DE19728999C2 - Umrüstbares Trägerelement, insbesondere für auf einer Messmaschine zu messende Bauteile - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein umrüstbares Trägerelement zum Tragen und Positionieren von Bauteilen, insbesondere zur Messung auf einer Meßmaschine.

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 aufweisen. Sowohl die Lage der Basis auf dem Tisch als auch die Höhenjustierung der Stange erfolgen von Hand unter Zuhilfenahme eines Bezugswerkzeugs als geometrische 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, sodaß sich ein rein dem Zufall unterworfener, unkontrollierbarer Fehler ergibt.

In der nicht vorveröffentlichten, aber prioritäts­ älteren Offenlegungsschrift DE 195 10 456 A1 derselben Anmelderin wird ein solches umrüstbares Trägerelement be­ schrieben, das also den hohen Genauigkeitsanforderungen in vielen Fällen nicht genügt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein umrüst­ bares Trägerelement anzugeben, insbesondere für eine Meßma­ schine, bei dem der obige bei bekannten oder prioritätsälte­ ren Befestigungsvorrichtungen 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, wie es im beiliegenden Anspruch 1 definiert ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerelements wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

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 Träger­ elementen 11 versehen, die die Bauteile für die Messung tragen sollen.

Die Trägerelemente 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 Trägerelemente 11 bekannt ist, wird er nicht im einzelnen beschrieben.

Kurz gesagt, enthält jedes Trägerelement 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 Träger­ elements 11 zu justieren. Die Stange 15 wird in einer gege­ benen axialen Stellung bezüglich der Basis 14 durch eine bekannte Klemmvorrichtung 16 blockiert, die mithilfe 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, sodaß 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, sodaß 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, sodaß 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 Trägerelement 11 enthält weiter eine handbetätig­ te Ringmuffe 66, um das Trägerelement 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, sodaß die Finger leicht nach außen gebogen werden.

Das Trägerelement 11 arbeitet folgendermaßen:
Will man das Trägerelement 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 mithilfe der Freigabe­ vorrichtung 50 gelöst. Genauer betrachtet wird der Zylinder 51 in die in Fig. 4 gezeigte, gelöste Stellung gebracht, sodaß, wie oben erläutert, der Endbereich 20 frei etwas bezüglich der Stange 15 bewegt werden kann.

Für die Umrüstung wird das Trägerelement 11 von Hand mithilfe der Muffe 66 bewegt, die wie in Fig. 4 gezeigt angehoben wird, um die Scheibe 37 bezüglich des Körpers mithilfe 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 Trägerelement durch irgendeinen Positionierfehler der Basis 14 induziert, da der Endbereich 20 bezüglich der Stange 15 entkoppelt ist und da ein Abstand zwischen den beiden besteht, der eine geringfügige Relativbewegung er­ laubt.

Nun wird die Blockiervorrichtung 31 aktiviert, indem der Zylinder 51 in die Blockierstellung gebracht wird, sodaß 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 Trägerelement 11 vermieden wird, ergibt sich keine Änderung der Lage des Endbereichs 20, wenn dieser vom Bezugswerkzeug 13 entkoppelt wird, sodaß 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 (11) 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, einen oberen Endbereich (20) an der Stange (15) der mit einem Bezugswerk­ zeug (13) zusammenwirkt, das von der beweglichen Einheit (3) bewegt wird, und lösbare Blockiermittel (31) aufweist, die zwischen der Stange (15) und dem Endbereich (20) liegen, um eine beschränkte Relativbewegung zwischen dem Endbereich (20) und der Stange (15) parallel zur Referenzfläche (5) zuzulassen, sodaß Positionierfehler der Basis (14) auf der Referenzfläche (5) nicht zu elastischen Spannungen im Trä­ gerelement (11) führen.

2. Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blockiermittel (31) einander berührende Flächen (36a, 37a) enthalten, die zu der Stange (15) bezie­ hungsweise dem Endbereich (20) gehören und durch Reibung zusammenwirken.

3. Trägerelement nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blockiermittel (31) elastische Mittel (48) aufweisen, um die einander berührenden Flächen (36a, 37a) gegeneinander zu drücken.

4. Trägerelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es nockenartige Mittel (50) zum Lösen auf­ weist, die den elastischen Mitteln (48) entgegenwirken.

5. Trägerelement nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einander berührenden Flächen (36a, 37a) von einem becherförmigen Körper (32), der an der Stange (15) angebracht ist, beziehungsweise von einer Scheibe (37) definiert werden, die an dem der Stange (15) zugewandten Ende des Endbereichs (20) angebracht ist, wobei die elasti­ schen Mittel (48) in dem becherförmigen Körper (32) unterge­ bracht sind und zwischen Anschlägen (49, 42) vorgespannt sind, die Teil des becherförmigen Körpers (32) beziehungs­ weise der Scheibe (37) sind.

6. Trägerelement nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nockenartigen Mittel zum Lösen (50) einen exzentrischen Zylinder (51) enthalten, der quer in dem becherförmigen Körper (32) gehalten wird und mit den elasti­ schen Mitteln (48) über ein Druckelement (46) zusammenwirkt, das in dem becherförmigen Körper (32) gleitend angeordnet ist.

7. Trägerelement nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastischen Mittel eine Packung von Feder­ scheiben (48) aufweisen.

8. Trägerelement nach einem 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 Bloc­ kiermittel (31) gelöst sind.

9. Trägerelement nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zentriermittel (75, 76, 78) elastische Mittel enthalten.

10. Trägerelement nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es handbetätigte Mittel (66) aufweist, die zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung bewegt werden können, wobei die Zentriermittel (75, 76, 78) auf den handbetätigten Mitteln (66) sitzen und in der Be­ triebsstellung der handbetätigten Mittel (66) aktiv sind.

11. Trägerelement nach den Ansprüchen 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die handbetätigten Mittel eine Ringmuffe (66) aufweisen, die an dem becherförmigen Körper (32) angebracht ist und entlang des becherförmigen Körpers (32) axial und radial geführt zwischen der Ruhestellung und der Betriebsstellung 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 Endbereich (20) sitzenden Scheibe (37) zusammenwirkt.