DE2420981A1 - Schlitteneinstellvorrichtung fuer eine koordinatenmessmaschine - Google Patents

Description

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Dr. Ing. H. Negendank

Dip!. Ing. H. Hauck - Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnert

8 München 2, Mozartstraße 25

Telelon 5380586

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 24. April Id74

Southfield, Hich. 48o7b, USA Anwaltsakte M-3o83

Schlitteneinstellvorrichtung für eine Koordinaten-

meßmaschine

Koordinatenmeßmaschinen weisen normalerweise einen ersten Schlitten auf, der auf dem Maschinenrahmen für eine Bewegung entlang einer ersten Bewegungslinie in einer horizontalen Ebene gelagert ist, sowie einen zweiten Schlitten, der für eine Bewegung auf dem ersten Schlitten entlang einer Bewegungslinie senkrecht zur ersten und ebenfalls in einer horizontalen Ebene gelagert ist.

Auf dem zweiten Schlitten ist ein (für gewöhnlich hebbarer und senkbarer) Sondenschaft gelagert, an dem eine auf ein zu inspizierendes Werkstück gerichtete Sonde gelagert ist. Die Stellung des ersten und zweiten Schlittens entlang ihren Bewegungslinien am Berührungspunkt von Sonde una Werkstück bestimmt die Lage jenes Punktes in einem Koordinatensystem, das die durch diese Bewegungslinien definierten Achsen aufweist.

Es wird mit Hilfe eines Entfernungsgebers zur Anzeige und Messung der Schlittenbewegungen entlang ihren Bewegungslinien und mit hilfe

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einer geeigneten jüatenverarbeitungs- und Anzeigeelektronik untersucnt, was in der Praxis dadurch ausgeführt wird, daß die Sonde von Punkt zu Punkt bewegt wird una das Ausmaß der entsprechenden Schlittenbewegungen mit Hilfe des Entfernungsgebers und der zugehörigen Elektronik aufgezeichnet wird.

um genaue Ergebnisse zu erhalten, müssen die Schlittenbewegungen entlang ihren zugeordneten Bewegungslinien genauestens der Sonden-Dewegung entsprechen. Falls bei der Sondenbewegung Kräfte auftreten, die bleibende Verspannungen des Sonden- bzw. Schlittenaufbaus bewirken, wira diese präzise Übereinstimmung nicht erhalten. Die Reibung ist ein weiterer Hauptgrund für derartige Verspannungen bzw. Verzerrungen, und deshalb muß beim Entwurf und bei der Herstellung dieser Maschinen mit großer Sorgfalt gearbeitet werden, um die Schlittenlagerreibung zu minimalisieren.

Es ist klar, daß die Schlitten entlang ihren zugeordneten Bewegungslinienfait größter Genauigkeit geführt werden, müssen, d.h., daß die Führungsschienenflächen für einen Schlitten genau untereinander ausgerichtet sein müssen und daß die Sätze richtig zueinander orientiert sein müssen, d.h. in rechten i/iinkeln zueinander. Diese Forderung verteuert diese Mascninen erheblich, was insbesondere für größere Maschinen zutrifft, da präzise Herstellungsvorgänge nötig werden, lim diese Kosten zu senken sowie das Auftreten von Verspannungen zu vermeiden, die durch Fehlausrichtung der Lauffläcnen bei jedem Satz entstehen können, wird die Anzahl der zur Führung dienenden Laufflächen minimalisiert, d.h. es wird auf die

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kinematisch überflüssigen Laufflächen verzichtet. Bekanntlich wird dies dadurch erreicht, daß jeder Schlitten auf drei Lagern gelagert ist,' von denen zwei auf einer Lauffläche laufen, die sowohl eine seitliche als auch eine vertikale Führung (über V-förmige hüten bzw. konvex gekrümmte Flächen) schafft , und von denen das dritte auf einer eben geschliffenen Lauffläche läuft.

Während im allgemeinen die meisten Maschinen von hand gesteuert werden, d.h., die Sonde wird von Punkt zu Punkt von Hand bewegt, gibt es in einigen Fällen aber auch computergesteuerte Sondenantriebe für einen automatisierten Untersuchungsprozess. Bei einigen relativ großen Maschinen würde'außerdem ein Betrieb von Hand sehr schwierig sein, sodaß eine kraftgesteuerte Sondenbewegung vorgesehen ist.

Typisch als Antriebsanordnung für eine derartige Haschine ist ein Spindelantrieb oder ein Zahnstangengetriebe, was aber die oben herausgestellten Probleme nur noch verschlimmert. D.h., der Antriebskörper ist im Hinblick auf die Lagerschienenkinematisch überflüssig und jede Fehlausrichtung zwischen Antriebskörper und Lauffläche ruft iJeformationskräfte am Schlitten hervor, wodurch die nötige Übereinstimmung zwischen der Sondenbewegung und der Schlittenbewegung beeinflußt wird. Zusätzlich wird durch die Notwendigkeit einer flauen Ausrichtung die Herstellung erheblich verteuert, da Präzisionsarbeiten erforderlich sind.

Weiterhin kann bei großen Maschinen eine ziemlich große Jurchbie-

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gung aes Antrieoskärpers, z.B. einer Spindel, infolge seines Eigengewicnts auftreten, was teuere Spindelkörper mit großem Durchmesser erforderlich macht.

um diese Nachteile zu vermeiden, ist erfindungsgemäß eine Einstellvorrichtung für die Schlitten einer Koordinatenmeßinaschine vorgesehen, die eine Anordnung zur direkten Ausübung der Einstellkräfte auf die Lager aufweist, die den Schlitten entlang seiner Bewegungsachse abstützen und führen, um die möglicherweise bei einem getrennten Schlittenantriebsglied oder einer getrennten Lauffläche auftretenden Lieformationskräfte zu minimalisieren und um auf Präzisionsantriebsglieder oder Flächen zusätzlich zu den Lagerschienenflächen verzichten zu können.

Jie Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel und anhand der üeiliegenden Figuren näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Jraufsieht auf einen Teil einer Koordinatenmeßmaschine

gemäß der Erfindung und
Fig. 2 eine Vorderansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1.

Jie folgende bescnreibung Deschränkt sich der Kürze wegen auf einen der zwei Schlitten, die normalerweise in einer Koordinatenmeßmaschine vorgesehen sind, da ihr Gebrauch im Hinblick auf den zweiten Scnlitten sehr ähnlich sein würae.

In diesem Beispiel ist es die Schlittenvosr^chtung Io, die sich

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entlang der im allgemeinen als Y-Achse bezeichneten Achse bewegt und auf zwei Armen 12 und IM- für eine Verschiebung in einer norizontalen .ebene gelagert ist, wobei diese Arme einen Teil der anderen Schlittenvorrichtung 16 bilden (die für eine Bewegung entlang einer im allgemeinen als X-Achse bezeichneten Achse entsprechend gelagert ist).

L)ie Schlittenvorrichtung Io wird mit Hilfe von drei Drehlagern 18, 2o und 2 2 mit halbkugelföriaigem Außenumfang für eine erzwungene Bewegung gelagert und geführt, wobei das Lager 18 durch einen seitlichen Träger 24· und die Lager 2o und 22 durch einen seitlicnen Träger 26 abgestützt sind. Die Träger 24 und 26 sind durch eine Querstrebe 2 8 miteinander verbunden, durch den der grundlegende Schlittenaufbau vervollständigt wird.

Eine Sondenhalterung 3o für eine Sonde 32 ist an der Querstrebe 2 befestigt, sodaß die Sonde 32 wie üblich an Orte entlang der Y-Ächse eingestellt werden kann, indem die Scnlittenvorrichtung Io durchgefahren wird.

jJie Sonde 32 ist in Rollen 34- für eine vertikale Bewegung entlang der Z-Achse gelagert. Insofern die Einzelheiten der Sondenhalterung einschließlich obr Hebe - und Gleichgewichtseinrichtung keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden und für deren Verständnis nicht notwendig sind, sind sie hier nicht gezeigt.

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Lager 18 ist auf einer Scniene 3b abgestützt und geführt, die am nrm 12 befestigt ist, wobei die Schiene 36 eine ebene Oberseite 38 aufweist, auf der aas Lager 18 läuft.

Die Lager 2 ο und 2 2 sind auf einer Schiene 4o abgestützt und gefünrt, die am Arm 14· Defestigt ist und in die eine V-förmige Nut 42 eingearbeitet ist, in die sich die halbkugelförmigen Außenflächen der Lager 2o und 2 2 erstrecken. Der Schlitten Io ist in eingriff mit den Schienenflächen 3 8 und 42 mit Hilfe gefederter Kollen 44 gehalten, die am Schlitten Io angeordnet sind und die Unterseite der Schienen 36 und 4-o ergreifen, um so jeder Tendenz des Schlittens Io zu kippen entgegenzuwirken. Diese Anordnung der Schienenflächen schafft eine Führung des Schlittens Io in allen Betriebsweisen entlang dieser Achse mit einer minimalen Anzahl an Laufflächen, wodurch die Herstellungs- und Montagekosten minimalisie^t und Verspannungen infolge einer Fehlfluchtung der Schienen im Falle übermäßig vieler Laufflächen ausgeschaltet werden.

Durch die mit den Lagern 2o und 22 zusammenwirkende, V-förmige Lauffläche 4-2 wird einer linearen Bewegung in der X-Richtung und jeder Drehung um eine zur Z-Achse parallelen Achse entgegengewirkt, sodaß eine geradlinige Bewegung der Lager 2o und 22 entlang der Y-Achse in einer horizontalen Ebene sichergestellt ist. Die zwischen den Lagern 18,2o und 22 aufgebauten Kräftepaare wirken jeder Drehung um die X- oder Y-Achse entgegen, wodurch jedes Kippen der Schlittenvorrichtung aus der horizontalen Ebene verhindert wird.

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Da die Schienen-flache 33 eben ist, muß sie in Y-Ricntung nicht mit der V-förmigen Lauffläche 42 ausgerichtet sein und eine evtl. Fehlausrichtung spielt somit keine Rolle.

Die Verschiebung des Schlittens Io entlang den Schienen 36 und wird durch einen Entfernungsgeber angezeigt, der in Form eines am Arm 14 befestigten Präzisions-Hauptgitters 46 und eines am Schlitten Io angeordneten Lesekopfs 48 vorliegen kann, wobei unter Ausnutzung einer Moire-Bildung ein Zug elektrischer Digitalsignale in Abhängigkeit einer Relativbewegung zwi-scheii dem Hauptgitter und einem im Lesekopf 48 angeordneten Gitters abgegeben wird. So tritt also ein Zug digitaler Signale entsprechend der Relativbewegung zwischen dem Arm 14 und dem Schlitten Io auf.

Die erfindungsgemäße Anordnung für die Schlitteneinstellkräfte weist eine Einrichtung zum direkten Antreiben und Bremsen der Drehlager 18,2o und 22 auf. Diese Linrititung weist einen Drehantrieb auf, z.B. einem am Schlitten Io angeordneten elektrischen Motor 5o, der antriebsmäßig mit Hilfe von Zahnrädern 52 ,54 mit dem Eingang einer Magnetkupplung όδ verbunden ist. Der Ausgang der Magnetkupplung 5 6 treibt ein Zahnrad 5 8 an, das mit einem am Lager 18 befestigten Zahnrad 6o in Eingriff steht. Somit kann das Lager 18 durch den Elektromotor 5o über die Magnetkupplung 56 in Drehung versetzt werden. Die Verwendung der Magnetkupplung 56

(magnetic particle clutcn) ermöglicht eine digitale Impulssteuerung des Antriebs, da der Motor andauernd laufen kann, wobei die Kupp-

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lung für die gewünschte Beschleunigung des Schlittens Io betätigt wira , wenn dieser um eine gewünschte Strecke verschoben werden soll.

um den sich einmal in Bewegung befindlichen Schlitten Io abzubremsen, sind zwei Magnetbremsen 6 2 und 6 4 (magnetic particle brakes) zur steuerbaren Abbremsung der Lager 2o und 22 vorgesehen.

Die iiagnetoremsen 62 und 64 sind am Schlitten Io angeordnet, wobei jede antrieosmäßig mit ihrem zugehörigen Lager mit Hilfe einer Zahnradverbindung verbunden ist. Der Ausgang der nagnetbremsen 6 2 treibt ein Zahnrad öd an, das seinerseits im Eingriff mit einem am Lager 2o befestigten/Zahnrad 68 steht, während der Ausgang der Magnetbremse 64 ein Zahnrad 7o antreibt, das in Eingriff mit einem am Lager 2 2 befestigten Zahnrad 7 2 steht. So werden die Bremskräfte direkt auf die Lager 2o und 22 ausgeübt.

Durch diese Anordnung und einer auf die besondere Anlage und auf die Bauteilparameter zugeschnittenen Schaltung können die Kupplung 5 6 und üie Magnetbremsen 62 und 64 entweder automatisch oder von Hand zur Beschleunigung und zum Abbremsen des Schlittens Io in seine gewünschte Stellung gesteuert werden.

Of fens ichtlich kann bei dem erfindungs gemäßen Aufbau auf zusätzliche teuere und möglicherweise unpraktische /mtriebskörper oder Laufflächen vollständig verzichtet werden, bei denen immer die- Gefahr einer Fehlausrichtung besteht. Zusätzlich minimalisiert dieser

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Antrieb jeden Einfluß, den die Einstellvorrichtung aufgrund der Übereinstimmung zwischen der Sondenstellung und der Schlittenstellung ausüben kann.

Dies wird mit niedrigen Kosten und handelsüblichen Bauteilen erreicht, d.h. mit einem Elektromotor und elektromagnetischen Kupplungen und Bremsen, wodurch die Antriebseinrichtung selbst nicht wesentlich zu den Kosten der gesamten Meßmaschine beiträgt.

Es ist aber auch möglich, die Kombination aus Magnetkupplung una Motor durch einen schrittweise laufenden Motor zu ersetzen.

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Claims (5)

Patentansprüche

1.) Koordinatenmeßmaschine mit einer Sonde, mindestens einem die Sonde lagernden Schlitten, der für eine erzwungene Bewegung entlang einer Bahn durch eine Lagervorrichtung mit Drehlagern gelagert ist, und mit einem Entfernungsgeber zur Erzeugung von Signalen entsprechend dem Ausmaß der Schlittenbewegung entlang der Bann, gekennzeichnet, durch eine Schlitteneinstellvorrichtung zum Ausüben von Linstellkräften auf den Schlitten (lo)j die einen Drehantrieb (5o) mit einem Ausgangsglied (52) aufweist und ferner eine das Ausgangsglied des Drehantriebs mit mindestens einem der Drehlager (18,2o,22) antriebsmäßig verbindende Einrichtung (56), wodurch der Schlittervüirekt durch das eine Drehlager (18) angetrieben und eingestellt wird.

2. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung für den Schlitten (lo) drei Drehlager (18,2o,22) und eine zwei der Drehlager (2o,22) abstützende Schiene (42) aufweist, die eine Bewegung derselben entlang einer einzigen Bahn in einer horizontalen Ebene erzwingt, sowie eine weitere, das dritte der Drehlager (18) abstützende Schiene (38)

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zur Führung des Schlittens (lo), um eine Kippbewegung aus der horizontalen Ebene heraus zu verhindern.

3. Koordxnatenmeßmaschine nacn Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (So) am Schlitten (lo) gelagert ist.

4. Koordxnatenmeßmaschxne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die antriebsmäßig mit den: Drehantrieb ein Lingriff stehende Einrichtung (5o) eine Hagnetkupplung (56) aufweist.

5. Koordxnatenmeßmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitteneinstellvorrichtung Bremsen (62,64) aufweist, die antriebsmäfiig mit zwei (2o,22) der drei Drehlager in Eingriff stehen.

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