DE2821360A1

DE2821360A1 - Koordinaten-messmaschine

Info

Publication number: DE2821360A1
Application number: DE19782821360
Authority: DE
Inventors: Frederick Koonce Bell; John Joseph Tuss
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Warner and Swasey Co
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1978-12-07
Also published as: FR2392358A1; JPS53147567A; IT7823682A0; US4099800A; FR2392358B1; IT1095065B; GB1588199A; CA1083340A

Description

-A-

Die Erfindung betrifft Maschinen zum Messen der Dimensionen von bearbeiteten Teilen oder Werkstücken, insbesondere eine Einrichtung zur Verringerung der Reibung mechanischer lager einer Koordinaten-Meßmaschine.

Frühere Koordinaten-Meßmaschinen besitzen einen auf einem stationären Bett montierten beweglichen Schlitten. Dieser ist ausschließlich in einer oder mehreren, zueinander rechtwinkligen Achse»durch ein mechanisches oder ein Preßluftlager gelagert.

Mechanische Lager besitzen den Nachteil, daß sie nicht völlig reibungslos sind, und diese Reibung ist annähernd proportional zur gesamten, auf die mechanischen Lager einwirkenden Last. Die früheren Einrichtungen, deren Schlitten ausschließlich in einer Achse durch mechanische Lager gelagert ist, weisen den Nachteil der Eigenreibung auf.

Preßluftlager wurden zur vollständigen Lagerung des Schlittens in mindestens einer Achse vorgeschlagen. Ein Preßluftlager erfordert ein ziemlich breites Luftkissen (um den erforderlichen Hub zu erzielen) sowie eine ebenso breite Unterlage für das Luftkissen, die allgemein als Schienen- oder Querbalken ausgebildet ist. Dieser muß in seinen Abmessungen in höchster Präzision gefertigt sein und vergrößert den Meßbereich der Maschine. Infolge der größeren Breite des geraden Präzsisionsbalkens (im Vergleich zur Breite eines Querbalkens als Träger eines mechanischen Lagers) und der großen Länge

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sind die Fertigungskosten zur Herstellung solch einer Schiene oder eines Querbalkens sehr hoch. Die bekannten früheren Preßluftlagerungen besitzen im allgemeinen eine starre Kupplung zwischen dem Preßluftkissen und dem Schlitten der Meßmaschine. Dies ist insofern nachteilig, als die auf einer Lagerfläche geführten Lager jede Unregelmäßigkeit in der Lageroberfläche auf die Meßmaschine übertragen und dadurch Meßfehler erzeugen. Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, Beschränkungen der früheren Einrichtungen zu beseitigen, welche ausschließlich mechanische Lager zur Abstützung des Schlittens in einer Achse verwenden sowie solcher, welche ein Preßluftlager als Ersatz mechanischer Lager in einer oder mehreren Achsen einsetzen, und eine Vorrichtung zu entwickeln, welche die Reibung in den mechanischen lagern verringert und die Notwendigkeit für einen geraden Präzisionsquerbalken von großer Breite vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Koordinatenmeßmaschine mit einem stationären Bett, einem beweglichen Schlitten sowie einer Anzahl von Lagern zur Lagerung des Schlittens auf dem Bett zwecke einer Bewegung gegenüber dem Bett in einer ersten Achse sowie zur Abstützung des Schlittens während seiner Bewegung dadurch erreicht, daß mindestens ein Lager ein Aggregat ist, welches ein mechanisches Lager mit einem Preßluftlager kombiniert, damit sich der Schlitten gegenüber dem Bett in der ersten Achse bewegen kann, während er in einer zweiten, zur ersten rechtwinkligen Achse gehalten oder gestützt wird. Dieses Lageraggregat kann vorteilhafterweise auch dazu eingesetzt werden, den Schlitten in einer dritten, zur ersten und zweiten rechtwinkligen Achse zu lagern und zu stützen. Im Nor-

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malfall sind die erste, zweite und dritte Achse die Längs-, Senkrecht- und Querachse der Maschine.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung unfaßt das Preßluftlager einen am stationären Bett oder am beweglichen Schlitten befestigten Querbalken, der sich in der ersten Achse erstreckt, ein dem Querbalken zugekehrtes Luftkissen, das am beweglichen Schlitten oder am stationären Bett geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftkissen ein Gehäuse mit einer Anzahl von miteinander verbundenen Leitungen umfaßt, die jeweils in einer Öffnung in der Oberfläche des Gehäuses enden, das mit dem Querbalken in Berührung steht sowie dadurch, daQÖie Preßluftanordnung Druckluft aufnimmt und an die Leitungen abgibt, um Preßluft von den öffnungen zwischen die Gehäuseoberfläche und den Querbalken zu lenken, um ein Luftkissen und einen Luftdruck zwischen beiden Teilen zu erzeugen, wodurch das Luftkissen die Bewegung des Schlittens in der ersten Achse gegenüber dem Bett mit verringerterer Reibung auf das mechanische Lager gestattet. Außerdem können Querbalken und Luftkissenaggregat einstellbar positioniert werden, um die Reibungsverringerung des mechanischen Lagers einstellbar zu machen. Außerdem können Querbalken und Luftkissenaggregat in einer Winkelstellung montiert werden, die zwischen der vorstehend beschriebenen zweiten und dritten Achse liegt, wodurch ein einziges Luftlager verwendet werden kann, um die Reibung in allen mechanischen Lagern herabzusetzen, welche den beweglichen Schlitten tragen.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Be-

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Schreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein.

Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Koor

dinaten-Meßmaschine ;

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Koordi

naten-Meßmaschine;

Fig. 3 eine vergrößerte Ausschnittszeichnung der Meß

maschine mit Darstellung des Aufbaues der Preßluft-hilfseinrichtung;

Fig. 4 eine Ansicht des Luftkissenaggregates längs der

Linie 4-4 der Fig. 3 in Pfeilrichtung;

Fig. 5 eine Ansicht der Unterfläche des Luftkissen

gehäuses längs der Linie 5-5 der Fig. 3.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Koordinatenmeßraaschine Io zur Messung der Dimensionen eines Teils oder Werkstücks A.

Die Koordinatenmeßmaschine Io umfaßt ein Bett 2o und einen auf dem Bett 2o montierten Schlitten 3o, der in einer ersten, durch die Pfeile in Fig. 1 angegebenen Richtung oder Achse beweglich ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schlitten 3o auf dem Bett mit einer Anzahl von mechanischen Lagern 41,42,43 montiert, die vorzugsweise Kugellager hoher Qualität mit geringer Eigenreibung sind. Diese mechanischen Lager 41,42,43 haltern den Schlitten

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2o in den beiden zur ersten Achse rechtwinkligen Achsen.

Das Preßluftlager 5o ist ebenfalls zwischen dem Schlitten 3o und dem Bett 2o angeordnet, um die auf die mechanischen Lager 41,42 einwirkende Last zu verringern.

Das Preßluftlager 5o (auch Preßlufthilfseinrichtung genannt) umfaßt einen am Bett 2o montierten Querbalken 60 sowie ein Luftkissen 7o, das am Schlitten 3o montiert ist.

Der Querbalken 60 umfaßt einen Querbalken 6 2 sowie eine drehbare Montagevorrichtung 64. Der Querbalken 62 erstreckt sich mindestens über die Nutzlänge der Meßmaschine in der ersten Achse (als Nutzlänge der Meßmaschine gilt die Weglänge, über welche der Schlitten 3o in der ersten Achse verfahren werden kann). Mit der drehbaren Montagevorrichtung 64 ist der Unterteil des Querbalkens 62 am Bett für den Betrieb der Maschine befestigt und zwar mit einem Winkel θ gegenüber der Senkrechten, die bevorzugte Ausrichtung des Schlittens 3o. Die drehbare Montagevorrichtung 64 ist in bekannter Weise einstelbar, um den Winkel θ zu verändern, wenn ein anderer Winkel gewünscht werden soll. Eine Veränderung des Winkels θ verändert die wirksame Verringerung der Reibungslast auf die mechanischen Lager 41,42, wodurch eine Minimierung der gesamten Reibungslast auf die Lager erzielt werden kann.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß der erfindungsgemäße Querbalken nur

mm

mit einer Schlagtoleranz der Oberfläche von o,o25 bis o,o5o/gefer-

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tigt werden muß. Obwohl diese Toleranz eine Bearbeitung erfordert, ist sie viel weniger genau und billiger zu fertigen als die im allgemeinen für Luftlager erforderlichen Toleranzen, die normalerweise einen Balkenschlag von unter o,oo5 mm erfordern. Da der Balken 62 verhältnismäßig lang ist (normalerweise 2,5 m) und da die Breite eines Präzisionsbalkens normalerweise etwa 7,5 mm für ein mechanisches Lager und 5o mm für ein Preßluftlager ist, sind hohe Toleranzen schwer und nur auf kostspielige Weise zu erreichen.

Das in den Fig. 3 bis 5 gezeigte Luftkissen 7o ist vorzugsweise an den Schlitten 3o gekuppelt und umfaßt eine Adapterplatte 71, ein Gehäuse 72 mit einer ünterflache 73, einer Hebeschraube 74, einem Zwischenstück 75 sowie einer Feder 76.

Die Adapterplatte 71 ist mit Schrauben am Schlitten 3o befestigt und ist bogenförmig ausgebildet, wobei der Bogen Teil des Kreises ist, dessen angenäherter Mittelpunkt die drehbare Montagevorrichtung 64 ist.

In einer Ausnehmung des Gehäuses 72 ist eine Feder 76 angebracht, welche durch das Zwischenstück 75 und die Hebeschraube 74 gehalten wird. Diese dient dazu, die Feder 76 zusammenzudrücken, um eine Federkraft zu erzeugen, die von der Feder 76 aus nach außen wirkt.

Normalerweise besitzt die Feder 76 eine Federkonstante (k) von ca. 255 kg/cm. In Betrieb wird die Feder meist etwa o,45 cm zusammengedrückt und ergibt eine Federkraft von 115 kg.

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Da die Federkraft etwa gleich der Kraft der Preßluft ist, ergab sich ein zweckmäßiger Wert für die Federkraft im Bereich von 45 18o kg. Wird dieser Bereich überschritten, dann stellt sich der Nachteil oder das Erfordernis ein, ein zu großes Luftkissen oder einen zu großen Luftdruck bzw. beides zu benötigen. Eine schwächere Federkraft dagegen erbringt keine entsprechende Absorption von Unregelmäßigkeiten am Querbalken.

/Druckluftanlage 80 umfaßt eine nicht gezeigte Druckluftquelle, einen biegsamen Schlauch 82, eine starre, am Luftkissengehäuse 72 montierte Kupplung 84. Die Mundstücke oder Auslaßöffnungen sind an ein inneres Leitungsnetzwerk 86 gekuppelt, welches in Luftkanälen 88 endet, welche durch die Unterfläche 7 3 des Luftkissenaggregates 7ο ragen.

Die Druckluftquelle weist normalerweise einen Druck von ca. 4,2 Bar auf.

Im Betrieb bewirkt die Preßlufthilfseinrichtung 5o eine Verringerung der mechanischen Reibung in den mechanischen Lagern 41,42. Die Einrichtung arbeitet wie folgt:

Bei der Zurichtung zum Einsatz der Maschine für die Messung eines Werkstücks A durch Bewegung des Schlittens 3o, wird die Hebeschraube 74 drehbar so angeordnet, daß sie die Feder ca. o,45 cm zusammendrückt, um eine Federspannung von ca. 115 kg zu erzeugen. Die Feder wirkt mit einer auswärts gerichteten Kraft von 115 kg auf das Luft-

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kissenaggregat 7 ο und den Schlitten 3o, um die Radiallast auf den mechanischen Lagern 41,42 herabzusetzen und damit die gesamte mechanische Lager reibung zu verringern.

Dann wird die Druckluftquelle angeschlossen, damit sie sich durch die Kanäle 88, den biegsamen Schlauch 82, die Kupplung 84 und das innere Leitungsnetzwerk 86 entladen kann. Die Entladung der Preßluft durch die Kanäle 88 bewirkt eine Ausbildung eines Luftkissens zwischen der Unterfläche 7 3 des Luftkissenaggregates 7o und dem Balken 6 2 der Querschieneneinrichtung 6o.

Die Unterfläche 73 des Luftkissenaggregates 7o wird ca. o,ol3 mm über den Querbalken 6 2 angehoben, wobei diese Abmessung vom angewandten Luftdruck und der Federkompression abhängt.

Ein Schlag oder eine Höhenabweichung des Querbalkens 62 bewirkt infolge der Preßlufthilfseinrichtung 5o eine verringerte Versetzung oder Abweichung des Schlittens 3o. Eine Abweichung von o,o25 mm am Querbalken bewirkt eine Änderung der Federkraft von ca. o,65 kg oder etwa o,6 % der gesamten Federkraft. Diese Änderung der auf den Schlitten einwirkenden Kraft ergibt nur eine minimale, wenn überhaupt eine Änderung der auf die mechanischen Lager einwirkenden Last und beeinflußt somit die Messungen nicht. Außerdem wird ein Teil der Kraftänderung vom Luftkissen absorbiert, um die Wirkung auf den Schlitten weiter herabzusetzen.

Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Be-

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stimmte Merkmale der Erfindung können vorteilhafterweise ohne entsprechende andere Merkmale verwendet werden. Beispielsweise könnte das Luftkissen mit dem Bett in Verbindung stehen, wobei ein Teil des Querbalkens am Schlitten montiert ist. Für das Luftkissen kann jedes beliebige Gas dienen. Es können.auch andere Federformen und Einrichtungen für die Vorspannung anstelle der gezeigten Spiralfeder verwendet werden, solange eine elastische Verbindung zwischen dem Lager und der Maßmaschine besteht.

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Claims

tanwälte The Bendix Corporation Executive Offices Bendix Center 9. Mai 1978 Southfield, Mich.48o76, USA Anwaltsakte M-46o7 Koordinaten-Meßmas chine Patentansprüche

1.j Koordinaten-Meßmaschine mit einem stationären Bett, einem beweglichen Schlitten und einer Anzahl von Lagern, um den Schlitten au dem Bett für eine Bewegung gegenüber diesem in einer ersten Achse zu lagern und den Schlitten während seiner Bewegung zu stützen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein figer ein Lageraggregat ist, welches mechanische Lager (41,42,43) sowie Preßluftlager (6o,7o,8o) umfaßt, damit sich der Schlitten (3o) gegenüber dem Bett (2o) in einer ersten Achse bewegen kann, während er in einer zweiten, zur ersten rechtwinkligen Achse gestützt wird.

2. Koordinaten-Meßmaschine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Lageraggregat auch dazu dient, den Schlitten (3o) in einer dritten, zur ersten und zweiten Achse rechtwinkligen Achse zu stützen.

3. Koordinaten-Meßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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ORIGINAL INSPECTED

dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und dritte Achse die Längs-, die Senkrecht- und die Querachse darstellen.

4. Koordinaten-Meßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßluftlager eine am stationären Bett (2o) befestigte Querbalkeneinrichtung (6o) oder einen beweglichen Schlitten (3o) umfaßt, die sich in einer ersten Achse erstrecken, ferner dadurch, daß eine Luftkisseneinrichtung (7o) der Querbalkeneinrichtung (6o) zugekehrt ist und am beweglichen Schlitten (3o) oder dem stationären Bett (2o) geführt ist, ferner dadurch, daß die Luftkisseneinrichtung ein Gehäuse (7 2) mit einer Anzahl von zusammengeschalteten Leitungen (86) umfaßt, die in einer Öffnung oder einem Kanal (88) in einer Oberfläche des Gehäuses enden, welche mit dem Querbalken in Berührung steht, sowie dadurch, daß eine Druckluftvorrichtung (8o) Druckluft erhält und sie an die Leitungen abgibt, um Druckluft von den Öffnungen oder Kanälen zwischen die Gehäusefläche und den Querbalken zu lenken, um ein Luftkissen sowie eine Luftkraft zwischen beiden Teilen zu erzeugen, wodurch das Luftkissen eine Bewegung des Schlittens in der ersten Achse gegenüber dem Bett mit herabgesetzter Reibung auf die mechanischen Lager gestattet.

5. Koordinaten-Meßmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbalkeneinrichtung (6o) und die Luftkisseneinrichtung (7o) justierbar angeordnet sind, um eine Reibungsverringerung der mechanischen Lager einstellen zu können.

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6. Koordinaten-Meßmaschine nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbalkeneinrichtung (6o) und die Luftkisseneinrichtung (7o) in einem Winkel angeordnet sind, der zwischen der zweiten und dritten Achse liegt, wodurch ein einziges Preßluftlager eingesetzt werden kann, um die Reibung in allen mechanischen Lagern zu verringern, welche den beweglichen Schlitten stützen.

7. Koordinaten-Meßmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßluftlager eine Feder (76) umfaßt, die als Druckfeder zwischen dem Gehäuse (72) und dem Schlitten (3o) montiert ist, um beide Bauteile elastisch zu kuppeln sowie dadurch, daß die Druckkraft der Feder annähernd gleich und entgegengesetzt ist der auf das Gehäuse wirkenden Kraft der Preßluft.

8. Koordinaten-Meßmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkraft der Feder (76) im Bereich zwischen 45 und 18o kg liegt.

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