DE2938226A1

DE2938226A1 - Messkopf

Info

Publication number: DE2938226A1
Application number: DE19792938226
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl Ing Huebner
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1979-09-21
Publication date: 1980-07-03
Also published as: DD139454A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf für Koordinatenmeß-
geräte, vorzugsweise zur Antastung von Meßobjekten in räumlichen Koordinatensystemen.
In der FR-PS 2 311 274 ist eine Längenmeßeinrichtung beschrieben, welche einen Meßkopf umfaßt, der in mehreren Koordinaten meßbar verschiebbar in oder an einem Koordinatenmeßgerät angeordnet ist. Dieser Meßkopf umfaßt ein Gehäuse, in welchem ein Meßeinsatzträger mit mindestens einem Meßeinsatz (Taster), in 3 Koordinaten verschiebbar, gelagert ist. Perner sind im Gehäuse Meßwandler angeordnet, um die Stellung des Meßeinsatzträgers und damit der Taster relativ zum Gehäuse zu bestimmen.
In der DD-PS 92 567 ist ein Meßkopf beschrieben, mit welchem in den drei Koordinaten gemessen werden kann.
Hierbei ist ein Meßeinsatzträger kardanisch in einem Gehäuse gelagert, Die Bewegungen der Meßeinsätze bei der Antastung von Prüfungen bewirken, daß Meßwandler Signale erzeugen, die zur Ermittlung der Meßwerte verwendet werden.
Es ist ein Nachteil des Standes der Technik, daß zur Verwirklichung von Tasterbewegungen und Antastmöglichkeiten in drei Koordinaten eine konstruktiv aufwendige Lagerung des Meßeinsatzträgers notwendig ist. Trotz großem technologischem Aufwand gewährleistet diese Lagerung nicht eine exakte reproduzierbare Lage des ließeinsatzträgers und damit der den Prüfling antastenden Ließe in sätze. Die angewendeten Führungs- und Lagerungssysteme sind gegenüber Uberlastungen empfindlich.
Es ist Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und den konstruktiven und technologischen Aufwand bei Meßköpfen, vorzugsweise für Koordinatenmeßgeräte zu verringern Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßkopf, vorzugsweise für Koordinatenmeßgeräte, zu schaffen, bei welchem ein Meßeinsatzträger unabhängig von FUhrungsfehlern ist und welcher ein eigenes Koordinatensystem besitzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Meßkopf mit einem Meßeinsatzträger und mindestens einem Meßeinsatz dadurch gelöst, daß der Meßeinsatzträger reibungsarm und in maximal sechs Preiheitsgraden eines räumlichen Koordinatensystems verschieb- und drehbar im Gehäuse gelagert ist, und daß zwischen dem Gehäuse und dem Xeßeinsatzträger sechs, sämtliche Relativbewegungen des Meßeinsatzträgers gegenüber dem Gehäuse erfassende Meßwandler vorgesehen sind> wobei in drei, vorzugsweise senkrecht zueinander stehenden Ebenen Jeweils zwei Meßwandler aus den Ausgangssignalen der Meßwandler die Position des Meßeinsatzträgers bzw. Tastelements im Koordinatensystem bestimmenden Rechner verbunden sind.
Dabei ist es vorteilhaft, daß die Meßwandler am Gehäuse und den einzelnen Meßwandlern zugeordnete Meßflächen sm Meßeinsatzträger angeordnet sind.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß die Meßwandler am Meßeinsatzträger und die den Wandlern zugeordneten Meßflächen am Gehäuse angeordnet sind.
Es ist vorteilhaft, daß die Meßwertgeber in ihrer Meßrichtung Justierbar angeordnet sind.
So ist ein Vorteil der Erfindung, daß der technisohe Aufwand für die in verschiedenen Koordinaten bewegliche Lagerung des Meßeinsatzträgers erheblich verringert und die Anzahl beweglicher Teile vermindert werden. Dadurch wird vor allem die Bedeutung der Lose in der Lagerung beseitigt. Es besteht eine höhere Funktionssicherheit und eine geringere Empfindlichkeit der FUhrung- und Lagerungssysteme gegenüber Überlastungen.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 achematisch die Lage des Meßkopfes in einer Koordinatenmeßmaschinet Fig. 2 den erfindungsgemäßen Meßkopf und Fig. 3 die koordinatenmäßigen Beziehungen am Xeßeinsatzträger.
Das in Fig. 1 dargestellte Koordinatenmeßgerät 1 umfaßt einen auf Führungen 2 in zwei Koordinaten verschiebbaren Xeßschlitten 3, an welchem ein in der dritten Koordinate verschiebbarer Meßkopf 4 angeordnet ist. Auf einem Tisch 5 des Koordinatenmeßgerätes 1 ist ein Meßobjekt 6 angeordnet.
Der Meßkopf 4 besteht aus einem Gehäuse 7, in welchem ein Meßeinsatzträger 8 mit mindestens einer Xeßeinsatzaufnahme 10, in vorzugweise sechs Freiheitsgraden eines räumlichen Koordinatensystems R - S - T verschieb- und drehbar gelagert ist. Der Meßeinsatzträger 8 ist mittels eines Schaftes 28 in einem im Gehäuse 7 eingesetzten, elastischen Lager 11 gelagert, wobei gewährleistet ist, daß der Meßeinsatzträger 8 und damit auch der Keßeinsatz 9 in allen Preiheitsgraden bewegbar ist.
Anstelle einer Meßeinsatzaufnahme 10 können auch mehrere am Meßeinsatzträger 8 vorgesehen sein.
Wie Fig. 2 zeigt, sind im Gehäuse 7 Meßwandler derart vorgesehen, daß in drei Jeweils senkrecht aufeinanderstehenden Flächen des Gehäuses 7 Jeweils zwei Meßwandler 12 und 13, 14 und 15, 16 und 17 so angeordnet sind, daß immer zwei Meßwandler 12 und 13, 14 und 15, 16 und 17 einer jeden der Koordinaten R, S, T (Fig. 3) zugeordnet sind. Diesen Meßwandlern 12; 13; 14; 15; 16; 17 sind auf den, den Flächen des Gehäuses 7 benachbarten Flächen des Meßeinsatzträgers 8 Meßflächen 18; 19; 20; 21; 22; 23 zugeordnet, welche durch diese Meßwandler berührend oder berührungslos angetastet werden.
So sind zur Bestimmung von Verschiebungen des Meßeinsatzträgers 8 in Richtung der R-Koordinate der Meßwandler 12, in Richtung der S-Koordinate der Meßwandler 14 und in Richtung der T-Koordinate der Meßwandler 16 vorgesehen. PUr die Ermittlung von Drehungen oder Kippungen des Meßeinsatzträgers 8 um die R-Koordinate sind die Meßwandler 16 und 17, um die S-Koordinate die Meßwandler 12 und 13 und um die T-Koordinate die Meßwandler 14 und 15 im Gehäuse 7 angeordnet.
Die Meßwandler 12; 13; 14; 15; 16; 17 sind mit einem Meßverstärker 24 verbunden, in dem die Ausgangssignale der Meßwandler verstärkt werden. Dem Meßverstärker 24 nachgeordnet istiein Analog-Digital-Wandler 25, dessen Ausgangswerte A1 A2, A3, A4 A5, A6 zur Bestimmung der Positionsänderung R, S, T des Meßeinsatzträgers 8 und damit des Tastelements 29 bei der Abtastung des Prüflinge 6 einen Rechner 26 zugeführt werden, Die den Rechner 26 verlassenden ließergebnisse werden in eine Anzeige- oder Verarbeitungseinrichtung 27 gegeben.
In Fig. 3 sind schematisch die koordinatenmäßigen Beziehungen am Meßeinsatzträger 8 dargestellt. Das meßkopfeigene Koordinatensystem R-S-T ist gehäusefest und die Lage der Meßwandler 12; 13; 14; 15; 16; 17 dazu wird durch die Abstände a; b; c; d; e; f von den Koordinatenachaen R, S, T gekennzeichnet. Die Abständer der Meßwandler 12 und 13, 14 und 15 sowie 16 und 17 sind sind mit g, h und i bezeichnet und die Ausgangswerte A1, A2, A3, A4> A5> A6 des Analog-Digital-Wandlers 25 sind die bereits verstärkten und gewandelten Anzeigen der Meßwandler 12; 13; 14; 15; 16; 17. Die Ausgangsposition des Tastelements 29 zu Beginn einer jeden Messung ist mit Qg (Rg, Sg, Tg) angegeben, wobei die hierzu gehörigen Koordinaten Rg, Sg, Tg sind.
Mit Kenntnis der Steifigkeit des Lagers 11 werden aus den geometrischen Beziehungen und Größen, wie die Abstände a, b, c>d> c,d, e, f, g, h, i und den Auegangswerten A1, A2, A3> A4, A5, A6 durch den Rechner 26 für jeden Antastfall die Positionsänderungen R , S , T des Tastelements 29 berechnet. Dabei bestehen unter Vernachlässigung der Durchbiegung und GrUBen höherer Ordnung folgende Beziehungen: A1 ... A6 sind hierin die variablen Größen.
Die neue tatsächliche Position Q des Tastelements 29 ist dann> wiedergegeben durch die Koordinaten R = Rg + R S + Sg + S T = Tg + T Durch erneute Antastung des MeßobJekts 6 ab anderer Stelle ist in analoger Weise die neue Position des Tastelements 29 bestimmbar. Die einzelnen Positionen können in die Verarbeitungaeinrichtung 27 gespeichert bzw. eingegeben werden. Aus ihnen werden dann die zu messenden Größen des Meßobjekts 6 bestimmt.

Claims

Pate ntans pr iìcne Meßkopf für Koordinatenmeßgeräte, welcher in mehreren Koordinaten meßbar verschiebbar in oder an dem Koordinatenmeßgerät angeordnet ist, umfassend ein Gehäuse, in welchem ein Meßeinsatzträger mit mindestens einem Meßeinsatz gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßeinsatzträger (8) reibungsarm und in maximal sechs rreiheitsgraden eines räumlichen Koordinatensystems verschieb- und drehbar im Gehäuse (7) gelagert ist, und daß zwischen dem Gehäuse (7) und dem Meßeinsatzträger (8) sechs, sämtliche Relativbewegungen des ließeinsatzträgers (8) gegenüber dem Gehäuse (7) erfassende Meßwandler (12; 13; 14; 15; 16; 17) vorgesehen sind, wobei in drei, vorzugsweise senkrecht zueinander stehenden Ebenen jeweile zwei Meßwandler (12 und 13, 14 und 15, 15 und 16) angeordnet sind, die über Meßveretärker (24) mit einem aus den Ausgangasignalen der Meßwandler die Position des Meßeinsatzträgers (8) bzw. Tastelemente im Koordinatensystem bestimmenden Rechner (26) verbunden sind.
2. Meßkopf nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwandler (12; 13; 14; 15; 16; 17) am Gehäuse (7) und den einzelnen ließwandlern zugeordnete Meßflächen (18; 19; 20; 21; 22; 23) am Meßeinsatzträger (8) angeordnet sind.
3. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwandler (12; 13; 14; 15; 16; 17) am Meßeinsatzträger (8) und die den Wandlern zugeordneten Meßflächen (18; 19; 20; 21; 22; 23) am Gehäuse (7) angeordnet sind.
4. Meßkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwandler (12; 13; 14; 15; 16; 17) in ihrer Meßrichtung Justierbar angeordnet sind.