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Pinolenschutz- und Tastkopfüberwachunqseinrichtunq
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für Koordinatenmeßmaschinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Schutz der Pinole und zur Überwachung des Tastkopfes bei Koordinatenmeßmaschinen,
bei der die in Z-Richtung bewegbare, den Tastkopf tragende Pinole von dem in Y-Richtung
bewegbaren Schlitten tzw. Wagen gehalten ist, der in der X-Y-Ebene dreipunktgelagert
ist.
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Drei Koordinatenmeßmaschinen werden in der Regel als mechanisch-oder
luftgelagerte Maschinen ausgeführt. Dabei sind die luftgelagerten Meßmaschinen meistens
in Leichtbauweise hergestellt und mit Friktionsantrieben ausgestattet. Diese Antriebe
lassen aufgrund ihres Schlupfverhaltens eine Kollision an der Meßmaschine zu,ohne
daß dadurch größere Schäden an der Meßmaschine bzw. an den Meßköpfen auftreten.
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Die mechanisch gelagerten Meßmaschinen werden dagegen durch Antriebselemente,
wie Zahnstangen, Kugelrollspindel usw., bewegt.
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Diese Meßmaschinen unterliegen in hohem Grad der Gefahr von Kollisionen
des Meßtasters und damit des Tastkopfes mit den zu messenden Werkstücken, was zu
mechanischen Schäden an den Meßmaschinen und oftmals sogar zu mechanischer Zerstörung
der Tastköpfe führen kann.
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Die Ursache von solchen Kollisionen liegt darin, daß sich die Meßmaschinen
mit ihren Meßeinrichtungen um und in die zu bearbeitenden Werkstücke bewegt.
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Die den Tastkopf tragende Pinole ist häufig in Bohrungen oder Freiräume
des Werkstückes eingetaucht und gerät bei Nichtbeachtung durch die Bedienungsperson
in Berührung mit dem Werkstück. Die sofort eingeleitete Kraft über die Kugelrollspindel
bewirkt nun, daß entweder das Werkstück leicht aus seiner Meßposition bewegt wird
und damit seinen Bezug zum Ursprung verliert oder die Meßmaschine mit ihrer Eigenzerstörung
beginnt, bevor die Bedienungsperson den Schadenseintritt bemerkt. Solche Kollisionen
können unabhängig von der manuellen Bedienung einer Meßmaschine oder der Steuerung
im CNC-Betrieb entstehen.
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Besonders gefährdet ist bei solchen vorgeschilderten Kollisionen der
Y-Wagen, welcher als Träger der Pinole und des Tastkopfes in der X-Y-Ebene auf drei
Lagerstellen in Form von Kugelumlaufsohuhen gelagert ist. Bei einer Kollision der
ungeschützten Pinole mit einem Werkstück wird der Y-Wagen über eine oder zwei solcher
Lagerstellen weggekippt. Dies hält solange an, bis entweder die Meßmaschine stillgesetzt
wird oder bis Einrichtungen, wie bspw. der inkrementale Glasmaßstab, der Lesekopf,
die Spindel, die Lagerung, die Pinole, die Führung und andere Teile, beschädigt
oder gar zerstört werden.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, bei einer Einrichtung der eingangs
genannten Art die Pinole und den Tastkopf im Falle einer Kollision vor Beschädigung
oder Zerstörung wirkungsvoll und mit einfachen Maßnahmen zu schützen. Es ist ferner
Aufgabe der Erfindung, eine Überwachung des Tastkopfes gegen unvorhergesehenen Kabelbruch
einzurichten, um die Kollisionsüberwachung der Pinole in der Z-Achse zu vervollständigen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede der drei
Lagerstellen in Z-Richtung des Y-Wagens ein induktives Meßsystem aufweist, die alle
parallel zueinander geschaltet sind und bei Kontakt mit den Führungsbahnen des Y-Wagens
als Beziehungsgröße einheitlich auf eine gleiche Wertgröße gesetzt sind und mit
der Meßmaschinensteuerung in Verbindung stehen, und daß zusätzlich eine
Überwachung
des Tastkopfes gegen Kabelbruch vorgesehen ist.
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Die Lösung der vorgenannten Aufgabe sieht insbesondere vor, daß jede
der drei Lagerstellen in Z-#Richtung des Y-Wagens mit einem induktiven Meßsystem
versehen ist, die alle drei parallel zueinander geschaltet sind und bei Kontaktnahme
mit den Führungsbahnen des Y-Wagens einheitlich auf eine gleiche Wertgröße gesetzt
sind und mit einem NotAus-Schalter der Meßmaschinensteuerung in Wirkverbindung stehen,
daß ferner rechtwinklig zu den Führungsbahnen des Y-Wagens und rechtwinklig zur
Bewegungsrichtung des Lesekopfes entlang dem Glasmaßstab eine Führungsbahn mittelbar
oder unmittelbar auf dem Lesekopf vorgesehen ist, welche ein mit der Meßmaschine
fest verbundenes und über eine Kugel-Prismen- Führung arretierbares Trägerteil aufnimmt,
und daß eine Überwachung der Steuerungskabel zwischen der Meßmaschinensteuerung
und dem Tastkopf vorgesehen ist, die im Schadensfall ein Maschinen-Stop-Signal an
die Meßmaschinensteuerung abgibt.
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In Ausbildung der Erfindung kann das induktive Meßsystem ein Längenmeßsystem
sein und Meßwertaufnehmer besitzen, die jeweils auf den Führungsbahnen kontaktieren,
auf den einheitlichen Wert Null gesetzt und mit dem Not-Aus-Schalter der Meßmaschinensteuerung
elektrisch verbunden sind, um bei Anderung eines Meßwertes durch die Meßwertaufnehmer
einen sofortigen Maschinenstop zu bewirken. Die Führungsbahn zwischen dem Lesekopf
und dem Maschinen-Trägerteil kann dabei als Schwalbenschwanzführung ausgebildet
sein. Die Kugel kann durch Federkraft in die Prismen der Leisten angerückt sein.
Dabei können beidseitig des Lesekopfes und parallel zum inkrementalen Glasmaßstab
Leisten vorgesehen sein, die am Lesekopf befestigt sind und an der Kassette des
Glasmaßstabes gleitend anliegen. Schließlich kann die Kabelbruchüberwachung durch
eine kontinuierliche Abfrage im Milisekunden- bzw. im Nanosekunden-Bereich vorgenommen
sein, und der Schaden kann direkt an die Not-Aus-Schaltung der Maschinensteuerung
signalisierbar sein.
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Diese erfinderische Lösung macht sich in vorteilhafter Weise die wesentlichen
Gegebenheiten bei Meßmaschinen zu nutze, daß der relativ leichte Y-Wagen ein begrenztes
Abheben von den Führungen ohne Schaden zuläßt, daß ein Abkippen des Y-Wagens über
die drei Lagerstellen möglich ist und daß hochgenaue Führungsbahnen vorhanden sind.
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Unter Beibehaltung dieses bisher eingesetzten Systems wird nun in
erfinderisch vorteilhafter Weise an den drei Lagerstellen in Z-Richtung des Y-Wagens
je ein induktives Längenmeßsystem eingebaut. Im Sinne der Erfindung kann hier natürlich
auch ein anderes Längemeßsystem eingesetzt sein. Als Beziehungsgröße wird nun immer
die Führungsbahn benutzt. So werden die induktiven Meßsysteme parallel geschaltet
und nach Berührung der Meßelemente mit den Führungsbahnen auf den einheitlichen
Wert Null gesetzt. Die Meßstifte des induktiven Längenmeßsystems gleiten bei normaler
Bewegung des Y-Wagens über die Führungsbahnen. Hebt sich der Wagen aufgrund einer
Kollision an einer oder an mehreren Stellen ab, so ändert sich der Meßwert im Längenmeßsystem,
wodurch sofort an die Maschinensteuerung ein Not- Aus-Signal abgegeben wird. Dieses
einfache Systems läßt sich auch nachträglich an Meßmaschinen und Meßeinrichtungen
einbauen. In vorteilhafter Weise ist neben dieser ersten Sicherung eine zusätzliche
Überwachung des Lesekopfes vorgesehen, um einen Bruch des inkrementalen Glasmaßstabes
und sonstiger Meßeinrichtungen in jedem Fall auch dann zu gewährleisten, wenn die
Meßmaschine aufgrund des ersten Schutzsystems wegen eingebrachter Energie nicht
sofort gestopt wird. Tritt nämlich eine Bewegung in Richtung der Achse senkrecht
zum inkrementalen Maßstab ein, bspw. durch Nachschwingen beim Bremsvorgang, so wird
der Lesekopf in seiner arretierten Position festgehalten, während das Trägerteil
des Lesekopfes aus der Kugel-Prismen-Arretierung gelöst wird. Nach Aufhebung dieser
Bewegung rastet das Trägerteil aufgrund der Kugel-Prismen-Führung in die Ausgangsposition
wieder ein. Da hierdurch allenfalls ein nur sehr geringer Druck des Abtastkopfes
an den Glasmaßstab auftreten kann, ist ein Bruch dieses inkrementalen Glasmaßstabes
nicht möglich.
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Da eine Kollision des Tastkopfes bei Bewegung in Z-Richtung durch
Kabelbruch möglich ist, wird in erfindungsgemäß vorteilhafter Ausführung die Überwachung
solcher mehradriger Kabel zwischen der Maschinensteuerung und dem Tastkopf in die
gesamte Schutzeinrichtung der Pinole integriert. Durch eine kontinuierliche Überwachung
der Kabel mit einer Abfrage im Milisekunden- oder im Nanosekunden-Bereich wird ein
möglicher Kabelbruch sofort entdeckt und an den Not-Aus-Schalter der Maschinensteuerung
zwecks sofortigem Halt der Meßmaschine weitergegeben.
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In der Zeichnung sind Beispiele der Erfindung dargestellt.
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Darin zeigen: Fig. 1 eine Pinolenschutzeinrichtung in perspektivischer
Ansicht; Fig. 2 die mit dem Y-Wagen der Pinole verbundene Schutzeinrichtung des
Lesekopfes in perspektivischer Ansicht; Ein Y-Wagen 1 ist auf hochgenauen Führungsbahnen
2 in der Richtung Y des Doppelpfeiles 3 bewegbar. Die Bewegung des Y-Wagens 1 auf
den Führungsbahnen 2 findet über drei Lagerstellen 4,5,6 an den drei Endpunkten
des im wesentlichen dreieckförmigen Wagens statt.
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Im Zentrum des Y-Wagens 1 befindet sich die Führungshülse 7, in welcher
die Pinole 8 mit dem Tastkopf 9 in der Z-Richtung entsprechend dem Doppelpfeil 10
bewegbar ist. Die drei Lagerstellen 4,5,6 in Z-Richtung des Y-Wagens sind jeweils
mit induktiven Meßwertaufnehmern 11 ausgerüstet, die parallel zueinander geschaltet
und über eine Leitungsverbindung 12 mit der Meßmaschinensteuerung 13 verbunden sind.
In dieser Meßmaschinensteuerung 13 befindet sich u.a. auch der Not-Aus-Schalter
14. Die induktiven Meßwertaufnehmer 11 sind mit ihren Meßspitzen 15 in Kontaktanlage
auf den Führungsbahnen 2 und auf den einheitlichen Wert Null gesetzt.
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Nach diesem Nullsetzen ist die Meßmaschine mit dem Pinolenschutz betriebsbereit.
Der Y-Wagen 1 fährt gemeinsam mit den parallelgeschalteten Meßwertaufnehmern 11
in die Richtung des Doppelpfeiles 3 entlang den Führungsbahnen 2. Hebt sich der
Y-Wagen 1 aufgrund der Kollision der Pinole 8 oder des Tastkopfes 9 an einem Werkstück
an einer der Lagerstellen 4,5,6 ab, so tritt automatisch eine Änderung eines Meßwertes
ein und die Meßmaschine wird über die Leitung 12 und die Steuerung 13 mittels des
Not-Aus-Schalters 14 sofort gestopt. Dieses Not-Aus-Signal erfolgt vorzugsweise
immer erst bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes, so daß gewährleistet ist,
daß die Meßmaschine nicht bei unkritischen Störungen immer in Stillstand gesetzt
wird.
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Entsprechend der vorgenannten Schilderung ist der Y-Wagen 1 nach dem
Nullsetzen der parallelgeschalteten Meßsysteme 11 in der Y-Richtung des Pfeiles
3 verfahrbar. Die Dämpfung der Meßsysteme ist dabei so ausgelegt, daß die beim Verfahren
aufkommenden Schwingungen die Meßmaschine nicht ständig abschalten. Dennoch muß
gewährleistet sein, daß die Empfindlichkeit dieser Meßsysteme 11 so groß ist, daß
bei der geringsten Abweichung ihrer auf den Führungsbahnen 2 eingenommenen Position
die Antriebe der Meßmaschine sofort auf Stillstand gesteuert werden.
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Sollte aufgrund der eingebrachten Energie kein sofortiger Stillstand
der Meßmaschine eintreten, so ist eine zusätzliche Überwachung des in Y-Richtung
3 eingesetzten Lesekopfes gemäß der Fig. 2 vorgesehen.
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Der Lesekopf 16 für die Y-Richtung 3 ist in einer Schwalbenschwanzführung
17 eines Meßmaschinenträgerteiles 18 aufgenommen. Die Längsachse der Schwalbenschwanzführung
17 ist dabei rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Lesekopfes 16 entlang dem inkrementalen
Glasmaßstab 19, welcher in einer Kassette 20 eingesetzt ist, angeordnet.
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Zu beiden Längsseiten des Lesekopfes 16 sind Leisten 21 als Leitbleche
bzw. Leitleisten befestigt, welche an der Kassette 20 ohne Berührung entlanggleiten
bzw. mit festem Seitenabstand entlanggleiten.
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Tritt nun aufgrund des Anfahrens der Pinole 8 oder des Tastkopfes
9 an ein Werkstück oder durch Nachschwingen beim Bremsvorgang eine Bewegung in der
Richtung des Pfeils 25 in der Achse der Schwalbenschwanz führung 17 auf, so muß
der Lesekopf 16 in seiner starren Position dennoch festgehalten werden, um eine
Zerstörung oder Beschädigung des Clasmaßstabes 19 zu vermeiden. Dies geschieht mit
Hilfe der Leisten 21, die eine Querbewegung aufhalten und sodann entscheidend durch
die Kugel-Prismen-Führung 22, 23, 24. Durch die Querbewegung wird das Trägerteil
18 aus der Arretierung gehoben und entlang der Schwalbenschwanzführung 17 bewegt.
Nach dem Zurückführen des Y-Wagens 1 bzw. der Pinole 8 oder des Tastkopfes 9 in
die Ausgangsstellung wird das Trägerteil 18 wieder sicher in der Kugel 22 - Prismen
23 - Führung fixiert und das System befindet sich in der Ruhelage. Der Federdruck
24 auf die Kugel 22 ist so gewählt, daß die Arretierung aufgehoben ist, bevor eine
Querbewegung des Lesekopfes 16 möglich ist.
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In bekannter Weise werden bei solchen Koordinatenmeßmaschinen die
Tastkopfsignale über das Antasten an Werkstücke über ein mehradriges Kabel an die
Steuerung der Maschine weitergegen. Da solche Kabeladern bruchanfällig sind, kann
unter bestimmten Voraussetzungen dabei die Kollisionsüberwachung der Z-Achse 10
in Mitleidenschaft gezogen werden. Tritt nämlich eine Kollision in diesem Moment
auf, so führt dieses zur teilweisen und sogar zur kompletten Zerstörung des Tastkopfes
9. Um einen solchen Schaden auszuschalten, kann eine kontinuierliche Überwachung
der mehradrigen Kabel mit Hilfe eines Signals erfolgen, welches im Milisekunden-
oder Nanosekunden-Bereich eine Abfrage zur Kabelüberwachung durchführt.