DE202007000773U1

DE202007000773U1 - Winkeleinstellvorrichtung

Info

Publication number: DE202007000773U1
Application number: DE200720000773
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss 3D Automation GmbH
Current assignee: Carl Zeiss 3D Automation GmbH
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2017-01-19

Abstract

Winkelbestimmungsvorrichtung mit einem Basiselement und einem angelenktem Winkelzeigerarm, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement mit einer Fixierung für einen ersten Gelenkelementschenkel und der Winkelzeigerarm als Mitnehmer für einen zweiten Gelenkelementschenkel vorgesehen ist, um durch Winkelzeigerarmbewegung einen Gelenkelementwinkel bestimmen zu können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befasst sich somit mit der Winkeleinstellung bei Taststiftanordnungen.
Taststifte werden bei Koordinatenmessmaschinen verwendet, um die Geometrie von Werkstücken zu bestimmen. Dazu werden die Taststifte an einem Messarm befestigt und die Taststiftspitzen durch Bewegung des Armes in Kontakt mit dem auszumessenden Werkstück geführt. Wenn die Position des Armes bei Berührung bekannt ist, kann daraus auf die Geometrie des Werkstückes geschlossen werden.
Die Abtastung komplexer Werkstückformen wie beispielsweise Motoren, deren Innenräume mitsamt Bohrungen usw. abgetastet werden müssen, bedingt nun häufig, dass die Taststiftspitze nicht einfach eine gerade Verlängerung des Armes bilden kann, sondern gegen diesen abgewinkelt werden muss. Der Winkel, in dem die Taststiftspitze abknickt, wird dabei an einem Winkel- bzw. Knickelement eingestellt, das klein genug sein muss, um nicht die Abtastung zu verhindern, aber gleichwohl exakt eingestellt werden soll, um zu gewährleisten, dass eine einmal für ein Werkstück als geeignet gefundene Einstellung zu einem späteren Zeitpunkt schnell und zuverlässig reproduziert werden kann.
Zur Bestimmung von Winkeln gibt es allgemein schon eine Reihe von Vorschlägen. So schlägt die DE 35 32 772 A1 eine Winkellehre vor, die einen Führungsschenkel und einen Basisschenkel umfasst, welcher an das eine Ende des Führungsschenkels unter Bildung eines rechten Anschlagwinkels drehfest ansteckbar ist und an das andere Ende unter Bildung einer Schmiege stufenlos verschwenkbar anbringbar ist. Damit die Winkellehre einerseits als Anschlagwinkel und andererseits als Schmiege einsetzbar ist, andererseits aber auch zur exakten Vorgabe von Winkeln geeignet ist, ist am Führungsschenkel ein Kranz von formschlüssigen Anschlusseinrichtungen vorgesehen, an welchen der Basisschenkel in diskreten Winkelschritten von z. B. jeweils 15° festspannbar ist.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 83 22 423.8 ist ein Einstellgerät für Werkzeugmaschinen bekannt. Mit diesem soll ein Einstellgerät für eine die Werkzeuge in einer Werkzeughalterung positioniert haltende Werkzeugmaschine angegeben werden, welches die Ermittlung einer Bezugsposition der Werkzeughalterung ermöglicht. Es wird vorgeschlagen, dass eine Einstellgeräthalterung der Halterung der Werkzeuge entsprechen soll und demnach sowohl in der Werkzeughalterung des Voreinstell gerätes als auch der Werkzeugmaschine positioniert einsetzbar sein soll. Auf eine Winkeleinstellung wird jedoch nicht detailliert eingegangen.
Aus dem Gebrauchsmuster DE 1658786 ist eine Winkellehre bekannt, die aus zwei aneinandergelenkten, die Winkelschenkel darstellenden geraden Leisten besteht, von denen die eine an der Gelenkstelle einen zur Gelenkachse konzentrischen, Winkelgrade anzeigenden Teilkreis und die andere einen mit diesem zusammenarbeitenden Zeiger aufweist. Die Winkellehre soll gleichzeitig als Ellipsenzeichner verwendbar sein.
Eine Einstelllehre für den vertikalen Anbau einer Sonnenuhr, bei welcher der Schattenstab im korrekten Winkel auszurichten ist, wird in der Auslegeschrift DT 25 00 642 B1 beschrieben.
Aus der G 90 06 418.6 ist eine Einstelllehre zur Messung des Einstellwinkels einer Schaber-Klinge bekannt. Diese soll eine erleichterte Messung von Anstellwinkeln ermöglichen.
Die bekannten Anordnungen sind nicht für die Bestimmung eines Einstellwinkels an einem langgestreckten Element mit einer Knickmöglichkeit geeignet.
Es ist wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein schnelles und einfaches Einstellen eines Taststiftes ermöglicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einem ersten Grundgedanken der Erfindung wird somit bei einer Winkelbestimmungsvorrichtung mit einem Basiselement und einem angelenkten Winkelzeigerarm vorgeschlagen, dass das Basiselement mit einer Fixierung für einen ersten Gelenkelementschenkel und der Winkelzeigerarm als Mitnehmer für einen zweiten Gelenkelementschenkel vorgesehen ist, um durch Winkelzeigerarmbewegung einen Gelenkelementwinkel bestimmen zu können.
Es wird somit eine temporäre Ankopplung eines Taststiftes bzw. eines daran vorzusehenden Gelenkelementes an eine Winkelbestimmungsvorrichtung vorgeschlagen, die es durch Zwangsbewegung des Gelenkelementes bei der Winkelzeigerarmbewegung ermöglicht, den Gelenkelementwinkel nur durch Mitnahme mit dem Winkelzeigerarm, mit welchem einer der Gelenkelementschenkel in Eingriff steht, unter Fixierung des ersten Gelenkelementschenkels einzujustieren. Durch die Fixierung des ersten Gelenkelementschenkels ist dabei sichergestellt, dass bei Bewegung des Winkelzeigerarms ohne weiteres die erforderliche Winkelbestimmung reproduzierbar möglich ist.
In einer besonders bevorzugten Variante weist das Basiselement eine Winkelskala auf, über welche der Zeigerarm hinwegschwenkbar ist. Durch Einstellen des Zeigerarmes auf einen gegebenen Winkel wird dann eine hohe Reproduzierbarkeit ermöglicht. Alternativ wäre es zwar denkbar, eine winkelskala freie Ausbildung des Basiselementes vorzusehen und durch Markierungen mittels Stiften oder dergleichen auf dem Basiselement eine einmal gewählte Zeigerarmposition zu markieren; demgegenüber erleichtert die Winkelskala aber die Einstellung insbesondere dann, wenn sehr viele unterschiedliche Einstellungen vorgesehen werden müssen.
Die Winkelskala wird bevorzugt eine profilierte Skalenteilung aufweisen, da sich eine solche in der rauen Industrieumgebung als dauerhafter erweist. Zudem ist es ohne weiteres möglich, den Zeigerarm an einer Skalenteilungsprofilierung einrastbar zu gestalten. Dass durch die Möglichkeit, eine Einrastung vorzusehen, keine vollkontinuierliche Einstellung mehr möglich ist, stört insbesondere bei Taststift-Einstellungen kaum, da im Regelfall lediglich sichergestellt werden soll, dass einmal gefundene Einstellungen reproduzierbar sind, nicht aber sichergestellt sein muss, dass auf jede beliebige Position eingestellt werden kann.
Es ist möglich und wünschenswert, dass das Gelenkelement so für die Winkelbestimmung an der Winkelbestimmungsvorrichtung fixierbar ist, dass die Gelenkelementachse vollständig koaxial zur Winkelzeigerarmschwenkächse liegt. Für genormte Gelenkelemente bzw. Knick-Elemente kann dies durch einen basisseitigen Anschlag errreicht werden, gegen welchen das Gelenkelement gepresst wird.
Bevorzugt ist, dass das Basisgelenk allgemein eben gebildet und das Gelenkelement von oben her einlegbar ist. Die Einlegung von oben ist besonders deswegen vorteilhaft, weil typische Taststiftknick- bzw. -gelenkelemente eine Verschraubung zur Knickwinkel-Fixierung aufweisen, die dann von oben her angezogen werden kann. Durch eine hinreichend lange Auslegung des Gelenkzeigerarms einerseits und durch die Fixierung eines der Gelenkelementschenkel an der Basisplatte bzw. dem Basiselement andererseits ist ein hinreichend sicherer Halt des Gelenkelements beim Anziehen einer Feststellschraube gewährleistet, so dass ein mit der Winkelbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorgegebener Richtwinkel nicht beim Feststellen des Gelenkelementes verändert wird.
In einer besonders bevorzugten Variante kann die Fixierung am Basiselement durch zwei allgemein parallele oder nur wenig sich V-förmig nach oben erweiternde Wände realisiert sein, die sich von der Basisplatte nach oben hin erstrecken. Eine vergleichbare Anordnung kann an der Gelenkelementfixierung vorgesehen werden, bevorzugt in größerer Entfernung von der Schwenkachse als beim Basiselement. Dies erlaubt es gegebenenfalls, an den Gelenkelementen ein Verlängerungsstück anzubringen, wodurch schwergängige Gelenkelemente besser und alle Gelenkelemente präziser einstellbar sind.
In einer typischen Variante wird sich die Winkelskala über einen Bereich erstrecken, der maximal mehr als 45° von der Geraden abweicht, bevorzugt über 90° und insbesondere zwischen 90° und 120° liegen wird. Dies gewährleistet einerseits einen bereits hinreichend großen Einstellbereich und verhindert andererseits, dass die Wände an der Basiselementplatte durch die Forderung, ein übermäßig starkes Abknicken zuzulassen, zu dünn gebildet werden müssen.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser ist gezeigt durch
1 eine Winkelbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Winkelbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ohne eingelegtes Gelenkelement.
Nach 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Winkelbestimmungsvorrichtung 1 ein Basiselement 2 und einen daran angelenkten Winkelzeigerarm 3, wobei das Basiselement 2 mit einer Fixierung 2a für einen ersten Gelenkelementschenkel 4a eines Gelenkes 4 und der Winkelzeigerarm 3 als Mitnehmer für einen zweiten Gelenkelementschenkel 4b vorgesehen ist, um durch Winkelzeigerarmbewegung einen Winkel des Gelenkes 4 bestimmen zu können.
Die Winkelbestimmungsvorrichtung 1 ist im vorliegenden Beispiel aus Kunststoff gespritzt. Sie ist so dimensioniert, dass als Gelenkelement 4 eine Gelenkverbindung für einen herkömmlichen Taststift einstellbar ist, der beidseits mit Gewinden versehen ist, um an einer Koordinatenmessmaschine bzw. einem Zwischenstück für eine solche einerseits und einer Taststiftverlängerung bzw. Taststiften oder weiteren Gelenkelementen andererseits verbindbar zu sein.
Um ein Gelenkelement in für Taststifte typischer Größe gut und fest zu halten, ist das Basiselement 2 mit zwei nur leicht nach oben sich öffnenden und voneinander weg strebenden Wänden versehen, zwischen welche der erste Gelenkelementschenkel 4a des Gelenkelementes 4 einsetzbar ist. In einer bevorzugten Variante wird am äußeren Ende ein Anschlag 2d (2) zwischen diesen Wänden vorgesehen, so dass die Gelenkelementachse des Gelenkelementes 4 für ein genormtes Teil bei dessen Lage am Anschlag koaxial zur Winkelzeigerarmachse liegt.
Am Basiselement 2 wird weiter eine profilierte Skala vorgesehen, die eine Winkelteilung mit 1°-Schritten im Ausführungsbeispiel vorsieht. Die profilierte Winkelgradteilung ist so gewählt, dass ein äußeres Ende des Winkelzeigerarms 1 zwischen einzelnen Skalenstrichen in eine Rastlage verbracht werden kann. Die Winkelskala erstreckt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Bereich von etwa 120°, entsprechend einer Gelenkelement-Abwinkelung zwischen 0° und 120°.
Der Winkelzeigerarm 3 ist aus dem gleichen Kunststoff gebildet wie das Basiselement 2 und weist auf seiner Rückseite (nicht gezeigt) einen Zapfen auf, der in ein rundes Zapfenloch im Zentrum des Winkelskalenteilkreises im Basiselement drehbar mit geringstem Spiel aufgenommen ist. Dass hier der Zapfen und/oder der Rand des Zapfenloches verstärkt sein kann oder unter Abweichung von einer sonst möglichen Einstückigkeit aus beständigerem Material wie eingegossenem oder angeformtem Metall gebildet sein kann, sei erwähnt. Das Winkelzeigerelement weist nahe seinem Drehpunkt zwei sich nur geringfügig nach oben erweiternde Wände auf, zwischen welche der zweite Gelenkelementschenkel 4b des Gelenkelementes 4 einsetzbar und zwischen welchen er fixierbar ist.
Der Winkelzeigerarm 3 ist zum Basiselement 2 hin weiter mit einem radial außen liegenden Gleitzapfen versehen (nicht gezeigt), der in einer Nut 2b des Basiselementes 2 zwangsgeführt ist. Über der Winkelskala und zu dieser hin ist der Winkelzeigerarm mit einer erhabenen Rippe versehen, die sich wie die Skalenprofile allgemein radial erstreckt und zwischen diese zur Definition eines gegebenen Rastwinkels bewegt werden kann. Der Winkelzeigerarm hat überdies eine Spitze, die zusammen mit der Winkelskala genau den aktuellen Biegewinkel eines eingelegten Gelenkelementes zeigt.
Bei dem Gelenkelement 4 handelt es sich, wie bereits erwähnt, um ein Knickelement für einen Taststift einer Koordinatenmessmaschine. Dieses Gelenkelement hat am ersten Gelenkelementschenkel eine Gewindeaufnahme für ein Normgewinde, beispielsweise ein M5-Gewinde, und am zweiten Gelenkelementschenkel ein zweites Normgewinde in entsprechender Größe, das in eine Gewindebohrung einzudringen vermag. Auf diese Weise kann das Gelenkelement 4 zwischen Taststiftverlängerungen gesetzt werden und/oder zwischen Koordinatenmessmaschine und Taststift usw. Das Gelenkelement 4 weist dabei an seiner Gelenkachse eine mit einer Imbusschraube fixier- bzw. lösbare Feststellung auf, mit welcher entweder eine Bewegung des Gelenkelementes um die durch die Imbusschraube definierte Achse freigegeben oder, nach Anziehen, blockiert werden kann.
Die Erfindung wird verwendet wie folgt:
Zunächst wird ein Gelenkelement 4, das an einer Koordinatenmessmaschine mit einem Taststift verwendet werden soll, gelöst, das heißt es wird die Imbusschraube so weit entspannt, bis eine leichte Beweglichkeit der Gelenkelementschenkel 4a, 4b gegeneinander möglich ist. Dann wird das Gelenkelement von oben her in die Winkelbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eingelegt, wobei der erste Schenkel zwischen die Wände 2a kommt und der zweite Gelenkelementschenkel am Winkelzeigerarm angebracht wird. Durch das Anlegen des einen Gelenkelementschenkels 4a an dem Anschlag zwischen den Basis elementwänden, vergleiche auch 2d in 2, ist dabei die koaxiale Ausrichtung von Gelenkelement und Winkelbestimmungsvorrichtung gewährleistet. Überdies kann, sofern das Winkelzeigerelement nicht auf eine Abknickung von 0° eingestellt ist, das Einlegen des Gelenkelementes nur in bereits leicht geknicktem bzw. abgewinkeltem Zustand erfolgen, und zwar so, dass die Gelenkelementachse des Gelenkelementes 4 koaxial zur Drehachse der Winkelbestimmungsvorrichtung ist, wodurch gegebenenfalls auch für nicht-anschlagende Gelenkelemente eine Koaxiallage erreicht werden kann. Nach Einlegen des Gelenkelementes 4 in die Winkelbestimmungsvorrichtung 1 kann der Winkelzeigerarm wie erforderlich feinpositioniert werden. Danach wird das Gelenkelement 4 fest angezogen, das heißt die zur Feststellung verwendete Imbusschraube wird in ihre Fixierlage gedreht. Eine Verdrehung des Winkelzeigerarms kann dabei durch Niederdrücken des Winkelzeigerarmendes im radial außen liegenden Bereich zwischen die Skalenprofile während des Festziehens der Gelenkelementstellschraube ohne weiteres bewirkt werden, so dass der zuvor gewählte Winkelzeigerarm-Winkel auch beim Festziehen der Gelenkelementstellschraube unverändert bleibt. Das Gelenkelement 4 kann nach der Feststellung der Stellschraube sofort entfernt und mit den Teilen wie erforderlich verschraubt werden, also einerseits an der Koordinatenmessmaschine angeschraubt werden und andererseits in Verbindung mit einer Tastspitze treten.
Es sei erwähnt, dass für kleine Tastspitzen auch ein Anbringen an Gelenkelement 4 vor Einstellen und Fixieren der Stellschraube möglich ist.

Claims

Winkelbestimmungsvorrichtung mit einem Basiselement und einem angelenktem Winkelzeigerarm, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement mit einer Fixierung für einen ersten Gelenkelementschenkel und der Winkelzeigerarm als Mitnehmer für einen zweiten Gelenkelementschenkel vorgesehen ist, um durch Winkelzeigerarmbewegung einen Gelenkelementwinkel bestimmen zu können.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement ei ne Winkelskala aufweist, über welche hinweg der Zeiger-Arm schwenkbar ist.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelskala eine profilierte Skalenteilung aufweist.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeigerarm an der Skalenteilungsprofilierung einrastbar ist.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Gelenkelementschenkel so an der Winkelbestimmungsvorrichtung fixierbar sind, dass die Gelenkelementachse koaxial zur Winkelzeigerarmschwenkachse liegt.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement von oben einlegbar ist.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung für das Gelenkelement derart gebildet ist, dass dieses in fixiertem Zustand in einem eingestellten Winkel fixierbar ist.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, das die Fixierung am Basiselement durch zwei Wände gebildet ist, die sich von der Basisplatte nach oben erstrecken.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Winkelzeigerarm die Gelenkelementfixierung in größerer Entfernung von der Schwenkachse vorgesehen ist als am Basiselement.
Winkelbestimmungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelskala einen Bereich von über 45°, bevorzugt zwischen 60° und 120° abdeckt.