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Gerät zum insbesondere dreidimensionalen
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Messen und/oder Anreißen und/oder Antasten von Wsrkstücken.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum insbesondere dreidimensionalen
Messen und/oder Anreißen und/oder Antasten von Werkstücken der ansonsten im Oberbegriff
des Anspruchs 1 definierten Art.
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Bei einem Gerät dieser Art weist die Kompensationsvorrichtung ein
Ausgleichsgewicht auf, welches in einer Führung in Richtung parallel zum Querarm
so verschiebbar am oberen Ende der Säule oder am Kreuzschieber oder am Querarm selbst
gelagert ist, daß das vom Querarm auf die Säule ausgeübte, von der Auskraglänge
abhängige Moment kompensiert werden soll. Diese durch Ausgleichsgewicht herbeizuführende
Momentenkompensation soll dabei an die Stelle sonst verwendeter Stützstreben treten,
die vom Fuß schräg zum Säulenkopf geführt sind und die Säule abstützen. Die erläuterte
Kompensationsvorrichtung beim Gerät bekannter Art soll also Meßverfälschungen aufgrund
Biegeverformung der lotrechten Säule entgegenwirken.
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Die Baueinheit Säule mit Fuß und Stützstrebe ist in sich derart biegesteif,
daß bei Verwendung dieses Prinzips nicht mit Biegeverformungen, die selbst bei außerordentlich
großer Maschinengenauigkeit noch zu Verfälschungen der Meßergebnisse führen könnten,
zu rechnen ist. Als überraschend wurde bei solchen Geräten erkannt, daß jedoch im
Bereich des Säulenfußes und der dortigen Lager,von der Auskraglänge des Querarmes
abhängiglVerformungskräfte wirksam sind, die-wenn auch in äußerst kleinen Bereichen-insbesondere
bei weit auskragendem Querarm zu Verfälschungen der Meßergebnisse dadurch führen
können, daß die Säule mit Querarm, übertrieben ausgedrückt, sich zur Richtplatte
hinneigt. Dies wird fußseitig durch dortiges Kippen in 0-Bereichen verursacht. Dies
kann ein Gerät bekannter Art mit Kompensationsvorrichtung, die die schräggerichtete
Stützstrebe -zwischen Fuß und Säulenkopf ersetzen soll, nicht verhindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 beschriebenen Art so auszubilden, daß durch Verformung, auch Lagerverformung,
im Bereich des Fußes verursachte Meßfehler sowohl bei Geräten mit zwischen Fuß und
Säulenkopf schräg verlaufender Stützstrebe als auch Geräten mit die Stützstrebe
ersetzender Kompensationsvorrichtung ausgeschaltet sind.
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Die Aufgabe ist bei einem Gerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1
genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs
1 gelöst.
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Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, allein im Fußbereich
die auf den Fuß jeweils einwirkende Abstützkraft gegen die plattenseitige Führungsfläche
in Abhängigkeit von solchen Einflußgrößen zu ändern,
die ein Maß
für die Auskraglänge des Querarmes und damit für die auf fußseitige Verformung hin
wirkenden Kräfte sind. Die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung stellt dabei
ein geschlossenes Regelsystem dar, dessen Stellantrieb der die Abstützkraft zwischen
Fuß und Führungsfläche bewirkende Kraftantrieb ist und dessen Regler durch das Regelglied
gebildet ist, welches die fur die Abstützkraft maßgebliche Einflußgröße erfaßt und
ausregelt. Dank der erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung sind Verformungen
und Kippbewegungen im Fußbereich zwischen Fuß und plattenseitiger Führungsfläche,
im gu-Bereich betrachtet, selbst dann ausgeschaltet, wenn der Querarm mit maximaler
Auskraglänge ausgeschoben ist.
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Die Meßgenauigkeit ist damit beachtlich gesteigert, und dies bei im
Verhältnis kleinem, geräteseitigem Aufwand.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform enthält Anspruch 2.
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Derartige Regelglieder sind einfach und kostengünstig.
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Sie lassen sich geräteseitig problemlos anbringen.
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Verschiedene, jeweils vorteilhafte Ausführungsformen derartiger Regelglieder
ergeben sich aus den Ansprüchen 3 - 7. Auch eine Gestaltung nach Anspruch 8 kann
von Vorteil sein, wenn geräteseitig ohnehin ein Wegmeßsystem vorhanden ist.
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Weitere, vorteilhafte Gestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen
9 - 16. Dabei versteht es sich, daß die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung
gleichermaßen für solche Geräts geeignet ist, bei denen der Fuß mit Säule entlang
einer Randseite der Richtplatte auf außenseitig der Richtplatte sitzenden Führungen
verschiebbar ist, wie auch bei einem Gerät, bei dem der Fuß mit seiner Unterseite
auf der Oberseite der Richtplatte aufsitzt und entlang dortiger Nuten, Lineale etc.
geführt ist. Beim letztgenannten Gerätetyp führt
die Kompensationsvorrichtung
zu dem Vorteil, daß die Lagerbelastungen jeweils unabhängig von der augenblicklichen
Position und Auskraglänge des Querarms sind.
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Auch dies dient der Meßgenauigkeit und führt überdies zu größerer
Lebensdauer der Lager.
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Die Erfindung ist dabei nicht auf besondere Lager- und Führungssysteme
zwischen Fuß und plattenseitigen Führungsflächen beschränkt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteils ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung.
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Der vollständige Wortlaut der Patentansprüche ist vorstehend allein
zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen
lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch
alle Anspruchsmerkmale an dieser Stelle ausdrücklich und als zur Erfindung gehörend
offenbart zu gelten haben.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische, z.T. geschnittene Seitenansicht
eines Gerätes zum dreidimensionalen Messen und/oder Anreißen und/oder Antasten von
Werkstücken, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 eine schematische Draufsicht
von Einzelheiten des Fußes des Gerätes in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische
Draufsicht etwa entsprechend derjenigen in Fig. 2, jedoch eines Gerätes gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine schematische Draufsicht einerseits der
Säule mit Kreuzschieber und Querarm und andererseits des Fußes eines Gerätes gemäß
einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 5 und 6 jeweils schematische Seitenansichten
etwa entsprechend derjenigen in Fig. 1 eines vierten bzw.
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fünften Ausführungsbeispieles.
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In Fig. 1 ist eine stationäre Richtplatte 11 mit oberer Planfläche
12 gezeigt, auf der zu messende, anzureißende und/oder anzutastende Werkstücke aufspannbar
sind. Die Richtplatte 11 trägt bei diesem Beispiel auf der sichtbaren Längsseite,
und ferner auf der gegenüberliegenden, nicht sichtbaren Längsseite, eine nur schematisch
angedeutet obere Führungsschiene 13 und darunter eine schematisch angedeutete untere
Führungsschiene 14. Beide sitzen auf der in Fig. 1 nach links weisenden Außenseite
der Richtplatte 11. Auf und entlang den Führungsschienen 13, 14 ist ein Meß-, Anreiß-
und/oder Antastgerät 15 zum dreidimensionalen Messen, Anreißen und/oder Antasten
von Werkstücken entlang der Längsseite der Richtplatte 11 verfahrbar. Das Gerät
15 weist einen als Laufwagen ausgebildeten Fuß 16 auf, der mit Gleitlagern und/oder
Lagerrollen an den Führungsschienen 13, 14 nach allen Seiten hin abgestützt und
darauf leichtgängig verfahrbar gelagert ist. Der Fuß 16 trägt eine daran feste,
zur Richtplatte 11 rechtwinklig stehende Säule 17, auf der
ein
Kreuzschieber 18 in vertikaler Richtung verschiebbar ist. Im Kreuzschieber 18 ist
vorn, etwas außerhalb der Mitte, ein Querarm 19 in horizontaler Richtung und parallel
zur Planfläche 12 und dabei rechtwinklig zum Verlauf der Führungsschienen 13, 14
verstellbar gehalten. Der Querarm 19 ist innen hohl und an beiden Stirnenden verschlossen.
Am in Fig. 1 rechten Stirnende trägt der Querarm 19 einen z.B. als Würfel gestalteten
Aufnahmekopf 20 für die darin aufzunehmenden Meß-> Anreiß- und/ oder Antastwerkzeuge.
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Das Gerät 15 ist mit einer Kompensationsvorrichtung 21 ausgerüstet,
die die Einwirkungen des mit Auskraglänge l in Fig. 1 nach rechts in Pfeilrichtung
22 auskragenden Querarmes 19 auf die Säule 17 mit Fuß 16 zumindest zum Teil kompensiert.
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Die Kompensationsvorrichtung 21 weist einen am oder im Fuß 16 angeordneten
Kraftantrieb 23 auf, der auf den Fuß 16 einwirkt und dabei dessen Abstützkraft gegen
die plattenseitige Führungsfläche der Führungsschienen 13, 14 beeinflußt. Der Kraftantrieb
23 wird in Abhängigkeit von einer diese Abstützkraft, die in Fig. 1 in horizontaler
Richtung verläuft, bestimmenden Einflußgröße von einem besonderen Steuer- oder Regelglied
beaufschlagt.
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Das erste Ausführungsbeispiel zeigt ein schematisch angedeutetes Regelglied
24 mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung 25, insbesondere Auswerteelektronik,
die unmittelbar auf den Kraftantrieb 23 arbeitet oder die, wie nicht gezeigt, statt
dessen mittelbar, z.B. über einen zwischengesetzten Umsetzer, auf den Kraftantrieb
23 arbeitet.
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Für die Gestaltung des Regelgliedes 24 gibt es die verschiedensten,
im Rahmen der Erfindung liegenden Moglicheinen, die als verschiedene Ausführungsbeispiele
dargestellt sind.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel besteht der Kraftantrieb 23 aus einem
Wegsteller. Bestandteil der Kompensationsvorrichtung 21 sind hier zwei Gegengewichte
26, 27 am oder im Fuß 16, die dort entlang einer zugeordneten Horizontalführung
28J 29 parallel und gegensinnig zur Verschiebung des Querarmes 19 verschiebbar geführt
sind.
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Der als Wegsteller ausgebildete Kraftantrieb 23 arbeitet über Getriebemittel
30 auf die Gegengewichte 26, 27. Wie ersichtlich, sind die Gegengewichte 26, 27
zumindest nahe der oberen Planfläche 12 und dabei auf derjenigen Seite des Fußes
16 angeordnet, die der Auskragrichtung gemäß Pfeil 22 des Querarmes 19 abgewandt
ist. Die Verschiebebetätigung der Gegengewichte 26» 27 mittels des Kraftantriebes
23 erfolgt gegensinnig zur Auskragrichtung gemäß Pfeil 22 des Querarmes 19. Wird
letzterer beim Meßvorgang in Fig. 1-weiter nach rechts verschoben, so werden über
die Kompensationsvorrichtung 21 die Gegengewichte 26, 27 in Fig. 2 gemäß dort angezeigten
Pfeilen nach links hin verschoben, unter Vergrößerung des Hebelarmes, mit dem die
Gegengewichte 26> 27 ein Moment in Höhe der Führungsfläche der Führungsschienen
13, 14 entwickeln. Dies bedeutet, daß der Fuß 16 im Bereich seines in Fig. 1 unteren
Endes mit stärkerer Kraft gegen die Führungsflächs angepreßt wird. Es wird damit
einer durch die Auskraglänge l bestimmten Schwenkung in der Zeichenebene im Uhrzeigersinn
entgegengewirkt, und zwar im Bereich des Fußes 16 und der plattenseitigen FGhrungsfläche
für den Fuß. Dadurch wird die Genauigkeit des Gerätes 15 wesentlich gesteigert.
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Das Regelglied 24 kann als Einflußgröße z.B. den Querabstand zwischen
Fuß 16 und Führungsfläche der FUhrungsschienen 13, 14 erfassen. Eine derartige Gestaltung
ist schematisch in Fig. 6 gezeigt. Dort trägt der FuS i6 mit Vorzug an seinem unteren
Ende ein punktiert angedeutetes Tastglied 61, welches den horizontalen Querabstand
zwischen dem Fuß 16 und der plattenseitigen Führungsfläche der Führungsschienen
13 und 14 am Rand der Richtplatte 11 aufnimmt. Nicht gezeigt ist in Fig. 6, daß
statt des einen Tastgliedes 61 auch zwei'gleiche Tastglieder in Verschieberichtung
des Fußes in Abstand voneinander angeordnet sein können.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 steht das Gerät 35 mit
seinem Fuß 36 oben auf der Planfläche 12 der Richtplatte 11, wobei zur Längsführung
des Fußes 36 ein auf der Richtplatte 11 ausgerichtetes und fixiertes Führungslineal
34 dient; entlang dem der Fuß 16 in Pfeilrichtung verschiebbar geführt ist. Auch
bei dieser Gestaltung ist der Fuß 36 mit einer Kompensationsvorrichtung 21 völlig
gleicher Art wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ausgestattet.
Eine Verschiebebewegung der Gegengewichte 26, 27 führt dazu, daß sich die Lagerbelastung
ändert, und zwar in Abhängigkeit von einer die vertikale Abstützkraft bestimmenden
EinfluB-größe. Es wird also auch hier bei Wirksamwerden der Kompensationsvorrichtung
21 die vertikale Abstützkraft des Fußes 36 gegen die plattenseitige Führungsfläche,
nämlich Planfläche 12, beeinflußt.
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Auch bei dem Gerät 35 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig.
3 erfolgt die Beaufschlagung des Kraftantriebes 23 über ein Regelglied 24 mit Auswerteeinrichtung
25. Das Regelglied 24 kann auch hier, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, aus einem
Tastglied oder
zwei in Abstand nebeneinander angeordneten Tastgliedern
bestehen, analog dem Tastglied 61 gemäß Fig. 6, wobei beim zweiten Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 3 allerdings das eine Tastglied oder das Tastgliedpaar so angeordnet
ist, daß hier der vertikale Querabstand zwischen dem Fuß 36 und der plattenseitigen
Führungsfläche, also der Planfläche 12, aufgenommen wird.
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Das Tastglied 61 oder ein entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 3 angepaßtes Tastglied erfaßt als Einflußgröße den Querabstand zwischen
Fuß und Führungsfläche. Der erfaßte Wert wird mit einem Sollwert verglichen und
die sich ergebende Regelabweichung zur Ausregelung dem Kraftantrieb 23 zugeführt,
der hier als Wegsteller eine entsprechende Stellbewegung ausführt.
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Der Kraftantrieb 23 kann als druckmittelbetätigter Arbeitszylinder
oder als Drehstellmotor beliebiger Gestaltung ausgebildet sein.
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Eine andere Variante für das Regelglied 24 zeigt ebenfalls Fig. 6.
Dort ist das Regelglied 24 als elektronische Richtwaage 62 ausgebildet, welche die
Horizontallage des Fußes 16 aufnimmt. Wie in Fig. 6 mit durchgezogenen Linien angedeutet
ist, ist die Richtwaage 62 bei der Darstellung lotrecht und etwa parallel zur Säule
17 ausgerichtet und am oder im Fuß 16 angeordnet. Statt dessen ist auch eine in
Fig. 6 mit gestrich#elten Linien angedeutete Ausrichtung in Richtungetwa parallel
zum Querarm 19 vorteilhaft. Die elektronische Richtwaage 62 erfaßt die Horizontallage
des Fußes und vergleicht den Istzustand mit einem entsprechenden Sollwert. Die Auswerteeinrichtung
25 beaufschlagt dann zur Ausregelung derRegelabweichung den als Wegsteller ausgebildeten
Kraftantrieb 23 sntsprechend, der demgemäß die Gegengewichte 26, 27 entsprechend
verstellt.
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Eine weitere Variante für die Gestaltung des Regelgliedes 24 zeigt
Fig. 5. Dort weist das Regelglied an der Säule 17 innen oder außen angebrachte Dehnungsmeßstreifen
51, 52 auf, die die Längsdehnung der Säule 17 innerhalb der von der Säule 17 und
dem Querarm 19 aufgespannten Ebene aufnehmen. Die Dehnungsmeßstreifen 51, 52 sind
dabei an denjenigen zwei Längsseiten der Säule 17 angeordnet, die innerhalb der
vorgenannten Ebene liegen und dabei einander abgewandt sind. Dies sind in Fig. 5
die linke und rechte Längsseite der Säule 17. Die Dehnungsmeßstreifen 51, 52 erfassen
die Längsdehnung der Säule 17 bei der jeweiligen Auskraglänge 1 des Querarmes 19.
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Der Istwert wird mit einem entsprechenden Sollwert verglichen und
z.B. über die Auswerteeinrichtung 25 zur Ausregelung der Regelabweichung der als
Wegsteller gestaltete Kraftantrieb 23 entsprechend beaufschlagt.
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Als Regelglied 24 kann auch die Maßanzeige eines nicht weiter gezeigten,
geräteseitigen Wegmeßsystems dienen, was in Fig. 5 mit 53 nur gestrichelt angedeutet
ist.
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Auch kann als Kriterium für die wegabhängige Betätigung des als Wegsteller
gestalteten Kraftantriebes 23 die jeweilige Auskraglänge 1 des Querarmes 19 herangezogen
werden. Dann liegt eine Steuerung vor. Das Regelglied 24 wird dann zum Steuerglied.
Dieses kann eine Wegmeß vorrichtung am oder im Kreuzschieber 18 aufweisen, die die
jeweilige Auskraglänge 1 des Querarmes 19 erfaßt und dem als Wegsteller ausgebildeten
Kraftantrieb 23 dann ein zugeordnetes Steuersignal zuführt. Die Wegmeßvorrichtung
ist als mechanisch und/oder elektrisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch
arbeitende Vorrichtung ausgebildet. Je nach Geräteausstattung kann auf bereits vorhandene
Wegmeßvorrichtungen zurückgegriffen werden.
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Die Obertragung des jeweiligen Meßwertes zum Kraftantrieb, evtl. mit
vorheriger Umsetzung, kann in gleicher Weise
mechanisch und/oder
elektrisch oder pneumatisch und/oder hydraulisch erfolgen.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist eine derartige Steuerung
gezeigt, die#zugleich mit einem Zwangsgetriebe ausgerüstet ist. Hier weist die Wegmeßvorrichtung
am Querarm 19 eine Zahnstange 41 mit damit in Eingriff stehendem Ritzel 42 auf.
Beide sind in der Lage, auch Kräfte zu übertragen. Der Fuß 42 entspricht etwa demjenigen
des ersten Ausführungsbeispieles, allein mit dem Unterschied, daß statt des dortigen
Kraftantriebes 23 beim dritten Ausführungsbeispiel ein Schiebearm 43 mit'Zahnstange
44 vorgesehen ist, mit der ein Ritzel 45 in Eingriff steht. Die Zahnstange 44 mit
Ritzel 45 kann ebenfalls Kräfte übertragen. Beide Zahnstangengetriebe sind über
ein nur schematisch angedeutetes Umkehrgetriebe 46 getrieblich derart gekoppelt,
daß eine Verschiebung des Querarmes 19 in Auskragrichtung gemäß Pfeil 22 eine dazu
gegensinnige Verschiebung der Gegengewichte in Fig. 4 nach links gemäß dortigen
Pfeilen zur Folge hat, und dies in jeder Höhenlage des Kreuzschiebers auf der Säule
14.
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Bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sitzt am oder im
Fuß 16 ein solcher Stellantrieb des Rsgelkreises, der als Kraftsteller 54 ausgebildet
ist und z.B. eine vorgeschaltete Auswerteeinrichtung 55, insbesondere Auswerteelektronik,
aufweist. Der Kraftsteller 54 befindet sich entweder, wie gestrichelt angedeutet
ist, nahe der oberen Planfläche 12 der Richtplatte 11 oder, wie in Fig. 5 mit durchgezogenen
Linien angedeutet ist, etwa in Höhe des unteren Endes des Fußes 16. In beiden Fällen
verläuft die Wirkungsrichtung des Kraftstellers 54 in Richtung parallel zum Querarm
19. Der Kraftsteller 54 erzeugt direkt eine kompensierende Stellkraft zwischen dem
Fuß 16 einerseits und der
plattenseitigen Führungsfläche der Führungsschienen
13, 14 andererseits. Dabei wird der Kraftsteller 54 in Abhängigkeit von einer die
horizontale Abstützkraft be; stimmenden Einflußgröße von einem der zuvor beschriebe
nsn Regelglieder beaufschlagt. In Fig. 5 ist angedeutet.
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daß eine Beaufschlagung z.B. über die DehnungsmeBstreifen 51, 52 oder
statt dessen über die Maßanzeige des Geräten seitigen Wegmeßsystems 53 erfolgt.
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Während bei Anordnung des Kraftstellers 54 etwa ih Hohe der oberen
Planfläche 12, wie in Fig. 5 gestrichelt angedeutet ist, der Kraftsteller dann ein
Druckkraftsteller ist, der gegen die plattenseitige FUhrungsfläche der Führungsschienen
13, 14 drückt und den Fuß 16 auf dieser Höhe dagegen abstützt, ist der Kraftsteller
54 bei der anderen Variante mit Anordnung am unteren Ende des Fußes 16 als Zügkraftsteller
wirksam, der den Fuß 16 unten in Richtung des angedeuteten Pfeiles an die plattenseitige
FUhrungsfläche heranzieht. Diese zuletzt erläuterte Gestaltung ist besonders vorteilhaft.
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Ober das jeweils benutzte Regelglied wird der Kraftsteller 54 so beaufschlagt,
daß er - bei Anordnung amoberen Ende des Fußes 16 - als Druckkraftsteller den Fuß
16 auf dieser Höhe von der plattenseitigen Führungsfläche in Fig. 5 nach links hin
wegdrückt oder - bei Anordnung am unteren Ende des Fußes 16 - in der Gestaltung
als Zugkraftsteller den Fuß mit seinem unteren Ende entsprechend an die plattenseitige
Führungsfläche in Fig. 5 nach rechts hin heranzieht. Auch die Anordnung beider Kraftsteller
kann vorteilhaft sein.
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Bei allen zuvor erläuterten AusfUhrungsbeispielen sind die plattenseitige
Führungsfläche mit den Führungschienen 13, 14 einerseits und der geräteseitige Fuß
andererseits rein schematisch dargestellt und beschrieben worden, da
es
auf die besondere Gestaltung der Führungsflächen und Führungsschienen, auch auf
die Anzahl und Anordnung am Gerät, ebenso wenig ankommt wie auf die besondere Ausbildung
der geräteseitigen Führungsteile. Diese können jeweils vielfältig gestaltet sein.
Auch Gleitführungen neben Rollenführungen oder zusätzlich dazu liegen im Rahmen
der Erfindung.
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