DE3423432C2 - Vorrichtung zur Positionierung einer Probe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (DE-OS 28 31 361) weist einen aus mehreren fest miteinander verbundenen Teilen bestehenden ersten Halter auf, an dem der zweite Halter drehbar befestigt ist, welcher seinerseits einen drehbaren dritten Halter zur Aufnahme der Probe trägt. Die Vorrichtung dient als Roboter oder Manipulator zur Durchführung von Bewegungen der Probe in unterschiedlichen Richtungen. Die erste Achse, um die der erste Halter drehbar ist, und diejenige Achse, um die der dritte Halter drehbar ist, verlaufen parallel zueinander. Die Bewegungen der Probe in allen Freiheitsgraden werden durch eine einzige Kraftübertragungsvorrichtung eingeleitet, die aus einem Riemen besteht, der mit einem Ende an einer einzigen Trommel befestigt ist, um ein drehbares Rad herum geschlungen ist und dessen anderes Ende an einer weiteren Trommel befestigt ist. Durch selektives Lösen der Kupplungen wird erreicht, daß die Drehung der Eingangswelle entweder eine Drehung der gesamten Vorrichtung um die erste Achse oder eine Streckung bzw. Verkürzung eines den zweiten Halter bildenden Parallelogrammgestänges oder eine Drehung des dritten Halters um seine Achse herum bewirkt. Die bekannte Vorrichtung braucht um diese Funktionen sicher zu stellen, Rückholvorrichtungen, beispielsweise Federn.

Bekannt ist ferner ein motorisiertes Kardangelenk (FR-PS 23 67 578) aus einem Gelenkkopf, der für jede seiner Bewegungsachsen einen eigenen Antriebsmotor aufweist. Alle drei Bewegungsachsen schneiden sich in einem gemeinsamen Punkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die es ermöglicht, die Probe durch Bewegen der einzigen Welle um jede von drei senkrecht zueinander verlaufendenden Achsen zu drehen, und die platzsparend im Aufbau ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung fällt die erste Achse mit der Achse der Eingangswelle zusammen und das drehbare Teil ist um die zweite Achse drehbar an dem zweiten Halter gelagert. Alle drei Achsen schneiden sich in einem gemeinsamen Punkt und stehen senkrecht aufeinander. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch kleine Abmessungen und eine

einfache Lagerung aus. Durch die Lagerung des drehbaren Teils an dem zweiten Halter und entlang der zweiten Achse wird die Kraftübertragung auf den dritten Halter in der Weise ermöglicht, daß alle Kraftübertragungsvorrichtungen stets gleich lang sind. Ein Längenausgleich der Kraftübertragungsvorrichtung ist daher nicht erforderlich. Es ist somit möglich, endlose umlaufende Riemen oder Getriebe zu verwenden, um die Antriebskraft von der Eingangswelle auf das drehbare Teil und von dort auf den dritten Halter zu übertragen, wobei die Länger* der Antriebswege konstant bleiben. Die Bewegungen werden stets kraftschlüssig von den einzelnen Antrieben übertragen, so daß keine Rückholfedern erforderlich sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.

Irr: folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels und

F i g. 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels.

Gemäß Fig. 1 ist die Eingangswelle 10 in einem Rohransatz 12 des Grundrahmens 11 drehbar gelagert. Im Grundrahmen ist koaxial zu der Eingangswelle 10 eine Scheibe 13 des ersten Halters HX gelagert. Die Achse der Eingangswelle 10 und die Drehachse de·· Scheibe 13 fallen mit der ersten Achse A der Vorrichtung zusammen. Von der Scheibe 13 erstreckt sich ein Arm 14 des ersten Halters H1 parallel zur Achse A. Am Ende des Armes 14 ist ein Rad 15 gelagert, das aus den fest miteinander verbundenen Teilen 15a und 15£> besteht. Die Achse dieses Rades 15 bildet die zweite Achse B der Vorrichtung. Auf der Achse des Rades 15 ist außerdem der Arm 16 des zweiten Halters Hl gelagert. Dieser Arm 16 ist kürzer als der Arm 14 des ersten Halters, so daß er um 360° um die Achse B, von der er rechtwinklig absteht, geschwenkt werden kann. Vom freien Ende des Armes 16 steht parallel zur Achse Sein weiterer Arm 17 des zweiten Halters H2 ab. An dem Arm 17 ist der Halter HZ drehbar gelagert. Die Drehachse dieses dritten Halters HZ fällt mit der dritten Achse Cder Vorrichtung zusammen. Am Ende des Halters H3 befindet sich die Probe Pirn Schnittpunkt aller drei Achsen A, Sund C.

An der Eingangswelle 10 ist ein Rad 18 befestigt, um das ein Riemen 19 herumläuft. Dieser Riemen 19 läuft über Umlenkräder 20, die an einem Ausleger 21 des ersten Halters H1 gelagert sind, zu dem Teil 15a des Rades 15. Der Riemen 19 hat die Form einer geschlossenen Schleife und er bildet die erste Kraftübertragungsvorrichtung /CVl. Die zweite Kraftübertragungsvorrichtung KV2 wird von einem zweiten Riemen 22 gebildet, der ebenfalls aus einer geschlossenen Schleife besteht. Der Riemen 22 läuft über den Teil X5b des Rades 15 und über ein weiteres Rad 23, das mit dem dritten Halter H3 fest verbunden und koaxial zu diesem angeordnet ist. Die Umlenkung des Riemens 22 erfolgt über Umlenkräder 24, die an dem zweiten Halter H 2 gelagert sind.

Zwischen dem Grundrahmen GR und der Scheibe 13 des Halters H 1 ist eine erste Kupplung K 1 vorgesehen. Wenn diese Kupplung geschlossen ist, kann sich der Halter H 1 relativ zu dem Grundrahmen CR nicht mehr drehen. In diesem Fall sind die genannten Teile durch die Kupplung K 1 starr miteinander verbunden. Eine zweite Kupplung K 2 kann die Drehung des Halters H 2 relativ zu dem Halter H1 blockieren und eine dritte Kupplung K 3 kann die Drehung des Halters HZ relativ zu demHalter H 2 blockieren.

Beim Betrieb der Vorrichtung ergeben sich die folgenden Zustände:

1. Kupplung K 1 gelöst,

Kupplungen K 2 und K 3 geschlossen,
Drehung um die Achse A,

2. Kupplung K 2 gelöst.
Kupplungen K1 und K 3 geschlossen,

Drehung um die Achse B,

3. K upplung K 3 gelöst,
Kupplungen K 1 und K 2 geschlossen,
Drehung um die Achse C.

Die Kupplungen Ki, K 2 und KZ werden beispielsweise elektromagnetisch betätigt.

In dem oben beschriebenen Fall 1 bilden die Halter HX, H2 und H3 zusammen mit den Rädern 15 und 23 eine insgesamt starre Einheit. Der Riemen 19, der von dem rotierenden Rad 18 angetrieben wird, kenn sich um das gegen Drehung festgehaltene Rad 15 herum nicht drehen, so daß der Riemen 19 die erwähnte starre Einheit um die Achse A herum dreht.
Im Betriebsfall 2 ist der Halter H1 mit dem Grundrahmen CR starr verbunden und der Halter H 2 ist mit dem Halter HZ siarr verbunden. Das Rad 15 treibt den Riemen 22 an. Da dieser nicht um das festgehaltene Rad 23 herumlaufen kann, dreht sich die Einheit aus dem Halter H2 und dem Halter HZ um die Achse Bherum.

Im dritten Betriebsfall bilden die Halter H1 und H2 zusammen mit dem Grundrahmen GR eine starre Einheit. Über den Riemen 19, das rotierende Rad 15 und den Riemen 22 wird das Rad 23 mit dem Halter HZ angetrieben, so daß die Probe Pum die Achse Cherum rotiert.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist die Eingangswelle 10 ebenfalls an dem Grundrahmen GR gelagert. Auf der Eingangswelle, deren Achse mit der Achse A der Vorrichtung zusammenfällt, sitzt ein Rad 18, das über den Riemen 25, welcher die erste Kraftübertragungsvorrichtung KVX bildet, ein weiteres Rad 26 treibt, dessen Achse parallel zur Achse A verläuft. Dieses Rad 26 ist an einer Platte 27 des ersten Halters HX gelagert. Zwischen dem Grundrahmen GR und der Platte 27 befindet sich die erste Kupplung K X.

Der Halter H X weist eine ringsegmentförmige Führungsschiene 34 auf, deren Achse mit der Achse B der Vorrichtung zusammenfällt und somit rechtwinklig zur Achse A verläuft. In der kreissegmentförmigen Führungsschiene 34 ist der zweite Halter H 2 in Form eines Ringsegmentes gelagert, dessen Achse ebenfalls mit der Achse B der Vorrichtung zusammenfällt. Dieses Ringsegment weist ein umgebendes drehbar gelagertes Ringsegment 33 mit einem Zahnkranz 28 auf, dessen Verzahnung mit einem Schneckenrad 29 kämmt, welches über eine Welle 30 mit dem Rad 26 verbunden ist. Am Zahnkranz 28 ist ferner eine Stirnverzahnung 31 vorgesehen, mit der ein Zahnrad 32 in Eingriff steht. Die Achse ^53 des Zahnrades 32 besteht aus dem Halter HZ.

Dieser Halter ist in der Kupplung KZ gelagert, die ihrerseits an dem Halter H 2 befestigt ist. Am freien Ende des Halters HZ befindet sich die Probe Pirn Schnittpunkt der drei Achsen A. B und C.

Der Riemen 25 bildet die erste Kraftübertragungsvornchtung KVi zur Übertragung der Drehung der Eingangswelle 10 auf ein an dem ersten Halter H1 gelagertes Rad 26. Das aus dem Schneckenrad 29, dem Ring 33 und dem Zahnrad 32 bestehende Getriebe bildet die zweite Kraftübertragungsvorrichtung KV2 zur Übertragung der Drehung des Rades 26 auf den Halter H 2 bzw. den Halter H 3. Die zweite Kupplung K 2 befindet sich zwischen dem Halter H1 und dem Halter H 2.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 2 sind dieselben drei Betriebszustände möglich wie bei der Vorrichtung nach F i g. 1. Wenn ausschließlich die Kupplung K 1 geöffnet ist, bilden die Halter Hi und H 2 zusammen mit der Kraftübertragungsvornchtung KV2 und dem Rad 26 eine starre Einheit, die um die Achse des Rades 18 (die Achse A) rotiert. Wenn ausschließlich die Kupplung K 2 geöffnet ist, treibt das Schneckenrad 29 den Ring 33, der über das durch die Kupplung K 3 blockierte Zahnrad 32 den Halter H2 mitnimmt, so daß dieser sich um die Achse B dreht. Ist dagegen ausschließlich die Kupplung K 3 gelöst, dann dreht das Schneckenrad 29den Ring 33, der auf dem Halter H 2 gelagert ist und die Stirnverzahnung 31 des Ringes 33 treibt über das Zahnrad 32 den Halter H 3 an, so daß dieser sich um die Achse Cdreht.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 ist die vertikale Eingangswelle 10 in dem ortsfesten Grundrahmen GR drehbar gelagert. Am unteren Ende der Eingangswelle 10 ist ein Ritzel 35 befestigt, das sich mit der Eingangswelle dreht Das Ritzel 35 kämmt mit der Stirnverzahnung 36 eines Ringes 37, der koaxial zur Achse B angeordnet ist. Der Ring 37 ist auf einer Hülse 38 drehbar gelagert, die ebenfalls koaxial zur Achse B angeordnet ist. Vom vorderen Ende der Hülse 38 steht ein Arm

39 ab, der nach hinten umgebogen ist und sich in radialem Abstand über der Außenfläche der Hülse 38 nach hinten erstreckt. Die Hülse 38 bildet zusammen mit dem Arm 39 den zweiten Halter H2. Dieser Halter ist in einem Ring 40 des ersten Halters H1 drehbar gelagert, wobei die Hülse 38 in eine entsprechende öffnung des Ringes 40 hineinragt, während das rückwärtige Ende des Armes 39 die Außenfläche des Ringes 40 übergreift. Am Arm 39 sind die beiden Kupplungen K 2 und K 3 vorgesehen, von denen die eine Kupplung K 2 am Ring

40 und die andere Kupplung K 3 am Ring 37 angreifen kann. Der erste Halter H1 weist einen achsparallel zu dem Ring 40 verlaufenden Arm 41 auf, der an dem Grundrahmen GR gelagert ist und der eine Bohrung aufweist durch die die Eingangswelle 10 hindurchragt. Zwischen dem Grundrahmen GR und dem Arm 41 befindet sich die erste Kupplung Ki.

Die Hülse 38 des zweiten Halters H 2 weist eine radiale Bohrung 42 auf, durch die der den dritten Halter H 3 bildende Schaft hindurchragt. Am Ende des Halters H 3 befindet sich die Probe P auf der Mittelachse der Hülse 38. Außerhalb der Hülse 38 ist an dem Halter H 3 ein Ritzel 43 befestigt das mit der Stirnverzahnung 36 des Ringes 37 kämmt Während das Ritzel 35 zusammen mit dem Ring 37 die erste Kraftübertragungsvornchtung KVi bildet bildet das Ritzel 43 zusammen mit dem Ring 37 die zweite Kraftübertragungsvornchtung KV 2.

Die erste Kupplung K 1 verbindet im geschlossenen Zustand den ersten Halter H1 mit dem Grundrahmen GR. Die zweite Kupplung K 2 verbindet im geschlossenen Zustand den zweiten Halter H 2 mit dem ersten Halter Hi, und die dritte Kupplung #3 verbindet im geschlossenen Zustand den Ring 37 mit dem zweiten Halter H2. wodurch die zweite Kraftübertragungsvorrichtung /C V2 starrgemacht wird, so daß der Halter H3 sich in bezug auf den Halter H2 nicht drehen kann. Die drei möglichen Betriebszustände sind bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.3 die gleichen, wie sie oben für das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 angegeben worden sind. Das Ausführungsbeispiel von F i g. 3 hat den Vorteil, daß die Kraftübertragungsvorrichtungen KVi und KV2 einen sehr einfachen Aufbau haben und daß insgesamt nur drei Zahnräder benötigt werden. Vorteilhaft ist weiterhin, daß die beiden Kupplungen K 2 und K 3 gemeinsam an dem zweiten Halter H 2 angebracht sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Positionierung einer Probe durch Drehung um eine von mehreren Achsen, mit

einer einzigen in einem Grundrahmen (GR) gelagerten Eingangswelle (10),
einem koaxial zu einer ersten Achse (A) drehbar gelagerten ersten Halter (Hi), der einen be- ίο wegbaren zweiten Halter (H 2) trägt,
einem relativ zu dem zweiten Halter (H 2) drehbaren, die Probe (P) tragenden dritten Halter ()

einer ersten Kraftübertragungsvorrichtung (K 1), über die die Eingangswelle (10) einen relativ zu dem ersten Halter (H 1) drehbares Teil (15; 33; 37) antreibt, welches antriebsmäßig mit dem dritten Halter (H 3) verbunden ist,
und mit schaltbaren Kupplungen (K 1, K 2, K 3), von denen eine erste Kupplung (K 1) den ersten Halter (H 1) relativ zu dem Grundrahmen (CR), eine zweite Kupplung (K 2) den zweiten Halter (H2) relativ zu dem ersten Halter (Hi) und eine — dritte Kupplung (H3) den dritten Halter (H3) relativ zu dem zweiten Halter (H2) festhält,

dadurch gekennzeichnet,

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daß die erste Achse (A) mit der Achse der Eingangswelle (10) zusammenfällt,
daß der zweite Halter (H 2) an dem ersten Halter (Hi) um eine rechtwinklig zu der ersten Achse (A) verlaufende zweite Achse (B) drehbar gelagert ist,

daß der dritte Halter (H 3) um eine rechtwinklig zu der ersten Achse (A) und zu der zweiten Achse (B) verlaufende dritte Achse (C) drehbar gelagert ist, wobei alle drei Achsen sich in einem Punkt schneiden,

und daß das drehbare Teil (15; 33; 37) an dem zweiten Halter (H 2) um die zweite Achse (B) drehbar gelagert ist und den dritten Halter (H 3) über eine zweite Kraftübertragungsvorrichtung (K V2) antreibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kraftübertragungsvorrichtung (KVi, KV2) aus einem endlosen Riemen (19, 22) oder einem Zahnradgetriebe (29, 33, 32; 35, 36) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennnzeichnet, daß die von der Eingangswelle (10) angetriebene erste Kraftübertragungsvorrichtung (KVi) ein achsparallel und exzentrisch oder ein rechtwinklig zu der ersten Achse (A) an dem ersten Halter (H 1) gelagertes Rad (26; 15) treibt, das seinerseits über die zweite Kraftübertragungsvorrichtung (KV2) den dritten Halter (H3) rotatorisch antreibt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Halter (H 1) eine ringsegmentförmige Führungsschiene (34) aufweist, deren Achse mit der zweiten Achse fß)zusammenfällt und in der der zweite Halter (H 2) in Form eines Ringsegmentes gelagert ist, daß auf dem zweiten Halter (H2) das drehbare Teil (33) gelagert ist und daß eine Verzahnung (31) des drehbaren teils (33) mit einem mit dem dritten Halter (H 3) fesl Vferbundenen Zahnrad (32) in Eingriff steht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Halter (H 2) als Ring (37) ausgebildet ist der auf einer den zweiten Halter bildenden Hülse (38) gelagert ist, daß der zweite Halter (H 2) in einem Ring (40) des ersten Halters (Hi) gelagert ist, daß der zweite Haltet (H2) mit einem den Ring (37) übergreifenden Arm (39) an dem ersten Halter (H 1) angreift und daß del· erste Halter (H 1) einen das drehbare Teil (37) übergreifenden Arm (41) aufweist, der koaxial mit deV Eingangswelle (10) gelagert ist und daß ein mit deV Eingangswelle (10) verbundenes Ritzel (35) mit einer Verzahnung (36) des drehbaren Teils (37) in Eingriff steht