DE2546544A1

DE2546544A1 - Koordinaten-messmaschine

Info

Publication number: DE2546544A1
Application number: DE19752546544
Authority: DE
Inventors: Robert Duncan; William E Kirby
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-10-30
Filing date: 1975-10-17
Publication date: 1976-05-06
Also published as: ES442209A1; GB1464833A; BR7507060A; FR2289878A1; SE7512120L; US4007544A; SE420945B; IT1043722B; YU270875A; BE834926A; FR2289878B1; KR800001273B1; YU37401B; CA1042200A

Description

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W. 765

Augsburg, den 13. Oktober 1975

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St₉A.

Koordi nate n-Meßmas chine

Die Erfindung betrifft eine Koordinaten-Meßmaschine rait einem Sockel, auf dem zwei seitliche Pfosten angeordnet sind, weiter mit einem in diesen Pfosten in einer Y-Richtung verschieb lieh geführten Hauptschlitten und einem daran in einer X-Richtung ver3chieblich geführten Tasterschlitten, der

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einen nach unten ragenden Meßtaster trägt, und mit einer mit dem Meßtaster verbundenen Anzeigeeinrichtung zur Sichtanzeige der jeweils an einem zu untersuchenden Objekt gemessenen Koordinatenwerte.

Koordinaten-Meßmaschinen werden hauptsächlich zur Mechanisierung der Prüfung von feinbearbeiteten oder auf andere Weise mit relativ kleinen Toleranzen hergestellten Teilen verwendet. Im Handel erhältliche Meßmaschinen dieser Art weisen einen schweren Gußsockel auf, der eine Meßplatte und Trägerelemente aufweist, welch letztere einen Hochpräzisionsschlitten beweglich führen. Dieser Schlitten trägt einen empfindlichen Meßtaster, der die Koordinatenmaße der bearbeiteten Teile, beispielsweise Größe und Lage von Bohrungen und dgl., entweder im X-Y-Koordinatensystern oder im X-Y-Z-Koordinatensystem mißt. Um diese Schiitten- und Tasterbewegungen zu ermöglichen, finden Hochpräzisions-Kugel- oder -Nadellager, Hochpräzisions-Zylinderbüchsen, Zahnstangengetriebe oder Kombinationen dieser Elemente Anwendung, um Meßergebnisse mit großer Genauigkeit zu erhalten. Wenn der Meßtaster in Berührung mit einem zu untersuchenden Bauteil gebracht worden ist, wird ein elektrisches Signal erzeugt, welches den gemessenen Koordinaten entspricht und dann digital auf einer elektronischen

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Anzeigeeinrichtung angezeigt wird*

Obwohl die Koordinaten-Meßmaschinen so ausgebildet sind, daß die Meßschlittenanordnung mit minimalem Bedienungsdruck beweglich ist, wenn der Meßtaster das zu untersuchende Bauteil berührt, hat es sich gezeigt, daß, wenn hochgenaue Messungen erforderlich sind, d.h. Messungen mit Genauigkeiten von mindestens 0,0025 mm, die von der Hand der Bedienungsperson ausgeübte Druckkraft entscheidende Auswirkungen auf die Genauigkeit der Messungen hat. Etwas zu viel oder etwas zu wenig Bedienungsdruck gegen den Meßtaster führt oft zu Koordinatenmeßwerten bzw. zu Meßergebnissen, die schon jenseits der für das zu messende Teil zulässigen Toleranzen liegen. Die3 führt oft dazu, daß das betreffende Teil weggeworfen oder nachgearbeitet wird, obwohl hierzu gar keine Notwendigkeit besteht. Vor der Vornahme einer solchen Nacharbeitung oder dem Wegwerfen des betreffenden Bauteils muß der Meßvorgang unter Anwendung noch größerer Sorgfalt wiederholt werden, um das ursprüngliche Meßergebnie entweder zu bestätigen oder zu widerlegen. Solche das Nacharbeiten von Teilen oder die Wiederholung von Meßvorgängen nach sich ziehende Einflüsse führen nicht nur zu höheren Fertigungskosten, sondern verzögern auch die Auslieferung von gefertigten Bauteilen, was die' Terminpläne sowohl des Herstellers als auch des Bestellers durcheinanderbringen kann_e

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Koordinaten-Meßmaschine der eingangs dargelegten Art so zu verbessern, daß eine gleichförmige und konstante Meßkraft durch den Meßtaster ausgeübt und dadurch eine größere Meßgenauigkeit erzielt wird.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Koordinaten-Meßmaschine gemäß der Erfindung durch an einem der beiden Pfosten und am Hauptschlitten angeordnete Antriebsmittel gekennzeichnet, welche derart mit dem Hauptschlitteη und dem Tasterschlitten verbunden sind, daß auf den Meßtaster in der X-Richtung und der Y-Richtung jeweils eine konstante Kraft ausgeübt wird, derart, daß der Meßtaster bei jedem Meßpunkt einer Reihe von aufeinanderfolgenden Meßpunkten des zu untersuchenden Objekts unabhängig von der jeweiligen Meßtasterposition mit der gleichen Meßkraft angreift»

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die oben erwähnten Nachteile bekannter Anordnungen dadurch ausgeschaltet oder mindestens wesentlich verringert, daß Konstantkraft-Federmotoren mit dem Hauptschlitten" und dem Tasterschlitten gekuppelt sind. Diese Federmotoren üben, wenn sie in geeigneter Weise mit dem Hauptschlitten und dem Tasterschlitten verbunden sind, in allen vier Quadranten in den X- und Y-Richtungen eine konstante Kraft auf den Meßtaster aus. Die Anwendung einer

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konstanten Kraft hält den Meßtaster mit einer sehr geringen Kraft gegen die abzutastende Oberfläche, wodurch der von Hand ausgeübte Druck durch eine Bedienungsperson ersetzt wird und größere Genauigkeiten und eine bessere Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse von der gleichen Bedienungsperson oder verschiedenen Personen erzielbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Darstellung

einer Koordinaten-Meßma3chine,

Pig. 2 eine Teilansicht einer Gitter

anordnung als Beispiel eines zu messenden Gegenstandes,

Pig. 3 eine Draufsicht, welche die Haupt

komponenten einer Koordinaten-Meßmaschine nach der Erfindung und die mittels Schnurzügen an dem Meßtaster befestigten Pedermotoren darstellte

Gemäß Pig. 1 weist die dargestellte Koordinaten-

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Meßmaschine einen Sockel 10 mit zwei nach oben ragenden Pfosten 12 auf, welch letztere Pührungsgehäuse 14 und 16 tragen. Ein brückenartiger Hauptschlitten 18 ist in der Y-Richtung verschieb lieh in den Gehäusen 14 und 16 geführt und weist einen Vertikalabstand von einem auf dem Sockel angeordneten Schwenktisch 20 auf. Dieser Tisch dient der Aufnahme eines zu untersuchenden Teils, dessen Koordinaten zu messen sind» Durch Drehung eines einstellbaren Knopfes ist der Tisch in die gewünschte Lage einstellbar. Ein in der X-Richtung verschiebbar am Haupts ch Ii tte η angeordneter Meßtaster 24 dient zur Messung von Koordinatenwerten bzw_e von relativen Lage abmessungen von Einzelheiten eines auf dem Tisch 20 angeordneten zu untersuchenden Teils»

Verschiedene Hersteller verwenden verschiedene Anordnungen zur beweglichen Führung des Hauptschlittens, wobei dieser gewöhnlich auf einem zylindrischen Rohr oder auf Wälzlagern gelagert ist, um die Beweglichkeit in der Y-Richtung, d.h. zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand des Schwenktisches 20 zu ermöglichen. Der Meßtaster wird von dem beweglichen Hauptschlitten getragen. Zur Erzielung der Beweglichkeit des Meßtasters in der X-Richtung, d.h. zwischen dem linken und dem rechten Rand des Schwenktisches 20, ist der Meßtaster 2 4 an einem in der X-Richtung

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verschieblichen Tasterschlitten 67 (Pig» 3) befestigt, der geradlinig auf einem am Hauptschlitten 18 gehalterten Zylinder verschiebbar ist. Bei manchen Konstruktionen ist der Meßtaster 24 unbeweglich am Tasterschlitten gehaltert, während er bei anderen Konstruktionen frei vertikal verschiebbar ist, wodurch der Meßtaster während der Schlittenbewegungen vertikal angehoben werden kann, um über irgendwelche Hindernisse an dem zu untersuchenden Teil hinweggeführt zu werden. Die Koordinaten-Meßmaschinen sind im allgemeinen mit geeigneten Detektoren, Schaltungseinrichtungen und einer elektronischen Anzeigeeinrichtung (nicht dargestellt) ausgerüstet, welch letztere die bei einem zu untersuchenden Teil gemessenen Koordinatenwerte digital anzeigt.

Um ein spezielles Beispiel zu nennen, eignen sich Koordinaten-Meßmaschinen der oben beschriebenen Art beispielsweise zur Messung der Tiefe von Vertiefungen 30 (Fig. 2), die in den Wänden 32 eines im Zusammenhang mit Kernreaktor-Brennelementen verwendeten Plattengitters 34 gebildet sind. An «jeder Seitenwand einer Zelle 36 des Gitters 34 sind zwei vertikal mit Bezug aufeinander ausgerichtete Vertiefungen angeordnet und es ist wichtig, daß Brennstäbe, die in die Zellen 36 eingesetzt sind, über ihre gesamte Länge mit exaktem gegenseitigen Abstand gehalten werden, d„h. die Vertiefungen 30 dürfen keine größeren

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Fluchtungsfehler als 0,075 mm aufweisen. Die zur Erläuterung der Erfindung dargestellte Maschine wird daher zur Bestimmung der Fluchtung verwandt. Wenn der Meßtaster 24 zuerst die untere Vertiefung abtastet, ist eine entsprechende Anzeige an der digitalen Anzeigeeinheit ablesbar. Der Meßtaster wird dann zur oberen Vertiefung bewegt und die zweite Ablesung wird mit der ersten Ablesung verglichen. Im Falle eines Fluchtungsfehlers, der größer als 0,075 mm ist, muß das betreffende Plattengitter nachgearbeitet werden, um den Fluchtungs fehler zu beseitigen.

Es hat sich bei der Vornahme solcher Messungen gezeigt, daß sich der von der die Messung vornehmenden Person ausgeübte Bedienungsdruck im Sinne einer beträchtlichen Verfälschung der Meßergebnisse ausüben kann und daß der von einer Person ausgeübte Handdruck erheblich von demjenigen einer anderen Person abweichen kann.

Gemäß der Erfindung werden diese Verfälschungen der Meßergebnisse dadurch verhindert, daß eine konstante Kraft auf den Meßtaster ausgeübt wird, wenn er eine der Vertiefungen abtastet. Diese Kraft wird durch zwei Konstantkraft-Federmotoren erzeugt, die an der Koordinaten-Meßmaschine angeordnet sind. Wie in der Prinzipdarstellung einer Koordinaten-

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Meßmaschine in Pig. 3 dargestellt ist, ist ein Federmotor an einem der beiden Gehäuse 14 und 16 befestigt und ein von diesem ausgehender flexibler Schnurzug 42 weist an seinem freien Ende einen Ring 44 auf, der an einem am Hauptschlitten befestigten Stift 46 eingehängt ist. Der auf diese Weise mit dem Stift 46 verbundene Federmotor übt eine konstante Kraft von etwa 250 g in der positiven Y-Richtung auf den Hauptschlitten aus. In ähnlicher Weise ist ein weiterer Federmotor 50 am gleichen Gehäuse 16 befestigt und sein flexibler Schnurzug 52 mit einem Ring 54 kann wahlweise mit dem gleichen Stift 46 des Hauptschlittens verbunden werden. Der Federmotor 50 drängt dann den Hauptschlitteη mit einer konstanten Kraft von etwa 250 g in die negative Y-Richtung, wenn sein Seil 52 mit dem Haupt schlitten verbunden ist«

Um eine gleichförmige Kraft in der X-Richtung zu erzielen, ist ein weiterer Federmotor 60 am Hauptschlitten 18 befestigt, und der flexible Schnurzug 62 dieses Federmotors ist mit einem Ring 64 an einem am Tasterschlitten 67 befestigten Stift 66 eingehängt. Die von diesem Federmotor ausgeübte Zugkraft wirkt in der positiven X-Richtung auf den Tasterschlitten ein. Ebenso kann der mit einem Ring 74 versehene flexible Schnurzug 72 wahlweise an einem am Tasterschlitten befestigten Stift 76 eingehängt werden, wenn die Bedienungsperson eine Belastung der Maschine in der negativen X-Richtung wünscht.

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Es leuchtet ein, daß, wenn beispielsweise Messungen im +X+Y-Quadrant eines Plattengitters vorgenommen werden, der Schnurzug 42 am Stift 46 und der Schnurzug 62 am Stift 66 eingehängt wird. In gleicher Weise werden, um Messungen von Koordinatenwerten im -X-Y-Quadranten durchzuführen, die Ringe 44 und 64 ausgehängt und stattdessen der Ring 54 am Stift 44 und der Ring 74 am Stift 76 eingehängt. Die Verbindungen zur Durchführung von Koordinatenmessungen in den verbleibenden zwei Quadranten erfolgen entsprechend.

Um den Meßtaster in den gewünschten Quadranten zu drängen, können verschiedene Bauarten von krafterzeugenden Vorrichtungen Anwendung finden. Der Zweck dieser Vorrichtungen ist die Ausübung einer gleichförmigen und konstanten Kraft auf den Meßtaster, damit dieser an dem zu untersuchenden Teil stet3 mit der gleichen Kraft angreift. Die hier angesprochenen Federmotoren sind einfach und im Betrieb zuverlässig.

Durch Verwendung dieser in der oben beschriebenen Weise an der Meßanordnung angeordneten Motoren wird das Eingehen des ungewissen und unbekannten Paktors der von der Hand der Bedienungsperson ausgeübten Bedienungskraft in die Meßergebnisse vollständig ausgeschlossen. Die Genauigkeit

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der Messungen wird um den Paktor 3 gegenüber den früheren Messungen verbessert, bei denen die Bedienungskraft der Bedienungsperson eingeht und nicht von den Vorteilen der erwähnten Federmotoren Gebrauch gemacht wird. Außerdem ist eine Reproduzierbarkeit der Meßergebniese im Rahmen der Toleranzen der Federmotoren und der Koordinaten-Meßmaschine gewährleistet.

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Claims

Patentansprüche

ΐΛ Koordinaten-Meßmaschine mit einem Sockel, auf dem zwei seitliche Pfosten angeordnet sind, weiter mit einem auf diesen Pfosten in einer Y-Richtung verschieb lieh geführten Hauptschlitten und einem daran in einer X-Richtung verschieblich geführten Tasterechlitten, der einen nach unten ragenden Meßtaster trägt, und mit einer mit dem Meßtaster verbundenen Anzeigeeinrichtung zur Sichtanzeige der jeweils an einem zu untersuchenden Objekt gemessenen Koordinatenwerte, gekennzeichnet durch an einem (16) der beiden Pfosten (14, 16) und am Haupt s cn lit ten (18) angeordnete Antriebsmittel (40, 50, 60, 70), welche derart mit dem Hauptschlitten und dem Tasterschlitten (67) zusammenwirken, daß auf den Meßtaster in der X-Richtung und der Y-Richtung jeweils eine konstante Kraft ausgeübt wird, derart, daß der Meßtaster bei jedem Meßpunkt einer Reihe von aufeinanderfolgenden Meßpunkten des zu untersuchenden Objekts unabhängig von der jeweiligen Meßtasterposition mit der gleichen Meßkraft angreift.
2. Koordinaten-Meßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Antriebsmittel untereinander identische Pedermotoren (40, 50, 60, 70) aufweisen, die an

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den beiden entgegengesetzten Enden des genannten Pfostens (16) und an entgegengesetzten Enden de3 Hauptschlittens (18) angeordnet sind, daß weiter die beiden am Pfosten angeordneten Federmotoren (40, 50) wahlweise mit dem Hauptschlitten verbindbar sind, um diesen entweder in die +Y -Richtung oder in die -Y -Richtung vorzuspannen, und daß in gleicher Weise die beiden am Hauptschlitten angeordneten Federmotoren (60, 70) wahlweise mit dem Taster schütte η (67) verbindbar sind, um diesen entweder in die +X~Richtung oder in die -X -Richtung vorzuspannen.
3. Koordinaten-Meßmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Federmotor über einem federbelasteten Schnurzug mit dem betreffenden Schlitten verbindbar ist.

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