DE19728999A1 - Umrüstbares Trägerelement, insbesondere für auf einer Messmaschine zu messende Bauteile - Google Patents
Umrüstbares Trägerelement, insbesondere für auf einer Messmaschine zu messende BauteileInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
umrüstbares Trägerelement zum Tragen und Positionieren von
Bauteilen, insbesondere zur Messung auf einer Meßmaschine.
In der nachfolgenden Beschreibung wird lediglich
beispielshalber besonderen Bezug auf diese Anwendung genom
men.
Als Alternative zu üblichen speziell ausgebildeten
tragenden Befestigungsorganen wurden im Hinblick auf die
Verringerung von Umrüstkosten zur Messung unterschiedlicher
Bauteile bereits umrüstbare Befestigungsvorrichtungen be
kannt und beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
195 10 456 A1 beschrieben.
Kurz gesagt enthält eine solche Befestigungsvor
richtung eine Anzahl von umrüstbaren säulenartigen Träger
elementen, die je mit ihrer Basis in einer vorbestimmten
Stellung auf einem Referenztisch festgelegt sind, sowie eine
in ihrer Höhe entlang einer Achse senkrecht zum Referenz
tisch justierbare Stange. Sowohl die Lage der Basis auf dem
Tisch als auch die Höhenjustierung der Stange erfolgen von
Hand unter Zuhilfenahme eines Bezugswerkzeugs als geome
trische Referenz, das auf der Maschine montiert ist und
automatisch von der Maschine innerhalb des Meßvolumens
positioniert wird. Das Trägerelement besitzt am oberen Ende
der Stange einen Kopf, der mit dem Bezugswerkzeug zusammen
wirken kann, ehe die Stange bezüglich der Basis und ehe die
Basis bezüglich des Referenztisches blockiert wird.
Trägerelemente dieser Art weisen den folgenden Mangel
auf:
Die Stange wird bezüglich der Basis und die Basis bezüglich des Referenztisches blockiert, wenn der Kopf des Träger elements mit dem Bezugswerkzeug in Eingriff steht. Da ver hältnismäßig große Kräfte in diesem Augenblick auftreten, können Spannungen in der Struktur des Trägerelements auf treten, beispielsweise aufgrund einer unvollkommenen Fluch tung des Kopfs des Trägerelements (der mit dem Bezugswerk zeug im Eingriff steht) und der Basis, die auf dem Referenz tisch blockiert wird. Wenn das Bezugswerkzeug dann vom Kopf des Trägerelements abgenommen wird, entspannt sich das Trägerelement elastisch mit dem Ergebnis, daß der Kopf des Trägerelements (der in der Praxis mit einem Element zum Tragen, Festklemmen oder Fixieren des Bauteils zu versehen ist) in eine andere als die theoretisch gewünschte Position gelangt, so daß sich ein rein dem Zufall unterworfener, unkontrollierbarer Fehler ergibt.
Die Stange wird bezüglich der Basis und die Basis bezüglich des Referenztisches blockiert, wenn der Kopf des Träger elements mit dem Bezugswerkzeug in Eingriff steht. Da ver hältnismäßig große Kräfte in diesem Augenblick auftreten, können Spannungen in der Struktur des Trägerelements auf treten, beispielsweise aufgrund einer unvollkommenen Fluch tung des Kopfs des Trägerelements (der mit dem Bezugswerk zeug im Eingriff steht) und der Basis, die auf dem Referenz tisch blockiert wird. Wenn das Bezugswerkzeug dann vom Kopf des Trägerelements abgenommen wird, entspannt sich das Trägerelement elastisch mit dem Ergebnis, daß der Kopf des Trägerelements (der in der Praxis mit einem Element zum Tragen, Festklemmen oder Fixieren des Bauteils zu versehen ist) in eine andere als die theoretisch gewünschte Position gelangt, so daß sich ein rein dem Zufall unterworfener, unkontrollierbarer Fehler ergibt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein umrüst
bares Trägerelement anzugeben, insbesondere für eine Meßma
schine, bei dem der obige bei bekannten Befestigungsvor
richtungen auftretende typische Mangel nicht auftritt.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein umrüstbares
Trägerelement zum Positionieren und zum Tragen von Bauteilen
auf einer Maschine, insbesondere einer Meßmaschine, die eine
Referenzfläche und eine bewegliche Einheit besitzt, wobei
das Trägerelement eine auf der Referenzfläche positionier
bare Basis, eine Stange, deren Achse A senkrecht zur Refe
renzfläche verläuft und die bezüglich der Basis entlang der
Achse A justierbar ist, um die Gesamthöhe des Trägerelements
festzulegen, und einen oberen Endbereich an der Stange
besitzt, der mit einem Bezugswerkzeug zusammenwirkt, das von
der beweglichen Einheit bewegt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement Blockiermittel
aufweist, die zwischen der Stange und dem Endbereich liegen
und lösbar sind, um eine beschränkte Relativbewegung zwi
schen dem Endbereich und der Stange zuzulassen.
Eine bevorzugte, aber die Erfindung nicht beschrän
kende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerelements
wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläu
tert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Meßmaschine mit einer
Anzahl von umrüstbaren Trägerelementen gemäß der vorliegen
den Erfindung.
Fig. 2 zeigt teilweise und von der Seite ein erfin
dungsgemäßes Trägerelement.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Schnitte entlang der Linie
III-III in Fig. 2, und zwar in zwei unterschiedlichen
Betriebspositionen.
Fig. 5 zeigt in Perspektive ein Detail aus den
Fig. 3 und 4.
In Fig. 1 ist eine bekannte Meßmaschine 1 zu sehen,
mit einem Tisch 2 und einer beweglichen Meßeinheit 3, z. B.
vom Portaltyp. Die Einheit 3 enthält einen Meßkopf 4, der
von der Einheit 3 entlang von drei Koordinatenachsen x, y
und Z bewegt werden kann. Genauer betrachtet liegen die
Achsen X und Y waagrecht und zueinander orthogonal. Sie
definieren eine X-Y-Bezugsebene, die mit der ebenen Ober
fläche des Tisches zusammenfällt. Die Z-Achse verläuft
senkrecht und damit lotrecht zur X-Y-Ebene.
Weiter enthält die Maschine 1 eine nicht dargestellte
Datenverarbeitungs- und Kontrolleinheit, die mit der Einheit
3 verbunden ist und die Verschiebung der beweglichen Organe
der Einheit 3 entlang der Koordinatenachsen gemäß program
mierbaren Operationszyklen steuert.
Die Maschine ist mit mehreren umrüstbaren Elementen
11 versehen, die die Bauteile für die Messung tragen sollen.
Die Elemente 11 sind in der Höhe justierbar und
können auf dem Tisch 2 in vorbestimmten Positionen fixiert
werden. Sie können mit nicht dargestellten Befestigungsvor
richtungen zum Tragen, Fixieren und/oder Blockieren des
Bauteils für die Messung versehen werden.
Weiter besitzt die Maschine ein Bezugswerkzeug 13,
das am Meßkopf 4 befestigt ist und von der Einheit 3 nach
einander in vorbestimmte Positionen gebracht werden kann, um
in jeder Position eine Bezugsstellung für ein Trägerelement
11 zu definieren.
Da der allgemeine Aufbau der Elemente 11 bekannt ist,
wird er nicht im einzelnen beschrieben.
Kurz gesagt, enthält jedes Element 11 einen im
wesentlichen zylindrischen Basisbereich 14 (nachfolgend
einfach als Basis bezeichnet) mit einer senkrechten Achse A,
sowie eine Stange 15 entlang der Achse A, die teilweise in
der Basis 14 steckt und teleskopisch und axial in der Basis
14 verschoben werden kann, um die Gesamthöhe des Elements 11
zu justieren. Die Stange 15 wird in einer gegebenen axialen
Stellung bezüglich der Basis 14 durch eine bekannte Klemm
vorrichtung 16 blockiert, die mit Hilfe eines Griffes 17 von
Hand betätigt wird.
Die Basis 14 kann in einer vorbestimmten Stellung auf
dem Tisch 2 auf beliebige Weise blockiert werden, beispiels
weise durch magnetische, durch ein Luftkissen lösbare Ver
ankerungsmittel oder durch mechanische Verankerungsmittel,
wie sie in der oben erwähnten deutschen Patentanmeldung
beschrieben sind.
Jedes Trägerelement 11 enthält weiter einen oberen
Endbereich 20, der auf der Stange 15 sitzt (Fig. 2, 3 und
4) und eine senkrechte Achse B parallel zur Achse A und im
wesentlichen mit dieser zusammenfallend aufweist, wie weiter
unten beschrieben wird.
Der Endbereich 20 (Fig. 2) enthält in bekannter
Weise einen sphärischen Endkopf 25 und in der Nähe dieses
Kopfes 25 zwei diametral einander gegenüberliegende radiale
Vorsprünge 26, die in Verbindung mit dem Kopf 25 in bekann
ter Weise gegebene Koppelstellung für die Verbindung mit dem
Bezugswerkzeug 13 definieren.
Der Endbereich 20 enthält weiter einen bekannten
geformten unteren Block 27, der eine Verbindung mit einem
jeweiligen Modul (nicht dargestellt) zum Tragen und Fixieren
eines Bauteils definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Endbereich
20 mit der Stange 15 über ein Zwischenglied 30 verbunden,
das zwischen dem Endbereich 20 und der Stange 15 liegt und
eine lösbare Blockiervorrichtung 31 enthält.
Genauer betrachtet (siehe die Fig. 3 und 4)
enthält das Zwischenglied 30 einen becherförmigen Körper 32,
an dessen Boden ein Schraubansatz liegt, der in ein Gewinde
loch der Stange 15 eingeschraubt ist. Der becherförmige
Körper definiert einen im wesentlichen zylindrischen Hohl
raum 35 und endet oben in einem Ringflansch 36. Das Zwi
schenglied enthält weiter eine Scheibe 37, die starr auf der
Unterseite 38 des Endbereichs 20 sitzt und axial mit dem
Flansch 36 des Körpers 32 zusammenwirkt. Der Durchmesser der
Scheibe 37 ist etwas geringer als der des Flansches 36. Die
Scheibe 37 ist mit dem Endbereich 20 über eine Schaftschrau
be 39 verbunden, deren Schaft einen Gewinde-Enbereich 40,
der in den Endbereich 20 eingeschraubt ist, sowie einen
zylindrischen Schaftbereich 41 im Anschluß an den Kopf 42
der Schraube 39 besitzt. Diese Schraube gehört zur nachfol
gend beschriebenen Blockiervorrichtung 31 und erstreckt sich
axial innerhalb des Hohlraums 35 des Körpers 32. Der zylin
drische Bereich 41 bildet mit dem Endbereich 40 eine Zwi
schenschulter 43, die axial mit der Scheibe 37 zusammenwirkt
und einen Sitz 45 in der Scheibe 37 ergibt.
Die Blockiervorrichtung 31 enthält im wesentlichen
ein ringförmiges Element 46, das axial innerhalb des Hohl
raums 35 gleitet und eine radiale Anschlagschulter 47 be
sitzt, die axial mit dem Kopf 42 der Schraube 39 zusammen
wirkt (auf der zum Schraubenschaft weisenden Seite des
Kopfes 42). Eine Packung von Federscheiben vom Belleville-Typ
48 befindet sich in dem Hohlraum 35 und wird zwischen
der Schulter 47 des ringförmigen Elements 46 und einem
Haltering 49 komprimiert, der fest mit dem Körper 32 ver
bunden ist. Über das ringförmige Element 46 üben die Feder
scheiben 48 daher einen Zug auf die Schraube 39 und damit
auf den Endbereich 20 und die mit der Schraube 39 festver
bundene Scheibe 37 aus, um die Scheibe 37 in Kontakt mit dem
Flansch 37 des Körpers 32 zu halten. Die Federvorspannung
der Scheiben 48 ist so definiert, daß die Kontaktflächen 37a
und 36a der Scheibe 37 beziehungsweise des Flansches 36 des
Körpers 32 auf Reibung aneinander haften, so daß der Endbe
reich 20 axial und radial bezüglich der Stange 15 blockiert
ist, mit der der Körper 32 fest verbunden ist.
Das Zwischenglied 30 enthält auch eine Vorrichtung
50, um die Blockiervorrichtung 31 zu lösen.
Die Vorrichtung 50 enthält im wesentlichen einen
Zylinder 51, der am Körper 32 befestigt ist und um eine
horizontale Achse C gedreht werden kann, die den Körper 32
diametral durchquert. Der Zylinder 51 wird an seinen Enden
winkelmäßig frei innerhalb diametral gegenüberliegender
Löcher 53 und 54 gehalten, die in der Seitenwand des Körpers
32 ausgebildet sind. Außerdem enthält der Zylinder 51 einen
exzentrischen Zwischenbereich 55, dessen Achse D parallel
zur Achse C verläuft und der mit dem ringförmigen Element 46
entgegen der Wirkung der Federscheiben 48 zusammenwirkt.
Der Zylinder 51 enthält auch einen Steuerknopf 56
mit einem Sitz 57 für ein nicht dargestelltes Schraubwerk
zeug. Der Steuerknopf 56 enthält vorzugsweise einen exzen
trischen Stift 58, der axial zur Seitenwand des Körpers 32
vorsteht und dessen freies Ende in einer halbkreisförmigen
Rinne 59 gleitet, die in der Seitenwand des Körpers um das
den Zylinder tragende Loch 54 in der Nähe des Knopfes 56
herum ausgebildet ist. Diese Rinne ist winkelmäßig durch
Endanschläge 60 für den Stift 58 definiert (Fig. 3 und
4).
Der Zylinder kann daher um 180° zwischen einer
Blockierstellung (Fig. 3) und einer gelösten Stellung
(Fig. 4) gedreht werden. In der Blockierstellung liegt die
Achse D unter der Achse C, so daß eine kaum exzentrische
Mantellinie des Zwischenbereichs 55 des Zylinders 51 mit dem
ringförmigen Element 46 zusammenwirkt. Die elastische Kraft
der Federscheiben 48 wird über das Element 46 auf den Kopf
42 der Schraube 39 übertragen und damit auch auf den Endbe
reich 20, der somit bezüglich der Stange 15 blockiert wird.
In der gelösten Stellung (Fig. 4) liegt die Achse D ober
halb der Achse C, so daß eine sehr exzentrische Mantellinie
des Zwischenbereichs 55 des Zylinders 51 mit dem ringförmi
gen Element 46 zusammenwirkt und dieses entgegen der Kraft
der Federscheiben 48 anhebt und damit die Schraube 39 frei
gibt.
Da die Scheibe 37 nun nicht mehr gegen den Flansch 36
des Körpers 32 gedrückt wird, kann der Endbereich 20 be
züglich des Körpers 32 (und der Stange 15) frei etwas bewegt
werden.
Das Element 11 enthält weiter eine handbetätigte
Ringmuffe 66, um das Element 11 von Hand bewegen zu können.
Die Muffe 66 sitzt außen konzentrisch auf dem Körper
32 und besteht aus einer zylindrischen inneren Führungswand
67, die um den Körper 32 gleiten kann, einer im wesentlichen
ebenen ringförmigen Basiswand 68 und einer zylindrischen
Außenwand 69, die vorzugsweise eine gerändelte Außenfläche
70 zum leichteren Ergreifen aufweist.
Der Ringraum 74, der durch die Seitenwände der Muffe
66 definiert ist, enthält einen Ring 75, der auf der Basis
wand 68 konzentrisch aufsitzt und vier flexible und in
gleichen Winkelabständen liegende Finger 76 trägt, die axial
vom Ring 75 nach oben verlaufen und mit diesem Ring fest
verbunden sind (Fig. 5). Die Finger 76 enthalten innere
Endvorsprünge 78, die den Flansch 36 umgreifen und diesen im
wesentlichen berühren, wenn die Muffe 66 in der Ruhestellung
gemäß Fig. 3 ist, wobei sie durch Schwerkraft auf dem Kopf
56 des Zylinders 51 aufliegt. Die Muffe 66 kann entlang des
Körpers bis zu einer Grenzposition nach oben gleiten, in der
die innere Wand 67 den Flansch 36 des Körpers 32 berührt.
Die Endvorsprünge 78 der Finger 76 wirken mit einer äußeren
Oberfläche der Scheibe 37 zusammen, so daß die Finger leicht
nach außen gebogen werden.
Das Element 11 arbeitet folgendermaßen:
Will man das Element 11 auf dem Tisch 2 (Koordinaten X-Y) positionieren, und die Höhe der Stange 15 (Koordinate Z) justieren, dann wird die Basis 14 bezüglich des Tisches 2 gelöst und die Stange 15 wird bezüglich der Basis 14 in bekannter Weise freigegeben.
Will man das Element 11 auf dem Tisch 2 (Koordinaten X-Y) positionieren, und die Höhe der Stange 15 (Koordinate Z) justieren, dann wird die Basis 14 bezüglich des Tisches 2 gelöst und die Stange 15 wird bezüglich der Basis 14 in bekannter Weise freigegeben.
Die Vorrichtung 31 wird auch mit Hilfe der Freigabe
vorrichtung 50 gelöst. Genauer betrachtet wird der Zylinder
51 in die in Fig. 4 gezeigte, gelöste Stellung gebracht,
so daß, wie oben erläutert, der Endbereich 20 frei etwas
bezüglich der Stange 15 bewegt werden kann.
Für die Umrüstung wird das Element 11 von Hand
mit Hilfe der Muffe 66 bewegt, die wie in Fig. 4 gezeigt
angehoben wird, um die Scheibe 37 bezüglich des Körpers
mit Hilfe der Finger 76 grob zu zentrieren. Sobald das Be
zugswerkzeug 13 auf der beweglichen Einheit 3 der Maschine
in Eingriff gelangt, wird die Basis 14 in bekannter Weise
auf dem Tisch 2 blockiert, ebenso wie die Stange 15 in
bekannter Weise bezüglich der Basis 14 blockiert wird,
während sich das Zwischenglied 30 noch in der beschriebenen
Konfiguration befindet. Keine elastische Spannung wird in
das Element durch irgendeinen Positionierfehler der Basis 14
induziert, da der Endbereich 20 bezüglich der Stange 15
entkoppelt ist und da ein Abstand zwischen den beiden be
steht, der eine geringfügige Relativbewegung erlaubt.
Nun wird die Blockiervorrichtung 31 aktiviert, indem
der Zylinder 51 in die Blockierstellung gebracht wird, so daß
der Bereich 20 bezüglich der Stange 15 in der korrekten
Stellung blockiert wird, die durch das Bezugswerkzeug 13
bestimmt wird. Dieses Werkzeug braucht aus den obengenannten
Gründen nicht unbedingt mit der Stange 15 zu fluchten.
Indem eine elastische Spannung im Element 11 ver
mieden wird, ergibt sich keine Änderung der Lage des Endbe
reichs 20, wenn dieser vom Bezugswerkzeug 13 entkoppelt
wird, so daß ein Höchstmaß an Positioniergenauigkeit und
Reproduzierbarkeit gewährleistet ist.
Sobald das Zwischenglied 30 blockiert ist, kann die
Muffe 66 losgelassen werden und durch Schwerkraft in die
Stellung gemäß Fig. 3 gleiten.
Claims (11)
1. Umrüstbares Trägerelement (11) zum Positionieren
und zum Tragen von Bauteilen auf einer Maschine (1), ins
besondere einer Meßmaschine, die eine Referenzfläche (5) und
eine bewegliche Einheit (3) besitzt, wobei das Trägerelement
(10) eine auf der Referenzfläche (5) positionierbare Basis
(14), eine Stange (15), deren Achse (A) senkrecht zur Refe
renzfläche (5) verläuft und die bezüglich der Basis (14)
entlang der Achse (A) justierbar ist, um die Gesamthöhe des
Trägerelements (11) festzulegen, und einen oberen Endbereich
(20) an der Stange (15) besitzt, der mit einem Bezugswerk
zeug (13) zusammenwirkt, das von der beweglichen Einheit (3)
bewegt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement Blockiermittel
(31) aufweist, die zwischen der Stange (15) und dem Endbe
reich (20) liegen und lösbar sind, um eine beschränkte
Relativbewegung zwischen dem Endbereich (20) und der Stange
(15) zuzulassen.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Blockiermittel (31) einander berührende Flächen
(36a, 37a) enthalten, die zu der Stange (15) beziehungsweise
dem Endbereich (20) gehören und auf Reibung zusammenwirken.
3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Blockiermittel (31) elastische Mittel (48) aufwei
sen, um die einander berührenden Flächen (36a, 37a) gegen
einander zu drücken.
4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß es nockenartige Mittel (50) zum Lösen aufweist, die den
elastischen Mitteln (48) entgegenwirken.
5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die einander berührenden Flächen (36a, 37a) von einem
becherförmigen Körper (32), der an der Stange (15) ange
bracht ist, beziehungsweise von einer Scheibe (37) definiert
werden, die unter dem Endbereich (20) angebracht ist, wobei
die elastischen Mittel (48) in dem becherförmigen Körper
(32) untergebracht sind und zwischen Anschlägen (49, 42)
vorgespannt sind, die Teil des becherförmigen Körpers (32)
beziehungsweise der Scheibe (37) sind.
6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die nockenartigen Mittel zum Lösen (50) einen exzen
trischen Zylinder (51) enthalten, der quer in dem becherför
migen Körper (32) gehalten wird und mit den elastischen
Mitteln (48) über ein Druckelement (46) zusammenwirkt, das
in dem becherförmigen Körper (32) gleitend angeordnet ist.
7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastischen Mittel eine Packung von Federscheiben
vom Belleville-Typ (48) aufweisen.
8. Element nach einem beliebigen der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Zentriermittel
(75, 76, 78) zum Zentrieren des Endbereichs (20) bezüglich
der Stange (15) aufweist, die aktiviert werden können, wenn
die Blockiermittel (31) gelöst sind.
9. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zentriermittel (75, 76, 78) elastische Mittel ent
halten.
10. Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß es handbetätigte Mittel (66) aufweist, die zwischen
einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung bewegt werden
können, wobei die Zentriermittel (75, 76, 78) auf den hand
betätigten Mitteln (66) sitzen und in der Betriebsstellung
der handbetätigten Mittel (66) aktiv sind.
11. Element nach den Ansprüchen 5 und 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die handbetätigten Mittel eine Ringmuffe
(66) aufweisen, die an dem becherförmigen Körper (32) ange
bracht ist und entlang des becherförmigen Körpers (32) axial
und radial geführt zwischen der Ruhestellung und der Be
triebsstellung gleiten kann, wobei die Zentriermittel ein
ringförmiges Element (75) enthalten, das in der Muffe (66)
untergebracht ist und eine Anzahl von flexiblen Fingern (76)
enthält, die in der Betriebsstellung mit der auf dem Endbe
reich (20) sitzenden Scheibe (37) zusammenwirkt.
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