DE3517421A1 - Koordinatenmessinstrument - Google Patents

Description

Koordinatenmeßinstrument

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Koordinatenmeßinstrumente und insbesondere befaßt sie sich mit Weiterentwicklungen eines beweglichen Elements zur Bewegung eines Detektors, um ein Detektionssignal in Abhängigkeit von einem zu vermessenden Werkstück in drei Raumrichtungen zu erzeugen.

Bisher gibt es ein Koordinatenmeßinstrument, bei dem ein Detektor, wie eine Berührungssignalsonde oder dergleichen, auf einem beweglichen Element derart gelagert ist, daß sie in drei Raumrichtungen bewegbar ist.

Die Verschiebungswerte des Detektors werden in den zugeordneten Achsrichtungen ermittelt, währenddem der Detektor mit einem Werkstück auf einem Gestell zusammenarbeitet. Diese detektierten Werte werden zur Messung, Prüfung, Kontrolle oder dergleichen verarbeitet. Das Meßinstrument dieser Bauart wurde auf vielen Anwendungsgebieten eingesetzt. Als ein Koordinatenmeßinstrument der vorstehend beschriebenen Bauart gibt es ein sogenanntes Koordinatenmeßinstrument, das mit einer portalähnlichen Abstützung versehen ist.

Figur 1 zeigt ein übliches portalähnlich ausgebildetes Koordinatenmeßinstrument. In der Zeichnung ist die obere Endfläche eines Gestells 1 ein stationäres Element, das auf äußerste Glattheit endbearbeitet ist. Ein zu vermessendes Werkstück, das nicht gezeigt ist, liegt

auf dieser oberen Endfläche auf, die einen Detektor 3> wie eine Berührungssignalsönde, über ein bewegliches Element 2 derart trägt, daß er in drei P.aumrichtungen bewegbar ist. Das bewegliche Element 2 enthält eine portalähnliche Abstützung 4, die sich über das auf dem Gestell 1 aufliegende Werkstück spannt. Die portalähnliche Abstützung 4 wird von Schenkeln 5 und 6 gebildet, die an gegenüberliegenden Seiten des Gestells 1 angeordnet sind und einem Querträger 7, der sich über diese Schenkel 5 und 6 erstreckt. Durch den Querträger 7 ist in X*-Richtung ein X-Achsen-Gleitstück 8 beweglich gelagert, das ein Z-Achsengleitstück 9 derart trägt, daß es in Z-Richtung bewegbar ist. Der Detektor 3 ist fest mit dem bodenseitigen Endabschnitt des Z-Achsen-Gleitstücks 9 verbunden. Ein mit 5 bezeichneter Schenkel der Schenkel 5 und 6 ist beweglich auf dem Gestell 1 und der andere Schenkel 6 ist durch eine Führungsschiene 11 geführt, die in Y-Richtung verläuft. Die portalähnliche Abstützung 4 ist auf dem Gestell 1 derart angeordnet, daß sie in Y-Richtung hin- und hergehend bewegbar ist. Die bodenseitigen Endabschnitte der Schenkel 5 und 6 sind in Form von endbodenseitigen Stützteilen 12 und 13 ausgebildet, die in Y-Richtüng länglich ausgeführt sind. Die Auslegung ist derart getroffen, daß selbst bei einer Bewegung der portalähnlichen Abstützung 4 in Y-Richtung> die portalähnliche Abstützung 4 im montierten Zustand stabil gehalten werden kann.

Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist ein mit 12 bezeichneter bodenseitiger Stützabschnitt ah seinen in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden mit pneumatischen Lagereinrichtungen 15 versehen. Wie in den Figuren 3 bis 5 gezeigt ist, wird diese pneumatische Lagereinrichtung 15 von einem Luftkissen 16 gebildet, das ge-

sondert von dem bodenseitigen Endstützteil 12 ausgebildet ist. Diese pneumatische Lagereinrichtung 15 umfaßt ferner ein Befestigungselement 17 und eine Verbindungsdüse 18, die eine Luftversorgungsanschlußeinrichtung bildet. Das Luftkissen 6 ist im Mittelabschnitt einer Befestigungsfläche, die an dem bodenseitigen Stützteil 12 anzubringen ist, mit einer Ausnehmung 21 versehen, die an einer Luftausblasfläche 22 vorgesehen ist, die dem Gestell 1 zugewandt ist, wobei eine Vielzahl von Luftausblasöffnungen 2 3 vorgesehen ist, die jeweils einen sehr kleinen Durchmesser (beispielsweise etwa 0,2 nun oder kleiner) haben, und die in gitterähnlicher Form angeordnet sind. Ferner ist ein darin ausgebildeter Verbindungsraum 24 vorgesehen, der in Verbindung mit diesen Luftausblasöffnungen 23 steht, wobei Druckluft, die in den Verbindungsraum 24 über die Verbindungsdüse 28 eingeleitet wird, den jeweiligen Luftausblasöffnungen 23 zugeführt wird. Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich ist, läßt sich die Verteilungsdichte der Luftausblasöffnungen 23 als mit sehr großen Abständen versehen verteilt auf der Ebene umschreiben, jedoch sind in Wirklichkeit die Luftausblasöffnungen 23 mit großer Dichte angeordnet.

Andererseits ist das Befestigungselement 17 in der • Ausnehmung 2 3 des Luftkissens 16 angebracht und in seinem Mittelabschnitt der oberen Fläche mit Eingriff snuten 28 versehen, die jeweils eine konische Außenfläche haben, um eine Kugel 27 abzustützen, die zwischen dem bodenseitigen Endstützteil 12 und den Nuten angeordnet ist.

Ferner sind im bodenseitigen Endstützteil 13 pneumatische Lagereinrichtungen 15 zwischen der oberseitigen Endfläche der Führungsschiene 11 und dem boden-

seitigen Endstützteil 13 und zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen der Führungsschiene 11 und dem bodenseitigen Endstützteil 13 angeordnet, die ähnlich den zuvor beschriebenen pneumatischen Lagereinrichtungen ausgebildet sind. Diese Anordnung ist in Figur 6 gezeigt. Diese pneumatischen Lagereinrichtungen 15 sind an den in Längsrichtung gegenüberliegenden Endteilen des bodenseitigen Endstützteils 13 in ähnlicher Weise wie bei dem bodenseitigen Endstutzteil 12 (s. Figur 2) vorgesehen.

Mit der vorstehend beschriebenen üblichen Auslegungsform ergeben sich jedoch die folgenden Schwierigkeiten.

(1) Da die pneumatischen Lagereinrichtnnqen 15 an den in Längsrichtung gegenüberliegenden Endteilen der bodenseitigen Endstützteile 12 und 13 jeweils vorgesehen sind, besteht die Neigung., daß in Z-Richtung Durchbiegungen auftreten, wenn eine Last W des beweglichen Elements 2 insgesamt von dem Schenkel 5 auf den Zwischenabschnitt des bodenseitigen Endstützteils 12 einwirkt/ wie dies beispielsweise in Figur 7 gezeigt ist. Hierbei treten Schwankungen an dem Detektor 3 in Z-Riehtung auf, wodurch die Genauigkeit des. Detektors 3 in Z-Richtung herabgesetzt wird.

(2) Der Bereich der Luftausblasfläche 22. der pneumatisehen Lagereinrichtung 1:5. ist durch die Last W und den pneumatischen Druck der überdie Luftausblasöffnungen 23 ausgeblasenen Luft bestimmt und muß vorbestimmte Abmessungen haben. Wenn jedoch die pneumatischen Lagereinrichtungen 15 nur an den in Längsrichtung gegenüberliegenden Endteilen der boden-

seitigen Stützteile 12 und 13 vorgesehen sind, wird die Luftausblasfläche 22, d.h. die Abmessung in Breitenrichtung des bodenseitigen Endstützteils 12 oder 13, vergrößert, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, wobei bei der Anwendung derselben portalähnlichen Abstützung 4, die auf demselben Gestell 1 angebracht ist, der effektive Raum (d.h. die Abmessung 1 in Breitenrichtung) im Vergleich zu dem Fall reduziert ist, wenn man diese Verfahrensweise nicht anwendet. Dieser Sachverhalt ist bedeutungsvoller, wenn das Meßinstrument große Abmessungen hat, wodurch sich die Last W vergrößert.

(3) Um Fehler in Z-Richtung zu vermeiden, ist es denkbar, die Konstruktion der portalähnlichen Abstützung 4 kompakt auszulegen. Hierbei wird jedoch die Breite der Luftausblasfläche 22 weiter infolge des zunehmenden Gewichts vergrößert, was nicht erwünscht ist.

(4) Bei der Bestimmung des Bereiches der Luftausblasflache wurde daher nur das Gleichgewicht zwischen dem pneumatischen Druck und der Last berücksichtigt, wobei unerwünschte Bewegungen in Richtung auf das bewegliche Element in anderen Richtungen als die geführten Richtungen, wie beispielsweise Schwingungen, Positionsverschiebungen, Neigungen und dergleichen, leicht vorhanden sein können.

Unter diesen Umständen war die vorstehend beschriebene Auslegungsform nicht geeignet, die Erfordernisse zu erfüllen, wenn ein Koordinatenmeßinstrument bereitgestellt werden sollte, das eine höhere Genauigkeit und größere Abmessungen haben sollte.

Die Erfindung zielt darauf ab# ein Koordinatenmeßinstrument anzugeben, das gleichförmig die Bewegung eines beweglichen Elements relativ zu einem stationären Element ausführen kann, soweit wie möglich die verringerte Meßgenäuigkeit infolge von Verformungen und dergleichen des beweglichen Elements vermieden werden und bei dem selbst dann eine äußerst präzise Messung durchführbar ist, wenn das Meßinstrument als Ganzes große Abmessungen hat und hinsichtlich seines Gewichtes schwer ist.

Hierzu sieht die Erfindung bei einem Koordinatenmeßinstrument vor, bei dem ein Detektor und ein zu vermessendes Werkstück relativ und im Bezug miteinander bewegbar sind und mit dessen Hilfe die Abmessungen oder dergleichen des Werkstücks aus den relativen Verschiebungswerten zwischen dem Detektor und dem Werkstück gemessen werden> daß das stationäre Element eines der Teile, bestehend aus Detektor und Werkstück, trägt und das bewegliche Element das andere Element relativ beweglich zueinander über die pneumatische Lagereinrichtungen abstützt. Der Gesamtbereich der vorbestimmten Luftausblasflächen der pneumatischen Lagereinrichtungeh zur Führung wenigstens in einer horizontalen Ebene ist durch die Länge festgelegt, die 50 % oder mehr der Länge in Richtung der Relativbewegung eines Teils des beweglichen Elements entspricht, auf dem die pneumatischen Lagereinrichtungen vorgesehen sind und das dem stationären Element zugewandt ist; Ferner ist der Gesamtbereich der vorbestimmten Luftausblasflächen auch durch die Breite in einer Richtung bestimmt, die senkrecht die Richtung der Relativbewegung schneidet.

Um das vorstehend angegebene Ziel zu erreichen, wird nach der Erfindung ih abgekürzter Weise vorgesehen,

daß der Bereich der Luftausblasflächen in den pneumatischen Lagereinrichtungen größer als ein vorbestimmter Wert ist, so daß die Bewegung des beweglichen Elements relativ zum stationären Element gleichförmig ausgeführt werden kann und daß das bewegliche Element nicht leicht infolge des Gewichts des beweglichen Elements selbst ausgelenkt werden kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Grundauslegungsform eines üblichen Koordinaten

meßinstruments ,

Figur 2 eine Ünteransicht eines üblichen Beispiels der pneumatischen Lagereinrichtung,

Figur 3 eine Draufsicht auf die übliche pneumatische Lagereinrichtung mit Teilausschnitt,

Figur 4 eine Vorderansicht in Teilschnittdarstellung,

Figur 5 eine ünteransicht derselben,

Figur 6 eine Vorderansicht des bodenseitigen Endstützteils auf der Seite des Führungsele

ments bei dem üblichen Ausführungsbeispiel,

Figur 7 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung des durchgebogenen Zustands des bodenseitigen Stützteils bei dem üblichen Beispiel,

Figur 8

eine perspektivische Ansicht der Gesamtaus legungs form einer ersten Ausführungsform eines Koordinatenmeßinstruments nach der Erfindung/

Figur 9 eine Unteransicht zur Verdeutlichung der pneumatischen Lagereinrichtung bei dieser Ausführungsform/

Figur 10 eine Vorderansicht der pneumatischen Lagereinrichtung bei dieser Ausführungsform in Teilausschnittdarstellung,

Figur 11 eine Unteransicht zur Verdeutlichung der vorstehend angegebenen pneumatischen Lager

einrichtung,

Figur 12 eine Vorderansicht zur Verdeutlichung des bodenseitigen Endstützteils auf der Seite des Führungselements bei dieser Ausführungs

form in Teilschnittdarstellung,

Figur 13 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung des

Zustands, wenn eine Belastung auf den Schenkel bei dieser vorstehend angegebenen Aus

führungsform einwirkt,

Figur 14 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung einer Gesamtauslegungsform eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Koordi

natenmeßinstruments nach der Erfindung,

Figuren 15 und 16 Vorder- und Rückansichten in Teilschnittdarstellung zur Verdeutlichung des Gestells bei dieser zweiten Ausführungsform

Figur 17 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung eines dritten Ausführungsbeispiels,

Figur 18 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile derselben,

Figur 19 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung der Grundauslegungsform eines vierten Ausführungsbeispiels des Koordinaten-IQ meßinstruments nach der Erfindung,

Figur 20 eine Vorderansicht eines fünften Ausführungsbeispiels, und

Figur 21 eine Unteransicht zur Verdeutlichung einer

AusführungsVariante des bodenseitigen Endstützteils.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Gleiche oder ähnliche Teile wie bei der üblichen Ausführungsform sind mit denselben Bezugszeichen versehen, um die Beschreibung zu straffen.

Figur 8 zeigt eine erste Ausführungsform des Koordinatenmeßinstruments nach der Erfindung. Nach der Zeichnung sind die bodenseitigen Endstützteile 42 und 43 der Schenkel 5 und 6 so ausgebildet, daß sie Breiten haben, die kleiner als jene bei der üblichen Ausführungsform sind. Eine Luftausblasfläche 52 einer pneumatischen Lagereinrichtung 55, die auf einem mit 42 bezeichneten bodenseitigen Endstützteil vorgesehen ist, hat eine Länge in Bewegungsrichtung (d.h. in Y-Richtung), die gleich 100 % der Gesamtlänge T in Richtung der Bewegung des bodenseitigen Endstützteils 42 ist (s. Figur 9).

Ferner ist der Gesamtbereich der Luftausblasflächen 52 durch die Gesamtbelastung auf Seiten des beweglichen Elements bestimmt. Da die Länge der Luftausblasfläche 52 in vorstehend angegebener Bewegungsrichtung gleich 100 % der Gesamtlänge T des bodenseitigen Endstütz teils 42 in Bewegungsrichtung ist, kann die Abmessung W., in Breitenrichtung der Luftausblasfläche im Vergleich zu einer Auslegungsform minimalisiert werden, bei der derselbe Luftausblasbereich vorgesehen ist. Hierbei wird auch die Breite (W,} des bodenseitigen Endstützteils 42 minimalisiert.

Wie in den Figuren 10 und 11 gezeigt ist, ist die Luftausblasflache 52 direkt auf dem bodenseitigen Endstützteil 42 ausgebildet. Wie sich insbesondere aus der Zeichnung ergibt, ist der gesamte Bereich der bodenseitigen Endfläche des bodenseitigen Endstützteils 42 als Luftausblasfläche 52 genutzt. Eine Mehrzahl von Luftausblasöffnungen 53 ist gitterähnlich beispielsweise auf dieser Luftausblasfläche 52 angeordnet. Ferner ist ein Verbindungsraum vorgesehen, der in Verbindung mit diesen Luftausblasöffnungen 53 steht und dieser ist auf dem bodenseitigen Endstützteil 42 vorgesehen. Druckluft wird von einer extern liegenden Luftversorgungsquelle (nicht gezeigt) in den Verbindungsraum 54 über eine Verbindungsdüse 56 eingeleitet und diese Druckluft wird über die Luftauslaßöffnungen 53 jeweils ausgeblasen. Ferner sei noch erwähnt, daß in Wirklichkeit die Luftausblasöffnungen 53 wesentlich enger aneinander liegend über die Fläche verteilt angeordnet sind, als dies in der Zeichnung zum Ausdruck kommt.

Ferner ist das bodenseitige Endstützteil 4 3 des anderen Schenkels 6 in Y-Richtung durch ein Führungselement 41 geführt, das einen quadratischen Querschnitt

hat und auf dem Gestell 1 als das stationäre Element vorgesehen ist. Wie in Figur 12 gezeigt ist, ist das bodenseitige Endstützteil 43 mit einer pneumatischen Lagereinrichtung 55 versehen, die drei Luftausblasflächen 52 enthält, die einer oberseitigen, horizontalen Endführungsflache 41A und einer gegenüberliegenden, vertikalen Seitenführungsfläche 41B des Führungselements 41 jeweils gegenüberliegen. Die jeweiligen Luftausblasflächen 52 dieser pneumatischen Lagereinrich- tung 55 sind derart gestaltet, daß sie eine Länge haben, die 100 % der Gesamtlänge T des bodenseitigen Endstützteils 43 in Y-Richtung entspricht, wobei eine Abmessung W„ in Breitenrichtung (in X-Richtung) minimalisiert wird (s. Figur 9). Die jeweiligen Luftausblasflächen 52 sind direkt auf dem bodenseitigen Endstützteil 43 ausgebildet.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind Luftaushlasflachen 52 über den gesamten Längserstrekkungen der bodenseitigen Endstützteile 42 und 43 vorgesehen, so daß eine Abmessung der Luftausblasfläche 52 in Breitenrichtung (in X-Richtung), d.h. Abmessungen des bodenseitigen Endstützteils 42 und 43 in Breitenrichtung W und W„, im Vergleich zu dem Fall mini-.

malisiert werden kann, der insgesamt den gleichen Luftausblasbereich hat. Hieraus ergibt sich, daß bei der Verwendung eines Gestells 1, daß dieselbe Fläche hat, der effektive Raum (die Abmessung 1 in der Breitenrichtung) in vorteilhafter Weise vergrößert werden kann.

Insbesondere wenn das Meßinstrument groß bemessen ist und ein großes Gewicht hat, sollte der Luftausblasbereich einen Raum einnehmen, der zur Aufnahme des sehr ' hohen Gewichts ausreicht. Selbst bei dem zuvor beschriebenen Fall jedoch kann der effektive Raum auf dem Gestell 1 ausreichend groß ausgelegt werden.

Ferner sind die Luftausblasflächen 52 über den gesamten Längserstreckungen der bodenseitigen Endstützteile 42 und 43 in Längsrichtung vorgesehen, so daß Durchbiegungen infolge der Belastung W von den beiden Schenkeln 5 und 6 nicht leicht auftreten und daher Meßfehler in Z-Richtung ebenfalls nicht leicht auftreten. Insbesondere ist es von sehr großem Vorteil, daß eine Absenkung der Meßgenauigkeit verhindert wird, wenn das Meßinstrument große Abmessungen hat und hinsichtlieh seines Gewichts sehr schwer ist.

Ferner sind bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Luftausblasflächen 52 direkt auf den bodenseitigen Endstützteilen 42 und 43 ausgebildet, so daß das Meßinstrument hinsichtlich seines Aufbaus vereinfacht werden kann. Eine Höhe H des bodenseitigen Endstützteils 42 kann verkleinert werden, d.h.., diese Abmessung kann insbesondere dünn ausgelegt werden (s. Figur 13). Hierdurch läßt sich das bewegliche Element 2 gewichtsmäßig leicht auslegen, so daß sich verschiedene Schwierigkeiten infolge eines sehr grossen Gewichts des Meßinstruments überwinden lassen. Die Manövrierbarkeit bei der Vermessung des Werkstücks auf dem Gestell 1 kann verbessert werden und die Handhabung ist günstiger, wenn das Werkstück auf dem Gestell 1 anzubringen oder auszutauschen ist. Auch ergeben sich noch weitere Vorteile.

Ferner ist es für den Schenkel 6 des bodenseitigen Endstützteile 43 schwierig, daß er sich neigt und in einer Richtung sich verschiebt, die die beiden Schenkel 5 und 6 miteinander verbindet, d.h. in X-Richtung., was auf das Vorhandensein der pneumatischen Lagereinrichtung 55 zurückzuführen ist. Eine Positionsverschiebung einer Skala 7A in X-Richtung, die infolge einer BeIa-

stungsänderung bei der Bewegung des X-Achsen-Gleitstücks 8 auftreten kann/ läßt sich minimalisieren. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß im zusammengebauten Zustand des Schenkels 6 dieser durch die pneumatische Lagereinrichtung 55 des bodenseitigen Endstützteils so festgehalten ist, daß die Skala 7A in X-Richtung, die auf dem Querträger 7 vorgesehen ist, so weit wie möglich daran gehindert wird, daß eine Positionsverschiebung in X-Richtung auftritt.

Nachstehend werden weitere Ausführungsvarianten erläutert. Gleiche oder ähnliche Teile wie bei der vorangehenden Ausführungsform sind mit denselben Bezugszeichen versehen und sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht mehr näher beschrieben.

Figur 14 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines Koordinatenmeßinstruments nach der Erfindung. Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsvariante dadurch, daß eine Auslegung vorgesehen ist, bei der das Gestell ein bewegliches Element ist und eine Basis zur beweglichen Abstützung dieses Gestells sowie eine portalähnliche Abstützung 200 hat, die ein stationäres Element bildet. In der Zeichnung ist die portalähnliche Abstützung 200 fest auf der Basis 100 in aufgestelltem Zustand angebracht, auf der ein Gestell 70 als ein bewegliches Element derart gelagert ist, daß es in X-Richtung bewegbar ist. Im wesentlichen ist der gesamte Bereich der bodenseitigen Endfläche des Gestells 70 auf einer horizontalen Führungsfläche 80 der Basis 100 abgestützt. Eine Nut 90 ist auf der horizontalen Führungsfläche 80 in Richtung der Y-Achse ausgebildet, während auf der bodenseitigen Endfläche des Gestells 70 ein vorstehendes Teil 110 ausgebildet ist,

das in Gleiteingriff mit der Nut 90 ist (s. Figur 15). Wie in Figur 16 gezeigt ist, ist im wesentlichen der gesamte Bereich der bodenseitigen Endfläche des Gestells 70 so beschaffen, daß er eine Luftausblasfläche 111 bildet, auf der Luftausblasöffnungen 112 in gitterähnlicher Weise angeordnet s.ind, die jeweils einen vorbestimmten kleinen Durchmesser haben. Zusätzlich ist die wirkliche Dichte der Verteilung der Luftausblasöffnungen 112 wesentlich kleiner gewählt, als dies in der Zeichnung zum. Ausdruck kommt. Die Luftausblasöffnungen 112, die öffnungen in der Luftausblasfläche 111 haben, sind mit einem Verbindungsraum 113 verbunden, der im Hauptkörper des Gestells 70 ausgebildet ist. Dieser Verbindungsxaum 113 ist mit einer externen Druckluftversorgungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, so daß Luft unter einem vorbestimmten Druck aus den jeweiligen Luftausblasöffnungen 112 ausgeblasen werden kann, um den Gleitreibungswiderstand des Gestells 70 relativ zur Basis 10.0 herabzusetzen. Hierbei bildet die Luftausblasfläche 111, in der die Mehrzahl von Luftausblasöffnungen 112 ausgebildet sind, im Zusammenwirken mit der externen Druckluftversorgungsquelle zur Zuführung von Luft unter einem vorbestimmten Druck und dergleichen die pneumatische Lagereinrichtung 140.

Bei dieser Ausführungsvariante, die vorstehend beschrieben worden ist, ist nahezu der gesamte Bereich eines Abschnitts, der der Basis 100 des Gestells 70 gegenüberliegt, in der Luftausblasfläche 111 ausgebildet, so daß Verformungen, Durchbiegungen und dergleichen des Gestells 70 im wesentlichen zuverläßig vermieden y?erden. Dies steht im Unterschied zu dem Anwendungsfall, bei dem das Gestell 70 auf der Basis angebracht ist und bei dem Luftkissen gesondert zum

Gestell 70 auf den gegenüberliegenden Endteilen des Gestells 70 in Bewegungsrichtung des Gestells 70 beispielsweise vorgesehen sind. Hierbei ergeben sich ferner noch die Vorteile, daß Positionsverschiebungen, Neigungen und dergleichen des Gestells 70 nicht leicht auftreten und daß auch kleine Schwingungen während der Bewegung ebenfalls nicht leicht auftreten.

Ferner ist die Luftausblasfläche 111 direkt in dem Gestell 70 ausgebildet, so daß das Gestell 70 gewichtsmäßig leicht und hinsichtlich seiner Dicke dünn ausgeführt werden kann. Dies ist im Hinblick auf die Handhabung und die Wirtschaftlichkeit von größtem Vorteil. Selbst wenn das Meßinstrument als Ganzes groß bemessen ausgelegt ist, kann das Meßinstrument hinsichtlich seines Gewichts leicht ausgeführt sein. Ferner können die Bauteile hinsichtlich den Abmessungen (oder durch eine dünne Auslegung in Dickenrichtung) kompakt ausgelegt werden, wobei der effektive Raum ausreichend groß beibehalten werden kann.

Ferner ist für eine der Bewegungsrichtungen in den drei Achsen das Gestell 70 ebenfalls beweglich vorgesehen / so daß hierdurch eine der Bewegungsrxchtungen selbst erfaßt werden kann. Ferner hat das Gestell 70 eine Form, die eine Ausdehnung in horizontaler Richtung hat, so daß das Gestell 70 sehr stabil relativ zur Basis 100 beweglich ist. Im Hinblick auf das Meßinstrument insgesamt läßt sich daher die Meßgenauigkeit im Vergleich zu der vorstehenden Ausführungsform verbessern/ bei der das Gestell 70 festgelegt ist und Bewegungen in allen Richtungen der drei Achsen durch die Abstützung zugelassen sind.

Figur 17 zeigt eine dritte AusfuhrungsVariante, bei der ein Zwischentisch 150 auf der Basis 100 als ein

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stationäres Element mit portalähnlicher Abstützung 4 derart angebracht ist, daß es in Richtung der X-Achse beweglich ist. Das Gestell 70 ist auf diesem Zwischentisch 150 derart angebracht, daß es in Richtung der Y-Achse bewegbar ist. Hierbei bilden der Zwischentisch 150 und das Gestell 70 das bewegliche Element. Eine

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Nut 16,0 ist in Richtung der X-Achse auf der horizontalen Führungsfläche 80 der Basis 100 ausgebildet und ein vorspringender Steg 170_t der in Führungseingriff mit der Nut 160 ist, ist auf der bodenseitigen Endfläche des Zwischentisches 150 ausgebildet. Die Nut 90 und der vorspringende Steg 110 sind auf einer horizontalen Führungsfläche 180 ausgebildet, die die obere Endfläche des Zwischentisches 150 ähnlich wie bei der

*5 vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform bildet. Somit ist das zu vermessende Werkstück (nicht gezeigt) auf dem Gestell 70 in den beiden Richtungen der Achsen X und Y bewegbar, die sich senkrecht miteinander auf der Basis 100 schneiden. Im wesentlichen ist der gesamte Bereich der bodenseitigen Endfläche des vorstehend angegebenen Zwischentisches 150 (d.h. ein Abschnitt des Zwischentisches 150, der der Basis 100 gegenüberliegt, und ein stationäres Element bildet) ist so beschaffen, daß er die Luftausblasfläche 190 bildet, auf der eine Mehrzahl von Luftausblasöffnungen 112 in vorbestimmter Weise angeordnet ist, wie dies in Figur 18 gezeigt ist. Der Gleitwiderstand des Zwischentisches 150 in Relation zur Basis 100 wird durch die pbeumatische Lagereinrichtung 200 reduziert, die diese Luftausblasflache 190 enthält.

Selbst wenn bei der dritten vorstehend angegebenen Ausführungsvariante die feste, portalähnliche Abstützung 4 mit einer großen Konstruktionshöhe ausgeführt ist und nicht beweglich ist, werden verschiedene Schwierig-

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keiten überwunden, wie z.B. eine Neigung und eine Positionsverschiebung der festen, portalähnlichen Abstützung 4 infolge der Bewegung der festen portalähnlichen Abstützung 4, so daß die Meßgenauigkeit in eritsprechender Weise genau eingehalten werden kann. Ferner ist bei der dritten Ausführungsvariante das Gestell 70 in den Richtungen der beiden Achsen außerhalb der Richtungen der drei Achsen bewegbar, wobei es ausreicht, daß der Detektor 3 gegen das Gestell in einer Richtung der Z-Achse auf der Seite der festen portalähnlichen Abstützung 4 bewegt zu werden braucht, so daß die Konstruktion auf der Seite der festen, portalähnlichen Abstützung 4 in entsprechender Weise komplizierter ausgelegt werden kann.

Figur 19 zeigt eine vierte Ausführungsvariante, bei der die beiden Querträger 220 in Y-Richtung parallel zueinander in einer vorbestimmten Höhe durch die feste Abstützung 210 an den gegenüberliegenden Seiten des Gestells 1 angeordnet sind. Diese Querträger 220 in Y-Richtung sind jeweils fest mit einem Führungselement 230 verbunden, das im Querschnitt quadratisch oder dergleichen beispielsweise ausgebildet ist. Die gegenüberliegenden Endabschnitte eines Querträgers in X-Richtung sind ein bewegliches Element, wenn die Querträger 220 in Y-Richtung an das Gestell 1 als stationäre Elemente auf den Querträgern 220 in Y-Richtung derart abgestützt sind, daß sie mit Hilfe der pneumatischen Lagereinrichtungen 250 bewegbar sind.

Ähnlich wie in Figur 2 dargestellt ist, sind an den gegenüberliegenden Endteilen der Querträger 240 in X-Richtung Luftausblasflächen vorgesehen, die einer oberseitigen Endführungsfläche 230A und vertikalen Seitenführungsflächen 230B gegenüberliegen, die im wesentliehen über dem gesamten Bereich der vorstehend angegebenen gegenüberliegenden Abschnitte vorgesehen sind.

Auf diesen Luftausblasflächen sind Luftausblasöffnungen in vorbestimmter Weise vorgesehen.

Bei dem vorstehend angegebenen vierten Ausführungsbeispiel ist es insbesondere von Vorteil, daß eine Deformation in Z-Richtung der gegenüberliegenden Endabschnitte des Querträgers 240 in X-Richtung vermieden werden kann.

Ferner ist in der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels der Fall beschrieben worden, bei dem die pneumatischen Lagereinrichtungen 55 direkt auf den bodenseitigen Endstützteilen 42 und 43 ausgebildet sind. Die Erfindung ist jedoch auf eine solche Auslegungsform nicht ausschließlich beschränkt. Wie beispielsweise in Figur 20 gezeigt ist, kann die Auslegung auch derart getroffen werden, daß eines der bodenseitigen Endstützteile 42 in der pneumatischen Lagereinrichtung 15 ähnlich wie bei üblichen Ausführungsformen ausgebildet ist und die Luftkissen 16 fest mit einem Teil des anderen bodenseitigen Endstützteils 43 gekoppelt sind, der der oberen, horizontalen Endführungsflache 41A des Führungselements 41 gegenüberliegt und fest einem Teil des bodenseitigen Endstützteils 43 zugeordnet ist, der einer der vertikalen Führungsflächen 41B gegenüberliegt. Das Luftkissen 16 ist über die Kugel 27 mit einem Teil verbunden, das der restlichen vertikalen Führungsfläche 41B gegenüberliegt, um hierbei eine pneumatische Lagereinrichtung 55 zu bilden. Kurz gesagt, reicht es aus, die Auslegung derart zu treffen, daß sich der Schenkel 6 nicht leicht neigen und in X-Richtung verschieben kann.

Ferner brauchen die Luftausblasflächen 22, 52, 111 und 190 nicht notwendigerweise auf die Entsprechung von

100 % der Gesamtlänge des Teils abgestellt zu sein, das dem vorstehend genannten stationären Element gegenüberliegt. Beispielsweise sei auf den Fall hingewiesen, bei dem die bodenseitigen Endstützteile 42 und 43, wie in Figur 21 gezeigt, eine Luftausblasfläche haben können, die kleiner als 100 % ist. Jedoch sollte die Luftausblasfläche größer als 50 % sein. Insbesondere dann, wenn in Betracht gezogen wird, Entlüftungswege oder dergleichen auf den bodenseitigen Endflächen der bodenseitigen Endstützteile 42 und 43 vorzusehen, um die Wirkung der pneumatischen Lagerung zu unterstützen, so kann erwartet werden, daß Meßfehler in Z-Richtung bei einer Ausblasfläche von kleiner 50 % abnehmen. Wenn ferner die Luftausblasflachen 52 direkt auf den bodenseitigen Ednstützteilen 42 und 43 ausgebildet sind, so sind die Flächen, auf denen die Luftausblasflächen 52 ausgebildet sind, vorzugsweise mit einer Auflage durch Plasmasprühbeschichten, Plattieren oder dergleichen versehen. Ferner brauchen die Luftaüsblasöffnungen 53 nicht notwendigerweise einzeln ausgeführt zu sein. Auch kann ein poröses Element in einem Abschnitt angeordnet werden, der die Luftausblasfläche 55 bildet.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, gibt die Erfindung ein Koordinatenmeßinstrument an, das fähig ist/ die Bewegung des beweglichen Elements relativ zum stationären Element gleichförmig und ruckfrei auszuführen, das wirksam verhindert, daß das bewegliche Element und dergleichen sich infolge der Schwerkraft des bewegliehen Elements und dergleichen verformt, und daß eine hoch genaue Messung selbst dann durchführbar ist, wenn das Meßinstrument als Ganzes große Abmessungen hat und gewichtsmäßig sehr schwer ist.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Koordinatenmeßinstrument, bei dem ein Detektor und 25 ein zu vermessendes Werkstück relativ zueinander in entsprechender Zuordnung bewegbar sind und bei dem Abmessungen des Werkstücks oder dergleichen aus einem relativen Verschiebungswert zwischen dem Detektor und dem Werkstück erfaßt werden, dadurch 30 gekennzeichnet, daß ein stationäres Element (1, 100), das den Detektor (3) oder das Werkstück (W) trägt, und ein bewegliches Element {2, 70), das das andere der beiden Bauteile trägt, relativ zueinander über pneumatische Lagereinrich-35 tungen (55, 140, 250) bewegbar sind, und daß der Gesamtbereich der vorbestimmten Luftausblasflächen

351 7.4 t

der pneumatischen Lager einrichtungen (55, 140/ .250?) zur Führung wenigstens einer horizontalen Ebene durch die Länge festgelegt ist, die 50 % oder mehr der Länge in Richtung der Relativbewegung eines Teils des beweglichen Elements (2, 70) entspricht, auf dem die pneumatischen Lagereinrichtungen (55, 140, 250) vorgesehen sind, die dem stationären Element (1, 100) zugewandt sind, und durch die Breite in einer Richtung festgelegt sind, die senkrecht die Richtung der Relativbewegung schneidet.

2. Koordinatenmeßinstrum.ent nach Anspruch 1 , dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Länge der Luftausblasfläche der pneumatischen Lagereinrichtung (55, 140, 250) gleich der Gesamtlänge in Richtung der Relativbewegung des {beweglichen Elements (2, 70) ist, das dem stationären Element (1, 100) zugewandt ist.

3. Koordinatenmeßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß das bewegliche Element (2, 70) eine portalähnliche Abstützung (4) aufweist, die den Detektor .(3) trägt, daß ,einer der Schenkel (5, 6) mit einer pneumatischen Lagereinrichtung ,oder pneumatischen Lagereinrichtungen (55, 140, 250) versehen ist, der auf dem stationären Element (1? 100) bewegbar ist/ daß der andere Schenkel (.6) mit pneumatischen Lagereinrichtungen (55, 14Q, 250) versehen ist, die einer oberen, flachen Endfläche und wenigstens einer der vertikalen Flächen eines quadratisch ausgebildeten Elements (2, 70) gegenüberliegen, das fest mit dem stationären Element (1, 100) verbunden ist, das sieh in Richtung der Relativbewegung erstreckt, und daß der andere Schenkel (6) auf dem stationären Element (1, 100) derart abgestützt ist, daß er sich nicht leicht in

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Richtung eines Schenkels (5, 6) verschiebt und daß er sich in der senkrechten Richtung nicht leicht neigt.

4. Koordinatenmeßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Lagereinrichtungen (55, 140, 250) direkt auf den Teilen der Abstützung (4) ausgebildet sind, die dem stationären Element (1, 100) gegenüberliegen.

5. Koordinatenmeßinstrument nach Anspruch 1, dadurch ■ge kennzeichne t, daß das bodenseitige Ende des Schenkels (5, 6) auf der Seite des Führungselements (80) eine Ausnehmung (90) hat, in der das Führungselement (80) aufnehmbar ist und daß die jeweiligen, die Ausnehmung (90) bildenden Flächen derart ausgebildet sind, daß sie Luftausblasflächen (111) der pneumatischen Lagereinrichtungen (55, 140, 250) bilden.

6. Koordinatenmeßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre Element (1, 100) eine Basis (100) und ein Paar von portalähnlichen Gestellteilen (4) enthält, in aufgerichteter Lage auf der Basis (100) vorgesehen sind, und daß das bewegliche Element (2, 70) den Detektor (3) trägt und längs eines Führungselements (80) bewegbar ist/ das sich in Richtung der Relativbewegung auf dem oberen Ende des portalähnlichen Gestells (4) erstreckt und fest daran angebracht ist.

7. Koordinatenmeßinstrument nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß das stationäre Element (T, 100) eine Basis (100) und ein Paar von portalähnlichen Gestellteilen (4) enthält, die auf der Basis (100) stehen, und daß das bewegliche Element

(2, 70) in einem Gestell (1) ausgebildet ist, das das zu vermessende Werkstück (<W); trägt und durch die Basis (100) geführt ist.