) oder bei einer Querkrafteinwirkung auf die Stabilisierungsmittel (12, 34) ein Kollisionssignal abgibt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle ein Faltenbalg (10) ist, der auf mindestens zwei gespannten Führungsdrähten (12) geführt ist.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (11) bei einer bestimmten Änderung der Spannung der Führungsdrähte (12) das Kollisionssignal abgibt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsdrähte (12) durch eine Montageplatte (15) geführt und an einer durch die gespannten Führungsdrähte (12) in einer Gleichgewichtsstellung gehaltenen Halteplatte (17) befestigt sind, die sich an der Montageplatte (15) abstützt und bei Änderung der Spannung der Führungsdrähte (12) aus der Gleichgewichtsstellung kommt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte (17) einen elektrischen Kontakt (21, 22), der in der Gleichgewichtsstellung geöffnet ist, schließt, wenn sie aus der Gleichgewichtsstellung kommt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle als Stabilisierungsmittel Kulissenelemente (30, 31, 32) aufweist, die teleskopierbar ineinander gesteckt sind.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Tragarm (5) eine Strahlungsquelle (35) angebracht ist, die Strahlung auf einen Strahlungsempfänger (36) richtet, und daß die Kulissenelemente (30, 31, 32) so im Strahlengang angeordnet und ausgebildet sind, daß bei der Querverschiebung keine Strahlung mehr zum Empfänger (36) gelangt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das von der Strahlungsquelle (35) entferntest liegende Kulissenelement (32) die Strahlung zum Empfänger (36) reflektiert, solange keine Querverschiebung vorliegt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kulissenelement (30, 31, 32) einen ausgestülpten Rand (34) aufweist, der mit mindestens einer reflektierenden Stelle (37) versehen ist, daß für jedes Kulissenelement (30, 31, 32) eine Strahlungsquelle (35, 40, 41), die jeweils eine der reflektierenden Stellen (37) bestrahlt, und ein Strahlungsempfänger (35, 40, 41) vorgesehen ist, der die von der reflektierenden Stelle (37) reflektierte Strahlung empfängt, solange keine Querverschiebung vorliegt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Kulissenelement (30, 31, 32) eine Blende (41) mit einer Öffnung (43) angebracht ist, wobei die Öffnung (43) im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle (35, 40, 41) und Strahlungsempfänger (35, 40, 41) liegt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens zwei Kulissenelementen (30, 31, 32) eine Blende (41) mit einer Öffnung (43) angebracht ist, wobei die Öffnungen (43) der Blenden (41) fluchten, solange keine Querverschiebung vorliegt.
Schutzvorrichtung für einen Tragarm (5), der insbesondere eine Meßeinrichtung (6) trägt, mit – einer den Tragarm (5) vor Verschmutzung schützenden Hülle (10), die den Tragarm (5) zumindest längs eines Teilabschnitts umgibt, und – einer Sensoreinrichtung zum Erkennen von auf die Hülle (10) wirkenden Kräften, die eine Komponente quer zur Längsachse des Tragarms (5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hülle (10, 13) und Tragarm (5) ein Spalt besteht, die Hülle (10, 13) und der Tragarm (5) einen elektrischen Schalter bilden, der bei Kontakt von Hülle (10, 13) und Tragarm (5) geschlossen ist, und daß die Sensoreinrichtung bei geschlossenem Schalter ein Kollisionssignal abgibt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (10, 13) an einem Abschnitt (26, 28) ihrer dem Tragarm (5) zugewandten Innenseite und der Tragarm (5) an einem gegenüberliegenden Abschnitt (25, 29) jeweils elektrisch leitend sind und zwischen den gegenüberliegenden Abschnitten (26, 28, 25, 29) ein Spalt besteht.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle ein Faltenbalg (10) ist, an dessen Innenseite ein Band (26, 28) aus einem leitenden Material befestigt ist.
Schutzvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (5) durch einen Stellantrieb (2, 3, 4) verstellbar ist, der mittels des Kollisionssignals abschaltbar ist.
Verfahren zum Schutz eines Tragarmes (5), der insbesondere eine Meßeinrichtung (6) trägt, bei dem der Tragarm (5) mindestens längs eines Abschnitts mit einer Hülle (10, 30, 31, 32) umgeben wird, die Stabilisierungsmittel (12, 34) aufweist, welche die Hülle (10, 30, 31, 32) gegenüber dem Tragarm (5) stabilisieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsmittel (12, 34) laufend überwacht und bei Auftreten einer Querverschiebung der Stabilisierungsmittel (12, 34) gegenüber dem Tragarm (5) oder bei einer Querkrafteinwirkung auf die Stabilisierungsmittel (12, 34) ein Kollisionssignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung in als Stabilisierungsmittel dienenden Führungsdrähten (12) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage von als Stabilisierungsmittel dienenden Kulissenelementen (34) überwacht wird.
Verfahren zum Schutz eines Tragarmes (5), der insbesondere eine Meßeinrichtung (6) trägt, bei dem der Tragarm (5) mindestens längs eines Abschnitts mit einer Hülle (10, 30, 31, 32) umgeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle vom Tragarm (5) zumindest in einem Abschnitt elektrisch isoliert wird, wobei zwischen Hülle (10, 13) und Tragarm (5) ein Spalt gebildet wird, und daß bei Kontakt von Hülle (10, 13) und Tragarm (5) ein Kollisionssignal ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (5) verfahren und nach Auslösung eines Kollisionssignals angehalten wird.