DE2420981C3 - Koordinatenmeßmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Koordinatenmeßmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

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 Schlitien, 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 Schütte.· ist ein (für gewöhnlich hebbarer und schwenkbarer) 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 und 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 Schlittenbewegung entlang ihrer Bewegungslinien und mit Hilfe einer geeigneten Datenverarbeitungs- und Anzeigeelektronik untersucht, was in der Praxis dadurch ausgeführt wird, daß die Sonde von Punkt zu Punkt bewegt wird und das Ausmaß der entsprechenden Schlittenbewegung mit Hilfe des Entfernungsgebers und der zugehörigen Elektronik aufgezeichnet wird.

Um genaue Ergebnisse zu erhalten, müssen die Schlittenbewegungen entlang ihren zugeordneten Be-

is wegungslinien genauestens der Sondenbewegung entsprechen. Falls bei der Sondenbewegung Kräfte auftreten, die bleibende Verspannungen des Sondenbzw. Schlittenaufbai's bewirken, wird diese präzise Obereinstimmung nicht erhalten. Die Reibung ist ein weiterer Grund für derartige Verspannungen bzw. Verzerrungen; deshalb muß beim Entwurf und bei der Herstellung von Koordinatenmeßmaschinen mit großer Sorgfalt gearbeitet werden, um die Schlittenlagerreibung zu minimalisieren.

2s Es ist klar, daß die Schlitten entlang ihrer zugeordneten Bewegungslinien mit größter Genauigkeit geführt werden müssen, d. h, daß die Führungsschienenflächen für die Schlitten genau untereinander ausgerichtet sein müssen und daß die Sätze richtig zueinander orientiert sein müssen, d. h. im rechten Winkel zueinander. Diese Forderung verteuert diese Maschinen erheblich, was insbesondere für größere Maschinen zutrifft, da präzise Herstellungsvorgänge notwendig werden. Um diese Kosten zu senken sowie das Auftreten von Verspannungen zu vermeiden, die durch Fehlausrichtung der Laufflächen bei jedem Satz entstehen können, wird die Anzahl der zur Schlittenführung dienenden Laufflächen minimalisiert, d. h., es wird auf die kinematisch überflüssigen Laufflächen verzichtet. Bekanntlich wird dies dadurch erreicht, daß jeder Schlitten auf drei Lagern gelagert wird, von denen zwei auf einer Lauffläche laufen, die sowohl eine seitliche als auch eine vertikale Führung (über V-förmige Nuten bzw. konvex gekrümmte Flächen) ergeben, und von denen das dritte Lager 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 computer-gesteuerte Sondenantriebe für einen automatisierten Untersuchungsprozeß. Bei einigen relativ großen Maschinen würde außerdem ein Betrieb von Hand sehr schwierig, so daß eine servogesteuerte Sondenbewegung vorgesehen ist.

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

Weiterhin kann bei großen Maschinen eine ziemlich große Durchbiegung des Antriebskörpers, z. B. d;r Spindel, infolge seines Eigengewichts auftreten, was

teure Spindelkörper mit großem Durchmesser erforderlich macht

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile bekannter Anordnungen, die Koordinatenmeßmaschine der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß Deformationskräfte bei der Sonden- und Schlittenbewcgung vermieden werden und keine bleibenden Verspannungen des Sonden- und Schlittenaufbaus auftreten. Dabei soll auf Präzisionsantriebsglieder und zusätzliche Laufflächen für die Schulten verzichtet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß auf zusätzliche teure und möglicherweise unpraktische Antriebskörper oder Laufflächen, bei denen immer die Gefahr einer Fehlausrichtung besteht, verzichtet werden kann. Zusätzlich minimalisiert der erfindungsgemäße Drehantrieb die durch Deformationskräfte und Schlittenlagerreibung hervorgerufenen Verspannungen des Sonden- und Schlittenaufbaus. Dies wird mit billigen und handelsüblichen Bauteilen erreicht, z. B. mit einem Elektromotor und elektromagnetischen Kupplungen und Bremsen, so daß die Kosten der gesamten Meßmaschine geringer werden.

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel und anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Koordinatenmeßmaschine gemäß der Erfindung;

F i g. 2 eine Vorderansicht entlang der Linie 2-2 van Fig.l.

Die Beschreibung beschränkt sich der Kürze wegen auf einen der beiden Schlitten, die normalerweise in einer Koordinatenmeßmaschine vorgesehen sind.

Im Ausführungsbeispiel ist es die Schlittenvorrichtung 10, die sich entlang der im allgemeinen als V-Achse bezeichneten Achse bewegt und auf zwei Armen 12 und 14 für eine Verschiebung in einer horizontalen 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).

Die Schlittenvorrichtung 10 wird mit Hilfe von drei Drehlagern 18, 20 und 22 mit halbkugelförmigem Außenumfang für eine erzwungene Bewegung gelagert und geführt, wobei das Lager 18 durch einen seitlichen Träger 24 und die Lager 20 und 22 durch einen seitlichen Träger 26 abgestützt sind. Die Träger 24 und 26 sind durch eine Querstrebe 28 miteinander verbunden, durch den der grundlegende Schlittenaufbau vervollständigt wird.

Eine Sondenhaltening 30 für eine Sonde 32 ist an der Querstrebe 28 befestigt, so daß die Sonde 32 wie übüch an Orte entlang der V-Achse eingestellt werden kann, indem die Schlittenvorrichtung 10 durchgefahren wird.

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

Das Drehlager 18 ist auf einer Schiene 36 abgestützt und geführt, die am Arm 12 befestigt ist, wobei die Schiene 36 eine ebene Oberseite 38 aufweist, auf der das Drehlager 18 läuft.

Die Lager 20 und 22 sind auf einer Schiene 40 abgestützt und geführt, die am Arm 14 befestigt ist und in die eine V-förmige Nut 42 eingearbeitet ist, in die sich die halbkugelförmigen Außenflächen der Lager 20 und 22 erstrecken. Der Schlitten 10 ist in Eingriff mit den Laufflächen 3« und 42 mit Hilfe gefederter Rollen 44 gehalten, die am Schlitten 10 angeordnet sind und an der Unterseite der Schienen 36 und 40 anliegen, um so jeder Tendenz des Schlittens 10 zu kippen entgegenzuwirken. Diese Anordnung der Schienenflächen schafft eine Führung des Schlittens 10 in allen Betriebsweisen entlang der V-Achse mit einer minimalen Anzahl an Laufflächen, wodurch die Herstellungs- und Montagekosten minimalisiert und Verspannungen infolge einer Fehlfluchtung der Schienen im Falle übermäßig vieler Laufflächen ausgeschaltet werden.

Durch die mit den Lagern 20 und 22 zusammenwirkende, V-förmige Lauffläche 42 wird einer linearen Bewegung in der Λ-Richtung und jeder Drehung um eine zur Z-Achse parallelen Achse entgegengewirkt, so daß eine geradlinige Bewegung der Lager 20 und 22 entlang der V-Achse in einer horizontalen Ebene sichergestellt ist Die zwischen den Lagern 18,20 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.

Da die Lauffläche 38 eben ist, muß sie in y-Richtung nicht mit der V-förmigen Lauffläche 42 ausgerichtet sein und eine evtl. Fehlausrichtung spielt somit keine Rolle.
Die Verschiebung des Schlittens 10 entlang den Schienen 36 und 40 wird durch einen Entfernungsgeber angezeigt, der in Form eines am Arm 14 befestigten Präzisions-Hauptgitters 46 und eines am Schlitten 10 angeordneten Lesekopfs 48 ausgebildet sein kann, wobei unter Ausnutzung von Moire-Bildung eine Anzahl elektrischer Digitalsignale in Abhängigkeit einer Relativbewegung zwischen dem Hauptgitter und einem im Lesekopf 48 angeordneten Gitters abgegeben wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt eine Einrichtung zum direkten Antreiben und Bremsen der Drehlager 18, 20 und 22 auf. Diese Einrichtung weist einen Drehantrieb auf, z. B. einem am Schlitten 10 angeordneten elektrischen Motor 50, der antriebsmäßig mit Hilfe von Zahnrädern 52,54 mit dem Eingang einer Magnetkupplung 56 verbunden ist. Der Ausgang der Magnetkupplung 56 treibt ein Zahnrad 58 an, das mit einem am Lager 18 befestigten Zahnrad 60 in Eingriff steht. Somit kann das Lager 18 durch den Elektromotor 50 über die Magnetkupplung 56 in Drehung versetzt werden. Die Verwendung der Magnetkupplung 56 ermöglicht eine digitale Impulssteuerung des Antriebs, da der Motor andauernd laufen kann, wobei die Magnetkupplung für die gewünschte Beschleunigung des Schlittens 10 betätigt wird, wenn dieser um eine gewünschte Strecke verschoben werden soll.

Um den sich einmal in Bewegung befindlichen Schlitten 10 abzubremsen, sind zwei Magnetbremsen 62 und 64 zur steuerbaren Abbremsung der Lager 20 und 22 vorgesehen.

Die Magnetbremsen 62 und 64 sind arn Schlitten 10 angeordnet, wobei jede antritbsmäßig mit ihrem zugehörigen Lager mit Hilfe einer Zahnradverbindung verbunden ist. Der Ausgang der Magnetbremse 62 treibt ein Zahnrad 66 an, das seinerseits im Eingriff mit eineir am Lager 20 befestigten Zahnrad 68 steht, während der Ausgang der Magnetbremse 64 ein Zahnrad 70 antreibt, das in Eingriff mit einem am Lager 22 befestigten Zahnrad 72 steht. So werden die Bremskräfte direkt auf die Lager 20 und 22 ausgeübt.

Durch diese Anordnung und einer auf die besondere Anlage und auf die Bauteilparameter zugeschnittenen Schaltung können die Magnetkupplung 56 und die Magnetbremsen 62 und 64 entweder automatisch oder von Hand zur Beschleunigung und zum Abbremsen des Schlittens 10 in die gewünschte Stellung gesteuert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Koordinatenmeßmaschine mit mindestens einem Schlitten, an dem eine auf das zu untersuchende Werkstück gerichtete Sonde gelagert ist und der für eine erzwungene Bewegung entlang einer Bahn mittels dreier Drehlager in einer horizontalen Ebene geführt ist, wobei das Ausmaß der Schlittenverschiebung entlang der Bahn mit Hilfe eines Entfernungsgebers zur Erzeugung von entsprechenden Signalen gemessen und angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (10) eine Einstellvorrichtung aufweist zur direkten Ausübung von Einstellkräften auf die drei Drehlager (18,20,22) mittels eines am Schlitten (10) angeordneten Drehantriebs (50), welcher antriebsmäßig mit Hilfe von Zahnrädern (52, 54) mit dem Eingang einer Magnetkupplung (56) verbunden ist, deren Ausgang über eine Zahnradverbindung (58,60) mit einem (18) der drei Drehlager (18, 20, 22) in Verbindung steht, welches den Schlitten (10) direkt antreibt und einstellt

2. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Kombination aus Drehantrieb (50) und Magnetkupplung (56) ein schrittweise laufender Motor verwendet wird.

3. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung für den Schlitten (10) eine zwei der Drehlager (20, 22) abstützende Lauffläche (40,42) aufweist, die eine Bewegung des Schlittens (10) entlang einer einzigen Bahn in einer horizontalen Ebene erzwingt und eine weitere das dritte Drehlager (18) abstützende ebene Lauffläche (36, 38) zur Führung des Schlittens (10) aufweist.

4. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitteneinstellvorrichtung zwei Magnetbremsen (62, 6d) aufweist, wobei jede antriebsmäßig mit Hilfe einer Zahnradverbindung (66, 68 bzw. 70, 72) mit ihrem zugehörigen Drehlager (20 bzw. 22) in Verbindung steht und ihre Bremskraft direkt auf das Drehlager ausübt.