DE3114440C2

DE3114440C2 - Vorschubspindel, insbesondere für ein Kontur-Meßgerät

Info

Publication number: DE3114440C2
Application number: DE19813114440
Authority: DE
Inventors: Sakata Hideo; Usuda Hideo; Yuzunaka Kawasaki Kanagawa Hiroshi; Sakuma Kenji
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1980-04-25
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE3114440A1; GB2078902A; GB2078902B; JPS56153148A

Abstract

Eine Schraubenspindel-Vorschubeinrichtung ist vorgesehen, bei welcher ein bewegliches Teil, das verschieblich von einem Führungsteil getragen ist, durch ein Mutterteil bewegt wird, welches durch Gewindeeingriff an die Vorschubschraubenspindel angekuppelt ist. Bei der Verbindung eines Mutterteils mit einem beweglichen Teil verbindet diese Schrauben spindel-Vorschubeinrichtung in einer Kombination zwischen einer Welle und einer kugeligen Lagerung, welche beispielsweise diese Welle verschieblich trägt, die oben erwähnten beiden Teile miteinander durch die Verwendung eines Verbindungsteiles, welches in der Lage ist, die Abmessungsänderung der Vorschubschraubenspindel in radialer Richtung hierzu aufzunehmen, und welches bezüglich einer Richtung kippbar ist, die senkrecht die Achse der Vorschubschrauben spindel schneidet, so daß komplizierte Bewegungen des Mutterteils infolge einer Abweichung der Vorschubschraubenspindel, Exzentrizitäten der Lagerungen und dgl. aufgenommen werden können, wobei die Einrichtung in die Lage versetzt wird, die Bewegung des beweglichen Teiles glatt durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft tine Vo- xhubspindel mit Mutterelement, insbesondere für ein Kontur-Meßgerät, der im Oberbegriff des Anspruchs t a: gegebenen Gattung. Eine solche Vorschubspindel ist bereits aus der US-PS 64 283 bekannt.

Bei dieser bekannten Vorschubspindel sind ein inneres Mutterelement sowie ein äußeres Mutterelement relativ zu einer Führungsspindel bewegbar und wird ein an den Gewindeflanken der Führungsspindel auftretender Schlupf dreidimensional absorbiert, um eine Horizontalbewegung des auf der Spindel geführten Schlrttens weitgehend ohne Beeinträchtigungen zu gewährleisten.

Bei dieser bekannten Vorschubspindel werden die zu eliminierenden Abweichungen von der angestrebten Schlittenbewegung in Horizontalrichtung in zwei Absorptionsrichtungen unterteilt, woraus sich eine äußerst komplizierte technische Gestaltung ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kostengünstige Verbindung zwischen dem Spindeltrieb und dem Verbindungsglied herzustellen, wobei Toleranzen eliminiert werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Aus der DE-AS 12 97441 ist eine Tastspindel bekannt, die in einem Tastergehäuse vermittels einer Kugelgelenkes allseitig auslenkbar gehaltert ist. Dieses Kugelgelenk besteht aus einer zweiseitig abgeflachten, mit einer zentrischen Bohrung versehenen Kugel und einer geteilten, aus zwei Hälften bestehenden Kugelschale, welche in einem Tragkörper gehaltert und gegen Verdrehung gesichert ist. Der Tragkörper selbst ist als hohl ■ zylindrischer Körper ausgebildet.

Aus WO 79/00 553 ist ein Mutterelement bekannt, welches lediglich im Bereich seiner axialen Endabschnitte mit einer Spindel in Gewindeeingriff steht.

Ferner ist aus der US-PS 37 03 835 eine Totgangs-Verhinderungseinrichtung bekannt, bei welcher zwei Mutterelemente mit einer Spindel in Gewindeeingriff stehen und an den Mutterelementen sphärische Glieder vorgesehen sind, die in Lagern eines Schlittens aufgenommen sind.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Vorschubspindel ist gewährleistet, daß in ^-Richtung keine anderen Bewegungskomponenten auf den Schlitten, in welchem bei Kontur-Meßgeräten der Tastarm gelagert ist, übertragen werden als die translatorische Bewegung des Matterelementes längs der Vorschubspindel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele sowie unter Bezug auf die F i g. 2 bis 4 (F i g. 1 zeigt eine herkömmliche Vorschubspindel mit Mutterelement) näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer herkömmlichen Vorschubspindel nebst Mütterelement nach dem Stand der Technik,

F i g. 2 einen Schnitt durch ein Kontur-Meßgerät mit einer daran angeordneten Vorschubspindel nebst Mutterelement nach der Erfindung,

Fig.3 einen Schritt längs der Linie UI-III in Fig.2 und

F i g. 4 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Vorschubspindel 1, die in Gewindeeingriff steht mit einem Mutterelement 6. Ein Schlitten 4 ist verschieblich auf einer Führung 3 gelagert, welche parallel zur Vorschubspindel verläuft Der Schlitten ist mit Hilfe eines Verbindungsteils 5 starr mit dem Mutterelement verbunden, wobei in dem Verbindungsteil eine Durchgangsbohrung 6 ausgebildet ist, durch weiche sich unverdrehbar das Mutterelement 2 hindurch erstreckt Die Abmessungen dieser Durchgaiigsbohrung in Richtung des axialen Abstandes zwischen der Vorschubspindel 1 und der Führung 3 sind so gewählt, daß der Bohrungsdurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Mutterelementes.

Folglich vermag sie das Verbindungsteil 5 in Richtung des axialen Abstandes zwischen der Vorschubspindel 1 und der Führung 3 zu bewegen. Ferner ist das Verbindungsteil 5 zwischen einem Flansch 7, der an einem Ende des Mutterelementes 2 ausgebildet ist, und einer Befestigungsplatte-3 eingespannt, welche am Außenum- ;a fang des Mutterelementes 2 befestigt ist, so daß eine seitliche Bewegung des Mutterelementes 2 auf den Schlitten 4 übertragen wird.

An dem Schlitten 4 kann ein Bauteil, wie ein Kontur-Meßgerät befestigt sein, wobei sich versteht, daß ein solcher Tastarm mit Hilfe der Schraubenspindel, des Verbindungsteils sowie des Schraubenelementes in X-Richtung bewegbar ist. Kommt es durch kleine Krümmungen bzw. Verwerfungen der Vorschubspindel bzw. der parallel dazu verlaufenden Führung für den Schlitten zu Abweichungen von der X-Richtung, so werden auf den Schlitten und folglich auch auf einen daran befestigten Tastarm Bewegungskomponenten übertragen, welche von der X- Richtung abweichen und folglich die von einer Tastarmspitze aufgezeichnete Kontur verfälsehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der F i g. 2,3 und 4 beschrieben.

Wie F i g. 2 zu entnehmen, sind auf einem Sockel 11 in

vorbestimmten! Abstand Trageplatten 12 und 13 aufrechtstehend angeordnet, durch welche sich ein in Lagern 15 gelagerte Vorschubspinde! 14 erstreckt. In den Trageplatten 12 und 13 ist auch eine parallel zur Vorschubspindel verlaufende Führung 16 gehaltert. Der in F i g. 2 rechte Endabschnitt der Vorschubspindel 14 erstreckt sich durch die Tragepiatte 13 hindurch. Dieser vorspringende Endabschnitt ist mit der Abtriebswelle eines Motors 20 durch eine Riemenscheibe 17, einen Riemen 18 und eine Riemenscheibe 19 verbunden und dazu eingerichtet, gemeinsam mit der Drehung des Motors 20 gedreht zu werden. Dieser Motor 20 ist von der Trageplatte 13 in einer Ortslage gehaltert, in welcher er sich außer Anschlagberührung mit irgendeinem beweglichen Teil befindet, wie etwa dem auf. der Führung (und auf der Vorschubspindel) beweglichen Schlitten 29. Ferner ist der in der Zeichnung linke Endabschnitt der Vorschubspindel 14 mit einer Rotations-Codiereinrichtung

22 mittels einer Kupplung 21 verbunden, wobei die Drehung der Vorschubspindel 14 mit Hilfe dieser Codiereinrichtung 22 gemessen werden kann.

Ein Mutterelement 23 ist durch Gewindeeingriif mil dem mittleren Abschnitt der Vorschubspindel »4 gekoppelt und dazu eingerichtet, nach rechts und links gemeinsam mit der Drehung der Vorschubspindel 14 beweglich zu sein. Dieses Mutterelement 23 ist derart ausgebildet, daß es in axialer Richtung der Vorschubspindel 14 verhältnismäßig lang ist, und ist in seinem Mittelabschnitt mit einer Bohrung 24 versehen, so daß das Mutterelement 23 lediglich mit seinen in axialer Richtung entgegengesetzten Endabschnitten in Gewindeeingriff mit der Vorschubschubspindel 14 steht.

Ferner ist der Schlitz 25, welcher bis zu einer Gewindebohrung für die Vorschubspindel reicht, über die gesamte Längserstreckung des Mutterelements 23 ausgebildet. Zum Verengen dieses Schlitzes 25 sind zwei Schraubbolzen 26 vorgesehen, so daß ein Totgang zwischen der Vorschubspindel 14 und dem Mutterelement

23 ausgeschlossen ist. Ferner erstreckt sich ein Schaft 27 von der Mitte des unteren Abschnitts des Mutterelements 23 nach unten. $

Der Schlitten 29 ist als bewegliches Teil axial verschieblich an der oben erwähnten- Führung 16 mittels einer Büchse 28 gelagert. Am oberen Abschnitt dieses Schlittens 29 ist durch eine Montageplatte 33 eine kugelige Lagerung 32 vorgesehen, welche einen sphärischen Anschnitt 30 aufweist, der am unteren Ende des aus dem Mutterelement vorstehenden Schaftes 27 vorgesehen ist. Die oberen und unteren Enden des sphärischen Abschnitts sind parallel zueinander angeschnitten, und in seiner Mitte weist dieser Abschnitt eine Durchgangsöffnung 30/4 sowie einen Sitz 31 für den sphärischen Abschnitt 30 derart auf, daß dieser in alle Richtungen schwenkbar ist. Der Schaft 27, ist schwenkbar und axial verschieblich in die Durchgangsöffnung 30Λ des sphärischen Abschnittes 30 eingesetzt. Der Schaft 27 und die kugelige Lagerung 32 bilden ein Verbindungsteil 34, in weichern eine axiale Verschiebebewegung zwischen dem Schaft 27 und der Durchgangsöffnung 30A des sphärischen Abschnitts 30 eine Abmessungsänderung in Richtung des Abstands zwischen den Achsen der Vorschubspindel 14 und der Führung 16 aufnehmen kann, d. h. eine Abmessungsänderung in radialer Richtung zur Vorschubspindel 14. Das Verbindungsteil 34 kann nach allen Richtungen kippen, und zwar in bezug auf Richtungen, welche senkrecht die Achsen der Vorschubspindel 14 und der Führung 16 schneiden, und zwar durch Schwenken des sDhärischen Abschnitts 30 bezüglich des Sitzes 31 und durch Drehung des Schaftes 27 bezüglich des sphärischen Abschnittes 30.

Am Schlitten 29 ist ein Schwenkpunkteil 35 befestigt welches schwenkbar einen Arm 37 über eine Schwenkichse 36 trägt- Am einen Ende dieses Armes 37 ist ein Tastfühler 39 angebracht, um in Berührung mit der Außenoberfläche eines zu messenden Gegenstandes 38 zu gelangen und hierbei den Arm 37 durch das Abtasten der Form der Außenoberfläche zu schwenken, d. h. der

ίο Kontur in einem bestimmten Abschnitt des zu messenden Gegenstandes 38. Ferner ist am anderen Ende des Armes 37 auf in der Lage einstellbare Weise ein Ausgleichsgewicht 40 angeordnet, weiches in seiner Lage derart befestigt ist, daß die Seite des Tastfühlers 39. von der Schwenkwelle 36 des Armes 37 aus gesehen, so eingestellt ist, daß sie geringfügig schwerer ist als die Seite des Ausgleichsgewichtes 40. Ferner ist ein Differentialübertrager 43. der einen Kern 41 und eine Spule 42 umfaßt, zwischen dem Arm 37 und dem Schwenkpunkteil 35 derart vorgesehen, daß die Schwenkbewegung des Armes 37 gemessen werden ^;-:inn.

Bei der oben beschriebenen Anor^nu^g wird beim Messen der Kontur der Außenoberfläche des zu messenden Gegenstandes 38 in einem bestimmten Abschnitt der Arm 37 zum Stillstand gebracht, wobei die Seite de5 Tastfühlers 39 mittels einer Spanneinrichtung (nicht gezeigt) angehoben ist, der Motor 20 wird angetrieben, um die Vorschubspindel 14 in dem oben beschriebenen Zustand in Drehung zu versetzen. Das Mutterelement 23 wird nach links in F i 3.2 bewegt, der Arm 37 wird nach links gemeinsam mit der Bewegung des Mutterelements 23 über das Verbindungsteil 34. den Schlitten 29 und das Schwenkpunktteil 35 bewegt, und der Tastfühler 39 wird in eine Lage zur Messung am linken Ende des zu messenden Gegenstandes 38 bewegt. Dann wird die Spanneinrichtung (nicht gezeigt) gelöst, um den Tastfühler 39 derart abzusenken, daß er in Anschlagberührung mit der Außenoberfläche des zu messenden Gegenstandes 38 gelangt; nachfolgend wird der Motor 20 in Drehung in einer Richtung entgegengesetzt zu jener des obenerwähnten Falles versetzt, um das ivlutterelement 23 nach rechts zu bewegen, und der Arm 37 wird dann ebenfalls nach rechts bewegt. In diesem Fall wird die Anzahl der Drehungen der Vorschubspindel 14 durch die Rotations-Codiereinrichtung 22 gemessen, während die Bewegung des Tasifühlers 39, der die Unregelmäßigkeiten an der Außenoberfläche des zu messenden Gegenstandes 38 derart abtastet, daß er sich vertikal in Übereinstimmung mit der Bewegung des Armes 37 bewegt, durch den Differentialübertrager 43 als Schwenkbewegung des Armes 37 gemessen wird, wobei der Vorschub in der seitlichen Richtung und die Vertikalbewegung in F i g. 2 aufgezeichnet werden, welche, wie chen beschrieben, gemessen wurden, und wobei die Kontur der Außenoberfläche des zu messenden Gegenstandes 38 auf einen Koordinaten-Aufzeichnungsgerät (X- Y-Schreiber) oder dgl. angezeigt wird. Ferner werden in jenem FaI!, in welchem der Arm 37 bewegt wird, selbst wenn das Mutterelement 23 komplexe, in vertikaler Richtung, Längsrichtung und Drehrichtung infolge einer Abweichung der Vorschubspindel 14. Exzentrizitäten der Lagerungen 15 und dgl. durchgeführt, alle diese Bewegungen vom Verbindungsteil 34 rufgenommen mit dem Ergebnis, daß lediglich die Bewegung in Rich-

b5 tung des Vorschubs (X-Richtung) auf den Schlitten 29 übertragen wird, der das bewegliche Teil bildet, so daß der Schlitten 29 sanft ohne Ungleichmäßigkeit bewegt wird. Demzufolge wird jede störende Bewegung infolge

der Abweichung der Vorschubspindel 14 und dgl. dem Arm 37 nicht mitgeteilt, so daß Meßfehler infolge von Toleranzen der Vorschubspindel 14 ausgeräumt werden können.

Bei diesem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das Mutterelement 23 und der Schlitten 29, der das bewegliche Teil bildet, miteinander mittels des Verbindungsteiles 34 verbunden, welches den Schaft 27 und die kugelige Lagerung 32 umfaßt, und dementsprechend werden, selbst wenn die Vorschubspindel 14 eine Abweichung aufweist und/oder wenn die Lagerungen IS Exzentrizitäten und dgl. aufweisen, unregelmäßige Bewegungen des Mutterelements 23 infolge der Abweichung und dgl. vom Verbindungsteil 34 aufgenommen, und lediglich die Bewegung in Richtung des Vorschubes f-Y-Richtung) wird dem Schlitten 29 mitgeteilt, so daß sich der Schlitten 29 jederzeit glatt bewegen kann, und das Erfordernis einer Einstellarbeit bei der Anbringung der Vorschubspindel 14 aufgehoben werden kann. Ferner werden aus den gleichen Gründen wie oben unnötige Schwingungen und dgl. nicht dem Arm 37 mitgeteilt, so daß Meßfehler nicht auftreten und folglich die vorliegende Maßnahme höchst wirksam auf einen Vorschubmechanismus zur Verwendung in Präzisionsmeßinstrumenten anwendbar ist, wie etwa in Konturmeßinstrumenten. Ferner kann ein handelsübliches kugeliges Lager als kugeliges Lager 32 verwendet werden, wodurch man in die Lage versetzt wird, die kugeligen Lagerungen billig zu erreichen. Ferner ist das Mutterelement 23 derart ausgebildc: daß es in axialer Richtung der Vorschubspindel 14 verhältnismäßig lang ist, in seinem Inneren mit einer Bohrung 24 versehen ist, durch Gewindeeingriff an seinen gegenüberliegenden Enden an die Vorschubspindel 14 angekuppelt ist, welche eine verhältnismäßig lange Spannweite aufweisen, und einen nur geringen Totgang infolge des Schlitzes 25 und der Schraubbolzen 25 aufweist, webe: dss Mutiereiement 23 zuverlässig durch die Drehung der Vorschubspindel 14 derart eine Vorschubbewegung herbeiführt, daß die Drehung der Vorschubspindel 14, die von der Rotations-Codiereinrichtung 22 gemessen wird, korrekt mit der Bewegung des Armes 37 übereinstimmt, so daß man in die Lage versetzt wird, Meßfehler in Vorschubrichtung auszuräumen.

F i g. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, wobei ein Verbindungsteil 44 einteilig an seinem vorderen Ende mit einem teilweise abgeschnittenen sphärischen Abschnitt 45 ausgebildet ist und einen Schaft 46 aufweist, der aus dem Mutterelement 23 vorsteht Ein zylindrisches Lager 47 dient zur verschieblichen, schwenkbaren Lagerung des teilweise abgeschnittenen kugeligen Abschnitts 45 am vorderen Ende des Schaftes 46 in axialer Richtung zum Schaft 46, wobei das Lager in dem Schlitten 29 eingebettet ist.

Dieses Ausführungsbeispiel hat auch dieselben Funktionswirkungen wie das vorangehende Ausführungsbeispiel.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

65

Claims

Patentansprüche:

1. Vorschubspindel mit Mutterelement, insbesondere für ein Kontur-Meßgerät, mit einer parallel zur Vorschubspindel verlaufenden Führung, längs welcher ein Schlitten mittels des Mutterelements bewegbar ist. und mit einem das Mutterelement mit dem Schlitten verbindenden Verbindungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Mutterelement (23) in axialer Richtung der Vorschubspindel (14) vergleichsweise lang und in seinem Mittelabschnitt mit einer Ausnehmung (24) versehen ist, so daß das Mutterelement lediglich mit seinen in axialer Richtung einander gegenüberliegenden beiden Endabschnitten in Gewindeeingriff mit der Vorschubspindel steht, und daß das Verbindungsteil (34, 44) einen sphärischen Abschnitt (30, 45) am vorderen Ende eines aas dem Mutterelement vorstehenden Schaftes (27,46) aufweist, der drehbar von einem im Schlitten t2S>) ausgebildeten zylindrischen Lager (32, 47) aufgenommen wird.

2. Vorschubspindel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Mutterelement (23) über seine gesamte Längsausdehnung mit einem bis zu einer Gewindebohrung für die Vorschubspindel (14) reichenden Schlitz (25) versehen ist und daß zum Verengen des Schlitzes Bolzen (26) vorgesehen sind.