DE2804398A1

DE2804398A1 - Koordinatenmessmaschine und verfahren zu deren betrieb

Info

Publication number: DE2804398A1
Application number: DE19782804398
Authority: DE
Inventors: David Roberts Mcmurtry
Original assignee: Rolls Royce PLC; Renishaw Electrical Ltd
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1978-02-02
Publication date: 1978-08-17
Also published as: IT7820743V0; FR2379849A1; CH619533A5; DE2804398B2; JPH07109361B2; SE7801299L; CH635424A5; GB1597842A; JPS58193411A; IT1093816B; DE2804398C3; JPS53124469A; US4168576A; US4313263A; JPH05248801A; IT7820075A0; FR2379849B1; SE425189B; US4571847A; JPH0224441B2

Description

P A T K K T Λ Γί VI Λ ?-. 'Γ

DIPL. ING. Ii. HOLS

PHIIiIPPISTB-WELSEB-STKASSK IA

8900 AUGSBUKG

IBLBFOIf 516475 TELEX G33 202 patcl d

-z-

R. 1005

Augsburg, den 30. Januar 1978

Rolls-Royce Limited, Buckingham Gate, London SWlE 6AT, England

und

Renishaw Electrical Limited,

Gloucester Street, Wotton-under-Edge, Gloucestershire,

England

Koordinatenmeßmaschine und Verfahren zu deren

Betrieb

Die Erfindung betrifft -eine Koοrdinatenmeßmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren zu deren Betrieb,

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Koordinatenmeßmaschinen weisen bekanntermaßen einen Meßkopf auf, der dreidimensional relativ zu einer feststehenden Rahmenkonstruktion bewegbar ist und einen Taster trägt, der zum Antasten eines zu vermessenden Werkstückes dient. Das Werkstück wird vermessen, indem jeweils beim Antasten des Werkstückes durcn den Taster die Meßkopfposition mit Bezug auf eine vorgegebene Bezugsposition abgelesen wird.

Ein Tastkopf für derartige Koordinatenmeßmaschinen weist bekanntermaßen ein Gehäuse bzw. eine Halterung und einen darin gehalterten Taster auf, der im allgemeinen die Form eines geraden Stabes hat. Bei Meßaufgaben, bei denen die Messungen hauptsächlich in zwei Dimensionen vorzunehmen sind, ist es wünschenswert, daß diese Dimensionen an dem zu vermessenden Werkstück mindestens annähernd rechtwinklig zur Längsachse des Tasters verlaufen. Wenn beispielsweise Durchmesser oder Mittenabstände von Bohrungen in einer horizontalen Werkstückfläche gemessen werden sollen, wird der Tastkopf so angeordnet bzw. ausgelegt, daß der Taster vertikal verläuft. Dies schließt natürlich nicht aus, daß auch gewisse Messungen in der vertikalen Dimension ausgeführt werden. Beispielsweise lassen sich die Bohrungstiefen ohne Schwierigkeiten messen.

Sollen jedoch Bohrungen in einer vertikalen Fläche

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vermesseri werden, ist es häufig wünschenswert, den Tast-Kopf so anzuordnen, daß der Taster vertikal verläuft, da es andernfalls schwierig wäre, beispielsweise die Tiefen verhältnismäßig langer Bohrungen zu messen.

Uer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koordinatenmeßmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Tasterumschaltung möglich ist»

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Der Anspruch 2 gibt ein Verfahren zum Betrieb einer Koordinatenmeßmaschine nach der Erfindung an.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen besehrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Koordinatenmeß

mas chine nach der Erfindung^

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine An

sicht einer Einzelheit der Koordinatenmeßmaschine, in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1,

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Fig, 3 nochmals vergrößert einen Schnitt

durch eine -üinaelheit der Anordnung nach Figur 2_t

Fig. 4 eine Figur 2 ärmLicne uarsteLLung

e ine ν abgewande L ten Auf. f ührunrs form einer Einzelheit der P^oord inatenmeßmasenine,

Fig. ';> einen Schnitt Läng:; der Linie 7-V

in Figur 4,

Fig, Ό einen Senn ibt Läng-i der Linie Vl-7[

in Figur ':>, und

Fig. 7 eine Am? Lent in {!ichtung de,;

Pfeiles 71Γ iti Figur- H.

Die in Figur 1 gezeigte Heftmaisenine v/eist einen Meßkopf LO auf, der dreidimensional relativ au einer feststehenden Rahmenkonstruktion Ll vergeh ietibar ist. Dazu i;st der MeßkopT LO an einem liauLenförniigeri vertikal fm .'chLitten angeordnet, der in «inex⁴ Fiuirurip; 1.3 in der /-f. i cntung (Vertikalrichtung) verschiebbar Iv, t, \>io Füiicung L; i.; t

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ihrerseits horizontal in der X-Richtung auf einer Führung 14 verschiebbar, die wiederum horizontal in eier Y-Fiichtung auf einer Führung 15 der feststehenden Rahmenkonstruktion verschiebbar ist. Die Komponenten L2, 1.5 und Ii3 sind mittels Schrittmotoren 13A, i'fA und I5A und Gewirulespiruieln mit i.p indelmuttern in an sich bekannter »-.'eise antreibbar. Die 'lotoren werden mit hilfe eine;! Dre ispurmaf.netoamie.) L6 gesteuert, daß von einem Lesekopf L'/ aogetastet wird, der Jteuers t gnaLe XL, YL und ZL zur Jteuerutit, der ueri jewei tipen b'ichtun^en zugeordneten Motoren abgibt.

An: ; "t; Bk ο ε f !-U ist ein Tastkopf Ic! mit eineta Tar. te r .5U angeordnet, './e Lch letzterer zum Antasten eines Werkstücke;; Lj uf'i der Durch fünrun^ von Γα sy Linien dient, beisp ie Ls Je iö e uei der i-lessurig; von Durchmesser und l'iefe einer· vertikaLen t:ohrunr 20 i;oi>iie von üurchmesoer und Tie;fei einer horizontaLen t ohrun?- I L. Zur Vermessung der tohrung 20 ist es wünseheiisviert, daß der Taster eine vertikale .'.telLung .5'JA aufweist, jü daß er E'^'a-Llel 2ur Richtung der botirurigsachse verLäuEt. Zur v^ret'tiie:>aunc; der Liihrung 21 ;lat,etjeti γ.ιιι(λ der Taster in eine horizontale ^.t-ellung >HCJ ^ebr-c.cht vferdi-n.

Um den taster zwischen der vertikalen ^telLuru: und :1er horizontalen .te I Lung drehen zu kötmen, ist der Tastkopf

BAD ÖR^3^!^^

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an einem linde eines Armes 22 befestigt, dessen anderes Ende mittels einer Gelenkverbindung 23 am Meßkopf 10 genaltert ist. Gemäß Figur 2 weist die Gelenkverbindung 23 ein Scharnier 2*1 mit horizontaler Achse,24A auf» Das Scharnier besteht aus an einem Teil 26 angeordneten Scharnierzapfen 25B, die mit an dem betreffenden Ende des Armes gebildeten Ösen 25A zusammenwirken. Eine freie Drehbarkeit des Scharniers 24 wird durch Tellerfedern 27 verhindert, die zwischen den Ösen 25A und den Zapfen 25B Reibung erzeugen.

Das Teil 26 ist mittels eines Drehzapfens 28 mit vertikaler Achse 28A am Meßkopf 10 gehaltert. Eine Tellerfeder 29 erzeugt Reibung zur Verhinderung einer freien Drehbarkeit des Teils 26 auf dem Zapfen 28.

Der Arm 22 wird geschwenkt^ indem der Meßkopf in eine Position 1OB gebracht wird, in welcher der Arm 22 an einer Kugel 30 anliegt, die auf einer an der Rahmenkonstruktion befestigten Stütze 31 angeordnet ist * Dazu wird der Meßkopf zunächst so positioniert, daß der Arm 22 an einem mit Abstand von der Achse 24A der Scharnierzapfen 25B gelegenen Punkt 22P an der Kugel 30 anliegt, so daß bei weiterer Verschiebung des Meßkopfes in die Position IOC aufgrund der Anlage des Armes an der Kugel ein auf den

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Arm 22 wirkendes Drehmoment erzeugt wird, das den Arm 22 um die Achse 2¹IA herum in die dargestellte Position 22C schwenkt. Die genannte weitere Verschiebung des Meßkopfes kann geradlinig in horizontaler Richtung erfolgen, es kann jedoch auch wünschenswert sein, daß diese Verschiebung einen Bogen 32 beschreibt, derart, daß sich die Lage des Berührungspunktes 22P des Armes 22 mit der Kugel 30 nicht übermäßig verändert.

Sofern die Meßmaschine mittels des Magnetbandes 16 gesteuert wird, um die verschiedenen Messungen am Werkstück 19 vorzunehmen, ist es natürlich auch wünschenswert, die Schwenkung des Tastkopfes durch vom Magnetband 16 abgegebene Signale zu steuern. Dies erfolgt durch geeignete Vorbereitung des Magnetbands durch Einschreiben von Tastkopf schwenkbefehlen nach Beendigung der eine vertikale Orientierung des Tasters 34 erfordernden Meßvorgänge und vor Beginn der eine horizontale Orientierung des Tasters erfordernden Meßvorgänge. Diese Vorbereitung des Magnetbands unterscheidet sich nicht von derjenigen für die Ausführung der Meßkopfbewegungen bei den Meßvorgängen und bereitet daher dem Fachmann keine Schwierigkeiten.

Das angegebene Verfahren zum Schwenken des Tasters kann zur Herstellung jedes beliebigen Winkels mit Bezug

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auf die Vertikalrichtung Anwendung finden, und der Tastkopf kann außerdem um die vertikale Achse 28A geschwenkt werden, indem der Meßkopf bei in horizontaler Stellung befindlichem Arm 22 horizontal verschoben wird. Die Kugel 30 dient außerdem als Bezugspunkt zur Eichung des Tastkopfes in an sich bekannter Weise, und eine solche Eichung findet normalerweise nach jeder Schwenkung des Tastkopfes statt, um den Tastkopf in den richtigen NuIlbezugszustand zu bringen.

Gemäß Figur 3 weist der Tastkopf ein Gehäuse 33 auf, das den Taster 3¹J haltert. Der Taster, der ein kugelförmiges Tasterende 35 zum Antasten des Werkstückes besitzt, ist im Gehäuse 33 in einer durch Kugeln 36 gebildeten Lagerung allseitig kippbar und vertikal abhebbar gelagert. Die Tasterauslenkung relativ zu seiner Lagerung erfolgt entgegen der Rückstellkraft einer Feder 37, die den Taster nach Aufhören der jeweiligen Auslenkungskraft in die Lagerung 36 zurückdrängt. Die eben beschriebene Tastkopfkonstruktion ist aus der GB-PS 1 4^5 977 an sich bekannt,

Während eines Meßvorganges wird der Meßkopf so bewegt, daß das Tasterende 35 das Werkstück an der gewünschten Stelle antastet^ wobei vom Tastkopf im Augenblick dieser Antastung ein Signal erzeugt wird, das zur Aufzeichnung

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der augenblicklichen Meßkopfposition relativ zu einer Bezugsposition verwendet wird. Die zur Auslenkung des Tasters aus seiner Nullstellung erforderliche Kraft ist beträchtlich kleiner als die zur Überwindung der von den Tellerfedern 27 und 29 ausgeübten Reibung erforderliche Kraft, so daß sich während des Meßbetriebs des Tastkopfes die Tastkopforientierung mit Bezug zu den Achsen 24A und 28A nicht verändern kann. Beispielsweise reicht ein Moment von etwa 12,5 gern zur Auslenkung des Tasters aus der Lagerung 36 aus, während die Tellerfedern 27 und 29 so eingestellt sein können, daß ein Drehmoment von mindestens 1250 gern zur Schwenkung des Armes 22 erforderlich ist.

Die Federn 27 und 29 verhindern eine Drehbewegung zwischen den Teilen 25A und 25B, solange ein auf den Arm 22 wirkendes Moment kleiner als ein gegebener Grenzwert ist. Die tatsächliche Größe des Grenzwertes wird experimentell bestimmt und muß ausreichend groß sein, um zufällige Bewegungen des Armes, beispielsweise durch Trägheitswirkungen beim Anfahren oder Anhalten des Meßkopfes, zu verhindern. Das erforderliche Mindestmoment kann leicht durch Veränderung der Federeinstellung mit Hilfe von Muttern 27A und 29A erfolgen, welche die Federn unter Spannung halten.

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- ii -

Bei einer in den Figuren 4 bis 7 gezeigten abgewandelten Ausführungsform ist der Tastkopf 18 über eine Gelenkanordnung 123, die ein Drehgelenk 124 mit horizontaler Achse 12¹IA und ein Drehgelenk 128 mit vertikaler Achse 128A aufweist, mit dem Meßkopf 10 verbunden. Das Drehgelenk 124 weist ein Teil 122 auf, an welchem drei Paare zylindrischer Lagerkörper 125A längs Achsen A, B, C (Figur 5) mit gleichen Winkelabständen um die Drehachse 124A herum angeordnet sind. Eine Feder 127 spannt das Teil 122 in Anlage an eine kranzartige Anordnung von kugeligen Lagerkörpern 125B vor, die an einem Teil 126 befestigt sind. Jedes Paar der zylindrischen Lagerkörper 125A wird mit einem zwischen diese eingreifenden kugeligen Lagerkörper 125B zusammen (Figur 6). Jedes Paar zylindrischer Lagerkörper 125A bildet zwei zueinander konvergierende Stützflächen, an denen der betreffende kugelige Lagerkörper anliegt, und die drei Gruppen von jeweils miteinander zusammenwirkenden Lagerkörpern 125A und I25B wirken im Sinne einer zwangsschlüssigen winkelmäßigen Positionierung des Teils 122 zusammen. Das Teil 122 ist schaltbar um die Achse 124A herum drehbar, indem es jeweils von einer Gruppe von drei kugeligen Lagerkörpern 125B zur nächsten Gruppe dieser Lagerkörper weiter indexiert wird, wobei die Feder 127 geringfügig zusammengedrückt wird, während die zylindrischen Lagerkörper beim Weiterindexieren über die kugeligen Lagerkörper hinübergleiten. Das zum Weiterschalten des Teils 122 erforderliche Drehmoment muß

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so groß sein, daß die zylindrischen Lagerkörper entgegen der Vorspannkraft der Feder 127 über die kugeligen Lagerkörper hinweggedrückt werden. Die Schwenkbarkeit des Teils 122 ist auf Stufen beschränkt, die der Teilung der kugeligen Lagerkörper entspricht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwenkbarkeit auf Schritte von jeweils 15° beschränkt, während bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 eine Schwenkbarkeit des Armes 22 um jeden beliebigen Winkel möglich ist.

Das Teil 122 bildet entweder für sich oder zusammen mit dem Gehäuse 33 des Tastkopfes 18 einen Arm, der in der genannten Weise schrittweise um die Achse 12hk geschwenkt werden kann, indem der Meßkopf 10 bei an einem feststehenden Teil der Rahmenkonstruktion, in diesem alle an einem horizontalen Stab 130, anliegendem Arm verschoben wird. Figur 7 zeigt, wie das Teil 122 um 120 gedreht wird, indem der Meßkopf 10 auf einem Bogen 132 bewegt wird. Das Teil 122 kann noch weitere Tastköpfe 18A und 18b tragen, die je nach Bedarf für verschiedene Arten von Meßvorgängen benützt werden können. Eine Drehung des Teils 122 kann also auch dazu benützt werden, den jeweils geeigneten der drei verschiedenen Meßköpfe 18, 18A und l8B in die gewünschte Meßstellung zu bringen, beispielsweise in eine vertikal nach unten weisende Position.

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Bei einer Drehung des Teils 122 um das Drehgelenk spielt das Drehgelenk 128 keine Rolle. Soll jedoch der Tastkopf 18 um die vertikale Achse 128A herum geschwenkt werden, wird der Tastkopf zuerst in die horizontale Stellung gebracht und sodann wird er mit Hilfe eines feststehenden Stabes I3OA um die Achse 128B herum geschwenkt. Das Drehgelenk 128 verbindet das Teil 126 in der mit bereits mit Bezug auf das Drehgelenk 124 beschriebenen Weise mit Hilfe von zylindrischen und kugeligen Lagerkörpern mit dem Meßkopf 10.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das jeweils zum Schwenken des Tastkopfes benötigte Teil der feststehenden Konstruktion durch das Werkstück selbst gebildet sein. Mit anderen Worten, der Arm 22 bzw. das Teil kann in geeigneten Fällen gegen eine Kante des Werkstücks gefahren werden, um die Schwenkung des Tastkopfes herbeizuführen.

Leerse ite

Claims

Patentansprüche

Ij Koordinatenmeßmaschine, die mittels Elektromotorantrieb bewegbare Komponenten zur dreidimensional relativ zu einer feststehenden Rahmenkonstruktion Beweglichen Halterung eines Meßkopfes, und einen am Meßkopf angeordneten Taster aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (34) am freien Ende eines mittels einer Gelenkverbindung (24) am Meßkopf (10) angelenkten Armes (22) relativ zum Meßkopf schwenkbar angelenkt ist und daß an der Gelenkverbindung Mittel (27) angeordnet sind, die einer relativen Schwenkbewegung des Armes mit Bezug auf den Meßkopf entgegenwirken, sofern die Größe eines auf den Arm wirkenden Drehmoments unterhalb eines gegebenen Grenzwerts liegt,
2. Verfahren zum Betrieb einer Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf zunächst relativ zur feststehenden Rahmenkonstruktion in eine Position gebracht wird, in welcher der Arm an einem mit Abstand von der Drehachse der Gelenkverbindung gelegenen Punkt der feststehenölen Rahmenkonstruktion anliegt, und daß sodann der Meßkopf weiter in einem solchen Sinne "bewegt wird, daß -zwischen dem genannten Punkt der Rahmenkonstruktion und der Gelenkaciise ein auf den Arm wirkendes Drehmoment erzeugt und der Arm um einen vorgebbaren Drehwinkel geschwenkt wird.