DE3410919C1 - Einrichtung zur Kompensation der Durchbiegung des Querarms einer Meßmaschine - Google Patents

Description

• Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich eine optimale Fehlerkompensation erreichen. Denn die sich infolge des Meßkopfgewichts, des Querarmgewichts, der Elastizität des Querarms und der Steifigkeit seiner Lager beim Ausfahren des Querarms ergebenden Lageänderung der Meßkopfspitze wird nicht nur durch Einstellung der optimalen Stützkraft sondern außerdem durch korrekte Wahl des beispielsweise vorab rechne- risch ermittelten Kraftangriffspunktes auf den Querarm kompensiert. Durch die Einbeziehung des zusätzlichen Parameters ist es möglich, die beiden genannten Fehleranteile dz und dy einander anzugleichen, so daß sie über die Meßlänge gesehen in der gleichen tolerierbaren Größenordnung liegen.
• Dadurch, daß der verwendete Biegestab an der dem Meßkopf entgegengesetzten Seite des Querarms, d. h.
• also außerhalb des Bereichs der Führungen eingespannt ist, sind Deformationen des Querarmprofils vermieden, die sich negativ auf die Meßgenauigkeit auswirken würden.
• Es ist zweckmäßig zur Einstellung des Biegemoments des Stabes eine sich gegen die Anschlußplatte am Querarmende abstützende Schraube vorzusehen. Die Einstellung kann jedoch auch durch eine auf das freie Ende des Biegestabs wirkende Schraube erfolgen.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Figuren der -Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele.
• F i g. 1 ist eine Prinzipskizze eines unkompensiert durchhängenden Querarms; F i g. 2 ist eine Prinzipskizze eines über ein konstantes Moment bezüglich des Höhenfehlers dz, nicht aber des Längsfehlers Ay kompensierten Querarms, F i g. 3 ist eine Prinzipskizze eines Querarms mit der erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung; F i g. 4 ist ein Längsschnitt einer konkreten Ausführungsform eines Querarms gemäß F i g. 1; F i g. 5 ist eine Ansicht des hinteren Endes des Querarms aus Fig. 4; F i g. 6 stellt ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit des Höhenfehlers dz und des Längenfehlers dz von der Ausfahrlänge y eines erfindungsgemäß kompensierten Querarms darstellt.
• Auf die F i g. 1 und 2 wurde bereits einleitend Bezug genommen.
• In der in F i g. 3 skizzenhaft dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist mit 1 ein Querarm der Länge 1 einer Ständermeßmaschine bezeichnet, der in einem durch die vier Kugeln 9a -d angedeuteten Lager im Kreuzschieber der Maschine horizontal verschoben werden kann. Die Lagerbasis ist mit b bezeichnet.
• Der Querarm trägt an seinem Ende einen an einer Aufnahme 6 befestigten Meßkopf 2 mit einer Taststiftkombination 3. Der Abstand des Meßkopfes 2 vom Lager 9, d. h. die Ausfahrlänge ist y. Der Meßkopf 2 übt das durch den Pfeil GT angedeutete Gewicht auf den Querarm 1 aus. Die Taststiftkombination 3 des Meßkopfs 2 befindet sich im Abstand h unterhalb der Längsachse des Querarms 1.
• Als Kompensationseinrichtung ist ein an der dem Meßkopf 2 abgewandten Seite des Querarms 1 befestigter Biegestab 4 verwendet Das freie Ende 10 des Biegestabs greift an einen Punkt 5 an, der einen mit a bezeichneten Abstand von der durch die Meßkopfachse verlaufenden Vertikallinie besitzt.
• In F i g. 4 ist der konstruktive Aufbau der Kompensationseinrichtung detaillierter dargestellt. Der Querarm 11 besteht aus einem hohlen Stahlrohr mit rechteckigem Profil, an dessen einer Seite die Aufnahme 22 mit dem Meßkopf 12 angeordnet ist Das entgegengesetzte Ende des Querarms 11 ist durch die in Fig.5 dargestellte Platte 18 abgeschlossen. Die Platte 18 ist mit Hilfe von vier Schrauben an ihren Ecken auf das Profil 11 aufgeschraubt.
• An der Platte 18 stützt sich über eine in einer V-Senkung liegenden Kugel ein Biegestab 14 ab. Dessen freies Ende 20 übt am Punkt 15 eine der Schwerkraft entgegengesetzte Kompensationskraft F auf die Oberfläche des Profils 11 aus, wenn die oberhalb der Kugel 17 angeordnete Schraube 16 angezogen wird, die das hintere Ende des Stabes 14 exzentrisch gegen die Abschlußplatte 8 zieht und den Stab 14 dabei verbiegt.
• Am freien Ende des Stabes 14 ist außerdem eine Einstelischraube 21 vorgesehen, mit der der Druckpunkt 15 senkrecht zur Querarmlängsachse verschoben werden kann. Diese Schraube 21 dient dazu, geringe Verdrillungen des Profils 14 um seine Längsachse zu kompensieren.
• In F i g. 6 ist der Verlauf der Restfehler dz und dy eines gemäß F i g. 4 aufgebauten Querarms aufgetragen.
• Für die anhand von F i g. 3 definierten Größen b, X h, GT das Eigengewicht GE des Profils 11, die Lagesteifigkeit SL des Querschiebers und das Trägheitsmoment I des Profils 11 bezüglich der x-Achse wurden folgende, praxisgerechte Werte zugrunde gelegt: b = 430 mm I = 1000 mm GT = 65 N GE = 300 N SL = 5 W1000 N h = 590 mm I = 8 106mm4 Eine Optimierung des Restfehlerverlaufs lieferte für die Kraft F, mit der der Biegestab auf den Querarm drückt, und den Abstand a des Kraftangriffspunkts vom Querarmende folgende Werte: F = 212 N a = 85 mm Man erkennt, daß der Höhenfehler dz und auch der Längsfehler dy der Taststiftposition in der gleichen Größenordnung (+1 um) liegen und im wesentlichen den gleichen Verlauf haben.
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Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Kompensation der Durchbiegung des Querarms insbesondere einer Meßmaschine in Ständerbauweise, mit einem das ausgefahrene Ende des Querarms abstützenden Biegestab, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (14) allein an der dem Meßkopf (12) entgegengesetzten Seite (18) des Querarms (11) befestigt ist und das freie Ende (20) des Biegestabs an einem Punkt (15) mit vorbestimmten Abstand a vom meßkopfseitigen Ende des Querarms (11) an diesem angreift.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Biegemoments des Stabes (14) eine sich gegen die Abschlußplatte (18) am Querarmende abstützende Schraube (16) verwendet ist
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Biegemoments des Stabes eine auf das freie Ende des Biegestabes wirkende Einstellschraube vorgesehen ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand a des Kraftangriffspunkts (15) des Biegestabs (14) vom meßkopfseitigen Querarmende so gewählt ist, daß über den Bereich der Ausfahrlänge y des Querarms (14) der maximale Restfehler des Durchhanges dz und der sich an der Meßkopfspitze aufgrund von Winkelabweichungen 21 ergebende, maximale Restfehler in Querarmrichtung dy in der gleichen Größenordnung liegen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (20) des Biegestabs (14) senkrecht zur Führungsrichtung einstellbar ist.

   Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation der Durchbiegung des Querarms insbesondere einer Meßmaschine in Ständerbauweise mit einem das ausgefahrene Ende des Querarms abstützenden Biegestab.

   Bei Meßmaschinen in Ständerbauweise wird die Meßgenauigkeit sehr stark durch Führungsfehler des Querarms beeinträchtigt, der sich beim Ausfahren infolge seines Eigengewichtes und des Gewichtes des daran befestigten Meßkopfes unter dem Einfluß der Schwerkraft durchbiegt.

   Um dem zu begegnen ist es aus der DE-PS 17 73282 und der DE-PS 20 08 948 bekannt, Zug- bzw. Druckstangen im Inneren des Querarms vorzusehen, die den Querarm durch Aufbringen eines konstanten Biegemoments verspannen. Der resultierende Formabweichung des Querarms soll die Durchbiegung durch die Schwerkraft kompensieren.

   Nun ist aber der Höhenfehler dz des meßkopfseitigen Endes des Querarms aufgrund der verschiedenen Fehlereinflüsse (Tastkopfgewicht, Eigengewicht, Steifigkeit des Lagers für den Querarm) von höherer Ordnung (mindestens vierter Ordnung) als die Formänderung, die sich aufgrund eines konstanten Biegemoments (zweiter Ordnung) ergibt. Demzufolge treten bei der bekannten Kompensationseinrichtung noch relativ große Restfehler auf, die die Maschinengenauigkeit beeinträchtigen.

   Aus der DE-PS 1623274 ist eine Kompensationseinrichtung für den Querarm einer Ständermeßmaschine bekannt, die aus einer sich über die Gesamtlänge des Arms erstreckenden Stange besteht, die beidseitig befestigt ist und sich auf einer etwa in der Mitte des Querarms angeordneten Einstellschraube abstützt. Bei dieser Einrichtung wird kein konstantes Biegemoment, sondern eine konstante Stützkraft auf das meßkopfseitige Ende des Querarms ausgeübt. Auch die damit erzielbare Formänderung (dritter Ordnung) ist jedoch nicht ausreichend, um die Durchbiegung des Querarmes völlig zu kompensieren. Außerdem kann durch die mittig angeordnete Einstellschraube das Profil des Querarms, das dessen Führung bildet, plastisch verformt werden. Damit werden zusätzliche Führungsfehler erzeugt, die ein wenig reproduzierbares Verhalten zeigen.

   Aus der SE-PS 3 94513 ist eine Kompensationseinrichtung für eine Meßmaschine eines anderen Maschinentyps (Auslegerbauweise) bekannt, die ähnlich der vorgenannten Einrichtung einen an beiden Enden der Führung drückenden Biegestab aufweist, der sich an einem Punkt etwa in der Mitte des Stabes gegen die Führung abstützt.

   Untersucht man den Einfluß, den die Durchbiegung des Querarms auf die Meßfehler des damit versehenen Koordinatenmeßgerätes besitzt, so stellt man fest, daß nicht allein ein Höhenfehler dz auftritt, sondern daß außerdem, abhängig von dem vertikalen Abstand a des Antastkörpers von der Querarmachse ein Längenfehler dy aufgrund des Biegewinkels d6: Z des tasterseitigen Querarmendes auftritt. Diese Situation ist in F i g. 1 dargestellt.

   Der Fehler dy zeigt ein anderes Verhalten wie der Höhenfehler dz und kann auch dann auftreten, wenn der Höhenfehler dz z. B. durch Verspannen in bestimmten Ausfahrbereichen kompensiert ist (siehe F i g. 2).

   Im Zusammenhang mit F i g. 2 sei noch ergänzend bemerkt, daß nicht allein der Querarm selbst infolge seines Eigengewichts und des Gewichts des Meßkopfs elastisch verformt wird, sondern auch das Lager des Querarms im Kreuzschieber der Ständermeßmaschine sich abhängig von der Ausfahrlänge elastisch verformt, da es nur eine endliche Lagersteifigkeit besitzt. Dies ist durch die versetzt eingezeichneten Lagerkugeln 39a-d angedeutet. Die verwendete Kompensationseinrichtung, hier eine Zugstange 34 wie sie nach dem Stand der Technik verwendet wird, muß den Einfluß beider Deformationen ausgleichen.

   Mit den bekannten Kompensationseinrichtungen kann lediglich ein Parameter, nämlich die Kompensationskraft bzw. das aufgebrachte Moment eingestellt werden. Daher ist es nicht ohne weiteres möglich beide Positionsfehler dz und Ay vom Betrag her in der gleichen akzeptablen Größenordnung zu halten.

   Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine möglichst gute Kompensation beider genannter Meßfehler ermöglicht, ohne dabei die Führung des Querarms zu beschädigen.

   Diese Aufgabe wird durch eine Ausbildung gemäß den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen gelöst.