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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Konfigurieren einer Vorrichtung für die Positionierung von Bauteilen auf einer Maschine.
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Die nachfolgende Beschreibung bezieht sieh aus Gründen der Einfachheit auf die Anwendung der Positionierung von Bauteilen zu deren Messung auf einer Maßmaschine als Ausführungsbeispiel.
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Bekanntlich werden Bauteile zur Messung auf dem Tisch einer Maßmaschine mit Hilfe von tragenden Säulen positioniert, die normalerweise speziell sind. Insbesondere, wenn es sich um nicht-starre Teile handelt, die sich unter ihrem eigenen Gewicht verformen, wie bestimmte Autokarosserieteile, wird die Vorrichtung relativ komplex und teuer, da sie die Bedingungen des betreffenden Bauteils reproduzieren soll, die im Fahrzeug auftreten.
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Als Alternative zu üblichen angepaßten Spezialvorrichtungen wurden bereits rekonfigurierbare oder umrüstbare Vorrichtungen vorgeschlagen und beispielsweise in dem
italienischen Patent No 1 206 886 des vorliegenden Anmelders beschrieben, um die Umrüstungskosten für die Messung unter schiedlicher Bauteile zu verringern.
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Kurz gesagt enthalten rekonfigurierbare Vorrichtungen eine bestimmte Anzahl von säulenartigen Tragelementen mit einem Körper, der beispielsweise über magnetische Klemmvorrichtungen in einer vorbestimmten Position auf der bezugsfläche der Meßmaschine befestigt ist, und mit einem Stift, der in seiner Höhe entlang einer Achse senkrecht zur Bezugsflache justierbar ist. Sowohl die Positionierung des Körpers auf der Bezugsfläche als auch die Höhe des Stifts werden automatisch durch die Meßmaschine selbst festgelegt, deren Kopf ein mit den Tragelementen zusammenwirkendes Greifwerkzeug trägt.
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Genauer betrachtet wirkt des Greifwerkzeug mit dem Körper jedes Tragelements zusammen, indem es den Körper von der Bezugsfläche löst und neu positioniert, während das Werkzeug mit dem Stift des Tragelements zusammenwirkt, indem es dessen Blockierung bezüglich des Körpers löst und ihn in einer neuen Nähe justiert.
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Jedes Tragelement wird daher im wesentlichen in zwei Schritten konfiguriert (Lage des Körpers und Höheneinstellung des Stifts), weshalb die Maschine einen relativ komplexen und zeitaufwendigen Zyklus durchführen muß, d. h. nacheinander des Greifwerkzeug in zwei verschiedene Stellungen zum Ergreifen des Tragelements bringen muß. Im Ergebnis handelt es sich bei der Rekonfiguration der ganzen Vorrichtung, die eine recht große Anzahl von rekonfigurierbaren Trageelementen aufweisen kann, um eine langwierige und viel Sorgfalt erfordernde Arbeit, die lange Stillstandszeiten erfordert, da die Maschine zur Umrüstung der Vorrichtung natürlich stillgelegt werden muß.
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Zur Lösung dieses Problems wurden bereits umrüstbare Vorrichtungen mit Tragelementen vorgeschlagen, die vom Greifwerkzeug in der Nähe des oberen Endes des Stifts ergriffen werden und Mittel aufweisen, um gleichzeitig den Körper von der Bezugsfläche sowie den Stift bezüglich des Körpers zu lösen, so daß jedes Tragelement in einer gemeinsamen Greifoperation rekonfiguriert werden kann.
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Wenn auch im Vergleich zu der vorher erwähnten Lösung die Umrüstzeit verkürzt ist, so hat diese Verkürzung doch ihre Grenzen aufgrund der Tatsache, dass das Tragelement längliche Form mit einem Schwerpunkt im unteren Bereich besitzt, aber am oberen Ende gehalten wird, so daß es nicht mit maximaler Beschleunigung bewegt werden kann, die unter Ausnützung der größtmöglichen Bewegungsdynamik der Maschine ohne Rücksicht auf Trägheitsprobleme erreichbar wäre, so dass sich nicht akzeptable Verformungen und Vibrationen ergeben.
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Schließlich bezieht sich die deutsche Patentanmeldung
DE 195 10 456 A1 auf manuell rekonfigurierbare Vorrichtungen, die als ein geometrisches Bezugsmodell ein Referenzwerkzeug verwendet, das innerhalb des Meßbereichs an der Maschine befestigt und automatisch positioniert ist. Die Tragelemente werden von Hand über die Meßfläche bewegt und enthalten einen manuell in seiner Höhe verstellbaren Stift, dessen oberes Ende mit dem Bezugswerkzeug der Maschine zusammenwirkt.
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In diesem Fall, ist die Struktur einfacher und billiger, aber die Dauer für die Umrüstung und damit die Maschinenstillstandszeit sind deutlich länger.
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Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren insbesondere für eine Meßmaschine anzugeben, das die obigen Nachteile, die für bekannte Vorrichtungen typisch sind, überwindet.
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Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren beschriebene Vorrichtung ist eine umrüstbare Vorrichtung zum Positionieren und Tragen von Bauteilen auf einer Maschine, insbesondere einer Meßmaschine, mit einer Bezugsoberfläche und einer beweglichen Einheit, die folgendes aufweist:
- – mindestens ein rekonfigurierbares Tragelement mit einem ersten Bereich, der auf der Bezugsoberfläche positionierbar ist, und einem zweiten Bereich, der bezüglich des ersten Bereichs in einer Richtung senkrecht zur Bezugsoberfläche positionierbar ist, um die Gesamthöhe des Tragelements festzulegen,
- – und ein Positionierwerkzeug, das von der beweglichen Einheit verschoben werden kann und mit dem ersten Bereich des Tragelements zusammenwirkt, um den ersten Bereich auf der Bezugsoberfläche zu positionieren,
wobei das Tragelement mindestens einen Zwischenkörper, des den zweiten Bereich trägt und mit dem zweiten Bereich eine in der Höhe justierbare Säule bildet, sowie lesbare Koppelmittel zwischen dem ersten Bereich und dem Zwischenkörper und schließlich Justiermittel aufweist, um die Lage des zweiten Bereichs bezüglich des Zwischenkörpers zu justieren.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Konfigurierung einer Vorrichtung, mit der Bauteile auf einer Maschine positioniert werden können, die eine Bezugsoberfläche und eine bewegliche Einheit aufweist, insbesondere auf einer Meßmaschine, wobei die Vorrichtung mindestens ein rekonfigurierbares Tragelement enthält, des seinerseits einen ersten auf der Bezugsoberflache positionierbaren Bereich und einen zweiten bezüglich des ersten Bereichs zur Festlegung der Gesamthöhe des Tragelements in einer Richtung senkrecht zur Bezugsoberfläche positionierbaren Bereich aufweist, und wobei zur Vorrichtung weiter ein Positionierwerkzeug gehört, das von der beweglichen Einheit verschoben werden kann und mit dem ersten Bereich des Tragelements zusammenwirkt, um den ersten Bereich auf der Bezugsoberfläche zu positionieren.
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In einem ersten Schritt wird die Lage des zweiten Bereichs bezüglich eines Zwischenkörpers des Tragelements festgelegt, wobei dieser Zwischenkörper den zweiten Bereich trägt und mit diesem zweiten Bereich eine in der Höhe justierbare Säule bildet, während in einem zweiten Schritt der erste Bereich des Tragelements auf der Bezugsoberfläche mit Hilfe des Positionierwerkzeugs positioniert wird und in einem dritten Schritt die Säule auf dem ersten Bereich des Tragelements über lösbare Koppelmittel montiert wird.
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Eine nicht beschränkend zu verstehende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt schematisch einen ersten Schritt bei der Konfiguration einer im Rahmen der Erfindung verwendbaren Vorrichtung.
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2 zeigt in Perspektive eine Meßmaschine mit einer rekonfigurierbaren Vorrichtung im Rahmen eines zweiten Schritts zur Konfiguration der Vorrichtung.
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3 zeigt in Perspektive die Maschine aus 2 in einem dritten Schritt der Konfiguration der Vorrichtung.
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4 zeigt teilweise geschnitten ein Tragelement, das zu der Vorrichtung gehört.
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5 zeigt teilweise geschnitten ein Detail aus dem Tragelement gemäß 4.
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6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 4.
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7 zeigt eine Ansicht des Elements aus 4 von unten.
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8 zeigt eine Alternative zum in 1 gezeigten ersten Schritt der Konfigurierung.
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In den 2 und 3 ist eine bekannte Meßmaschine 1 mit einem Meßtisch 2 und einer beweglichen Meßeinheit 3 vom Portaltyp zu sehen.
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Die Meßeinheit 3 enthält einen Meßkopf 4, der von der Einheit 3 entlang von drei Koordinatenachsen X, Y und Z verschoben wird. Insbesondere verlaufen die X- und die Y-Achse waagrecht und orthogonal zueinander und definieren eine X-Y-Bezugsebene, die mit der ebenen Oberseite 5 des Meßtisches 2 zusammenfällt. Die Z-Achse verläuft senkrecht zur X-Y-Ebene. Der Meßtisch 2 ist aus einem ferromagnetischen Material.
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Weiter enthält die Maschine eine nicht sichtbare Datenverarbeitungs- und Kontrolleinheit, die mit der Einheit 3 verbunden ist und die Bewegung der beweglichen Glieder der Einheit 3 entlang der Koordinatenachsen im Einklang mit programmierbaren Operationszyklen steuert.
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Die Maschine 1 besitzt eine umrüstbare Vorrichtung 10, um Bauteile zu deren Messung zu tragen.
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Die Vorrichtung 10 enthält eine Anzahl von Tragelementen 11, die in der Höhe einstellbar sind und in vorbestimmten Stellungen auf dem Tisch 2 angeordnet sind. Weiter besitzt sie eine Anzahl von Tragwerkzeugen 12, die je auf ein Tragelement 11 aufgesetzt werden können, um das Bauteil für die Messung zu tragen, zu fixieren und/oder festzuklemmen, sowie ein Positionierwerkzeug 13, das am Meßkopf 4 befestigt ist und mit jeweils den unteren Bereichen 14 von Tragelementen 11 bei der Konfiguration der Tragelemente zusammenwirkt, wie dies spätes erläutert wird.
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Das Tragelement 11 ist im einzelnen in den 4 bis 8 gezeigt.
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Erfindungsgemäß enthält das Tragelement einen unteren Bereich 14, der nachfolgend Basis genannt wird, und einen säulenartigen oberen Bereich 15, der nachfolgend Säule genannt wird und lösbar über eine Kupplung auf der Basis 14 befestigt ist.
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Insbesondere enthält die Basis 14 einen im wesentlichen zylindrischen Körper 17 der Achse A und ein Luftkissen 18 an der Unterseite des Körpers 17, auf dem die Basis 14 gleiten kann.
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Das Luftkissen 18 (4) enthält in bekannter Weise einen Einlaß 19 für Druckluft und eine Anzahl von inneren Kanälen 20, aber die Luft an Düsen geliefert wird, die an der Unterseite des Körpers 17 enden und im Betrieb eine Luftschicht zum Tragen der Basis 14 erzeugen. Der Körper 17 enthält weiter Dauermagneten 26 gegenüber dem Meßtisch 2, die magnetisch mit dem Meßtisch zusammenwirken, indem sie den Körper 17 festklemmen, wenn keine Luft in das Luftkissen strömt.
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An der Oberseite enthält der zylindrische Körper 17 nebeneinander zwei randseitige Löcher 21 (siehe 2), von denen eines über eine innere Leitung 22 (4) mit dem Einlaß 19 des Luftkissens 18 verbunden ist.
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Die Säule 15 enthält im wesentlichen eine zylindrische Hülle 27, die im Betrieb koaxial zum zylindrischen Körper 17 der Basis 14 verläuft und einen nach oben offenen axialen Hohlraum 28 besitzt, und einen zylindrischen Stift 29, der in Drehrichtung und in axiales Richtung innerhalb des Hohlraums 28 verschiebbar ist.
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Der Stift 29 wird radial in dem Hohlraum 28 durch zwei Buchsen 38 getragen (nur eine ist in 6 zu sehen), die in dem Hohlraum untergebracht sind und in axialer Richtung in einer gegebenen Stellung mit Hilfe einer Blockiervorrichtung 34 fixiert werden können.
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Die Vorrichtung 34 enthält im wesentlichen eine Backe 35, die in einer Öffnung 36 der Hülse 27 zwischen den Buchsen 30 untergebracht ist. Die Backe 35 ist mit einem seitlichen Ende 36 an einem Stift 37 angelenkt, dessen Achse B parallel zur Achse A verläuft, und enthält eine innere Oberfläche 38 der gleichen Form wie ein Teil 39 der äußeren Oberfläche des Stifts 29.
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Die Vorrichtung 34 enthält weiter einen Blockierhebel 40, der an einem Ende 45 fest mit einer Schraube 46 verbunden ist, welche durch ein Loch 47 in dem an deren Ende 48 der Backe 35 ragt und in ein Gewindeloch 49 in der Hülse 27 eingeschraubt wird.
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Der Stift 29 besitzt in bekannter Weise einen sphärischen Endkopf 50 und enthält in der Nähe des Kopfes zwei diametral gegenüberliegende radiale Vorsprünge 52 sowie einander senkrecht schneidende diametrale Löcher 53.
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Die Basis 14 und die Säule 15 können mit Hilfe einer Expansionskupplung 54, die zwischen der Basis 14 und der 25 Säule 15 (4) eingefügt wird, miteinander starr verbunden oder voneinander gelöst werden.
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Die Kupplung 54 enthält im wesentlichen einen allgemein zylindrischen Schaft 55, der koaxial zum zylindrischen Körper 17 der Basis 14 verlauft und mit diesem fest verbunden ist, und einen dazu komplementär geformten Sitz 56 am unteren Ende der Hülse 27 der Säule 15. Der Schaft 55 enthält ein diametrales Loch 57, in dem eine Expansionsklemmvorrichtung 58 untergebracht ist.
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Die Vorrichtung 58 enthält eine Schraube und eine Mutter, wobei die Mutter ein Futter 59 mit Innengewinde besitzt, das prismatisch mit dem Loch 57 durch einen Splint 60 verbunden ist, während die Schraube einen Schaft 61 enthält, der in das Futter eingeschraubt ist und einen Kopf 62 besitzt. Das Futter 59 und der Kopf 62, deren äußerer Durchmesser so gewählt ist, daß sie frei, aber mit möglichst geringem radialem Spiel in dem Loch 57 beweglich sind, besitzen jeweils entgegengesetzte konische Endbereiche 63, die, wenn die Schraube-Mutter-Verbindung gelockert wird (4), axial an entgegengesetzten Seiten des Schafts hervorragen und in konische Sitze 64 innerhalb der Hülse 27 in diametral gegenüberliegende Bereiche des Sitzes 56 eingreifen. Der Kopf 62 enthält einen sechseckigen Sockelsitz 66 für einen Kontrollschraubendreher (nicht dargestellt), während der Schaft 55 eine ringförmige konische untere Oberfläche 67 besitzt, die mit einer ringförmigen konischen Endoberfläche 68 der Hülse 27 zusammenwirkt.
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Um Bauteile zu tragen, die ihre Fixierung an in verschiedenen Höhen liegenden Punkten erfordern, kann es günstig sein, zwei oder mehr Typen von Basiskörpern 14 mit zylindrischen Körpern 17 unterschiedlicher Höhen vorzusehen (siehe die 2, 3 und 8). Außerdem kann man modulare Elemente 17' vorsehen, die übereinandergesetzt werden können und mit Hilfe von Kupplungen 54 der beschriebenen Art miteinander verbunden werden.
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Werkzeuge
12, die das Bauteil für die Messung tragen und/oder festklemmen, sind bekannt, beispielsweise aus dem oben erwähnten
italienischen Patent 1 206 886 , und bedürfen hier keiner weiteren Beschreibung. Jedes Werkzeug
12 ist auf dem oberen Ende des Stifts
29 eines Tragelements montiert und wirkt mit dem sphärischen Kopf
50 und den Vorspringen
52 in einer wechselseitig definierten und stabilen Position sowie mit den Löchern
53 zusammen, um die beiden Bestandteile relativ zueinander zu verklemmen.
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Das Positionierwerkzeug 13, das vergrößert schematisch in 2 dargestellt ist, enthält einen Körper 70, der am Meßkopf 4 montiert ist, sowie zwei Antriebsfinger 71 und 72, die aus dem Körper 78 hervorstehen und mit den Löchern 21 im zylindrischen Körper 17 der Basis 14 zusammenwirken. Der Finger 71 enthält einen inneren Kanal (nicht zu sehen), der mit einer Druckluftquelle (nicht dargestellt) über nicht dargestellte Ventile verbunden ist, welche von der Kontrolleinheit gesteuert werden. Der Finger 72 hat eine reine mechanische Treibfunktion.
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1 zeigt eine Vorkonfigurations-Vorrichtung 80 mit einem Sockel 81 und einer senkrechten Säule 82, entlang der ein Gleitorgan 83 verläuft.
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Der Sockel 81 besitzt auf einer Oberfläche 81a einen Schaft 55, der dem der Kupplung 54 gleicht und eine Klemmvorrichtung 58 besitzt. Das Gleitorgan 83 ist an seiner Unterseite mit einem Bezugswerkzeug 54 versehen, das mit dem Stift 29 in einer definierten gegenseitigen Koppelstellung zusammenwirkt. Beispielsweise kann das Werkzeug 84 eine waagrechte Unterseite 85 besitzen, die den sphärischen Kopf 50 berührt, sowie zwei seitliche Wände 86 mit nicht sichtbaren senkrechten Schlitzen, in die die Vorsprünge 52 des Stifts 29 eindringen. Die Vorrichtung 80 kann auch einen Bildschirm 87 enthalten, der mit einer elektronischen Detektorschaltung (nicht dargestellt) verbunden ist und dem Personal die Überwachung der vertikalen Koordinate des Gleitorgans 83 erlaubt.
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Nun wird der Betrieb der Vorrichtung 10 unter Bezugnahme insbesondere auf die Konfigurationsschritte ausgehend von einem Ursprungszustand beschrieben, bei dem die Basisbereiche 14 jeweils ohne die Säulen 15 in einem peripheren Vorhaltebereich 5' des Meßtisches 2 (siehe 2) liegen, während die Säulen ohne ihre Tragwerkzeuge 12 in einem fahrbaren Lager 88 untergebracht sind.
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Im ersten Schritt werden die Säulen 15 in eine vorbestimmte Konfiguration gemäß der Geometrie des zu tragenden Bauteils gebracht, d. h. daß jede Säule 15 unter Verwendung der Vorrichtung 80 in ihrer Höhe voreingestellt wird. Hierzu wird jede Saute 15 auf den Schaft 55 der Vorrichtung 80 gesetzt und mit Hilfe des Kopfes 62 der Klemmvorrichtung 58 in der Vorrichtung 80 festgeklemmt.
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Dann wird die Blockiervorrichtung 34 mit Hilfe des Griffes 40 freigegeben, so daß der Stift von Hand angehoben werden kann, bis er die Fläche 58 des Bezugswerkzeugs 84 berührt. Dann wird der Stift gedreht, bis die Vorsprünge 52 in die entsprechenden Bezugsschlitze eingreifen. Wenn der Stift 29 bezüglich des Bezugswerkzeugs seine korrekte Lage hat, wird er mit Hilfe der Blockiervorrichtung 34 wieder blockiert. Dadurch endet der Schritt der Vorkonfigurierung der Saute 15, und letztere wird von der Vorrichtung 80 entnommen, mit dem jeweiligen Tragwerkzeug 12 versehen und in dem fahrbaren Lager 88 abgelegt. Der obige Schritt wird für jede Säule 15 durchgeführt.
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Des zweite Schritt bei der Konfigurierung der Vorrichtung 10 (2) besteht darin, automatisch jede Basis 14 auf der Fläche 5 des Meßtisches 2 zu positionieren. Hierzu ergreift der Meßkopf 4 der beweglichen Einheit 3 jede Basis 14 nacheinander mit Hilfe des Positionierwerkzeugs 13, löst die Basis von der Fläche 5, indem Luft in das Luftkissen 18 gedrückt wird, und bringt die Basis in eine durch die Koordinaten X und Y definierte Stellung sowie in die richtige Winkelstellung der Basis um die Achse A. In dieser Stellung wird die Luftzufuhr beendet, so daß die Basis 14 wieder auf der Bezugsfläche 5 durch die Magnete 26 festgehalten wird.
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Am Ende des obigen zweiten Schritts setzt die Bedienungsperson jede Saute mit ihrem jeweiligen Tragwerkzeug 12 auf die jeweilige Basis 14 (3) und blockiert die Saute auf der Basis mit Hilfe der Klemmvorrichtung 58 der jeweiligen Kupplung 54, so daß der Stift 29 jeder Säule 15 bezüglich des Schafts 55 der zugeordneten Basis 14 die gleiche Stellung (in der Höhe und der Winkelposition um die Achse A) einnimmt, auf die er bezüglich des Schafts 55 der Vorrichtung 80 im Schritt der Vorkonfigurierung der Säulen 15 gebracht wurde, der oben beschrieben wurde.
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Dadurch wird die Konfiguration der Vorrichtung 10 vervollständigt, und die Maschine 1 ist nun bereit, automatische Meßzyklen der Bauteile durchzufahren, die auf der Vorrichtung getragen werden.
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Die Vorteile des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden mm erläutert.
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Insbesondere erfordert die Konfigurierung der Vorrichtung nur eine kurze Stillstandszeit der Maschine, die auf die Zeit begrenzt wird, die für die automatische Positionierung der Basen 14 und zum Zusammenbau der Säulen 15 benötigt werden. Außerdem ist die Form der Basis so gewählt, daß keine Probleme der Trägheit entstehen, so daß die Basis außerordentlich schnell in Stellung gebracht werden kann und der volle dynamische Geschwindigkeitsbereich der Maschine ausgenutzt wird.
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Die Säulen 15 können vorkonfiguriert werden, während die Maschine 1 noch in Betrieb ist, so daß dadurch keine Stillstandszeit hervorgerufen wird.
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8 zeigt eine alternative Ausführungsform des Schritts der Vorkonfigurierung der Säulen 15, wobei die Maschine 1 selbst anstelle der Vorrichtung 80 verwendet wird.
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Alle Säulen 15 werden nacheinander auf je einer Basis 14 montiert, die in einer vorbestimmten Stellung auf der Bezugsfläche 5 befestigt ist, und ein Stift 29 wird in Bezug zum Bezugswerkzeug 84' positioniert, das am Meßkopf 4 befestigt ist.
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An der Vorrichtung 10 und der Konfigurationsmethode, wie sie oben beschrieben und dargestellt ist, können Veränderungen vorgenommen werden.
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Insbesondere kann die Basis 14 einfach translatorisch in einer konstanten Winkelstellung über die Bezugsfläche X-Y durch den Kopf verschoben werden. In diesem Fall wird die Winkelstellung des Stifts 29 um seine Achse A während des Schritts der Vorkonfigurierung der Säule 15 mit Hilfe eines Werkzeugs 84 oder 84' justiert, das nur einen Freiheitsgrad in Drehrichtung um eine senkrechte Achse besitzt.
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Anstelle einer automatischen Verschiebung durch den Kopf 4 kann jede Basis 14 manuell auf der Bezugsoberfläche X-Y verschoben werden. In diesem Fall wurde das Positionierwerkzeug 13, das wie vorher automatisch vom Kopf 4 betätigt wird, einfach als eine Bezugsmarke für die manuelle Positionierung der Basis wirken und nickt aktiv die Basis verschieben.
