DE10240700A1

DE10240700A1 - Koordinatenmessgerät sowie Verfahren zur Rundheitsmessung an einem Werkstück mit diesem Koordinatenmessgerät

Info

Publication number: DE10240700A1
Application number: DE2002140700
Authority: DE
Inventors: Fred Schütter
Original assignee: Leitz Messtecknik GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einer an einem Schlitten gelagerten Pinole und einer parallel zur Symmetrieachse der Pinole gelagerten Drehachse für den Tastkopf, wobei der Schlitten an einer Traverse gelagert ist. Bei dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät ist wenigstens eine zwischen Schlitten und Traverse oder zwischen Schlitten und Pinole oder zwischen der Drehachse und der Pinole wirkende Vorrichtung zur indirekten oder direkten Veränderung der Neigung der Drehachse des Tastkopfes vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät sowie ein Verfahren zur Rundheitsmessung mit diesem Koordinatenmessgerät.

Zum Stand der Technik gehören spezielle Rundheitsmessgeräte, die für Rundheitsmessaufgaben eingesetzt werden, wie sie zum Beispiel bei zylindrischen Passungen vorkommen.

Die Werkstücke werden bei den zum Stand der Technik gehörenden Rundheitsmessgeräten auf einem Drehtisch angeordnet, dessen Tischplatte in ein oder zwei Achsen um einige Winkelgrade kippbar ausgebildet ist. Durch das Kippen der Tischplatte lassen sich die Achsen des Drehtisches und des Messmerkmals, beispielsweise der Bohrung, fluchten.

Dieses zum Stand der Technik gehörende Messverfahren hat den Nachteil, dass für diese speziellen Messaufgaben ein Rundheitsmessgerät vorhanden sein muss, welches für weitere Messaufgaben nicht einsetzbar ist.

Werden Rundheitsmessungen mit üblichen Koordinatenmessgeräten durchgeführt, müssen immer mindestens zwei Achsen des Koordinatenmessgerätes bewegt werden, um den Messfühler auf einer Kreisbahn zu führen, was in Bezug auf die Messgenauigkeit nicht unbedingt von Vorteil ist. Außerdem sind bei dem hierfür zu verwendenden messenden Tastkopf ebenfalls mindestens zwei Messachsen im Eingriff, was die Messgenauigkeit weiter vermindert.

In der DE 37 11 644 A1 ist ein Koordinatenmeßgerät beschrieben, das einen um eine vertikale Achse drehbaren Tastkopf aufweist und ferner eine lineare Verschiebeeinheit, die den Tastkopf oder den an ihm befestigten Messfühler in einer Richtung senkrecht zur Drehachse des Tastkopfes verschieben kann. Hierdurch kann der Durchmesser des Kreises, auf dem der im Tastkopf befindliche Messfühler bewegt wird, dem Durchmesser der zu messenden Bohrung oder des Bolzen angepasst werden. Dieses in der DE 37 11 644 A1 beschriebene Koordinatenmessgerät hat den Nachteil, dass die Achse der zu messenden Bohrung mit der Drehachse des Tastkopf es in Fluchtung gebracht werden muss, wozu eine aufwendige Neigungsvorrichtung zur Kippung des Werkstückes gebraucht wird.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Koordinatenmessgerät anzugeben, mit dem neben den üblichen Messaufgaben Rundheitsmessungen mit sehr hoher Messgenauigkeit durchführbar sind, und das ohne die Ausrichtung des Werkstückes auskommt. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Rundheitsmessung mit diesem Koordinatenmessgerät angegeben werden.

In Weiterbildung des aus der DE 37 11 644 A1 bekannten Koordinatenmessgerätes weist das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät eine an einem Schlitten gelagerte Pinole auf, wobei der Schlitten an einer Traverse gelagert ist. Dadurch, dass gemäß der Erfindung wenigstens eine Vorrichtung zur Veränderung der Neigung des Schlittens relativ zur Traverse vorgesehen ist, ist die Neigung des Schlittens und damit der Pinole verstellbar, derart, dass die Längsachse des Messmerkmals, beispielsweise der Bohrung, und die Achse der Pinole fluchten. Ist diese Einstellung vorgenommen, kann mit dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät, das außerdem die in der DE 37 11 644 A1 beschriebenen Merkmale wie vertikale Drehspindel zur Drehung des Tastkopfes um eine Achse parallel zur Symmetrieachse der Pinole und eine lineare Verschiebeeinheit zur Einstellung des seitlichen Abstandes des Messfühlers von der Tastkopfdrehachse enthält, wie bei einem Rundheitsmessgerät die Rundheit des Merkmals vermessen werden.

Dadurch, dass die Neigung des Schlittens verstellbar ist, wird die aufwendige Verstellvorrichtung zur Fluchtung für das Werkstück eingespart, was insbesondere bei automatischem Palettenbetrieb von Vorteil ist, weil die Verstelleinrichtung hier mehrfach gebraucht würde.

In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes ist es auch möglich, dass die zur Fluchtung notwendige Kippung der Drehachse des Tastkopfes statt durch Kippen des Schlittens, durch Kippen der Pinole erfolgt, wobei die Verstellvorrichtungen zwischen der Pinole und den Pinolenlagern angebracht sind. Der Wirkmechanismus ist dem der Schlittenkippung völlig analog.

In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Koordinatenmeßgerätes wird die Drehachse in der Pinole selbst dadurch gekippt, dass die Verstellvorrichtungen zwischen den äußeren Lagern der Drehachse und der Pinole angebracht werden. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Winkelbeziehungen zwischen den Achsen des Koordinatensystems nicht zerstört werden, was geringere Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Anfangsstellung des Kippmechanismus stellt.

Vorteilhaft ist für jede Neigungsachse des Schlittens wenigstens eine Verstellvorrichtung vorgesehen, um eine optimale Ausrichtung des Schlittens in Bezug auf die Achsenfluchtung erreichen zu können.

Die Fluchtung ist deshalb notwendig, da ohne sie bei zylindrischen Messmerkmalen statt Kreisen Ellipsen gemessen werden, die man zwar rechnerisch eliminieren kann. Sie sind aber von echten Ellipsen, die durch Fehler im Fertigungsprozess entstehen, nicht zu unterscheiden.

Die Verstellvorrichtungen sind vorteilhaft in oder an den Lagern des Schlittens angeordnet.

Gemäß dem Stand der Technik ist eine Mehrzahl von Lagern für die Lagerung des Schlittens auf der Traverse vorgesehen. Üblicherweise sind zwei Lager zur Stützung des Schlittens in vertikaler Richtung vorgesehen sowie an der Vorder- und Rückseite des Schlittens jeweils drei Lager.

Die vorderen und die oberen Lager dienen der Führung und damit der Festlegung von fünf der sechs möglichen kinematischen Freiheitsgraden des Schlittens, während die hinteren Lager ausschließlich der Krafterzeugung zur Vorspannung der vorderen Lager dienen.

Gemäß der Erfindung weisen vorteilhaft die der Führung dienenden Lager die Verstellvorrichtungen auf.

Die Lager sind gemäß dem Stand der Technik zum Beispiel mit Bolzen an der Struktur befestigt. Gemäß der Erfindung werden vorteilhaft anstelle der Bolzen Stellmotoren vorgesehen, so dass der Abstand der Lager zu der Struktur verändert werden kann.

Durch die Anordnung der Verstellvorrichtungen in den Lagern ist es möglich, den Schlitten kippbar zu lagern.

Vorteilhaft ist jeweils mindestens eine Verstellvorrichtung für jede Kippachse vorgesehen, um die der Schlitten gekippt werden soll.

Durch die erfindungsgemäße Lagerung ist es möglich, den Schlitten um einige Winkelgrad zu verkippen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorrichtungen zur Veränderung der Neigung des Schlittens als Stellmotoren ausgebildet. Die Verwendung von Stellmotoren, beispielsweise Piezostellern, ist vorteilhaft, da diese einen geringen Platzbedarf haben.

Die für den Schlitten beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen zur Kippung des gesamten Schlittens gelten analog für die Kippung der Pinole und in gleicher Weise für die ausschließliche Kippung der Tastkopfdrehachse.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Schritt die Messaufgabe, beispielsweise eine Bohrung, mit dem Koordinatenmessgerät ausgemessen und die Richtung der Achse der Bohrung wird bestimmt.

Anschließend wird der Schlitten bzw. die Pinole oder die Drehachse des Tastkopfes selbst in eine Position gebracht, in der die beiden Achsen, das heißt die Achse der Messaufgabe und die Drehachse des Tastkopfes (identisch mit der Symmetrieachse der Pinole) fluchten. Hierzu werden mittels der Stellmotoren die Neigungswinkel für jede Kippachse verstellt, so dass eine Fluchtung erreicht wird.

In einem weiteren Schritt wird mittels der linearen Verschiebeeinheit der Messfühler mit dem Werkstück so in Kontakt gebracht, dass die Oberfläche des Werkstückes ausschließlich durch Drehen des Tastkopfes um seine Drehachse wie bei einem üblichen Rundheitsmessgerät abgetastet werden kann.

Hierbei ist es vorteilhaft, dass sich lediglich noch die Drehspindel für den Tastkopf dreht, während sämtliche anderen Achsen des Koordinatenmeßgerätes bewegungslos verharren.

Es ist auch möglich, den gesamten Schlitten, oder sogar alle beweglichen Achsen des Koordinatenmeßgerätes bis auf die Drehachse des Tastkopfes festzusetzen. Ist beispielsweise der Schlitten mittels Luftlagern gelagert, können hierzu beispielsweise die Luftlager entlüftet werden.

Weiter ist es auch möglich, auf die lineare Verschiebeeinheit zu verzichten, und den richtigen Abstand des Tastelementes von der Drehachse des Tastkopfes (= Radius des Messmerkmals) unter Zuhilfenahme einer Vorrichtung vor der Messung mit einem in einer Richtung senkrecht zur Drehachse verschiebbaren Taster einzustellen, der mittels einer üblichen Feststellvorrichtung, etwa einer Madenschraube, in seiner Lage fixiert werden kann.

Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren und an dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät ist, dass nur noch eine Achse in Bewegung ist und der Tastkopf in den Richtungen geklemmt werden kann, die bei der Messung nicht benötigt werden. Das bedeutet, dass während der Rundheitsmessung der Tastkopf lediglich als 1D-Taster wirkt. Hierzu kann ein in der Koordinatenmesstechnik üblicher sogenannter messender Tastkopf verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, den Tastkopf gegen einen separaten 1D-Taster auszuwechseln.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
1 einen auf einer Traverse gelagerten Schlitten in perspektivischer Ansicht;
2 eine Pinolenlagerung und -kippung in perspektivischer Ansicht;
3 eine Drehachsenlagerung und -kippung in schematischer Ausführung.
1 zeigt eine Traverse (1), auf der ein Schlitten (2) gelagert ist. Zur Lagerung sind zwei Lager (3, 4) als Abstützung in vertikaler Richtung vorgesehen. Auf der Rückseite des Schlittens (2) sind drei Lager (5, 6, 7) vorgesehen, die ausschließlich der Krafterzeugung zur Vorspannung von Führungslagern (8, 9, 10) auf der Vorderseite dienen.
Die Lager (3 bis 10) sind als Luftlager ausgebildet und wirken zwischen dem Schlitten (2) und der Traverse (1).
Die Lager (4, 8, 10) sind mittels Stellmotoren (11, 12, 13) an dem Schlitten (2) befestigt, so dass die Lager (4, 8, 10) in ihrem Abstand zu dem Schlitten (2) verändert werden können. Bei Betätigung der Stellmotoren (11, 12, 13) ändert sich die Neigung des Schlittens (2).
Der Schlitten (2) weist Gabeln (14, 15) auf, in denen eine Pinole (16) ebenfalls mittels Luftlagern gelagert wird.
Dadurch, dass die Lager (4, 8, 10) in ihrem Abstand zu der Struktur verändert werden, ändert sich der Neigungswinkel des Schlittens (2) und damit der Pinole (16). Der Neigungswinkel des Schlittens (2) ist derart einstellbar, dass eine Achse (17) der Pinole (16) mit einer Achse (18) der Bohrung (19) des Werkstückes (20) fluchtet. Während der eigentlichen Messung, das heißt der Rundheitsmessung, werden alle Achsen bis auf die Tastkopfdrehachse festgesetzt, so dass sich nur noch der Tastkopf (21) dreht. Es ist auch möglich, die Luftlager (3 bis 10) zu entlüften, so dass sich der Schlitten (2) festsetzt. Die eigentliche Drehvorrichtung ist, ebenso wie die lineare Verschiebeeinheit zur Anpassung der Radien von Messkreis und Bohrung der besseren Übersicht halber nicht dargestellt.
Durch die Klemmung des Tastkopfes (21) ist nur noch diejenige Achse des Tastkopfes (21) bei der Rundheitsmessung in Bewegung, die senkrecht auf die abzutastende Oberfläche des Messmerkmales zeigt.
2 zeigt die Lagerung einer Pinole (22) in einem Schlitten (23). Für die Lagerung der Pinole (22) sind Lager (24, 25, 26, 27) vorgesehen sowie Lager (28). Um die Kippachse der Pinole (22) zu verändern, ist bei den Lagern (24, 25) jeweils ein Stellantrieb (29, 30) vorgesehen.
3 zeigt eine Pinole (31), die einen an einer Drehachse (32) angeordneten Tastkopf (33) aufweist. Die einen runden Querschnitt aufweisende Drehachse (32) ist mittels Lagern (34, 35) gelagert. Die Lager (34, 35) sind mit Federn (38, 39) federnd gelagert, derart, dass mittels jeweils eines Stellantriebes (35, 36) die Kippachse der Drehachse (32) in der Pinole (31) einstellbar ist. Der Einfachheit halber ist der Antrieb der Drehachse (32) in der 3 nicht dargestellt.

1: Traverse
2: Schlitten
3 bis 10: Luftlager
11: Stellmotor
12: Stellmotor
13: Stellmotor
14: Gabel
15: Gabel
16: Pinole
17: Achse Pinole
18: Achse Messaufgabe/Bohrung
19: Bohrung
20: Werkstück
21: Tastkopf
22: Pinole
23: Schlitten
24 bis 27: Lager
28: Lager
29: Stellantrieb
30: Stellantrieb
31: Pinole
32: Drehachse
33: Tastkopf
34: Lager
35: Lager
36: Stellantrieb
37: Stellantrieb
38: Feder
39: Feder

Claims

Koordinatenmessgerät mit einer an einem Schlitten gelagerten Pinole und einem in dieser Pinole um eine Achse parallel zur Symmetrieachse der Pinole drehbar gelagerten Tastkopf, wobei der Schlitten an einer Traverse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens eine Vorrichtung (11, 12, 13; 29, 30; 36, 37) zur direkten oder indirekten Veränderung der Neigung der Drehachse des Tastkopfes (21, 33) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vorrichtung (11, 12, 13; 29, 30; 36, 37) als eine zwischen dem Schlitten (2) und der Traverse (1) wirkende Vorrichtung ausgebildet ist, derart, dass die Neigung des Schlittens (2) relativ zu der Traverse in mindestens einer Achse veränderbar ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vorrichtung (29, 30) als eine zwischen dem Schlitten (23) und der Pinole (22) wirkende Vorrichtung (29, 30) ausgebildet ist, derart, dass die Neigung der Pinole (22) relativ zu dem Schlitten (23) in mindestens einer Achse veränderbar ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vorrichtung (36, 37) als eine zwischen einer Drehachse (32) in der Pinole (31) und der Pinole (31) wirkende Vorrichtung (36, 37) ausgebildet ist, derart, dass die Neigung der Drehachse relativ zu der Pinole (31) in mindestens einer Achse veränderbar ist.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kippachse des Schlittens (2) oder der Pinole (22) oder der Drehachse (32) wenigstens eine Verstellvorrichtung (11, 12, 13; 29, 30; 36, 37) vorgesehen ist.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtungen (11, 12, 13; 29, 30; 36, 37) in und/oder an Lagern (4, 8, 10) des Schlittens (2) und/oder der Pinole (22) und/oder der Drehachse (32) angeordnet sind.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich die der Führung dienenden Lager (4, 8, 10) als Lager ausgebildet sind, die die Verstellvorrichtungen (11, 12, 13) aufweisen.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (2) und/oder die Pinole (16, 22, 31) nach Einstellung der gewünschten Neigung und während des Messvorganges in der eingestellten Position fixierbar ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (2) und/oder die Pinole (16, 22, 31) durch Entlüften von Luftlagern (3 bis 10; 24 bis 27, 28) festsetzbar ist.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippachsen des Schlittens (2) oder der Pinole (22) oder der Drehachse (32) selbst nach Einstellung der gewünschten Neigung und während des Messvorganges fixierbar sind.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vorrichtung (11, 12, 13; 29, 30; 36, 37) zur Veränderung der Neigung des Schlittens (2) oder der Pinole (22) oder der Drehachse (32) selbst als wenigstens ein Stellmotor ausgebildet ist.
Verfahren zur Messung der Rundheit eines Messmerkmales mit einem Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – das Koordinatenmessgerät misst Richtung und Lage der Achse (18) des Messmerkmales (19) sowie den Radius, – der Abstand des Tastelementes von der Drehachse des Tastkopfes (21, 33) wird analog zum gemessenen Radius des Messmerkmales (19) eingestellt, – der Schlitten (2) und/oder die Pinole (22) und/oder die Drehachse (32) des Tastkopfes (21, 33) wird mittels der wenigstens einen Verstellvorrichtung (11, 12, 13; 29, 30; 36, 37) in eine Position gebracht, in der die Achsen (17, 18) der Drehachse des Tastkopfes (21, 33) und des Messmerkmales (19) fluchten, – die Rundheit des Messmerkmales (19) wird vermessen, wobei lediglich die Drehachse des Tastkopfes (21, 33) in Bewegung ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippachsen des Schlittens (2) oder der Pinole (22) oder der Drehachse (32) des Tastkopfes (21, 33) vor der Vermessung der Messaufgabe (19) festgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (2) und/oder die Pinole (22) vor der Vermessung der Messaufgabe (19) festgesetzt wird.