-
Die Erfindung betrifft einen Manipulator zur räumlichen Orientierung bzw. Ausrichtung eines Rauheitsmessgeräts, insbesondere eines Miniatur-Rauheitsmessgeräts, der an einem Manipulator-Träger, beispielsweise an einem Arm eines Koordinatenmessgeräts oder eines Handhabungsgeräts oder eines Roboters oder an einem motorisierten Verfahrschlitten, befestigbar oder befestigt und von diesem getragen ist, der mittels wenigstens einer Mechanik und/oder wenigstens eines Aktors, insbesondere mittels wenigstens eines Motors, relativ zu einer Manipulator-Träger-Stütze bewegbar ist, vorzugsweise an dieser befestigt und von dieser getragen ist, wobei das Rauheitsmessgerät an dem Manipulator befestigt und von diesem getragen ist, und wobei das Rauheitsmessgerät eine Tastnadel mit einer Tastnadelspitze zur berührenden oder berührungslosen oder quasi-berührungslosen Erfassung der Rauheit einer Oberfläche eines Messobjekts bzw. eines Werkstücks und ein Messgerätegehäuse umfasst, in dem wenigstens ein Vorschub zum Bewegen der Tastnadelspitze entlang der Oberfläche des Messobjekts in wenigstens einer ersten Vorschubrichtung, ein mit der Tastnadel gekoppeltes Mess-System, zur Erfassung einer Abtastbewegung der während einer Rauheitsmessung mit ihrer Tastnadelspitze entlang der Oberfläche des Messobjekts bewegten Tastnadel, und eine mit dem Mess-System gekoppelte Erfassungs- und/oder Auswertungs-Elektronik zur Erfassung und/oder Auswertung von mittels des Mess-Systems erfassten Messdaten, vorzugsweise auch ein Tastarm oder ein Tasthebel, an dem die Tastnadel befestigt ist, angeordnet ist, und wobei der Manipulator wenigstens vier Manipulator-Teile und wenigstens einen Motor umfasst, mittels dessen wenigstens vier Manipulator-Teile der wenigstens vier Manipulator-Teile oder die wenigstens vier Manipulator-Teile relativ zueinander um wenigstens drei jeweils in einem Winkel zueinander angeordnete Drehachsen drehbar ist, so dass das Rauheitsmessgerät mittels des wenigstens einen Motors bzw. motorisch um die wenigstens drei Drehachsen drehbar ist.
-
Rauheits- und Profilmesstaster sind bewährte und weit verbreitete Messinstrumente zur Beurteilung der geometrischen Oberflächenqualität von Werkstücken, zur Erfassung der Mikrostruktur und der Oberflächenrauheit. Diese Messinstrumente besitzen eine Tastspitze aus Diamant oder, im Falle des Profilmesstasters, eine Metall- oder Glaskugel, mit welcher die Werkstückoberfläche über eine voreinstellbare Verfahrstrecke abgetastet wird, indem der Taster mittels eines motorisierten Vorschubs über die Oberfläche gezogen wird. Letzterer kann als separates Gerät ausgeführt oder im Taster integriert sein.
-
Das Funktionsprinzip ist immer ähnlich: Die Tastnadel ist an einem Hebel befestigt, welcher geeignet gelagert ist, zum Beispiel mittels eines Drehlagers oder an einer Blattfeder und um einen bestimmten Winkel ausgelenkt werden kann. Die durch die Werkstückoberfläche über die Tastspitze induzierte Auslenkung wird von einem Meßsystem, meist induktiv, kapazitiv oder optisch, gemessen, digitalisiert und an die Auswerteelektronik ausgegeben.
-
Gemessen wird mit einem derartigen Taster ein Linienprofil. Dabei werden die Profilamplituden des Werkstücks sequentiell gemessen, indem die Tastnadel motorisch entlang einer Linie über die Werkstückoberfläche geführt wird und in zeitlich oder örtlich regelmäßigen Intervallen die Profilamplituden erfasst werden.
-
Ein Manipulator mit den eingangs erwähnten Merkmalen ist aus der
DE 10 2009 019 129 A1 bekannt geworden. Dieser Manipulator besteht aus einer Vielzahl von rohrförmigen Segmenten aus Leichtmetall oder aus Leichtmetallschaum. Ein rohrförmiges erstes Segment der Segmente, ist relativ zu einem Befestigungskörper um eine erste Drehachse drehbar an diesem befestigt. Ein rohrförmiges zweites Segment der Segmente ist relativ zu dem Befestigungskörper und relativ zu dem ersten Segment um eine zweite Drehachse drehbar gelagert. Ein Rauheitsmessgerät mit einer eine Tastnadelspitze aufweisenden Tastnadel, die in einer Messrichtung parallel zu einer Messachse bewegbar ist und die auch als Sensor bezeichnet ist, ist an dem zweiten Segment derart befestigt, dass die Messachse mit der zweiten Drehachse einen Winkel von 45 Grad einschließt. Das zweite Segment ist relativ zu dem ersten Segment um eine dritte Drehachse drehbar gelagert, die einen Winkel von 45 Grad mit der ersten Drehachse einschließt. Mit anderen Worten besteht dieser Manipulator aus mindestens zwei rohrförmigen Segmenten, die sich unter einem Anstellwinkel von 45 Grad gegeneinander verdrehen lassen. Mit Hilfe dieses Manipulators kann das Rauheitsmessgerät bzw. dessen Tastnadelspitze in beliebigen Raumwinkeln relativ zu einem Messobjekt ausgerichtet werden. Dieser Manipulator ermöglicht es, den Sensor auch an schwierig erreichbaren Messpositionen zu positionieren und dort die gewünschten Eigenschaften der Oberfläche des Messobjekts mit Hilfe des Sensors zu messen. Trotzdem lassen sich mit diesem Manipulator bestimmte Anwendungen nicht oder nicht optimal verwirklichen. Abgesehen davon ist dieser Manipulator vergleichsweise aufwendig und teuer.
-
In der
DE 10 2009 0357 47 A1 ist ein Miniatur-Rauheitsmessgerät beschrieben, welches sich insbesondere zum Einsatz an einer Koordinatenmessmaschine eignet. Zu diesem Zwecke kann zwischen dem Rauheitsmessgerät und einem Arm bzw. einer bewegbaren Achse der bewegbaren Achsen der Koordinatenmessmaschine ein Adapter vorgesehen sein, der zumindest teilweise aus Metallschaum besteht.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Manipulator der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem das Rauheitsmessgerät bzw. dessen Tastnadelspitze in beliebigen Raumwinkeln relativ zu einem Messobjekt ausgerichtet und auch an besonders schwierig erreichbaren Messpositionen positioniert werden kann und mit dem dort die Rauigkeit der Oberfläche des Messobjekts gemessen werden kann, mit dem jedoch Nachteile des Standes der Technik, insbesondere die vorstehenden Nachteile, vermieden werden können.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Manipulator mit den eingangs erwähnten Merkmalen überraschend einfach dadurch gelöst, dass wenigstens drei motorisierte Drehachsen der wenigstens drei motorisierten Drehachsen senkrecht zueinander angeordnet sind. Dies ermöglicht unter anderem eine besonders einfache und dennoch sehr stabile sowie kostengünstige Konstruktion bei erweiterten Anwendungsmöglichkeiten.
-
Bei dem Rauheitsmessgerät gemäß der Erfindung handelt es sich ausdrücklich nicht um einen Tastkopf, wie er insbesondere in der
WO 02/27270 A1 offenbart ist, sondern es handelt sich um ein autarkes Messgerät, bei welchem insbesondere der Vorschub des Tastelements integraler Bestandteil des Messgeräts ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Manipulator wenigstens drei Motoren umfasst, von denen ein erster Motor an oder in einem ersten Manipulator-Teil der wenigstens vier Manipulator-Teile befestigt ist, von denen ein zweiter Motor an oder in einem zweiten Manipulator-Teil der wenigstens vier Manipulator-Teile befestigt ist, und von denen ein dritter Motor an oder in einem dritten Manipulator-Teil der wenigstens vier Manipulator-Teile befestigt ist, wobei mittels des ersten Motors der erste Manipulator-Teil und der zweite Manipulator-Teil relativ zueinander um eine erste Drehachse der wenigstens drei zueinander senkrecht angeordneten Drehachsen drehbar ist, und wobei mittels des zweiten Motors der zweite Manipulator-Teil und der dritte Manipulator-Teil relativ zueinander um eine zweite Drehachse der wenigstens drei zueinander senkrecht angeordneten Drehachsen drehbar ist, und wobei mittels des dritten Motors der dritte Manipulator-Teil und der vierte Manipulator-Teil relativ zueinander um eine dritte Drehachse der wenigstens drei zueinander senkrecht angeordneten Drehachsen drehbar ist, so dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät mittels der wenigstens drei Motoren um die wenigstens drei zueinander senkrecht angeordneten Drehachsen drehbar ist.
-
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät mit dem Manipulator über eine Kupplung lösbar verbunden ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät mit dem Manipulator unlösbar verbunden ist.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät bzw. dessen Messgerätegehäuse in eine kreiszylindrische Bohrung passt, die einen Innendurchmesser von 40 mm aufweist und/oder dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät bzw. dessen Messgerätegehäuse zusammen mit einem Manipulator-Teil der wenigstens vier Manipulator-Teile, an dem das das Miniatur-Rauheitsmessgerät bzw. dessen Messgerätegehäuse befestigt ist, in eine kreiszylindrische Bohrung passen, die einen Innendurchmesser von 70 mm aufweist. Eine wichtige Anwendung ist die Oberflächenstrukturmessung innerhalb eines Motorzylinders. Dazu muss das Messgerät bzw. das Messgerätegehäuse sowie ein Teil des Manipulators in die Bohrung eintauchen. Je kleiner der umschriebene Kreis des Messgeräts bzw. des Messgerätegehäuses im gestreckten Zustand des Manipulators ist, umso kleinere Bohrungen können vermessen werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass mehrere oder wenigstens vier oder alle Manipulator-Teile der wenigstens vier Manipulator-Teile mittels einer Elektronik des Manipulators programmgesteuert und motorisch relativ zueinander um die wenigstens drei senkrecht zueinander angeordneten Drehachsen drehbar sind.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät zumindest einen ersten Vorschub zum translatorischen oder rotatorischen Bewegen der Tastnadelspitze entlang einer ersten Vorschubachse oder um eine erste Vorschubachse und einen zweiten Vorschub zum translatorischen oder rotatorischen Bewegen der Tastnadelspitze entlang einer zweiten Vorschubachse oder um eine zweite Vorschubachse enthält, wobei die zweite Vorschubachse senkrecht zu der ersten Vorschubachse angeordnet ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Manipulator und das daran befestigte Miniatur-Rauheitsmessgerät ein Gesamtgewicht von weniger als 600 g aufweisen.
-
Gemäß einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät und/oder der Manipulator einen USB-Anschluss bzw. eine USB-Schnittstelle zur Datenübertragung aufweist bzw. aufweisen und/oder dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät und/oder der Manipulator Mittel zur Datenübertragung über Funk oder mittels Infrarot-Technologie zu einem Empfangsgerät enthält bzw. enthalten.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät einen Silizium-Biegebalken-Tastarm aufweist, an dem die Tastnadel befestigt ist.
-
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät eine Kamera und/oder einen Vibrationssensor und/oder einen Temperatursensor und/oder wenigstens eine Messobjekt-Abstützstelle bzw. eine Werkstückabstützstelle enthält.
-
Die heute üblichen Abtastgeschwindigkeiten zur Erfassung der Oberflächenrauheit betragen bis zu 0,5 mm/s. Für die Werkstückqualitätskontrolle mit entsprechend großen Stichproben ist die resultierende Messzeit aber oft zu lang. Legt man den Messtaster bzw. das Rauheitsmessgerät entsprechend aus, so kann man gleichwertige Ergebnisse auch bei höheren Abtastgeschwindigkeiten erzielen. Konkret kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät mit einem Tastnadelspitzen-Bewegungs-Mittel zur Bewegung der Tastnadelspitze relativ zu der Oberfläche des Messobjekts in der ersten Vorschubrichtung mit einer Abtastgeschwindigkeit von größer oder gleich 1 mm/s bei einer Abweichung bezüglich des Kennwerts bzw. der Kennwerte Rz und/oder Rmax von kleiner ± 5 Prozent versehen ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät ein Tastnadelspitzen-Abhebe-Mittel zum programmgesteuerten Abheben der Tastnadelspitze von der Oberfläche des Messobjekts enthält und/oder dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät ein Tastnadel- bzw. Tastnadelspitzen-Positionserfassung-Mittel zur Erfassung der exakten Position der Tastnadel und/oder deren Tastnadelspitze relativ zu dem Messobjekt enthält. Dadurch kann, abhängig von der Geometrie des Messobjekts, während bzw. zum Zwecke eines Verfahrens der Tastnadel bzw. deren Tastnadelspitze relativ zu dem Messobjekt, die Tastnadel bzw. deren Tastnadelspitze von der Oberfläche des Messobjekts zumindest zeitweise abgehoben werden, um deren Beschädigung zu vermeiden.
-
Bei dem Tastnadel- bzw. Tastnadelspitzen-Positionserfassungs-Mittel kann es sich bevorzugt um einen Schrittzähler handeln, wobei bzw. wenn der Vorschub mittels eines Schrittmotors erfolgt oder kann es sich bei dem Tastnadel- bzw. Tastnadelspitzen-Positionserfassungs-Mittel um einen Wegmaßstab oder um einen Encoder handeln.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können für das Messgerät folgende Bewegungsachsen in Betracht kommen: Schwenken/Drehen um die Messgerätequerachse, also senkrecht zum Tasthebel. Drehen um die Längsachse, letztere ist also parallel zum Tasthebel. Vorteilhaft ist es für manche Anwendungen, wenn die Drehung um eine derart positionierte Achse erfolgt, dass die Tastnadelspitze auf einem Kreisbogen liegt. Zur Profilmessung am Zahngrund von Zähnen von Zahnrädern kann es vorteilhaft sein, wenn die Drehachse in der Nähe der Tastnadelspitze liegt. Dies kann man durch eine entsprechende konstruktive Auslegung des Manipulators erreichen. Für eine allgemeine Anwendung kann vorgesehen sein, dass sich die Drehachsenlage mit einem Linearversteller verschieben lässt. Als dritter Freiheitsgrad von möglichen Drehungen kann eine Drehung senkrecht zur Drehung um die Messgerätelängsachse vorgesehen sein, also eine Drehung um die Messgerätehochachse. Sinnvollerweise kann diese dritte Drehachse den beiden anderen Drehachsen übergeordnet sein bzw. können die beiden anderen Drehachsen der dritten Drehachse nachgeordnet sein.
-
Es versteht sich, dass der Fachmann die vorstehenden Merkmale und Maßnahmen sowie die aus den Ansprüchen und die aus den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Maßnahmen im Rahmen der Ausführbarkeit beliebig kombinieren kann.
-
Weitere Vorteile, Merkmale, Einzelheiten und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus dem nachfolgenden Beschreibungsteil, in dem bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben sind.
-
Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend ein erfindungsgemäßes Rauheitsmessgerät und einen erfindungsgemäßen Manipulator zur räumlichen Ausrichtung des Rauheitsmessgeräts;
-
2 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rauheitsmessgeräts;
-
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rauheitsmessgeräts.
-
In 1 ist eine Vorrichtung 10 umfassend einen erfindungsgemäßen Manipulator 11 gezeigt, an dem ein erfindungsgemäßes Rauheitsmessgerät 12 befestigt und von diesem getragen ist. Der Manipulator 11 ist an einem Manipulator-Träger (nicht gezeigt) befestigbar oder befestigt und von diesem getragen. Der Manipulator-Träger ist mittels einer Mechanik und/oder mittels eines Aktors relativ zu einer Manipulator-Träger-Stütze (ebenfalls nicht gezeigt) bewegbar. Der Manipulator-Träger ist an der Manipulator-Träger-Stütze befestigt und von dieser getragen. Bevorzugt ist das Rauheitsmessgerät 12 als ein Miniatur-Rauheitsmessgerät gestaltet. Das Rauheitsmessgerät 12 umfasst eine Tastnadel 13 mit einer Tastnadelspitze 14, insbesondere aus Diamant, vorzugsweise mit einem Tastspitzenradius von kleiner oder gleich 10 Mikrometer oder mit einem Tastspitzenradius von kleiner oder gleich 100 Nanometer, zur berührenden oder berührungslosen oder quasi-berührungslosen Erfassung der Rauheit einer Oberfläche eines Messobjekts, beispielsweise eines Werkstückes (nicht gezeigt).
-
Das Rauheitsmessgerät 12 umfasst ein Messgerätegehäuse 15, in dem wenigstens die folgenden Bauteile angeordnet sind: Ein Vorschub (nicht gezeigt) zum Bewegen der Tastnadelspitze 14 entlang der Oberfläche 25 des Messobjekts in wenigstens einer ersten Vorschubrichtung 22, ein mit der Tastnadel 13 gekoppeltes Mess-System 34 zur Erfassung einer Abtastbewegung der während einer Rauheitsmessung mit ihrer Tastnadelspitze 14 entlang der Oberfläche des Messobjekts bewegten Tastnadel 13 und eine mit dem Mess-System gekoppelte Elektronik (nicht gezeigt) zur Erfassung und/oder Auswertung von mittels des Mess-Systems erfassten Messdaten. An dem Messgerätegehäuse 15 ist ein Schutzkörper 21 vorgesehen, der einen mechanischen Schutz gegen eine Beschädigung der Tastnadel 13 bzw. deren Tastnadelspitze 14 und des die Tastnadel 13 tragenden Tastarms bzw. Tasthebels 20 bietet. Der Schutzkörper 21 weist einen zu einer Seite hin nach außen offenen Längsschlitz 23 auf, durch den zumindest die Tastnadelspitze 14 der Tastnadel 13 zum Zwecke einer Rauheitsmessung bzw. während einer Rauheitsmessung nach außen über den Schutzkörper 21 herausragen kann bzw. herausragt.
-
Der Manipulator 11 umfasst wenigstens vier relativ zueinander motorisch bewegbare Manipulator-Teile 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, von denen jeweils zwei Manipulator-Teile 16.1, 16.2; 16.1, 16.3; 16.3, 16.4 um jeweils eine Drehachse 19.1; 19.2; 19.3 relativ zueinander motorisch drehbar sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind also drei Drehachsen 19.1, 19.2, 19.3 vorgesehen. Diese sind jeweils senkrecht zueinander ausgebildet bzw. angeordnet, so dass das Miniatur-Rauheitsmessgerät 12 mittels des Manipulators 11 motorisch um die wenigstens drei zueinander senkrechten Drehachsen 19.1, 19.2, 19.3 drehbar ist. Vorzugsweise ist jeder Drehachse 19.1, 19.2, 19.3 der drei zueinander senkrechten Drehachsen 19.1, 19.2, 19.3 jeweils ein Motor (nicht gezeigt) zugeordnet, mittels dessen jeweils zwei benachbarte Manipulator-Teile 16.1, 16.2; 16.2, 16.3; 16.3, 16.4 der wenigstens vier Manipulator-Teile 16.1, 16.2, 16.3, 16.4 relativ zueinander um die jeweils zugeordnete Drehachse 19.1, 19.2, 19.3 der besagten drei zueinander senkrechten Drehachsen 19.1, 19.2, 19.3 drehbar sind.
-
Die wenigstens vier Manipulator-Teile 16.1, 16.2, 16.3, 16.4 können wie folgt beschrieben werden: Ein erster Manipulator-Teil 16.1 befindet sich an dem von dem Messgerät 12 weg weisenden Ende des Manipulators 11. Dieser erste Manipulator-Teil 16.1 fungiert als ein Befestigungskörper zur Befestigung des Manipulators 11 unmittelbar oder mittelbar an dem Manipulator-Träger (nicht gezeigt). Der erste Manipulator-Teil 16.1 hat einen Befestigungssockel 24, der ein Gegenstück zu einem Adapterkörper 17, vorzugsweise in Form eines handelsüblichen Wechseladaptersockels bildet. Dieser ist an dem Manipulator-Träger, beispielsweise an einer der Linearachsen eines Koordinatenmessgeräts bzw. einer Koordinatenmessmaschine befestigbar bzw. befestigt (nicht gezeigt). Ein zweiter, vorzugsweise langgestreckter, Manipulator-Teil 16.2 kann als Verlängerungskörper dienen. Ein dritter Manipulator-Teil 16.3 ist als Zwischenstück ausgebildet. Ein vierter Manipulator-Teil 16.4 dient als Haltestück, an dem das Messgerät 12 bzw. das Messgerätegehäuse 15 des Messgeräts 12 befestigt ist.
-
Die Messstellen der Werkstückoberflächen sind in vielen Fällen unter einem Winkel gegenüber der Horizontalen oder Vertikalen angestellt. Wenn ein Taster bzw. Sensor oder ein einen Sensor bzw. Taster enthaltendes Messgerät an einem Arm oder an einer Achse einer üblichen Koordinatenmessmaschine befestigt wird, wird der Taster bzw. der Sensor parallel zu den Führungsachsen der Koordinatenmessmaschine, also horizontal und/oder vertikal bewegt. Um an räumlich beliebig orientierten Flächen messen zu können, ist es notwendig, zwischen dem Trägerarm eines Messgeräteträgers, also beispielsweise einer Koordinatenmessmaschine bzw. einem Koordinatenmessgerät, einem Roboter oder einem anderen Handhabungssystem, und dem Messgerät eine Vorrichtung zu platzieren, die das Messgerät bezüglich des Trägerarms räumlich orientiert bzw. ausrichtet. Dies gibt natürlich nur Sinn, wenn diese Orientierung softwaregesteuert motorisch oder mittels eines sonstigen Aktors erfolgt.
-
Vorzugsweise ist an dem Rauheitsmessgerät 12 bzw. an dessen Messgerätegehäuse 15 mindestens ein Kupplungsstück 18 befestigt, um das Rauheitsmessgerät 12 leicht austauschen zu können. Eine Notwendigkeit zum Messtastertausch ergibt sich bei bestimmten Werkstücken häufig, beispielsweise bei Verbrennungsmotoren, wo man für unterschiedliche Messpositionen auch unterschiedlich ausgeführte Messgeräte bzw. Taster braucht. Der praktische Vorteil einer solchen Anordnung ist, dass der Kunde den Manipulator 11 nur einmal benötigt und nur das Messgerät selbst in unterschiedlicher Ausführung beschaffen muss. Aufgrund räumlicher Restriktionen ist es vorteilhaft, manchmal mehr als nur eine Kupplung an dem Messgerät vorzusehen. Die Kupplung kann mechanisch, pneumatisch, elektrisch oder magnetisch ausgeführt bzw. betätigt sein. Es versteht sich, dass über einen manipulatorseitigen Kupplungsteil bzw. eine Kupplungshälfte der Kupplung verschiedenartige Messgeräte/Sensoren, beispielsweise taktile oder optische Rauheitsmessgeräte, Spektrometer, Profilometer, Kameras und/oder Zeilenscanner an dem Manipulator 11 angekoppelt werden können.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass nicht das ganze Messgerät, sondern nur eine messtechnisch relevante Teilkomponente ausgewechselt werden kann bzw. ausgewechselt wird. Im Fall eines Rauheitsmessgeräts wäre dies beispielsweise der Tastnadelträger oder der Messaufnehmer. Im ersten Fall könnte bevorzugt ein dem Werkstückort angepasster Tastnadelträger ausgewählt sein bzw. werden, beispielsweise ein abgewinkelter Tastnadelträger. Im zweiten Fall könnte als Alternative zu einem klassischen Tasthebel-Messwertaufnehmer ein Biegebalkensensor eingesetzt sein bzw. werden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Messgerät handelt es sich um ein autarkes Rauheitsmessgerät 12. Dieses kann ein kabelgebundenes oder Funk- oder Infrarot-Interface besitzen. Das gleiche gilt für den Manipulator 11. Man wird vorteilhafterweise die Messgeräteschnittstelle mit der Manipulatorschnittstelle zu einer einzigen Schnittstelle verbinden, falls dies sinnvoll und machbar ist.
-
Das Rauheitsmessgerät 12, insbesondere aber nach Nützlichkeit auch andere Geräte/Sensoren/Kameras, kann bzw. können nicht nur an dem Manipulator 11 befestigt frei im Raum aktiv bzw. bewegt sein bzw. werden, sondern kann bzw. können sich während eines Mess- bzw. Prüfvorganges auf dem Messobjekt mit mindestens einem entsprechend gestalteten Fuß abstützen um mechanische Vibrationen zu eliminieren. Dazu ist das Rauheitsmessgerät 12 konstruktiv entsprechend auszulegen. Anstelle des Fußes kann die Abstützung bei Messungen in einer Bohrung auch über ein Führungsrohr erfolgen.
-
Unter einem autarken Rauheitsmessgerät im Sinne der Erfindung wird ein Rauheitsmessgerät 12 verstanden, bei dem Vorschub, Messsystem 34 und Elektronik integriert sind bzw. eine Einheit bilden. Vorzugsweise handelt es sich um ein Freitast- oder Bezugsebenen-Messsystem. Der Vorschub wiederum kann nicht nur, wie normalerweise üblich, einachsig, sondern auch mehrachsig ausgeführt sein. Bei einer zweiachsigen Ausführung würde sich die Tastnadel in der Messebene vorzugsweise sowohl translatorisch als auch rotatorisch bewegen lassen. Damit ließe sich mit dem Rauheitsmessgerät eine dreidimensionale Abtastung der Oberfläche des Messobjekts bzw. der Werkstückoberfläche durchführen.
-
Anstelle eines üblichen translatorischen Vorschubs, mittels welchem eine translatorische Verschiebung der Tastnadel entlang einer Linie in einer Ebene bewirkbar ist bzw. bewirkt wird, kann das Messgerät auch einen rotatorischen Vorschub aufweisen, mittels welchem das Messgerät bzw. die Tastnadel, respektive deren Tastnadelspitze, um eine Drehachse gedreht werden kann bzw. gedreht wird. Damit kann man beispielsweise die Rauheit bzw. das Profil eines Werkstück-Kreissegments abtasten. Es versteht sich, dass das Messgerät auch sowohl einen translatorischen Vorschub als auch einen rotatorischen Vorschub für die Tastnadel bzw. deren Tastnadelspitze enthalten kann.
-
Vorteilhaft ist die gleichzeitige Erfassung des Honwinkels oder von Poren und Merkmalen von Honriefen, wozu sich eine in dem Messgerät eingebaute Kamera eignet. Mit anderen Worten gesagt, kann also das Rauheitsmessgerät 12 eine integrierte Kamera (nicht gezeigt) beinhalten. Damit lassen sich beispielsweise Oberflächendefekte oder die Bearbeitungsstruktur oder -orientierung erkennen oder der Honwinkel messen.
-
Um gegebenenfalls die Temperatur von direkt aus der Fertigung kommenden Werkstücken bzw. von Messobjekten zu erfassen, ist ein im Messgerät 12 zusätzlich vorhandener Temperatursensor (nicht gezeigt) hilfreich. Die erfasste Temperatur kann zur Messwertkompensation herangezogen werden.
-
Um eventuelle Schwingungen des Messgeräts 12 festzustellen, eignet sich ein eingebauter Vibrationssensor (nicht gezeigt). Zur Vermeidung von Gerätevibrationen eignet sich die Abstützung des Messgeräts 12 auf dem Messobjekt bzw. Werkstück. Dazu dient ein in der Nähe der Tastnadel 13 angebrachter Abstützpunkt, der beispielsweise als Stellschraube oder Stift ausgeführt sein kann.
-
Weiterhin eignet sich das Messgerät 12 zusammen mit dem Manipulator 11 insbesondere zur Drallmessung gemäß Daimler Werksnorm MBN 31007.
-
Für Welligkeitsmessungen wird das Messgerät 12 mit Vorschublängen bis 50 mm ausgelegt.
-
Ein mehrachsiger Roboter hat zwar deutlich mehr Bewegungsfreiheit als ein Arm eines üblichen Koordinatenmessgeräts bzw. einer Koordinatenmessmaschine, aber auch der Arm eines Roboters lässt sich nicht beliebig zusammenfalten um in jedem Fall alle Oberflächensegmente eines kompliziert gestalteten Werkstücks zu erreichen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Manipulator 11 kommen hinsichtlich der damit bewirkbaren Drehungen des Messgeräts 12 insbesondere die folgenden Drehungen und Bewegungsachsen in Betracht:
- a) Schwenken/Drehen um eine auch mit Schwenkachse bezeichnete Drehachse 19.3 parallel zu der Messgerätequerachse, also senkrecht zur Längsachse des Tasthebels 20;
- b) Drehen um eine auch mit Kippachse bezeichnete Drehachse 19.2 senkrecht zu der Längsachse des Tasthebels 20;
- c) Drehen um eine Drehachse 19.1, die jeweils senkrecht zu den beiden anderen Drehachsen 19.2 und 19.3 angeordnet ist, insbesondere senkrecht zur Drehung um die Messgerätelängsachse bzw. Drehung um die Messgerätehochachse. Vorzugsweise ist diese Drehung, also der dritte Freiheitsgrad der möglichen Drehungen a), b) c), den beiden anderen Drehungen a) und b) übergeordnet.
-
Die 2 zeigt ein Rauheitsmessgerät 12 mit einem konstruktiven Mittel zur Drehung des Rauheitsmessgeräts 12 um eine Drehachse 26, die parallel zu der Vorschubachse verläuft und die durch die Tastnadelspitze 14 beim Messwert Null Mikrometer geht. Mit anderen Worten ist es für manche Anwendungen vorteilhaft, wenn eine Drehung um eine Drehachse 26 erfolgt, die durch die Vorschubrichtung sowie die Tastnadelspitze beim Messwert in der Nähe von Null Mikrometer bestimmt ist. Zur Profilmessung an einem Zahngrund von Zähnen von Zahnrädern ist es günstig, wenn die Drehachse in der Nähe der Tastnadelspitze 14 liegt. Dies kann man auch durch eine entsprechende konstruktive Auslegung des Manipulators 11 erreichen. Während der Drehung um die Drehachse 26 bleibt somit die Tastnadel 14, abgesehen von Ihrer Drehung um die Drehachse 26 und abgesehen von ihrer Auslenkung in Messrichtung abhängig von der Rauheit der mittels der Tastnadelspitze 14 der Tastnadel 13 abgetasteten Oberfläche 25, in Ruhe. Ebenso wird der konventionelle lineare Vorschub nicht aktiviert. Vielmehr dient die Kreisbewegung um die Drehachse 26 als Vorschub zur Aufnahme des Rauheitsprofils der Oberfläche 25 des Messobjekts. Dies ist beispielsweise nützlich bei der Rauheitsmessung in einer Zahnwurzel eines Zahnrads.
-
Vorzugsweise erfolgt die Messung der Rauheit der Oberfläche des Messobjekts durch Aufnahme eines Profilschnittes. Dazu wird die Tastnadel 13 bzw. deren Tastnadelspitze 14 über eine bestimmte Messstrecke über die Oberfläche bzw. entlang der Oberfläche des Werkstücks gezogen. Es gibt aber auch Werkstücke, bei denen eine konventionelle lineare Profilschnitterfassung aufgrund räumlicher bzw. geometriebedingter Einschränkungen nicht möglich ist, beispielsweise an einem Zahngrund eines Zahns eines Zahnrades oder bei Turbinenschaufeln. In diesen Fällen ist es hilfreich, wenn man zur Profilerfassung bzw. zur Rauheitsmessung die Tastnadel 13, die ja üblicherweise an einem Tasthebel 20 angebracht ist, auch senkrecht zur üblichen Zugrichtung in einer zweiten Vorschubrichtung bewegen kann, beispielsweise indem ein Drehlager 35 vorgesehen ist, über welches die Tastnadel 33 einen Kreisbogenabschnitt zurücklegen kann bzw. über einen Kreisbogenabschnitt bewegt werden kann (3). Dieser bzw. die zugehörige Drehachse 32 steht senkrecht auf der Vorschubachse 31 der üblichen Vorschubrichtung 22. Weiterhin kann man diese zweite Vorschubachse zur Aufnahme von dreidimensionalen Oberflächenprofildaten einsetzen.
-
Es sind Maßnahmen zu ergreifen, dass alle Rotationsbewegungsachsen im Ruhezustand stabil stillstehen, damit die Rauheitsmessung nicht durch überlagerte Vibrationen beeinträchtigt wird.
-
Damit das Steuerprogramm für einen Arm eines Roboters oder eines Koordinatenmessgeräts bzw. einer Koordinatenmessmaschine die Tastnadelspitze 14 des Messgeräts 12 an die vorgesehene Messstelle führen kann, ist eine entsprechende Referenzierung des Messgeräts 12 notwendig. Dazu eignet sich beispielsweise eine Referenznadel (nicht gezeigt), die irgendwo im Arbeitsbereich des Messgeräteträgers angebracht ist. Anstelle der Referenzspitze eignet sich auch sehr gut ein Gegenstück der am Messgerät angebrachten Kupplung 18. Ebenso kann man am Messgerätegehäuse 15 selbst Kalibrierkugeln anbringen.
-
Soll anstelle eines durchgehenden Profilschnittes eine Rauheitsmessung beispielsweise auf Stegen eines Werkstücks erfolgen, so muss die Tastnadel 12 abgehoben werden, damit sie an den Flanken der Stege nicht beschädigt wird. Ist die Lage der Stege bekannt, so kann man die Tastnadel 12 abheben, falls der Ort derselben bekannt ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Manipulator
- 12
- (Miniatur-)(Rauheits-)Messgerät
- 13
- Tastnadel
- 14
- Tastnadelspitze
- 15
- Messgerätegehäuse
- 16.1
- (erster) Manipulator-Teil/Befestigungskörper
- 16.2
- (zweiter) Manipulator-Teil/Verlängerungskörper
- 16.3
- (dritter) Manipulator-Teil/Zwischenglied
- 16.4
- (vierter) Manipulator-Teil/Haltestück
- 17
- Adapterkörper/Wechseladaptersockel
- 18
- Kupplung/Kupplungsstück
- 19.1
- (erste) Drehachse/Messgerätehochachse
- 19.2
- (zweite) Drehachse/Kippachse
- 19.3
- (dritte) Drehachse/Schwenkachse
- 20
- Tasthebel
- 21
- Schutzkörper
- 22
- (erste) Vorschubrichtung
- 23
- Längsschlitz
- 24
- Befestigungssockel
- 25
- (Objekt-)Oberfläche
- 26
- Drehachse
- 27
- Drehkreis
- 28
- Fixierbügel
- 31
- (erste) Vorschubachse
- 32
- Drehachse/(zweite) Vorschubachse
- 34
- Messsystem
- 35
- Drehlager
- 36
- Läufer
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009019129 A1 [0005]
- DE 102009035747 A1 [0006]
- WO 0227270 A1 [0009]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Werksnorm MBN 31007 [0043]
