DE19833083A1

DE19833083A1 - Bahnführungsvorrichtung, insbesondere für Koordinatenmeßmaschinen

Info

Publication number: DE19833083A1
Application number: DE19833083A
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Wilhelm Kuchenhart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-01-27

Abstract

Bei einer Koordinatenmeßmaschine sind die Schlitten auf Luftlagern abgestützt, während für die Geradführungen Wälzführungen vorgesehen sind. Dies führt zu erhöhter Steifigkeit, größerer Genauigkeit, verringerter Neigung zu Schwingungen, größerer Unempfindlichkeit gegen Belastungsschwankungen infolge zusätzlicher dynamischer Kräfte und geringerem Luftverbrauch.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bahnführungsvorrichtung, insbesondere für Koordinaten meßmaschinen.

Koordinatenmeßmaschinen umfassen eine Basis aus einem verformungsarmen Materi al, beispielsweise Granit, mit einer horizontalen Basisebene. Relativ zu der Basisebene ist ein erster Schlitten in einer ersten geraden Richtung verlagerbar. Der erste Schlitten trägt einen zweiten Schlitten, der in einer zweiten, zur ersten Richtung senkrechten Richtung verlagerbar ist. Der zweite Schlitten schließlich trägt einen Meßtasterträger, der in einer dritten, zur ersten und zweiten Richtung senkrechten Richtung verlagerbar ist.

Auf der Basis wird ein zu vermessendes Bauteil angeordnet, und seine Kontur wird mit tels eines von dem Meßtasterträger aufgenommenen Meßtaster abgetastet, indem die Bauteile relativ zueinander verlagert werden und diese Verlagerungen beispielsweise mittels Glasmaßstäben erfaßt werden.

Die zu verlagernden Massen der Schlitten sind recht erheblich, oftmals in der Größen ordnung von Tonnen. Deshalb werden die Bahnführungen - im hier betrachteten An wendungsfall die Geradführungen der Schlitten - nicht als Wälzführungen ausgebildet, weil sonst die Leistung der Antriebsmotore trotz der an sich relativ niedrigen Reibungs koeffizienten von Wälzführungen extrem hoch bemessen werden müßten. Vielmehr ver wendet man Luftlageranordnungen. Ein Beispiel einer solchen Luftlageranordnung ist in dem Prospekt PRISMO 60-20091/II-d der Firma Zeiss dargestellt und beschrieben.

Das Prinzip der Luftlagerung ist bekannt: Zwischen den relativ zueinander verlagerbaren Flächen wird ein Luftpolster aufrechterhalten, auf dem das bewegliche Bauteil "schwimmt". Diese Luftlagerung hat eine extrem geringe Reibung und soll es ermögli chen, den Luftspalt auf möglichst wenige Mikrometer genau einzuhalten.

Diese Art der Führung hat jedoch auch gravierende Nachteile:
Neben den das Gewicht aufnehmenden Luftpolstern sind zur Stabilisierung auch noch in entgegengesetzter Richtung wirkende Luftlager sowie für die Aufnahme seitlicher Kräfte auch noch in beide seitliche Richtungen wirkende (Luft-) Führungen erforderlich. Dies erhöht den baulichen Aufwand und den Verbrauch an - gefilterter - Luft erheblich.

Vor allem aber bildet die luftgelagerte Masse mit dem als Feder wirkenden Luftpolster ein schwingungsfähiges System, das insbesondere beim Beschleunigen und Abbrem sen der Schlitten zu Schwingungen neigt, so daß die Verlagerungsgeschwindigkeiten begrenzt sind. Und schließlich sind zwar die Luftspalte bis auf einige Mikrometer genau einzuhalten, doch ist dies für hochgenaue Meßaufgaben unzureichend.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bahnführungsvorrichtung zu schaffen, bei der ein Bauteil parallel zu einer Basisebene geführt verlagerbar ist und eine das Bauteil von der Basisebene anhebende Luftlageranordnung vorgesehen ist und bei der die oben ge nannten Nachteile herkömmlicher Vorrichtungen behoben sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Dabei übernimmt die Luftlagerung ausschließlich die Funktion des Gewichtsausgleichs, je doch keine Führungsfunktion, so daß auch weder zusätzliche vertikale Gegen- Luftlager noch seitlich wirkende Luftlager notwendig sind. Die Wälzführung hingegen hat nicht das Gewicht des unter Umständen tonnenschweren Schlittens zu tragen, sondern dient nur der Definition der Anhebe- Endlage und der Aufnahme von Wechselkräften aufgrund von beschleunigungs- und verzögerungsbedingten Momenten; vorzugsweise über nimmt die Wälzführung zusätzlich die Funktion der seitlichen Abstützung und Führung. Da die Belastung der Wälzführung also nur in der Größenordnung weniger Newton zu liegen braucht, kann sie relativ klein dimensioniert werden und stellt für die Antriebe nur eine marginale Mehrbelastung dar. Auch der zu erwartende Verschleiß ist sehr gering.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 stellt einen schematischen Querschnitt dar, und Fig. 2 zeigt schematisch eine Möglichkeit zum Bestimmen der in der Wälzführung auftretenden Kräfte.

Man erkennt in Fig. 1 ein Basisteil 10 mit einer horizontalen Basisebene 12, längs der ein Schlitten 14 geradegeführt verlagerbar ist. Der Schlitten 14 weist an seiner Sohle Taschen 16 auf, die von außen mit Druckluft angespeist werden. Evtl. kann ein lose ein gelegter Dichtungsring 18 den Luftdurchsatz begrenzen.

Unter den Taschen bilden sich Luftpolster, die den Schlitten anheben. Der Schlitten ist auf einer Seite - in der zeichnerischen Darstellung rechts - mit einer zur Verlagerungs richtung parallelen prismatischen Nut 11 versehen, in die Wälzkörper wie Kugeln oder Rollen 20 eingelegt sind. Die üblichen Führungskäfige für die Wälzkörper sind nicht dar gestellt. Wird der Schlitten von dem Luftpolster angehoben, gelangen die Kugeln in An lage an einer entgegengesetzten prismatischen Nut 13, die an einer zur Verlagerungs richtung parallelen und auf dem Basisteil montierten Leiste 22 ausgebildet ist. Sobald die Wälzkörper an beiden prismatischen Nuten anliegen, übernehmen sie die Aufgabe der Definition der oberen Endlage des Schlittens sowie seiner seitlichen Abstützung und Führung. Auf der in der Zeichnung linken Seite ist eine ähnliche Konfiguration vorgese hen mit der Ausnahme, daß die abwärts weisende Prismennut der Leiste 24 durch eine Ebene ersetzt ist, da eine seitliche Führung nur auf einer Seite benötigt wird und an dernfalls eine Überbestimmung vorläge.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, wie die in den Wälzführungen wirkenden Kräfte bestimmt werden können. Die als Wälzkörper dienenden Kugeln sind im Handel sehr genau kali briert erhältlich. Eine der Kugeln, zum Beispiel die Kugel 30, wird mit einem geringen Übermaß von z. B. 1 oder 2 Mikrometer gegenüber den anderen Kugeln 32, 34, 36 ... gewählt. Wird der Schlitten angehoben, wird zunächst nur die Kugel 30 belastet und geringfügig elastisch verformt; der Betrag der Verformung kann mittels eines handels üblichen Sensors 40 erfaßt werden. Der im Luftpolster wirksame Druck kann dann in Abhängigkeit von dem Sensorausgangssignal geregelt werden. Alternativ kann man, sobald die Deformation der Kugel 30 und damit das Erreichen der gewünschten oberen Endlage erkannt worden sind, den Druck im Luftpolster um eine definierte Marge erhö hen, womit dann alle Kugeln in Eingriff gelangen, jedoch die in der Wälzführung wirken den Kräfte hinreichend gering bleiben, um die Rollreibung gering zu halten. Bei dieser, das Gesamtgewicht bzw. die gesamten Kräfte nur um wenige Promille oder Prozent übersteigenden Kraft stellt die große Zahl der dann im Eingriff befindlichen Wälzkörper eine mechanisch sehr steife Abstützung dar.

Die beschriebene Ableitung der Kräfte aus einer Wegmessung ist ein verbreiteter Weg, um Kräfte zu erfassen. Es gibt aber auch noch andere Möglichkeiten. Beispielsweise ist die Leistungsaufnahme der Antriebe ein Maß für die zu überwindenden Reibungskräfte, wobei allerdings die Auflösung sehr schlecht wäre. Auch wäre es denkbar, auf den Schlitten eine geringfügig unterdimensionierte Kompensationskraft wirken zu lassen und deren Größe als Istwert für die Regelung der Druckluft zu benutzen.

Claims

1. Bahnführungsvorrichtung mit einer Basisebene, parallel zu der ein Bauteil geführt verlagerbar ist, umfassend:

- eine das Bauteil von der Basisebene anhebende Luftlageranordnung,
- eine parallel zur Führungsrichtung vorgesehene Wälzführungsanordnung des Bauteils, die durch das Anheben des Bauteils in Eingriff bringbar ist,
- eine Einrichtung zum Bestimmen der Hebekraft der Luftlageranordnung nach dem Ineingriffbringen der Wälzführungsanordnung,
- Mittel zum Steuern der Luftlagerung in Abhängigkeit von der festgestellten Hebekraft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Wälzführungsanordnung als Kugel- oder Rollenführung ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Wälzführungsanordnung für die Abstützung von Seitenkräften ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Wälzführungsanordnung für die Abstützung von senkrechten, der Hebekraft entgegengesetzten Kräften ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zum Bestimmen der Hebekraft einen die elastische Deformation mindestens eines Wälzkörpers erfassenden Sensor umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Luftlageranordnung ein nicht- vorgespanntes Dichtungselement umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der die Hebekraft erzeugende Luftdruck in Abhängigkeit von den dynamischen Bewegungszuständen zum Ausgleich der zusätzlichen dynamischen Kräfte und Momente geregelt bzw. gesteuert wird.

8. Koordinatenmeßmaschine oder bauartähnliche Maschine, ausgestattet mit mindestens einer Bahnführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.