DE3345525C2

DE3345525C2 - Verfahren zum Anreißen von Werkstücken und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3345525C2
Application number: DE3345525A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-Ing. 6601 Schafbrücke Kirsch
Original assignee: Mauser-Werke Oberndorf 7238 Oberndorf GmbH; Mauser Werke Oberndorf GmbH
Current assignee: KIRSCH, HANS-PETER, DIPL.-ING., 6601 SCHAFBRUECKE,
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1986-05-22
Also published as: US4642897A; SE8405882D0; SE8405882L; FR2556639A1; DE3345525A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Anreißen von Werkstücken und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens unter Verwendung eines für Mehrkoordinaten-Meßmaschinen bestimmten Tastkopfes 1 mit einer Aufnahmevorrichtung für Taststifte vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß in den Tastkopf 1 eine Anreißspitze 6 eingesetzt wird, die mit einer elektrischen Spannungsquelle 9 derart verbunden ist, daß zwischen der Anreißspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 eine elektrische Spannung herrscht und aufgrund des Abbrandes durch Spannungsüberschlag und Stromfluß eine feine Linie gezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anreißen von Werkstücken und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines für Meßmaschinen, insbesondere Mehrkoordinaten-Meßmaschinen bestimmten, insbesondere messenden Tastkopfes mit einer Aufnahmevorrichtung für einen oder mehrere Taststifte.
Aus der DE-OS 30 00 471 und dem Firmenprospekt Mora-Meßmaschinen, Nr. 115, Mai 1976, sind bereits Anreißmaschinen bekannt, die in ihrem Maschinenaufbau den Drei-Koordinaten-Meßmaschinen ähnlich sind. Solche Anreißmaschinen sind jedoch in ihrem gesamten Aufbau wesentlich einfacher und robuster als die genannten Meßmaschinen, weil für das Anreißen grundsätzlich geringere Genauigkeit als für das Messen erforderlich ist.

So kann die Anreißmaschine die beim Anreißen auftretenden Kräfte problemlos aufnehmen, wozu wiederum die Meßmaschine durch ihren mechanischen Aufbau und ihren Verwendungszweck nicht geeignet ist.

Da sich die anzureißenden Werkstücke oft als Rohteile entsprechend dem jeweiligen Herstellungsverfahren stark voneinander unterscheiden, und der Anreißvorgang nach Soll-Werten erfolgt, besteht bei den Anreißmaschinen nur eine sehr geringe Möglichkeit, NC-gesteuert zu arbeiten.

Das Werkzeug, wie bspw. eine Anreißnadel, ist normalerweise mit der Aufnahme und der Gesamtmechanik der Anreißmaschine verbunden. Diese fährt gemäß den vorgegebenen Steuerdaten auf das Werkstück zu.

Die eingesetzte Anreißnadel erkennt jedoch nicht die Werkstückkontur und fährt deshalb mit erhöhter Kraft bei Materialanhäufungen.

Die wesentlichen Nachteile der bekannten Anreißmaschine sind:

— sie eignen sich ausschließlich zum Anreißen von einfachen, geometrischen Elementen, bspw. Kreise und gerade Linien;

— bedingt durch den Aufbau der Maschine ist nur eine relativ geringe Genauigkeit gegeben;

— der Verschleiß der Anreißnadel ist relativ groß;

— die anzureißenden Werkstücke müssen mechanisch ausgerichtet werden und

— es ist nur ein eingeschränktes automatisches Anreißen möglich, da die Maschine nicht durch das Werkstück gesteuert wird.

Die von ihrer Präzision her an sich auch für das Anreiben geeigneten Drei-Koordinaten-Meßmaschinen sind jedoch deshalb nicht einsetzbar, weil sie keine Möglichkeit der Kraftaufnahme bieten und durch das vorhandene Meßwertübernahmesystem nur geringe Werkzeuggewichte aufnehmen können.

Schließlich ist aus dem Industrie-Anzeiger 92.Jg, Nr. 65, 1970, Seite 1547, noch das elektrochemische Markieren von Blechen bekannt, wobei für die Ätzung entweder Wechsel- oder Gleichstrom verwendet wird.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile, bei herkömmlichen Anreißmaschinen ein Verfahren zum Anreißen von Werkstücken zu schaffen, das einfach durchführbar ist und das Anreißen von beliebigen Konfigurationen bei großer Genauigkeit durch Meßmaschinen erlaubt.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die technisch einfach im Aufbau ist

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Anreißspitze in einen messenden Tastkopf unter Zwischenfügung einer elektrischen Isolierung zum Tastkopf eingesetzt und mit einer zuschaltbaren elektrischen Spannung beaufschlagt wird und bei fahrender Bewegung über der Werkstückoberfläche in geringem Abstand durch Ausbrennen mittels Spannungsüberschlag und Stromfluß zwischen der Anreißspitze und der an Masse liegenden Werkstückoberfläche auf dieser eine Linie zieht.

Der Vorteil dieses Anreißverfahrens ist das beruh rungslose, kraftarme Anreißen von Linien auf Werkstückoberflächen. Dabei kann wahlweise eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung an die Anreißspitze angelegt werden. Die auftretende Strichstärke ist im wesentlichen eine Funktion des eingestellten Stromes, der Qualität der Anreißspitze und der Lage der Anreißspitze zur Flächennormalen. An eine bestimmte Polung ist hier nicht gedacht, was bei Anlegen einer Wechselspannung ohnehin entfällt.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines für Mehrkoordinaten-Meßmaschinen bestimmten, messenden Tastkopfes sieht erfindungsgemäß vor, daß in den Tastkopf ein Stift eingesetzt ist, dessen zum Tastkopf elektrisch isolierte Anreißspitze mit einer zuschaltbaren elektrischen Spannungsquelle derart verbunden ist, daß an der Anreißspitze ein Potential anliegt und zwischen der Anreißspitze und der zu ihr in geringem Abstand angeordneten, an Masse anliegenden Werkstückoberfläche eine elektrische Spannung vorherrscht.

In Ausbildung der Erfindung kann die Anreißspitze mit einer durch Wechselstrom gespeisten Spannungsquelle verbunden sein, die durch einen Schalter zu- und abschaltbar ist.

Die Anreißspitze kann ferner mit einer durch Gleichstrom gespeisten Spannungsquelle verbunden sein, die wiederum durch einen Schalter zu- und abschaltbar sein kann. Vorteilhafterweise befindet sich zwischen der Anreißspitze und der zugewandten Werkstückoberfläche ein ständiger Luftspalt von 0,1 mm bis 0,5 mm.

Diese erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht in technisch einfacher Weise das berührungslose Anreißen. Da die Anreißspitze mit einer Spannungsquelle verbunden ist, wird bei angelegter Spannung zwischen der Anreißspitze und der Werkstückoberfläche des anzureißenden Teiles ein feiner Lichtbogen gezogen, der einen dünnen, dem mechanischen Anriß gleichkommenden Strich bewirkt. Die dem Tastkopf der Drei-Koordinaten-Meßmaschine eigene Charakteristik erlaubt auch bei Oberflächenabweichungen durch das Nachregelverhalten den Kontakt der Anreißspitze zum Werkstück. Die insofern als Anreißmaschine verwendete Drei-Ko-5 ordinaten-Meßmaschine steuert hierbei mit den ihr bekannten Koordinaten die Nadelspitze. Die Definition der Spitze erfolgt über die bekannte Eichung mittels einer vorbereiteten Eichhilfskugei oder dem Einmeßvorgang der Spitze mittels eines Eichwürfels mit Bohrangen. Die auftretende Strichstärke ist im wesentlichen eine Funktion des eingestellten Stromes, der Qualität der Anreißspitze und der Lage der Spitze zur Flächennormalen. Die Oberfläche sowie der anzureißende Werkstoff spielen ebenfalls eine Rolle bei der Haltbarkeit d?r Anreißspitze. Dies bedeutet, daß Werkstücke mit schlechten Oberflächen, bspw. Walzwerk-Oberflächen, Hammerschlag usw, hohe Anreißströme benötigen. Bei langen Anrissen ergibt sich unter diesen Bedingungen fernerhin ein erhöhter Abbrand der Anreißspitze, der dann automatisch zu einer Strichverbreiterung führt

Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken und gleichzeitig eine gute Möglichkeit des schnellen Wechsels der Anreißspitze zu ermöglichen, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die Anreißspitze aus Metall, vorzugsweise aus Wolfram gebildet sein und in einer Axialbohrung im Stift durch eine quer zum Stift angeordnete Schraube oder einen Bolzen gehalten sein.

Der Stift kann in seinem den Tastkopf zugewandten Bereich getrennt sein und beide einander koaxial zugekehrten Enden können durch ein zwischengesetztes Paßstück aus elektrisch isolierendem Material miteinander verbunden sein. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß der Tastkopf und die Anreißmaschine von der Anreißspitze elektrisch isoliert sind, wodurch insbesondere Personenschäden durch elektrischen Stromschlag grundsätzlich vermieden werden.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Anreißspitze axial-beweglich innerhalb einer Ringspule angeordnet sein, die an eine auf Niederspannung herabgesetzte Spannungsquelle elektrisch angeschlossen ist, wobei die Anreißspitze durch die Wirkung einer Druckfeder und entgegen der Wirkung des durch die Spule erzeugten elektrischen Feldes auf der Werkstückoberfläche mit einer eingeprägten Frequenz von zumindest 50 Hz bei angelegter Spannung periodisch auftrifft. Diese Ausbildung hat einmal den Vorteil, daß an die Anreißspitze nur noch eine Niederspannung gelangt, was Personenschäden auch bei unbeabsichtigtem Berühren der Anreißnadel ausschließt. Bei angelegter Spannung folgt nun ein Stromübergang von der Anreißspitze auf die Werkstückoberfläche. Gleichzeitig erzeugt die Spule ein elektrisches Feld, durch welches die Anreißspitze senkrecht von der Werkstückoberfläche gegen den Druck der Feder abgehoben wird. Beim Anreißen des Lichtbogens kehrt sich die Bewegung der Anreißspitze sogleich wieder um. Diese Bewegung der Anreißspitze erfolgt mit einer eingeprägten Frequenz. Dieser so dargestellte mechanische Schwingkreis bewirkt, daß bei einem Verfahren des Tastkopfes über eine Werkstückoberfläche auf dieser Oberfläche eine aus Punkten zusammengesetzte Linie gezogen wird. Bei entsprechend hoher Frequenz von 50 Hz bis etwa 200 Hz erscheint eine durchgezogene Anreißlinie auf der Werkstückoberfläche.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Anreißspitze aus einem keramischen Werkstoff gebildet sein und eine Axialbohrune aufweisen, in die ein dünner

Draht aus der Spitze austretend eingeführt ist, welcher an eine Spannungsquelle derart angeschlossen ist, daß an dem Drahtende ein Potential anliegt und zwischen dem Drahtende und der im Abstand angeordneten Werkstückoberfläche Spannung herrscht. Der Draht kann automatisch entsprechend seinem Abbrand durch einen Motor nachgefördert werden. Bei dieser erfinderischen Ausführung steht eine elektrisch-isolierende Keramikspitze zur Verfügung, die in einem Abstand zur Werkstückoberfläche gehalten wird. Auf der Werk-Stückoberfläche wird eine Linie durch das Abbrennen des eingeführten Drahtes gezogen, an dessen Ende Potential anliegt, was zu einem Stromüberschlag bei der angelegten Spannung zwischen Draht und Werkstückoberfläche führt

In allen Fällen des Anreißens erfolgt ein Ausbrennen der Oberfläche mit sehr geringer Tiefe.

In der Zeichnung sind Beispiele der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Anreißnadel in einem Tastkopf teilweise im Schnitt;

F i g. 2 die in einer Spule axialbeweglich angeordnete Anreißspitze und

F i g. 3 eine Keramikspitze anderer Bauart mit eingeführtem Draht

In F i g. 1 ist der untere Teil eines messenden Tastkopfes 1 dargestellt wie er üblicherweise in Drei-Koordinaten-Meßmaschinen eingesetzt wird. In die Aufnahme 2 des Tastkopfes 1 ist ein Stift 3 in koaxialer Verlängerung des Tastkopfes eingespannt Der Stift 3 ist in seinem oberen Bereich getrennt und besteht demzufolge aus zwei Teilen. Zwischen die beiden Teile des Stiftes 3 ist ein Paßstück 4 aus elektrisch isolierendem Material eingefügt In dem unteren Teil des Stiftes 3 ist eine Axialbohrung 5 eingebracht, in die von unten die Anreißspitze 6, bspw. aus Wolfram, eingeführt ist Die Anreißspitze 6 wird in ihrer Lage durch eine quer eingesetzte Schraube 7 gehalten. Der Stift 3 ist über sein mittleres Teil 8 an eine Spannungsquelle 9 angeschlossen. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Gleichstrom-Spannungsquelie 9 dargestellt Ferner ist ein Schalter 10 vorgesehen, durch den die Spannung zu- und abgeschaltet werden kann. Bei geschlossenem Schalter 10 liegt an der Nadelspitze 6 ein Potential an. Da die Werkstückoberfläche ebenfalls mit der Spannungsquelle verbunden ist herrscht zwischen der Anreißspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 eine Spannung. Die Anreißspitze 6 befindet sich ständig in einem definierten Abstand von der Werkstückoberfläche 11, wodurch zwischen Anreißspitze 6 und Werkstückoberfläche 11 ein Luftspalt 12 vorhanden ist Zwischen der AnreiSspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 findet nun ein Stromüberschlag statt was zu einem Ausbrennen der Werkstückoberfläche in geringer Tiefe führt Bei einer gleichzeitigen Querverschiebung des Tastkopfes 1 erfolgt auf der Werkstückoberfläche 11 eine dünne Anreißlinie nach entsprechend vorgegebenen Maschinendaten.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 zeigt eine Lösung mit einer Niederspannung von etwa 10 Volt bis 12 Volt Dies wird erreicht bei einer Wechselstromquelle durch Zwischenschalten eines Transformators. Das Unterteil 13 eines Stiftes 3, bzw. dessen Mittelteil 8, ist axial beweglich im Zentrum einer Spule 14 angeordnet In das Unterteil ist wiederum in einer Axialbohrung 5 die Anreißspitze 6 eingesetzt Das Unterteil des Stiftes 3 wird oben durch eine Druckfeder 15 beaufschlagt die sich am oberen Teil 16 des Stiftes abstützt Die Druckfeder 15 bewirkt daß die Anreißspitze 6 auf der Werkstückoberfläche 11 aufsteht. Die Spule 14 ist nun einerseits mit der Wechselstrom-Spannungsquelle 17 und andererseits mit dem Unterteil 13 des Stiftes 3 verbunden. Durch den gleichzeitigen elektrischen Anschluß der Werkstückoberfläche 11 an die Spannungsquelle 17 liegt im Betriebszustand zwischen der Anreißspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 eine Spannung an.

Wird nun die Anreißspitze 6 auf die Werkstückoberfläche 11 aufgesetzt, bricht die Spannung an der Anreißspitze 6 zusammen und die an der Spule 14 angelegte Spannung bewirkt mit dem durchfließenden Strom in bekannter Weise ein magnetisches Feld mit der Folge, daß das Unterteil 13 des Stiftes 3 sich gegen die Wirkung der Druckfeder 15 nach oben bewegt und damit die Anreißspitze 6 von der Werkstückoberfläche 11 abhebt Dadurch reißt der Stromfluß zwischen der Anreißspitze 6 und der Werkstückoberfläche 11 ab mit der Folge, daß das Unterteil 13 des Stiftes 3 zusammen mit der Anreißspitze 6 wieder zurück auf die Werkstückoberfläche 11 durch die Druckfeder 15 gedrückt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich bei angelegter Spannung mit einer eingeprägten Frequenz, die zwischen 50 Hz und 200 Hz betragen kann. Wird nun der Tastkopf zusammen mit dem Stift 3 und der Anreißspitze 6 quer über eine Werkstückoberfläche 11 bewegt, so entsteht auf dieser eine Anreißlinie. Die Spule 14 in F i g. 2 ist durch einen Bügel 25 mit dem Stift 3 mechanisch verbunden. Um eine koaxiale Bewegung des Stiftunterteiles 13 zum Stift 3 zu erzielen, ist an dem Stift 3 ein Bolzen 24 axial angesetzt der zentrisch durch die Feder 15 in eine Ausnehmung 23 der Stirnseite des Stiftunterteiles 13 eintaucht

In F i g. 3 ist die Anreißspitze 18 als eine Führungsspitze aus einem keramischen Werkstoff gestaltet, in die eine Axialbohrung 19 mit seitlichem Ausgang eingebracht ist. In die Bohrung wird ein sehr dünner Draht mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 3 Einhundertstel Millimeter eingeführt Der Draht 20 mündet etwa bündig mit der Führungsspitze 18, die in einem kleinen Abstand oberhalb der Werkstückoberfläche 11 endet An dem dünnen Draht 20 ist im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wieder eine Spannung angelegt, so daß zwischen dem Drahtende 20 und der Werkstückoberfläche 11 eine Spannung herrscht Durch einen Schalter 10 ist die Spannungsquelle 17 zu- und abschaltbar. Da im Betriebszustand der dünne Draht an der Führungsspitze 19 abbrennt wird der Draht 20 bspw. von einer Rolle 21 durch einen Motor 22 automatisch nachgefördert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anreißen von Werkstücken unter Verwendung eines für Meßmaschinen, insbesondere Mehrkoordinaten-Meßmaschinen bestimmten, insbesondere messenden Tastkopfes mit eine Aufnahmevorrichtung für die Taststifte, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreißspitze (6,18) in einen messenden Tastkopf (1) unter Zwischenfügung einer elektrischen Isolierung (4) zum Tastkopf (1) eingesetzt und mit einer zuschaltbaren elektrischen Spannung beaufschlagt wird und bei fahrender Bewegung im geringen Abstand über der Werkstückoberfläche (11) durch Ausbrennen mittels Spannungsüberschlag und Stromfluß zwischen der Anreißspitze (6,18) und der an Masse anliegenden Werkstückoberfläche (11) auf dieser eine Linie zieht.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Anreißen von Werkstücken unter Verwendung eines für Meßmaschinen, insbesondere Mehrkoordinaten-Meßmaschinen bestimmten, insbesondere messenden Tastkopfes mit einer Aufnahmevorrichtung für die Taststifte, dadurch gekennzeichnet, daß in den Tastkopf (1) ein Stift (3) eingesetzt ist, dessen zum Tastkopf (1) elektrisch isolierte Anreißspitze (6, 18) mit einer zuschaltbaren elektrischen Spannungsquelle (9, 17) derart verbunden ist, daß an der Anreißspitze (6,18) ein Potential anliegt und zwischen der Anreißspitze (6,18) und der zu ihr in geringem Abstand angeordneten, an Masse anliegenden Werkstückoberfläche (11) eine elektrische Spannung vorherrscht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreißspitze (6,18) mit einer durch Wechselstrom gespeisten Spannungsquelle (9) verbunden ist, die durch einen Schalter (10) zu- und abschaltbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreißspitze (6) mit einer durch Gleichstrom gespeisten Spannungsquelle (17) verbunden ist, die durch einen Schalter (10) zu- und abschaltbar ist

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Anreißspitze (6) und der zugewandten Werkstückoberfläche (11) ein ständiger Luftspalt (12) von 0,1 mm bis 0,5 mm ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreißspitze (6) aus Metall, vorzugsweise aus Wolfram gebildet ist und in einer Axialbohrung (5) mit Stift (3) durch eine quer zum Stift angeordnete Schraube, einen Bolzen (7) oder dergleichen gehalten ist

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (3) in seinem dem Tastkopf (1) zugewandten Bereich getrennt ist und beide einander koaxial zugekehrten Enden durch ein zwischengesetztes Paßstück (4) aus elektrisch isolierendem Material verbunden sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreißspitze (6) axialbeweglich in einer Ringspule (14) angeordnet ist, die an eine auf Niederspannung herabgesetzte Spannungsquelle (17) elektrisch angeschlossen ist, wobei die Anreißspitze (6) durch die Wirkung einer Druckfeder (15) und entgegen der Wirkung des durch die Spule erzeugten elektrischen Feldes auf der Werkstückoberfläche (11) mit einer eingeprägten Frequenz von zumindest 50 Hz bei angelegter Spannung periodisch auftrifft

9. Einrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreißspitze

(18) aus einem keramischen Werkstoff gebildet ist und eine Axialbohrung (19) aufweist, in die ein dünner Draht (20) aus der Spitze austretend eingeführt ist, welcher an eine Spannungsquelle (17) derart angeschlossen ist, daß an dem Drahtende ein Potential anliegt und zwischen dem Drahtende und der im Abstand angeordneten Werkstückoberfläche (U) Spannung vorliegt

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (20) entsprechend seinem Abbrand automatisch durch einen Motor (22) nachgefördert wird.