DE19907820B4

DE19907820B4 - Koordinatenmeßgerät in Portalbauweise

Info

Publication number: DE19907820B4
Application number: DE1999107820
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Brandstädter; Jan Dipl.-Phys. Dr. Neumann; Heinz-Eckhard Dipl.-Phys. Dr. Habermehl; René Dipl.-Ing. Dr. Theska
Original assignee: Hexagon Metrology GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: DE19907820A1

Abstract

Koordinatenmeßgerät in Portalbauweise mit einer Pinole, für deren Lagerung zwei Lager vorgesehen sind, wobei die Pinole einen maximalen Verfahrweg aufweist, und wobei die Lager einen Abstand voneinander aufweisen, der gleich oder kleiner als die Hälfte des Verfahrweges der Pinole ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) der Lager (9, 10) so groß ausgebildet ist, daß sich bei bekannten Werten für
– eine Antastkraft (F),
– Lagersteifigkeiten (c_A, c_B),
– einen Elastizitätsmodul der Pinole (2),
– einen geforderten Verfahrweg (a)
eine minimale Gesamtverformung (Y) der Pinole (2) ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät in Portalbauweise.
Zum Stand der Technik gehören Koordinatenmeßgeräte in Portalbauweise, wobei diese prinzipiell aus verschiedenen Komponenten bestehen, bei denen die Maschinenkomponenten in drei rechtwinklig zueinander stehenden Achsen verfahrbar sind. Mit einer Antastkugel, die an einer Pinole gelagert ist, kann ein Objekt vermessen werden.
Die Pinole ist üblicherweise in einem in Y-Richtung verfahrbaren Schlitten gelagert, derart, daß die Pinole in Z-Richtung verfahrbar ist.
Üblicherweise sind zwei Lager, vorzugsweise Luftlager, vorgesehen zur Lagerung der Pinole. Gemäß dem Stand der Technik weisen die Luftlager einen Abstand auf, der etwa so groß ist wie der Verfahrweg der Pinole. Diese zum Stand der Technik gehörenden Koordinatenmeßgeräte haben den Nachteil, daß der Aufbau des Koordinatenmeßgerätes sehr groß ist, da im oberen Bereich des Y-Schlittens der entsprechende Platz für die Pinole zum Verfahren vorgesehen sein muß. Zum einen muß der Platz vorhanden sein, um die Lager mit einem entsprechenden Abstand voneinander in dem Y-Schlitten anordnen zu können. Zum anderen ist der Aufbau oberhalb des Y-Schlittens entsprechend groß für den Fall, daß die Pinole ganz nach oben in Z-Richtung verfahren wird.
Der Abstand zwischen den Lagern stellt ebenfalls einen Totraum dar, da dieser für die Ausfahrbarkeit der Pinole nicht genutzt werden kann.

Zum Stand der Technik ( DE 44 21 301 A1 ) gehört ein Verfahren zur Korrektur von Achsenfehlern sowie ein Koordinatenmeßgerät der Hochpräzisionsklasse, welches eine mittels Lagern geführte Pinole aufweist.

Auch die Druckschrift DE 35 15 685 A1 zeigt eine Pinole für eine Koordinatenmeßmaschine, die in ihrem oberen und ihrem unteren Bereich in jeweils vier auf ihren seitlichen Führungsflächen angeordneten Lagerkörpern geführt ist. Zwei weitere Lagerkörper befinden sich im mittleren Bereich zwischen den oberen und unteren Lagerkörpern und sind um 90° versetzt zueinander angeordnet. Diese zum Stand der Technik gehörende Koordinatenmeßmaschine weist den Nachteil auf, daß der Abstand der Lager nicht optimiert ist.

Gleiches gilt für die zum Stand der Technik ( DE 31 07 783 A1 ) gehörende Koordinatenmeßmaschine, wie auch für die zum Stand der Technik ( DE 31 07 781 A1 ) gehörende Antriebseinrichtung für eine Pinole.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Koordinatenmeßgerät anzugeben, bei dem die durch die Antastkraft hervorgerufene Gesamtverformung der Pinole minimal ist.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß das Koordinatenmeßgerät in Portalbauweise mit einer Pinole, für deren Lagerung zwei Lager vorgesehen sind, so ausgebildet ist, daß die Pinole einen maximalen Verfahrweg aufweist, und daß die Lager einen Abstand voneinander aufweisen, der gleich oder kleiner als die Hälfte des Verfahrweges der Pinole ist und dadurch, daß der Abstand der Lager so groß ausgebildet ist, daß sich bei bekannten Werten für eine Antastkraft, Lagersteifigkeiten, ein Elastizitätsmodul der Pinole und einen geforderten Verfahrweg eine minimale Gesamtverformung (Y) der Pinole ergibt, ist es möglich, die durch die Antastkraft hervorgerufene Gesamtverformung der Pinole zu minimieren.

Das Optimum der Steifigkeit liegt ungefähr bei der Hälfte des Verfahrweges der Pinole, so daß durchaus auch eine Erhöhung der Meßgenauigkeit möglich ist.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Abstand der Lager so zu wählen, daß dieser gleich oder kleiner als ein Drittel des Verfahrweges der Pinole ist. Hierdurch hat man den Vorteil, daß der Aufbau der Koordinatenmeßmaschine noch einmal stark verkleinert ist, wobei die Steifigkeit nur geringfügig kleiner ist als bei einem Lagerabstand, der die Hälfte oder ungefähr die Hälfte des Verfahrweges darstellt.

Da in manchen Fällen ein extrem kleiner Aufbau von Koordinatenmeßmaschinen erforderlich ist, ist es möglich, den Abstand der Lager, das heißt die Raumersparnis, in Abhängigkeit von der Steifigkeit und damit die Meßgenauigkeit für die äußerlichen Anforderungen zu optimieren.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
1 ein Koordinatenmeßgerät in Ansicht;
2a, 2b, 2c Prinzipskizzen zur Darstellung der Steifigkeit des Systems Pinole/Luftlager;
3 eine Darstellung zur Pinolenbiegung;
4 eine Darstellung der Abhängigkeit der Pinolenbiegung von den Lagerabständen für ein Ausführungsbeispiel.
1 zeigt ein Koordinatenmeßgerät (1) mit einer Pinole (2), welche an einem Schlitten (3) in Richtung des Pfeiles (12) in Z-Richtung verschiebbar gelagert ist. Die Pinole (2) trägt eine Antastkugel (4), mit der ein Objekt (5) vermessen werden kann. Das Objekt (5) ist auf einem Tisch (6) angeordnet, welcher in Richtung des Pfeiles (11) in X-Richtung verschiebbar gelagert ist. Es ist auch möglich, anstelle des Tisches (6) ein Portal (7) in X-Richtung verschiebbar vorzusehen.
Der Schlitten (3) ist an einer Traverse (8) des Portales (7) in Richtung des Pfeiles (13) in Y-Richtung verschiebbar gelagert.
Der Schlitten (3) weist zwei Luftlager (9, 10) auf, in denen die Pinole (2) geführt ist.
Die Lager (9, 10) sind mit einem Abstand (L) angeordnet und besitzen jeweils eine bestimmte Steifigkeit.
Durch einen Antastvorgang der Antastkugel (4) an das Meßobjekt (5) im variablen Abstand (a) von dem Führungslager (9) ergibt sich mit Berücksichtigung der Steifigkeit der Führungslager (9, 10) ein optimaler Abstand (L), um die Verformung der Pinole (2) durch eine von der Berührung mit dem Meßobjekt (5) hervorgerufene Kraft minimal und damit die Meßgenauigkeit optimal zu erhalten.
Bei bekannten Werten für

– die Antastkraft (F),
– die Lagersteifigkeiten (c_A, c_B),
– den Elastizitätsmodul der Pinole (2),
– den geforderten Verfahrweg (a)

2

Ein Optimum der Steifigkeit wird erreicht, wenn der Abstand (L) der Lager (9, 10) ungefähr die Hälfte des Verfahrweges (a) beträgt.
Zur Veranschaulichung dienen die 2a, 2b und 2c.
Gemäß 2a stellt der Abstand zwischen den Lagern (A, B) den Abstand (L) dar. Der Abstand (a) stellt den Verfahrweg dar, wobei der Punkt (D) das Ende des Verfahrweges (a) der Pinole darstellt.
Die Gesamtverformung (Y) im Punkt (D) setzt sich zusammen aus der Verformung (y₁) der Pinole (2a), der Verformung (y₂) des Lagers (A) (2b) und der Verformung (y₃) des Lagers (B) (2c).
Es gilt gemäß 2a:
Gemäß 2b gilt:
Gemäß 2c gilt:
Hierbei gilt:

y₁: = Verformung der Pinole;
y₂: = Verformung Lager A;
y₃: = Verformung Lager B;
F: = Antastkraft;
a: = Verfahrweg;
L: = Abstand zwischen den Lagern (A, B);
E: = Elastizitätsmodul;
J: = Flächenträgheitsmoment;
c_A: = Lagersteifigkeit des Lagers (A);
c_B: = Lagersteifigkeit des Lagers (B).

Damit ergibt sich eine Gesamtverformung im Punkt D:
Diese Funktion besitzt ein Minimum bezüglich L, wie man durch partielle Differentiation nach L und Nullsetzen leicht nachweisen kann.
3 zeigt die Pinole (2), welche in den Lagern (9, 10) gelagert ist. Die Lager (9, 10) weisen den Abstand (L) auf. Der Verfahrweg (a) beträgt 1.130 Millimeter gemäß 3.
Die Pinolenbiegung ist eine Funktion in Abhängigkeit von dem Stützabstand (L) der Lager (9, 10).
Diese Funktion ist in 4 dargestellt. 4 zeigt gemessene Werte.
Geht man von einem Verfahrweg von 1.130 Millimetern aus gemäß 3, zeigt die Darstellung gemäß 4, daß die Pinolenbiegung in einem Bereich zwischen 300 und 600 Millimetern Lagerabstand zwischen den Lagern (9, 10) ein Minimum hat. In diesem Bereich ist die Steifigkeit also am größten.
Es ist daher vorteilhaft, den Abstand der Lager derart zu wählen, daß dieser gleich oder kleiner als die Hälfte des Verfahrweges (a) der Pinole (2) ist.
Sehr gute Steifigkeiten erhält man auch noch in dem Bereich, in dem der Lagerabstand (L) gleich oder kleiner als ein Drittel des Verfahrweges (a) der Pinole (2) ist.
Der Abstand (L) zwischen den Lagern (9, 10) darf allerdings einen Minimalwert nicht unterschreiten, da ansonsten die Steifigkeit nicht mehr ausreicht, so daß die Meßgenauigkeit zu stark leidet.
Dieser Minimalwert liegt beispielsweise bei einem Siebtel des Verfahrweges (a).

1: Koordinatenmeßgerät
2: Pinole
3: Schlitten
4: Antastkugel
5: Meßobjekt
6: Tisch
7: Portal
8: Traverse
9: Luftlager
10: Luftlager
11: Pfeil
12: Pfeil
13: Pfeil
L: Abstand zwischen den Luftlagern (9, 10)
a: Verfahrweg
F: Antastkraft
A, B: Lager
Y: Gesamtverformung
y₁: Verformung Pinole
y₂: Verformung Lager A
y₃: Verformung Lager B

Claims

Koordinatenmeßgerät in Portalbauweise mit einer Pinole, für deren Lagerung zwei Lager vorgesehen sind, wobei die Pinole einen maximalen Verfahrweg aufweist, und wobei die Lager einen Abstand voneinander aufweisen, der gleich oder kleiner als die Hälfte des Verfahrweges der Pinole ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) der Lager (9, 10) so groß ausgebildet ist, daß sich bei bekannten Werten für – eine Antastkraft (F), – Lagersteifigkeiten (c_A, c_B), – einen Elastizitätsmodul der Pinole (2), – einen geforderten Verfahrweg (a) eine minimale Gesamtverformung (Y) der Pinole (2) ergibt.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) der Lager (9, 10) als ein in Abhängigkeit von der Steifigkeit für äußerliche Anforderungen optimierter Abstand (L) ausgebildet ist.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) der Lager (9, 10) gleich oder kleiner als ein Drittel des Verfahrweges (a) der Pinole (2) ist.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (9, 10) als Luftlager ausgebildet sind.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (9, 10) einen Abstand (L) voneinander aufweisen, der größer als ein Siebtel des Verfahrweges (a) der Pinole (2) ist.