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Die Erfindung bezieht sich auf ein
geschütztes
Längenmeßsystem
zum Messen von Relativbewegungen zwischen einem ersten und einem
zweiten Maschinenteil, mit einem Abtastkopf und einem davon abgefühlten Maßstab, wobei
in einer Endmontage des Längenmeßsystems
der Abtastkopf fest am ersten Maschinenteil anbringbar und der Maßstab mit
dem zweiten Maschinenteil verbindbar ist. Die Erfindung bezieht
sich weiter auf ein Verfahren zur Endmontage eines solchen Längenmeßsystems.
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Längenmeßsysteme
zum Messen vor Relativbewegungen zwischen einem ersten und einem zweiten
Maschinenteil sind bekannt und werden bei Werkzeugmaschinen häufig eingesetzt,
beispielsweise um die Bewegung eines Maschinenkopfes oder -schlittens
gegenüber
einem Maschinenbett zu erfassen. Üblicherweise wird dazu ein
Maßstab
verwendet, der am Maschinenbett befestigt wird. Ein Abtastkopf fühlt den
Maßstab
ab, wobei dies kontaktfrei ebenso wie kontaktierend erfolgen kann.
Der höheren
Meßgenauigkeit
halber haben sich jedoch optische und damit kontaktfreie Abfühlprinzipien
durchgesetzt.
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Längenmeßsysteme
der genannten Art können
in zwei Kategorien unterteilt werden: offene und gekapselte Meßsysteme.
Bei offenen Meßsystemen ist
der Maßstab
offen am Maschinenbett befestigt und der am Maschinenkopf befestigte
Abtastkopf bewegt sich über
dem Maßstab.
Bei gekapselten Meßsystemen
liegt der Maßstab
in einer geschlossenen Kapsel, in der sich auch der Abtastkopf befindet.
Der Abtastkopf läuft
dabei auf in der Kapsel liegenden Führungselementen und ist mit
einem Mitnehmer mit dem Maschinenkopf verbunden, so daß er sich
mit diesem bewegt. Ein gekapseltes Meßsystem ist beispielsweise
in der
DE 30 20 003
A1 dargestellt.
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Gekapselte Meßsysteme erreichen einen höheren Verschmutzungsschutz
des Maßstabs
und des Abtastkopfes als offene Systeme, erkaufen sich dies jedoch
mit einem hohen konstruktiven Aufwand. Gekapselte Meßsysteme
sind dementsprechend teurer als offene.
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Bei der Montage eines Längenmeßsystems an
einer Maschine, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, muß eine Anpassung
an die jeweiligen Gegebenheiten erfolgen. Die Lagen der Montagestellen
für den
Maßstab
sowie den Abtastkopf können
nur innerhalb gewisser Toleranzen spezifiziert werden. Beispielsweise
ist eine gewisse Toleranz bezüglich
des Winkels gegeben, in dem die Montageflächen für Maßstab und Abtastkopf zueinander
liegen. Gekapselte Meßsysteme
sind hier im Vorteil, da der Abtastkopf aufgrund der Führung in
der Kapsel nicht unmfttelbar, sondern über einen relativ leicht modifizierbaren
Mitnehmer mit dem Maschinenkopf verbunden ist. Dieser Mitnehmer
muß möglichst
wenig Spiel in der Meßrichtung
aufweisen. In den anderen Richtungen, insbesondere entlang der Mitnehmerachse
ist schon deshalb eine gewisse Flexibilität gegeben, da durch die Führung des
Abtastkopfes in der Kapsel der Abstand zwischen dem Maschinenkopf und
der Führung
in der Kapsel entlang der zu erfassenden Meßstrecke etwas variieren kann.
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Bei offenen Systemen, deren Abtastkopf
in der Regel fest am Maschinenkopf angebracht ist, ist diese Flexibilität nicht
gegeben, weshalb hier eine höhere
Genauigkeit an die gegenseitige Lage der Montageflächen für Abtastkopf
und Maßstab
gefordert ist. Dies erschwert die Endmontage.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, ein Längenmeßsystem
zu schaffen, bei dem ein verbesserter Schutz von Abtastkopf und
Maßstab mit
vermindertem technischen Aufwand erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Längenmeßsystem
zum Messen von Relativbewegungen zwischen einem ersten und einem
zweiten Maschinenteil, mit einem Abtastkopf und einem davon abgefühlte Maßstab, wobei
in einer Endmontage des Längenmeßsystems
der Abtastkopf fest am ersten Maschinenteil anbringbar und der Maßstab mit
dem zweiten Maschinenteil verbindbar ist, gelöst, bei dem der Maßstab in
einem Profilteil befestigt ist, das in der Endmontage fest am zweiten
Maschinenteil anbringbar ist und in das der Abtastkopf einsteht, wobei
der Abtastkopf in einem zur Endmontage vorbereiteten Zustand über ein
entfernbares Montageelement vorjustiert und lösbar mit den Profilteil verbunden
ist oder der Abtastkopf im endmontierten Zustand in das Profilteil
einsteht, ohne sich daran abzustützen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im Sinne einer
vereinfachten Montage weiter dadurch bei einem solchen Längenmeßsystem
gelöst,
indem zur Endmontage das Profilteil am zweiten Maschinenteil ausgerichtet
und befestigt wird, der Abtastkopf am ersten Maschinenteil spaltfüllend fest
angebracht wird und dann zum Lösen
der Verbindung von Profilteil und Abtastkopf das Montageelement
entfernt wird.
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Erfindungsgemäß wird also ein Profilteil
eingesetzt, das nicht nur schützende
Funktionen für
den Maßstab
hat, sondern auch den Abtastkopf, insbesondere im Bereich, in dem
optische Elemente liegen, umgibt. Der Abtastkopf ist dabei fest
am Maschinenteil angebracht, so daß er keinen Führungskontakt
mit dem Profilteil benötigt.
Das Profilteil kann also diesbezüglich
einfacher ausgebildet werden und muß den Abtastkopf nicht führen. Dieser
folgt lediglich der Bewegung des ersten Maschinenteils, an dem er
fest angebracht ist.
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Die Ausrichtung von Abtastkopf und
Maßstab
wird in montieren Zustand durch entsprechende Justage des Profilteils,
das den Maßstab
enthält,
zum Abtastkopfes erreicht. Die vorgegebene Bewegung zwischen dem
ersten Maschinenteil, das den Abtastkopf trägt, und dem den Maßstab tragenden
Profilteil, das am zweiten Maschinenteil befestigt ist, sorgt im endmontierten
Zustand automatisch für
die korrekte Lage zwischen Abtastkopf und Maßstab, wie sie für eine genaue
Messung erforderlich ist.
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Vor der Endmontage wird dieser justierte
Zustand durch ein entfernbares Montageelement gesichert, das den
Abtastkopf mit dem Profilteil lösbar verbindet.
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Die Befestigung des Profilteils am
zweiten Maschinenteil erfolgt beim erfindungsgemäßen Längenmeßsystem zweckmäßigerweise
dann, wenn Abtastkopf und Profilteil noch miteinander verbunden sind.
Dabei kommen insbesondere form- oder stoffschlüssige Verbindungen in Frage,
wobei eine stoffschlüssige
Verbindung in Form einer Verklebung den Vorteil hat, daß sie auch
von ungeschultem Personal bei der Befestigung des Längenmeßsystems
an einer Maschine vorgenommen werden kann. Es ist deshalb bevorzugt,
daß das
Profilteil eine Klebefläche
aufweist, an der es mit dem zweiten Maschinenteil verklebbar ist.
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Das Profilteil schützt den
Maßstab.
Weiter hat es auch eine gewisse Schutzfunktion für den Abtastkopf. Diesbezüglich ist
es bevorzugt, daß das Profilteil
U-förmig
mit zwei Schenkeln profiliert ist, wobei einer der Schenkel am zweiten
Maschinenteil angebracht ist und an seiner Innenseite den Maßstab trägt und der
andere der Schenkel den Abtastkopf während der Messung berührungslos
umgreift.
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Der den Maßstab kontaktlos umgreifende Abtastkopf
steht in der Regel tief in das Profilteil ein, wodurch er besonders
gut geschützt
ist. Insbesondere die freiliegenden optischen Bauteile des Abtastkopfes
liegen dann vorzugsweise im Profilteil. Dies mindert die Gefahr
mechanischer Beschädigungen des
Abtastkopfes. Zusätzlich
ist die Verschmutzungsgefahr für
den Maßstab
stark herabgesetzt, da er sich im Inneren des U-förmigen Profilteils
und in einem Meßspalt
des Abtastkopfes befindet. Das Profilteil ist in dieser Ausführungsform
in Art eines Kapelsprofils oder einer U-förmigen Schiene ausgebildet,
in deren Inneren der Maßstab
sitzt.
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Bei dieser Ausführungsform kann darüberhinaus
der Abtastkopf auf einfache Weise mit dem Profilteil verbunden werden,
indem eine Verbindung zwischen den zwei Schenkeln des Profilteils
und dem Abtastkopf eingerichtet wird. Dieses bewerkstelligende Montageelemente
haben darüber
hinaus den Vorteil, daß der
im Inneren des Profilteils liegende Maßstab vom Montageelement, das
den vorjustierten Zustand sichert, nicht beeinträchtigt werden kann.
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Für
das Montageelement kommt jede geeignete form- oder kraftschlüssige Befestigung
in Frage, die eine starre Verbindung zwischen Abtastkopf und Profilteil
im vorjustierten Zustand sicherstellt und die unter Beibehaltung
des vorjustierten Zustandes lösbar
ist. Ein besonders einfach und dennoch hochpräzise ausgebildetes Montageelement
liegt in Form zweier im Querschnitt zylindrischer Abstandshalter vor,
die von den Schenkeln des Profilteils in Nuten des Abtastkopfes
gespannt sind. Diesbezüglich
ist es zweckmäßig, das
Profilteil mit einem federnden Abschnitt auszubilden, der für die entsprechende Spannkraft
sorgt. Solche Abstandshalter können dann
ohne Werkzeug auf einfach Weise durch Herausziehen zum Lösen der
Verbindung zwischen Abtastkopf und Profilteil entnommen werden.
Durch den Querschnitt der Abstandshalter und die vom Profilteil ausgeübte Spannkraft
kann darüber
hinaus die gewünschte
Justierung zwischen Abtastkopf und Profilteil sehr präzise eingestellt
werden.
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Das Profilteil wird in einer vorzugsweisen Ausgestaltung
direkt am zweiten Maschinenteil befestigt. Die Lage des Maßstabs im
Profilteil ist somit ausschlaggebend für die Orientierung des Maßstabs zum
zweiten Maschinenteil. Eine hochpräzise Ausrichtung des Maßstabs im
Profilteil ist somit der Meßgenauigkeit
förderlich.
Diesbezüglich
ist es deshalb bevorzugt, daß das
Profilteil eine den Maßstab
ausrichtende Referenzfläche
aufweist, an welcher der Maßstab
im befestigten Zustand anliegt. Eine besonders genaue Ausrichtung
wird bei der Verwendung zweier Referenzflächen erreicht, die in einem
Winkel zueinander (vorzugsweise 90°) liegen. Die Referenzflächen richten
den Maßstab
im Profilteil aus.
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Da mitunter für den Maßstab und das Profilteil unterschiedliche
Materialien verwendet werden, ist es vorteilhaft, thermische Spannungen
zwischen Maßstab
und Profilteil auszugleichen und gleichzeitig für eine sichere Anlage des Maßstabs an
der ausrichtenden Referenzfläche
zu sorgen. Dies kann besonders einfach durch eine Spannvorrichtung
erreicht werden, die den Maßstab
in Richtung auf die Referenzfläche
verspannt. Als Spannvorrichtung kommt beispielsweise eine Federvorrichtung
oder ein geeignetes elastisches Mittel, wie beispielsweise eine Gummischnur
in Frage.
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Der Abtastkopf ist durch das Einstehen
in das Profilteil vor Verschmutzungen geschützt. Er fühlt den im Profilteil liegenden
Maßstab
kontaktlos ab. Für
eine optische Abtastung, bei der Strahlung durch den Maßstab geleitet
wird, ist es bevorzugt, daß der
in das Profilteil einstehende Abtastkopf den dort befestigten Maßstab während der
Messung dreiseitig und kontaktlos umgreift. Durch dieses dreiseitige
Umgreifen ist nicht nur eine optische Transparenzmessung am Maßstab möglich, die
für eine
hohe Meßgenauigkeit
bekannt ist, es ist auch zugleich ein noch weitergehender Verschmutzungsschutz
für die optischen
Elemente des Abtastkopfes gegeben, da diese dann an den Flanken
eines Meßspaltes
liegen, in den der Maßstab
berührungslos
einsteht. Ein Verschmutzen der optischen Baugruppen ist damit stark vermindert.
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Das erfindungsgemäße Längenmeßsystem läßt sich besonders einfach montieren,
indem zuerst das Profilteil am zweiten Maschinenteil ausgerichtet und
befestigt wird und dann der Abtastkopf am zweiten Maschinenteil
spaltfüllend
befestigt wird. Die Ausrichtung des Profilteils sollte dabei so
erfolgen, daß unter
der Relativbewegung von erstem und zweitem Maschinenteil die vorbestimmte
Justierung zwischen Abtastkopf und Maßstab beibehalten bleibt, wenn
der Abtastkopf vom ersten Maschinenteil geführt wird.
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Durch die vorgegebene Relativbewegung der
beiden Maschinenteile und der festgelegten Justierpositionen von
Profilteil und Abtastkopf ist eine Überbestimmung der Bauteile
gegeben, die grundsätzlich
in einem in der Regel keilförmig
verlaufenden Spalt zwischen einer Montagefläche des Abtastkopfes und dem
ersten Maschinenteil resultiert. Diese Überbestimmungsproblematik wird
dadurch behoben, daß der
Abtastkopf am ersten Maschinenteil spaltfüllend angebracht wird, beispielsweise
durch eine Klebung oder durch entsprechend einstellbare Ausgleichstücke.
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Die Ausrichtung des Profilteils entlang
der Längsachse
der Relativbewegung, d.h. in konstantem Abstand zum ersten Maschinenteil
ist wesentlich dafür,
daß der
am ersten Maschinenteil zu befestigende Abtastkopf und der Maßstab immer
die ideale, einen möglichst
geringen Meßfehler
bedingende Lange zueinander haben. Es ist deshalb zur Befestigung
bevorzugt, daß das
Profilteil zur Längsachse der
Relativbewegung grob ausgerichtet wird und dann mittels einer Lehre
entlang der Längsachse
in konstantem Abstand zum ersten Maschinenteil justiert wird, wobei
erstes und zweites Maschinenteil zur Einjustierung des konstanten
Abstandes gegeneinander bewegt werden. Durch dieses Vorgehen ist sichergestellt,
daß der
Abtastkopf auch nach Befestigung am ersten Maschinenteil immer in
vorbestimmter Lage zum Maßstab
liegt.
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Da der Abtastkopf am ersten Maschinenteil spaltfüllend befestigt
wird, ist es zweckmäßig, mittels der
Lehre einen vorbestimmten Spalt zwischen ersten Maschinenteil und
Abtastkopf vor der Anbringung des Abtastkopfes am ersten Maschinenteil
einzustellen. Die spaltfüllende
Befestigung füllt
dann diesen vorbestimmten Spalt sowie etwaige durch Toleranzen bedingte
Abweichungen aus.
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Als spaltfüllende Befestigung kommt dabei eine
Klebung in Frage. Gleiches gilt für die Befestigung des Profilteils.
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Vorteilhaft ist diesbezüglich ein
Meßsystem mit
einem als Abtastkopf ausgebildeten Bauteil, das mit einer Montagefläche unter
Verwendung eines Klebstoffs an einem Maschinenteil befestigbar ist
und das aufweist eine Montageplatte, die am Maschinenteil lösbar befestigbar
ist und die mit der Montagefläche
ein Klebvolumen begrenzt, in das der Klebstoff von oben einfüllbar ist,
wobei das Klebvolumen unten und jeweils an den Seiten zwischen Bauteil
und Montageplatte für
den Klebstoff abgedichtet umgrenzt ist. Die Aufgabe wird weiter
mit einem Verfahren zum Befestigen des Bauteils eines solchen Meßsystems
am Maschinenteil gelöst,
wobei das Bauteil in eine vorbestimmte Stellung am Maschinenteil
justiert und dort fest angebracht wird, gelöst, indem daß nach Einjustieren
in die vorbestimmte Stellung die Montageplatte fest am Maschinenteil
angebracht und dann Klebstoff in das Klebvolumen eingefüllt wird,
um das Bauteil fest mit der Montageplatte zu verbinden.
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Dann wird also für das Meßsystem eine Montageplatte
verwendet, die am Maschinenteil lösbar befestigbar ist und mit
der Montagefläche
des Bauteils, beispielsweise eines Abtastkopfes, verklebt wird.
Die Toleranzanforderungen an die Montagefläche am Maschinenteil sind damit
deutlich reduziert, eventuelle Abweichungen die beispielsweise einen keilförmigen Spalt
an der Montagefläche
des Abtastkopfes zur Folge haben könnten, werden durch die Klebung
ausgeglichen. Das zwischen der Montageplatte und der Montagefläche gebildete
Klebvolumen erlaubt eine spaltfüllende
Befestigung des Bauteils am Maschinenteil, so daß die Befestigung des Bauteils
keine negativen Auswirkungen auf dessen einjustierte Stellung hat;
dies insbesondere, da die Befestigung spannungsfrei durch Auffüllen des
Klebvolumens mit Klebstoff erfolgen kann.
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Durch den Einsatz der Montageplatte
am Meßsystem
ist darüber
hinaus eine definierte Materialpaarung zwischen Montageplatte einerseits
und Montagefläche
andererseits gewährleistet.
Die Qualität
der Verklebung wird dadurch gesteigert. Darüber hinaus ist eine größere Freiheit
bei der Wahl des Klebstoffes gegeben, und das Klebvolumen kann hinsichtlich
Gestaltung und Größe optimal
für einen Klebstoff
gestaltet werden.
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Die Montageplatte ist lösbar am
Maschinenteil befestigt. Es ist somit möglich, das Bauteil auch nach
der Verklebung vom Maschinenteil zu lösen. Bei einer Klebung ohne
Montageplatte wäre
dies nicht möglich.
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Als weiterer Vorteil muß keine
Klebefläche am
Maschinenteil vorbereitet werden, was insbesondere bei Werkzeugmaschinen
oft schwierig ist, da Verschmutzungen durch Ölreste in der Regel unvermeidlich
sind. Auch muß die
Klebung nicht mehr von speziell geschulten Personal vorgenommen
werden. Die Begrenzung des Klebevolumens verhindert, daß Klebstoff
vor den Aushärten
aus dem Spalt zwischen Montageplatte und Montagefläche herausläuft, was einerseits
zu Verschmutzungen und andererseits zu einer nicht beherrschbaren
Klebstoffmenge im Klebspalt führen
würde.
Zur Begrenzung ist jedes Mittel geeignet, das ein Herauslaufen des
Klebstoffes verhindert. Der Begriff „abgedichtet" ist somit auf die
Viskosität
und die Fließeigenschaften
des Klebstoffes bezogen zu verstehen. Die Dichtheit muß bezüglich des
einzufüllenden
Klebstoffes gewährleistet
sein.
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Eine besonders einfache Dichtung
kann erreicht werden, wenn die Montageplatte oder die Montagefläche des
Bauteils eine vorstehende Struktur aufweist, die zwischen der Montagefläche und
der Montageplatte das Klebevolumen abdichtet.
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In den meisten Fällen ist die Montagefläche des
Bauteiles in etwa rechteckig. Für
solche Fälle
ist es zweckmäßig, daß die vorstehende
Struktur, die die Dichtung erreicht, U-förmig verläuft. Dann kann an der Oberseite
des „U" der Klebstoff eingefüllt werden.
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Die abdichtende Umgrenzung des Klebevolumens
muß auch
bei Variationen des Spaltes zwischen Montageplatte und Montagefläche gewährleistet
sein. Solche Variationen können
durch Toleranzen bezüglich
der Befestigungsfläche
am Maschinenteil bedingt sein. Diesbezüglich sind beispielsweise elastische
Dichtmittel, die auch bei einer gewissen Variation des Klebespaltes
immer noch ausreichend für den
Klebstoff abdichtend wirken, denkbar. Eine besonders große Unempfindlichkeit
gegen Klebespaltvariationen erreicht man durch eine Ausnehmung an der
Montagefläche
oder der Montageplatte, in die die vorstehende Struktur zum Abdichten
einsteht. Mit dieser Bauweise können
besonders große
Toleranzen für
die Befestigungsfläche
am Maschinenteil zugelassen werden.
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Es ist deshalb zu bevorzugen, daß die vorstehende
Struktur ein Dichtmittel, beispielsweise ein Metallsteg, eine metallische
oder nichtmetallische, insbesondere eine elastomere Dichtung ist.
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Eine gute Befestigung für ein solches
Dichtmittel ergibt sich, wenn eine Vertiefung vorgesehen ist, in
die das Dichtmittel eingelegt ist. Es ist diesbezüglich deshalb
bevorzugt, daß die
vorstehende Struktur ein in eine Vertiefung eingelegtes Dichtmittel aufweist.
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Das Einfüllen des Klebstoffs in den
das Klebevolumen bildende Spalt erfolgt von oben her in das Klebvolumen,
das in den meisten Fällen
als Klebetasche ausgebildet sein wird.
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Da für viele mechanische Anwendungen
ein Klebespalt mit einem Spaltabstand im Bereich weniger Zehntel
Millimeter vorliegt, ist es zweckmäßig, ein Hilfsmittel zum Einfüllen des
Klebstoffes vorzusehen, damit das Einfüllen vereinfacht und auch von
Hilfspersonal durchgeführt
werden kann. Es ist deshalb zu bevorzugen, daß die Montageplatte einen das
Klebevolumen von oben speisenden Einfülltrichter aufweist. Idealerweise
wirkt dieser Einfülltichter
mit einer Einlaufschräge
am Bauteil zusammen, so daß durch einfaches
Einfüllen
die gesamte Klebstoffmenge unmittelbar in das Klebevolumen gelangt.
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Die lösbare Befestigung der Montageplatte ermöglicht,
wie bereits erwähnt,
ein nachträgliches Abnehmen
des Bauteils vom Maschinenteil. Diesbezüglich kommt jede form- oder
kraftschlüssige
Verbindung in Frage. Besonders bevorzugt ist es, daß die Montageplatte
bei lösbaren
Befestigungen am Maschinenteil außerhalb des Volumens ein oder mehrere
Befestigungslöcher
aufweist.
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Bei Meßsystemen wird in der Regel
das Bauteil, z.B. ein Abtastkopf eines Längenmeßsystems, zuerst in eine vorbestimmte
Lage justiert und dann am Maschinenteil, beispielsweise eine Maschinenkopf
einer Werkzeugmaschine, befestigt. Beim Einstellen der justierten
Lage muß natürlich die
Dicke der Montageplatte berücksichtigt
werden. Es ist diesbezüglich
von Vorteil, wenn die Montageplatte während des Einjustierens am
Bauteil an der Montagefläche
gehalten wird. Gleiches gilt für
den Transport eines Bauteils eines Meßsystems bis zur Endmontage. Es
ist deshalb bevorzugt, daß das
Meßsystem
Haltemittel aufweist, die insbesondere als Transportsicherung dienen
und mit denen die Montageplatte abnehmbar am Bauteil gehalten ist.
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Das Meßsystem kann auf einfach Weise
am Maschinenteil angebracht werden, indem zuerst das Bauteil justiert,
dann die Montageplatte angebracht und anschließend die Verklebung zwischen
Montageplatte und Bauteil vorgenommen wird. Damit ist eine spannungsfreie
Montage des Bauteils sichergestellt, wodurch die justierte Lage
bei der Endmontage sicher beibehalten bleibt.
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Besonders einfach ist dieses Montageverfahren,
wenn die Montageplatte bereits bei der Einjustierung des Bauteils
an der Montagefläche
des Bauteils gehalten ist. Es muß dann lediglich die Montageplatte
am Maschinenteil befestigt werden. Der nach Einstellen der justierten
Stellung zwischen Montageplatte und Maschinenteil bestehende Spalt wird
dadurch zwischen Montageplatte und Montagefläche des Bauteils verlagert,
so daß sich
der gewünschte
Klebespalt für
das Klebvolumen beziehungsweise die Klebetasche ergibt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In
der Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines Maßstabs einer Linear-Meßvorrichtung
mit einem schützenden
Kapselprofil, wobei die Figur den Zusammenbau veranschaulicht,
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2 die
zusammengebaute Einheit der 1,
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3 den
Einbau eines Abtastkopfes in das Kapselprofil der 2,
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4 – 7 eine schematische Darstellung
der Endmontage eines aus Abtastkopf und Kapselprofil gebildeten
Meßsystems
an einer Maschine in einzelnen Schritten des Befestigungsverfahrens,
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8 eine
bei der Endmontage verwendete Montagelehre,
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9 eine
Schnittdarstellung durch das Meßsystem
des in 7 gezeigten Zustandes
der Befestigung vor dem letzten Befestigungsschritt,
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10 das
in 9 gezeigte Meßsystem nach
Ausführung
der Endmontage,
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11 eine
perspektivische Darstellung einer Montageplatte, die zur Befestigung
des Abtastkopfes verwendet wird,
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12 eine
perspektivische Darstellung des Abtastkopfes,
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13 eine
perspektivische Darstellung des Abtastkopfes beim Verbinden mit
der Montageplatte und
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14 eine
perspektivische Darstellung des Meßsystems kurz vor Inbetriebnahme.
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung durch einen Maßstab 1 eines Längenmeßsystems,
das an einer Werkzeugmaschine zum Einsatz kommt, um die Relativbewegung
eines Maschinenkopfes gegenüber einem
Maschinenbett zu erfassen. Der Maßstab 1 ist in ein Kapselprofil 2 eingesetzt,
das den Maßstabs
1 zum Schutz dreiseitig umgibt.
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Im Inneren des Kapselprofils 2 ist
zum Befestigen des Maßstabes 1 eine
Aufnahme 3 vorgesehen, in die der Maßstab 1 eingesetzt wird (Pfeil 4).
In die Aufnahme 3 wird eine Gummischnur 5 eingelegt,
die als Spannmittel wirkt, um den Maßstab 1 in der Aufnahme 3 zu
sichern. Da der Maßstab
1 im Meßvorgang
später
abgefühlt
wird (er weist dazu eine geeignete Strukturierung auf) und dessen
Lage damit für eine
genaue Messung wichtig ist, verfügt
die Aufnahme 3 über
eine untere Referenzfläche 6 sowie
eine seitliche Referenzfläche 7,
die den Maßstab 1 in
exakter Lage im Kapselprofil 2 ausrichten, wenn die als Spannmittel
dienende Gummischnur 5 den Maßstab 2 auf die Referenzflächen drückt.
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Das Kapselprofil 2 hat U-förmigen Querschnitt
mit einer Basis 8 sowie einem Deckel 9. Dadurch,
daß das
Kapselprofil 2 den Maßstab
1 dreiseitig umgibt, ist ein guter Schutz des empfindlichen Maßstabs 1 gegeben.
Die abgefühlte
Struktur des Maßstabs 1 liegt
an der in der Einbaulage nach unten weisenden Schrägfläche des
Maßstabes 1,
wodurch Staubablagerungen weiter vermindert werden. Die Basis 8 des
Kapselprofils 2 ist zur Befestigung am Maschinenbett einer
Werkzeugmaschine ausgebildet.
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2 zeigt
den Maßstab
1 in das Kapselprofil 2 eingebaut. Es ist gut zu erkennen,
daß der
Maßstab
1 im Kapselprofil 2 nur durch eine Öffnung 10 zugänglich ist.
Natürlich
handelt es sich bei der Öffnung 10
um einen Schlitz, da der Maßstab
1 sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt, ebenso wie das Kapselprofil 2,
das beispielsweise aus einem geeignet profilierten Aluminiumstrang
hergestellt ist.
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Die Schenkel des Kapselprofils 2,
d.h. die Basis 8 und der Deckel 9, weisen Haltenuten
auf, so daß im
Deckel 9 eine obere Haltenut 11 und in der Basis 8 eine
untere Haltenut 12 gebildet ist. Diese Haltenuten 11, 12 dienen
in Kombination mit einer gewissen Elastizität des Deckels 9 zum Sichern
eines in das Kapselprofil eingesetzten Abtastkopfes, was später noch
erläutert
werden wird.
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Der Abtastkopf 13 ist in 3 schematisch dargestellt.
Er weist einen Meßspalt 14 auf,
der im zusammengebauten Zustand den Maßstab 1 dreiseitig berührungslos
umgibt und an dem die (nicht dargestellten) Meßmittel angeordnet sind, die
die (ebenfalls nicht dargestellte) Struktur am Maßstab 1
kontaktlos abfühlen.
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Der Abtastkopf 13 hat eine
Montagefläche 15,
mit der er am Maschinenkopf der Werkzeugmaschine fest angebracht
wird. Weiter verfügt
der Abtastkopf 13 über
eine obere Nut 16 sowie eine untere Nut 17, die
mit den Haltenuten 11 und 12 in den Schenkeln
des Kapselprofils 2 so zusammenwirken, daß eine Transportsicherung
von zusammengebautem Kapselprofil 2 mit Maßstab 1
und Abtastkopf 13 gewährleistet
ist, wobei der Abtastkopf 13 und der Maßstab 1 in vorbestimmter, justierter
Stellung zueinander gesichert sind.
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Dazu sind ein oberer Paßzylinder 18 und
ein unterer Paßzylinder 19 vorgesehen,
deren Durchmesser so bemessen ist, daß sie in die obere Haltenut 11 beziehungsweise
die untere Haltenut 12 eingelegt durch die federnde Wirkung
des Deckels 9 in der Nut 16 bzw. 17 festliegen,
wenn der Abtastkopf 13 in das Kapselprofil 1 eingesetzt
ist. Die Paßzylinder 18 und 19 können beispielsweise
als geeignete Stahldrähte
ausgebildet sein.
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Der Einsetzvorgang ist in 3 durch einen Pfeil schematisch
dargestellt, wobei natürlich
nach dem Zusammenbau von Maßstab
1 und Kapselprofil 2 ein Einfädeln des Maßstabes 1 in den Meßspalt 14 des
Abtastkopfes 13 durch eine Bewegung senkrecht zur Zeichenebene
erfolgt. D.h., der Abtastkopf 13 wird an einem offenen
Ende des Kapselprofils 2 über den Maßstab 1 geschoben. Danach wird
der Paßzylinder 18 bzw.
19 in den von der oberen Haltenut 11 und der oberen Nut 16 beziehungsweise
in den von der unteren Haltenut 12 und der unteren Nut 17 gebildeten
Spalt eingeführt.
Durch die federnde Wirkung des den Deckel 9 bildenden Schenkels
des Kapselprofils 2 werden die Paßzylinder eingeklemmt. Das
Kapselprofil 2 hält
den Abtastkopf 13 fest zwischen der Basis 8 und
dem Deckel 9, und es ist eine vorbestimmte, innerhalb enger,
genau bemessener Toleranzen gegebene Orientierung des Abtastkopfes 13 zum
Maßstab 1 gegeben.
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Die derart vormontierte Einheit aus
Abtastkopf 13, Kapselprofil 2 und Maßstab 1 kann
dann einfach an der Maschine angebaut werden, indem Abtastkopf 13 und
Kapselprofil 2 am Maschinenkopf beziehungsweise Maschinenbett befestigt
werden.
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In einer Ausführungsform erfolgt diese Befestigung
gemäß den in
den 4 bis 7 dargestellten Schritten.
Die Figuren zeigen eine Draufsicht auf die vormontierte Einheit
aus Kapselprofil 2, Maßstab
1 und Abtastkopf 13 von oben (bezogen auf 3). Der Abtastkopf 13 ist zur
Befestigung an der Montagefläche 15 mit
einer Montageplatte 22 versehen, deren Bauweise später noch
im Detail erläutert
wird. Über
die Montageplatte 22 wird der Abtastkopf 13 am Maschinenteil 21 angebracht.
Die Montageplatte 22 muß bei der Anbringung des Kapselprofils 2 noch nicht
am Abtastkopf 13 vorgesehen sein. Sie wird, wie noch zu
erläutern
ist, erst für
die feste Anbringung des Abtastkopfes 13 am Maschinenkopf 21 benötigt.
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Das Kapselprofil 2, in dessen
Inneren sich der (in den 4 bis 7 nicht zu sehen) Maßstab 1 befindet,
wird exakt parallel zum Maschinenablauf, d.h. zur Längsbewegung
des Maschinenkopfs 1 ausgerichtet. Dazu kommt eine Montagelehre
20 zum Einsatz, die das Kapselprofil 2 in einen vorbestimmten Abstand
D zum Maschinenkopf 21 ausrichtet. Durch Bewegen des Maschinenkopfs 21 entlang
der Maschinenablaufrichtung wird bei gleichzeitigem Anlegen der
Montagelehre 20 eine Justage des Kapselprofils 2 parallel
zur Bewegungsrichtung des Maschinenkopfs 21 erreicht. 5 zeigt diesen Vorgang,
in dem der Maschinenkopf 21 mit Montagelehre 20 die Ausrichtung
des Kapselprofils 2 bewirkt.
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Das justierte Kapselprofil 2 wird
am Maschinenbett befestigt. Die Befestigung kann auf vielfältige Art
und Weise erfolgen. In der hier geschilderten Ausführungsform
wird ein zweistufiges Verfahren verwendet, bei dem zuerst eine Grobausrichtung
des Kapselprofils 2 zum Maschinenablauf erfolgt. Der Maschinenkopf 21 wird
in die entsprechenden (End-)Stellungen bewegt und das Kapselprofil
wird an zwei möglichst
weit auseinander liegenden Punkten mit der Montagelehre 20 ausgerichtet.
Nach dieser Grobausrichtung kann eine erste Fixierung des Kapselprofils 2 erfolgen,
beispielsweise indem eine Schraubverbindung locker angezogen wird.
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Dann wird der Maschinenkopf 21 mit
der Montagelehre 20 langsam entlang des Maschinenablaufes
bewegt und gleichzeitig das Kapselprofil 2 fest am (nicht
dargestellten) Maschinenbett fixiert. Dies kann in einer Ausführungsform,
in der das Kapselprofil 2 verschraubt wird, durch festes
Anziehen der Schraubverbindungen erreicht werden. In Ausführungsformen,
in denen eine Verklebung des Kapselprofils 2 mit dem Maschinenbett
erfolgt, kann die Verklebung schrittweise vorgenommen werden, beispielsweise
indem ein geeignetes an der Basis 8 des Kapselprofils 2 angebrachtes
Doppelklebeband mit der fortschreitenden Bewegung des Maschinenkopfs 21 von
einem Schutzblatt befreit wird, so daß das Kapselprofil 2 fest
mit dem Maschinenbett verklebt wird.
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Der Abtastkopf 13 mit der
daran befestigten Montageplatte 22 ist, wie anhand 3 beschrieben wurde, durch
die Paßzylinder 18 und 19 fest
mit dem Kapselprofil 2 verbunden. Die Ausrichtung des Kapselprofils 2 parallel
zum Ablauf des Maschinenkopfs 21 hat also keinen Einfluß auf die
vorjustierte Stellung von Kapselprofil 2 mit Maßstab 1 zu
dem Abtastkopf 13.
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Ist das Kapselprofil 2 in
exakt parallel zum Ablauf des Maschinenkopfs 21 ausgerichteter
Stellung am Maschinenbett befestigt (6),
wird der Maschinenkopf 21 zum Abtastkopf 16 gefahren.
Es stellt sich dabei zwischen der Montageplatte 22, die an
der Montagefläche 15 des
Abtastkopfes 13 anliegt, und dem Maschinenkopf 21 ein
vorbestimmter Spalt 45 ein. Nun wird die Montageplatte 22,
die bislang am Abtastkopf 13 gesichert war, von diesem
gelöst
und mit dem Maschinenteil 21 verschraubt. Dadurch verlagert
sich der Spalt 45, der zuvor zwischen Montageplatte 22 und
Maschinenteil 21 bestand, zwischen die Montageplatte 22 und
den Abtastkopf 13. Dieser Spalt dient als Klebespalt 30,
der dann mit Klebstoff aufgefüllt
wird, um den Montagekopf 13 fest an der mit der Montageteil 21 verschraubten
Montageplatte 22 anzubringen (vergleiche 7). Der Klebstoff kann dabei spannungsfrei
aushärten.
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Nach Aushärten des Klebstoffes wird die Verbindung
zwischen Montagekopf 13 und Kapselprofil 2 gelöst, indem
die Paßzylinder 18 und 19 aus den
durch die obere Haltenut 11 und obere Nut 16 sowie
untere Haltenut 12 und untere Nut 17 gebildeten Spalten
herausgezogen werden.
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8 zeigt
eine Schnittdarstellung durch die Montagelehre 20. Sie
wird über
das Kapselprofil 2 gelegt und weist dazu einen ersten Referenzarm
sowie einen zweiten Referenzarm 24 auf. Der Referenzarm 24 hat
an seiner dem Kapselprofil 2 zugewandten Seite eine Referenzfläche 25,
die außen
am Kapselprofil 2 etwa auf Höhe des Maßstabes 1 anliegt. Mit
einer Auflagefläche 27,
die sich an der dem Kapselprofil 1 zugewandten Innenseite
des ersten Referenzarmes 23 befindet, liegt die Montagelehre 20 auf dem
Deckel 9 des Kapselprofils 2. Ein Einstellarm 26 der
Montagelehre 20 sorgt dafür, daß bei auf dem Kapselprofil
liegender Montagelehre 20 der gewünschte Abstand D zum Maschinenkopf 21 gegeben
ist. Der Einstellarm 26 steht also zwischen den freien
Enden des Kapselprofils 2 und dem Maschinenteil 21.
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9 zeigt
in einer Schnittdarstellung den Zustand der Befestigung des Meßsystems,
wie er in 7 in Draufsicht
zu sehen ist. Das Kapselprofil 2 ist dabei mit seiner Basis 8 auf
das Maschinenbett 28 geklebt, wozu ein Klebeband 29 mit
vorbestimmten Eigenschaften zum Einsatz kommt. Die Montageplatte 22 ist
(auf in 9 nicht weiter
dargestellte Weise) fest am Maschinenkopf 21 angebracht,
wobei das Spaltmaß D,
das von der Montagelehre 20 vorgegeben wurde, einen vorbestimmten
Klebespalt 30 zwischen der Montagefläche 15 des Abtastkopfes 13 und
der Montageplatt 22 bewirkt. Die Montageplatte 22 weist
unten einen vorspringenden Randvorsprung auf, der den Klebespalt 30 nach
unten begrenzt.
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10 zeigt
das Meßsystem
nach Abschluß der
Montage, wobei das Klebeband 29 zur Vereinfachung nicht
dargestellt ist. Der Klebespalt 30 wurde mit Klebstoff 31 aufgefüllt, der
wegen des Randvorsprungs 32 an der Unterseite der Montageplatte 22 nicht
aus dem Klebespalt 30 herauslaufen konnte. Nach Entnahme
des oberen Paßzylinders 18 aus dem
Spalt, der von oberer Haltenut 11 und oberer Nut 16 gebildet
wurde, sowie des unteren Paßzylinders 19,
der aus dem Spalt aus unterer Nut 17 und unterer Haltenut 12 herausgezogen
wurde, ist der Abtastkopf 13 frei entlang der (senkrecht
zur Zeichenebene liegenden) Ablaufrichtung des Maschinenkopfs 21 bewegbar.
Der Abtastkopf 13 steht dabei in das Kapselprofil 2 ein
und wird von diesem berührungslos
dreiseitig umgeben. Dadurch ist ein guter Schutz des Abtastkopfes 13 gegen
Verschmutzung oder mechanische Beschädigung erreicht. Der Abtastkopf 13 umgibt
seinerseits dreiseitig den Maßstab
1 und fühlt diesen
kontaktlos ab. Durch die Ausrichtung von Kapselprofil 1 und
Abtastkopf 13 ist keine Führung des Abtastkopfes 13 im
Kapselprofil 2 erforderlich. Der Abtastkopf 13 stützt sich
nicht am Kapselprofil 2 oder dem Maßstab 1 ab.
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11 zeigt
in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für die Montageplatte 22, wobei
diejenige Seite im Bild nach rechts weist, an der der Abtastkopf 13 mit
der Montagefläche 15 befestigt
wird. Die Montageplatte 22 hat einen U-förmig umlaufenden
Randvorsprung 32, der als Dichtmittel dient, um ein Herauslaufen
des Klebstoffs zu verhindern, der durch eine an der Oberseite zwischen
dem Abtastkopf 13 und der Montageplatte 22 gebildete Öffnung 34 eingefüllt wird,
um den Abtastkopf 13 an der Montageplatte 22 zu
verkleben.
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Zum Erleichtern des Einfüllens verfügt die Montageplatte 22 über einen
Einfülltrichter 35 mit
einer Einfüllöffnung 36,
in die aus einer Tülle
Klebstoff eingespritzt werden kann. Die Montageplatte 22 hat darüber hinaus
zwei Langlöcher 37,
die es erlauben, die Montageplatte 22 am Maschinenteil 21 zu
verschrauben. Diese Schraubverbindung kann gelöst werden, falls der Abtastkopf 13 nach
erfolgter Verklebung wieder vom Maschinenkopf 21 angenommen werden
soll. Ohne diese lösbare
Verbindung zwischen Montageplatte 22 und Maschinenkopf 21 wäre ein Abnehmen
des Abtastkopfes nach erfolgter Verklebung nur sehr aufwendig und
mit einer Beschädigungsgefahr
für den
Maschinenkopf 21 möglich.
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Eines der Langlöcher 27 liegt abei
in einem Flansch 38, wodurch eine besonders gute Zugänglichkeit
auch nach Verklebung des Abtastkopfes 13 erreicht ist.
Die Ausbildung der Löcher
als Langlöcher 37 hat
darüber
hinaus den Vorteil, daß bei
den entsprechenden Gewindelöcher
am Maschinenkopf 21 größere Toleranzen
zugelassen werden können, ohne
daß Auswirkungen
auf die exakte Montage des Abtastkopfes zu befürchten wären.
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Um die Montageplatte 22 am Abtastkopf 13 zu
sichern, bis die Befestigung der Montageplatte 22 und die
anschließende
Verklebung des Abtastkopfes 13 abgeschlossen sind, weist
die Montageplatte 22 geeignete Haltenasen 39 auf,
die in entsprechende Halteöffnungen
am Abtastkopf 13 eingreifen. Dadurch kann die Montageplatte 22 auf
den Abtastkopf 13 gesteckt werden und ist bis zum Abschluß der Befestigung
gegen Herunterfallen gesichert.
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Die Halteöffnungen 42 sind am
Abtastkopf 13 in der perspektivischen Darstellung der 12 gut zu erkennen, die
den Montagekopf 13 in perspektivischer Darstellung von
der Montagefläche 15 her zeigt.
Wie zu sehen ist, ist an der Montagefläche 15 eine U-förmige Aussparung 40 vorgesehen,
in die der Randvorsprung 32 der Montageplatte 22 einsteht,
so daß ein
zwischen Montageplatte 22 und Montagefläche 15 gebildete Kleberaum 33,
der zur Aufnahme des Klebstoffes 31 dient, unten und seitlich
abgedichtet ist. Aufgrund der Viskosität des verwendeten Klebstoffes
genügt
dabei eine einfache Anlage des Randvorsprunges 32 an der
senkrechten Wandfläche,
die durch die Aussparung 40 gebildet ist, um die gewünschte Dichtwirkung
zu erreichen.
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Der Abtastkopf 13 verfügt zum leichteren Einfüllen des
Klebstoffs 31 in den Klebraum 33 über Einlaufschrägen 42.
Die Einlaufschrägen 42 liegen so,
daß in
den Einfülltrichter 35 eingefüllter Klebstoff über die
Einlaufschräge 42 in
den Kleberaum 33 läuft.
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Diesen Vorgang zeigt 13, in der die Montageplatte 22 über Schrauben
42 am (nicht dargestellten) Maschinenteil 21 befestigt
dargestellt ist. In den Einfülltrichter 35 ist
eine Tülle 44 eingesteckt, die
dazu dient, Klebstoff über
die Einlaufschräge 42 in
den Kleberaum 33 zur Verklebung des Abtastkopfes 13 mit
der Montageplatte 22 einzubringen. Der U-förmig umlaufende
Rand 32 der Montageplatte 22, der in die Aussparung 40 an
der Montagefläche 15 des
Abtastkopfes 13 einsteht, ist gewährleistet, daß der eingebrachte
Klebstoff nicht aus dem Kleberaum 33 nach unten oder seitlich
austreten kann.
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In der geschilderten Ausführungsform
ist der Abtastkopf 13 während
der Verklebung durch das Kapselprofil 2 in der justieren
Stellung zum (nicht dargestellten) Maschinenteil 21 gesichert.
Das Kapselprofil 2 ist jedoch der besseren Übersichtlichkeit
halber in 13 nicht dargestellt.
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14 zeigt
den Zustand nach der Verklebung kurz vor Abschluß der Endmontage, wobei nun das
Kapselprofil 2 samt Maßstab
1 dargestellt ist. Wie zu sehen ist, steht der Abtastkopf 13 tief
in das Kapselprofil 2 ein. Der Abtastkopf 14 umgreift
den Maßstab
1 dreiseitig, ohne an diesem anzuliegen oder sich abzustützen, wenn
die Endmontage abgeschlossen ist, also die Paßstücke abgenommen wurden. Der
obere Paßzylinder 18 ist
in 14 bereits aus der
oberen Haltenut 11 und der (in der Darstellung verdeckten)
oberen Nut 16 des Abtastkopfes 13 herausgezogen,
der untere Paßzylinder 19 jedoch noch
nicht. Nach Entnahme des unteren Paßzylinders 19 aus
der unteren Haltenut 12 und der unteren Nut 17 ist
der am Maschinenkopf 21 befestigte Abtastkopf 14 frei
entlang des Maßstabs 1 beweglich, wobei
der Bewegungsverlauf durch die Bewegung des Maschinenkopfs 21 vorgegeben
ist. Für
den Fall, daß der
Abtastkopf 13 vom Maschinenkopf 21 gelöst werden
soll, können
die Schrauben 43 ausgedreht werden, wodurch der Abtastkopf 13 samt
der Montageplatte 22 vom Maschinenkopf 21 abnehmbar
ist.