DE3619236C2 - Einrichtung zum automatischen Wechsel von Meßwerkzeugen in einem Meßroboter oder einer Meßmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Durchführung des Meßwerkzeugwechsels in Meßmaschinen oder Meßrobotern, die im wesentlichen über einen beweg­ lichen Meßarm zur Aufnahme eines Meßwerkzeugs verfügen, das mit einem Fühlerelement ausgestattet ist und mit der Oberfläche des zu messenden Werkstücks in Berührung gebracht wird.

Es ist bekannt, daß Meßwerkzeuge derartiger Maschinen aus Sensoren bestehen, die über ein mit der Oberfläche des zu messenden Werkstücks zusammenwirkendes Fühler­ element verfügen. Diese Fühlerelemente geben elektrische Signale ab, die einem elektronischen Rechner zugeleitet und zum Erhalt der benötigten Abmessungsdaten entsprechend verarbeitet werden.

Bei den bekannten Maschinen dieser Art sind die Meß­ werkzeuge an einer Werkzeugträgereinrichtung befestigt, die mit dem Ende des beweglichen Meßarms der Maschine verbunden ist. Der Austausch der Meßwerkzeuge auf dem Werkzeugträger erfolgt hierbei von Hand. Daneben erfordert jeder Werkzeugwechsel unweigerlich zusätzliche Maßnahmen an der Maschine, um die drei Koordinatenachsen jedes Fühlerelements relativ zu den Koordinatenachsen des festen Bezugrahmens unverrückbar zu positionieren (Wiedereinrichten des Werkzeugs). Da zur Bestimmung von Abmessungen und Form recht komplexer mechanischer Werk­ stücke ein mehrmaliger Werkzeugwechsel erforderlich ist, wobei jedes Werkzeug speziell zur Abtastung eines Teils der eigentlichen Werkstückoberfläche geeignet ist, ist zur Montage und Demontage sowie zum Wiedereinrichten des Werkzeugs ein sehr hoher Gesamtzeitaufwand erforder­ lich; außerdem können sich Meßfehler ergeben, wenn bei der Wiedereinrichtung unzureichend und nicht exakt vor­ gegangen wird.

Bekannt sind auch Maschinen dieser Art, in denen der Werkzeugträger mit einer Vielzahl von Meßwerkzeugen ver­ schiedener Formen und Abmessungen ausgerüstet ist, deren jedes zur Abtastung eines vorgegebenen Oberflächenab­ schnitts speziell geeignet ist. In diesem Fall muß, um ein neues Werkzeug in die Arbeitsposition zu bringen, nicht erst eine Werkzeugwechselmaßnahme durchgeführt werden, sondern das Meßwerkzeug läßt sich durch Betätigung einer Einrichtung am eigentlichen Werkzeugträger in die korrekte Arbeitspostition bringen.

Obwohl die Zeiten, die erforderlich sind, um das jeweilige Werkzeug gegen das Folgewerkzeug auszutauschen, in diesem Fall beträchtlich kürzer sind, besteht hier der Nachteil, daß die aus Werkzeugträger und diversen daran befestigten Werkzeugen bestehende Einrichtungsgruppe recht umfang­ reich ausfällt und nicht die Bewegungsfreiheit ermöglicht, die man erhielte, wenn auf dem Werkzeugträger nur ein einziges Werkzeug montiert wäre. Möglich ist sogar, daß im jeweiligen Meßzyklus nicht benötigte Werkzeuge mit Teilen der Werkstückoberfläche störend aufeinandertreffen, wodurch die Bewegungsfreiheit des Maschinenkopfes beträchtlich eingeschränkt wird.

Aus der DD 205 984 ist ferner eine Einspanneinrichtung für Meßeinsatzträger und Meßeinsätze an Koordinatenmeßgeräten bekannt. Durch diese Einspannvorrichtung soll der Automatisierungsgrad der Messung somit gesteigert werden, indem der Wechselvorgang der Meßeinsatzträger vereinfacht ist.

In dieser Druckschrift sind keine Hinweise enthalten, wie die Meßeinrichtung bezüglich der Lagerungsposition des Meßwerkzeuges ausgerichtet wird. Der Bewegungsablauf des Ein- und Ausrastens der einzelnen Bauteile innerhalb der Meßeinrichtung ist dort ebenfalls nicht beschrieben, so daß der Fachmann keine Hinweise aus dieser Druckschrift entnehmen kann, welche Mittel konkret notwendig sind zur Ein- und Ausrastung der einzelnen Bauteile sowie zur Lagerung des Meßwerkzeuges innerhalb der Meßeinrichtung.

In der US 3,851,562 ist eine Einspanneinrichtung für Werkzeuge, die über eine Schlüsselverbindung zwischen einer Schlüsselfläche auf einer Spindel und einem Werkzeugträger fixiert werden, offenbart. Dabei weist der Werkzeugträger an seinem einer Spindel zugewandten Ende einen Verriegelungszapfen auf, in dem im eingerasteten Zustand Kugeln eingreifen. Die Kugeln sind in einer axial verschieblichen Büchse angeordnet und haben einen derart großen Durchmesser, daß die Kugeln entweder im eingerasteten Zustand auf der Oberfläche des Verriegelungszapfens oder im nicht eingerasteten Zustand an der Oberfläche eines zylindrischen Bauteils anliegen.

Die Funktionsweise dieses Gegenstandes ergibt sich demnach wie folgt:

Im eingerasteten Zustand stehen die Kugeln in axialkraftschlüssiger Wirkverbindung mit dem Verriegelungszapfen und fixieren dadurch den Werkzeugträger in der Spanneinrichtung. Wird nun der Werkzeugträger gewechselt, so schiebt eine angetriebene Stange die Büchse in Richtung des Werkzeugträgers. Dabei gleiten die Kugeln zunächst auf der Oberfläche des Verriegelungszapfens, da diese an der Innenmantelfläche des zylindrischen Bauteils geführt sind. Das zylindrische Bauteil weist zwei unterschiedliche Innendurchmesser auf, wobei der größere Innendurchmesser des Bauteils in Richtung des Werkzeugträgers angeordnet ist, so daß bei der weiteren Verschiebung der Büchse die Kugeln an der größeren Innenmantelfläche des Bauteils anliegen. Dadurch kann der Verriegelungszapfen des Werkzeugträgers axial aus dem Gehäuse der Spannvorrichtung geschoben werden, da die Kugeln den Verriegelungszapfen freigeben. Der Einspannvorgang erfolgt vice versa.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum automatischen Wechsel von Meßwerkzeugen in Meßroboter oder -maschinen der erstgenannten Gattung zu schaffen, mit der sich vorstehend beschriebene Nachteile beseitigen lassen und die damit einen Meßwerkzeugwechsel am Maschinenkopf - ohne Eingreifen von Bedienungspersonal - mit solch hoher Präzision ermöglicht, daß ein Wiedereinrichten des Meßwerkzeugs nach jedem Werkzeugwechsel nicht erforderlich ist, d. h. überflüssig wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus dem Schutzbegehren.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zum automatischen Wechsel von Meßwerkzeugen in einer Meßmaschine dargestellt, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Einrichtung, befestigt am beweglichen Arm eines Meßroboters,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Teil der Einrichtung,

Fig. 3 eine Vorderansicht der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung

Fig. 4 einen Axialschnitt durch den Werkzeugträger der Einrichtung

Fig. 5 eine Vorderansicht des in Fig. 4 darge­ stellten Werkzeugträgers und

Fig. 6 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch einen Teil der in Abb. 3 gezeigten Einrichtung nach der Linie VI-VI.

Die Einrichtung ist zur Montage an einem Maschinenarm 1 geeignet, der relativ zu einem Fuß 2 eines allgemein als 3 bezeichneten Meßroboters oder einem beliebigen anderen Maschinentyp beweglich ist. Die Einrichtung umfaßt im wesentlichen eine Halteeinrichtung 4, die am Vorderteil 5 (Fig. 2) des Maschinenarms 1 befestigt ist, eine Reihe von Werkzeugträgern 6, die mit je einem Meßwerkzeug 7 versehen sind, sowie ein Gestell 8 mit einer Vielzahl von Halterungen 9, die je einen entsprechenden Werkzeug­ träger 6 aufnehmen können.

Jeder der in Fig. 4 im Schnitt gezeigten Werkzeugträger 6 besteht im wesentlichen aus einer Scheibe 13 mit einer Stirnfläche 14, auf der eine Nabe 15 mit einer Aufnahme 16 für das Ende des als Fühlerwerkzeug 7 ausgebildeten Meß­ werkzeuges angebracht ist. In die Scheibe 13 ist eine Vertiefung 17 eingearbeitet, die eine Platte 18 aufnimmt. Aus dieser ragt ein elastisch verformbarer Stift 19 heraus, an dessen Ende sich ein Verbindungszapfen 20 befindet; dieser weist einen kugelförmig gestalteten Kopf 21 auf und ist mit dem Ende des Stiftes 19 mittels einer Büchse 22 und einem an dieser angeformten Schaft 23 über eine Verschraubung im Inneren des Verbindungszapfens 20 sowie eine Axialbohrung verbunden, in die das Ende des Stiftes 19 eingebracht wird. Fig. 4 zeigt deutlich, daß der Stift 19 sowie ein Teil des Verbindungszapfens 20 ihren Sitz im Inneren einer Axialbohrung 24 in der Scheibe 13 haben und daß eine zwischen Stift und Scheibe angeordnete Feder 12 den Stift 19 in geradlinig unverformter Position hält. Auf der anderen Stirnfläche 25 der Scheibe 13, also gegenüber der Fläche 14, sind drei Anlagen für entsprechende Rollen eingearbeitet, deren Achsen im wesentlichen um 120° versetzt und parallel zum Radius der eigentlichen Scheibe 13 angeordnet sind.

Die Scheibe 13 weist eine Ringnut 28 auf, in die an den Armen 30 des Gestells 8 angebrachte entsprechend ausge­ bildete Flachstücke 29 eingreifen.

In die Scheibe 13 ist des weitern ein Ringraum 33 einge­ arbeitet, in der sich ein Teil eines gedruckten Schalt­ kreises 34 befindet; letzterer ist relativ zur Scheibe 13 in beliebig geeigneter Weise angebracht, z. B. mittels einer Distanzstückanordnung 35, die an der Scheibe 13 mittels Schraubverbindung befestigt wird. Der Verschluß des Hohlraums 33 erfolgt zweckmäßigerweise durch eine Ringabdeckung 36.

Die Halteeinrichtung 4 umfaßt zweckmäßigerweise ein im wesentlichen röhrenförmiges Gehäuse 40 mit einem Stirn­ flansch 41. Innerhalb des Gehäuses 40 sind Verbindungs­ einrichtungen angeordnet, die mit 42 bezeichnet sind und in nachfolgend beschriebener Weise den Verbindungs­ zapfen 20 eines Werkzeugträgers 6 greifen, sowie ferner Bewegungseinrichtungen, die mit 43 bezeichnet sind und zur Aufnahme der vorgenannten Einrichtung 42 sowie zur Bewegung des Werkzeugträgers 6 dienen. Die letztgenannte Bewegung erfolgt dabei relativ zum Gehäuse 40 in Richtung der Achse des Werkzeugs, das auf dem Werkzeugträger montiert ist.

Die Bewegungseinrichtung 43 besteht, wie dies der Fig. 2 zu entnehmen ist, im wesentlichen aus einer ersten Büchse 44, die durch Vermittlung einer Kugelbüchse 45 für die Längsbewegung relativ zum Gehäuse 40 beweglich ist, sowie eine mit der Büchse 44 starr verbundene Welle 46; letztere weist einen durch eine Schraubverbindung axial zur Welle 46 verstellbaren Bund 47 auf, der eine Auflage für die Druckfeder 48 bildet, die zwischen der Auflage einerseits sowie einer Gegenauflage 49 im Gehäuse 40 eingesetzt ist. Zur Bewegungs- oder Antriebseinrichtung 43 gehört weiter ein Kolben 50, der in einem entsprechenden Sitz im Gehäuse 40 durch Einleitung einer Steuerflüssigkeit in eine Kammer 51 axial verschiebbar ist; der Kolben 50 wird im Regelfall von einer zweiten Schraubenfeder 39, die zwischen dem Kolben 50 und der Gegenauflage 49 des Gehäuses 40 angeordnet ist, in seine Endposition, d. h. gegen einen Block 52 gedrückt.

In den Kolben 50 ist eine Axialbohrung eingearbeitet, in der eine mechanisch zu betätigende Stange 53 gleitet und die Welle 46 mit einem Mikroschalter 54 verbindet; eine zwischen einem Kopf 56 der Stange 53 und einer Gegen­ fläche des Kolbens 50 eingesetzte Feder 55 drückt die Stange 53 gegen ihren Anschlag, der durch einen Anschlag­ ring 57 gebildet ist.

Die Verbindungseinrichtung 42 besteht im wesentlichen, wie dies ebenfalls der Fig. 2 zu entnehmen ist, aus einer Büchse 58, die über eine Gewindestange 59 mit der Büchse 44 der Antriebseinrichtung 43 verbunden ist; die Büchse 58 ist mit einer Reihe radialer Bohrungen versehen, die je eine entsprechende Kugel 60 aufnehmen. Ein Hülsen­ stück 61 zwischen der Büchse 58 und der Büchse 44 ist axial beweglich und wird im Normalfall durch die Kraft einer Feder 62 in seine Endlage gegen die Büchse 44 gedrückt, kann aber auch durch Beaufschlagung von einer Fläche 63 der Büchse 58 mit einer Hydraulikflüssigkeit in Gegenrichtung bewegt werden. Diese Flüssigkeit kann durch eine flexible Leitung 64 sowie eine Axialbohrung 65 in der Büchse 44 herangeführt werden. Das Hülsenstück 61 weist eine konische Fläche 66 auf, die mit den Kugeln 60 derart zusammenwirkt, daß diese von der Büchse 58 nach innen gedrückt werden, sobald die Büchse 58 in axialer Richtung nach rechts in die gezeigte Stellung verschoben wird.

In einer Stirnfläche 70 des Gehäuses 40 sind Aufnahmen 71 für die Rollenpaare 72 eingearbeitet; die Rollen der einzelnen Rollenpaare 72 sind hierbei so angeordnet, daß ihre Achsen in einem Winkel von unter 180° verlaufen (Fig. 6) und somit ein im wesentlichen V-förmiges Lager für die entsprechenden Rollen 27 des Werkzeugträgers 6 entsteht. Zweckmäßigerweise werden die einzelnen Rollen in ihren Aufnahmen 71 mit Klebstoff (in Fig. 6 und 3 gepunktet dargestellt) fixiert, wobei jeweils ein Ende einer Rolle über eine plane Fläche 74 verfügt, die im wesentlichen in der Ebene der Stirnfläche 70 liegen.

Im Gehäuse 40 befindet sich ein ringförmiger Hohlraum 75, der als Aufnahme für einen weiteren Teil der gedruckten Schaltung 76 dient. Letztere ist relativ zum Gehäuse 40 mittels einer Distanzstückanordnung 77 über eine Schraub­ verbindung fixiert. Von diesem Teil der gedruckten Schaltung 76 ragen axial gerichtete Tastkontakte 78 heraus, von denen jeder auf einen vorgegebenen Bereich der Platine des gedruckten Schaltkreises 34 am Werkzeugträger 6 wirkt.

Von der Stirnfläche 70 des Gehäuses 40 stehen mindestens ein Paar Zapfen 79 unterschiedlichen Durchmessers ab, die jeweils durch Eindringen in eine entsprechende Bohrung 80 in der Scheibe 13 des Werkzeugträgers 6 eine Kupplungs­ verbindung herstellen. Zweckmäßigerweise sind Einrich­ tungen vorzusehen, die die einzelnen Werkzeugträger 6 in einer vorgegebenen Lage zwischen den Armen 30 des Gestells 8 halten, unter anderem z. B. ein Stift 83 in einer entsprechenden Bohrung der Scheibe 13 des eigent­ lichen Werkzeugträgers, der in einen entsprechenden Sitz 84 in einem der Flachstücke 29 des Armes 30 am Gestell 8 greift.

Vorteilhafterweise sind die Scheibe 13 des Werkzeugträgers 6 sowie der Flanschteil 41 des Gehäuses mit demselben Durchmesser auszuführen, wobei an letzterem ein balg­ förmiger Ring 85 aus verformbarem Material angebracht ist. Seine Ränder bilden mit der Stirnfläche 25 der Scheibe 13 des Werkzeugträgers 6 eine Abdichtung.

Am Flanschteil 41 des Gehäuses 40 sind mehrere LED- Anzeigen 86 angeordnet; diese sind in einer noch zu be­ zeichnenden Weise mit dem elektrischen Schaltkreis 34 der Einrichtung verbunden.

Das Gehäuse 40 enthält zweckmäßigerweise mehrere mitein­ ander verbundene Elemente, darunter ein mit dem Flansch 41 fest verbundenes Rohrstück 40a sowie ein hiermit über ein Verbindungselement 87 verbundenes Ringstück 40b. Um eine Drehung der Büchse 44 während ihrer Axial­ bewegung zu verhindern, ist eine Stange 88 vorgesehen, die in das Verbindungsstück 87 eingeschraubt und mit einem zylindrischen Teil 89 gleitend in einer entsprechen­ den Bohrung in der Büchse 44 gelagert ist.

Die Funktion der Einrichtung ist nachfolgend beschrieben:

Hat die Einrichtung kein Werkzeug aufgenommen, befindet diese sich somit in Ruhestellung, so nehmen deren Bestand­ teile in den in Fig. 1 gezeigten Positionen zueinander ein. Am Gestell 8 ist eine Anzahl von Werkzeugträgern 6 angeordnet, auf denen sich jeweils bereits ein entsprechendes Werkzeug befindet. Soll ein erstes Werkzeug auf dem Maschinenarm 1 angebracht werden, erfolgt dessen Bewegung dergestalt, daß die Halteeinrichtung 4 in die Nähe des ausgewählten Werkzeugs geführt wird, und zwar so, daß die Achse der Halteinrichtung 4 selbst mit der des zugehörigen Werkzeugträgers 6 fluchtet. Diese Bewegung des Maschinenarms 1 wird unterbrochen, sobald die Stirnfläche 70 der Halteein­ richtung 4 sich in vorgegebener Entfernung von der entsprechenden Stirnfläche 25 des Werkzeugträgers 6 befindet und die Zapfen 79 teilweise in die entsprechen­ den Bohrungen 80 eingeführt sind.

Danach wird die Verbindungseinrichtung 42 betätigt; dies geschieht, in dem Steuerflüssigkeit durch die Leitung 64 und die Bohrung 65 auf die Fläche 63 des Hülsenstückes 61 geleitet wird und damit dessen Bewe­ gung nach links entgegen der Kraft der Federn 62 bewirkt. In dieser Anordnung können sich die Kugeln 60 ungehindert in radialer Richtung in der Büchse 58 nach außen bewegen.

Anschließend erfolgt die Betätigung der Antriebsein­ richtung 43, in dem eine unter Druck befindliche Flüssigkeit ins Innere der Kammer 51 geleitet wird und damit die Bewegung des Kolbens 50 nach links steuert. In der ersten Phase dieser Bewegung wird die Feder 55 zusammengedrückt, bis der Kopf 56 der Stange 53 die entsprechende Anlagefläche des Kolbens 50 berührt. Zugleich wird die Bewegung der Büchse 44 nach links durch die Stange 53 soweit gesteuert, daß der Verbindungszapfen 20 des angewählten Werkzeug­ trägers 6 ins Innere der Bohrung der Büchse 58 geführt wird. Danach wird die Verbindungseinrichtung 42 durch Abführen der unter Druck befindlichen Flüssigkeit so betätigt, daß aufgrund deren Wirkung auf die Fläche 63 des Hülsenstückes 61 letzteres durch die Kraft der Feder 62 nach rechts bewegt wird; auf diese Weise er­ folgt aufgrund der konischen Fläche 66 der Hülse 58 eine radiale Bewegung der Kugeln 60 nach innen. Die Kugeln 60 legen sich auf einer Seite des Kopfes 21 an den Verbindungszapfen 20 an und arretieren diesen damit in seiner Lage raltiv zur Büchse 58.

Die Bewegungseinrichtung 43 wird erneut betätigt, in dem nunmehr die unter Druck befindliche Flüssigkeit so aus der Kammer 51 abgeführt wird, daß durch die Feder 39 eine Bewegung des Kolbens 50 nach rechts erfolgt. Während dieses Bewegungsvorgangs wird die Büchse 44 durch die Kraft der Federn 48 nach rechts geführt, wodurch sich auch der Werkzeugträger 6 in diese Richtung bewegt, bis die Flächen der Rollen 27 am Werkzeugträger mit den entsprechenden Flächen der Rollenpaare 72 der Halteeinrichtung 4 in Berührung kommen. Bei Erreichen dieser Lage ruhen, wie aus Fig. 6 deutlich ersichtlich, die einzelnen Rollen 27 auf je einem entsprechenden Rollenpaar 72, wodurch der Werkzeugträger 6 relativ zur Halteeinrichtung 4 in einer vollkommen isostatischen Lageranordnung in Stellung kommt. Hierdurch wird eine extrem präzise Positionierung zueinander erzielt, die keinerlei weitere Maßnahmen zur Wiedereinrichtung der Werkzeug­ stellung erfordert. Zugleich sind die von den Rollen 27 und Rollenpaaren 72 aufeinander ausgeübte Kräfte von vorgegebenem Wert, der jeweils von der Vorspannung der Feder 48 abhängt und so gewährt wird, daß merkliche elastische Verformungen verhindert werden. Hierdurch bleiben örtliche Druckverformungen, unabhängig von dem auf der Halteeinrichtung 4 montierten Werkzeugträger, stets gleich, was eine äußerst präzise Positionierung des daran befestigten Werkzeugs ermöglicht.

In der beschriebenen Anordnung befinden sich die Tast­ kontakte 78 der Halteeinrichtung 4 im Kontakt mit den entsprechenden Bereichen des Teils 34 der gedruckten Schaltung im Werkzeugträger, wodurch eine elektrische Verbindung sichergestellt wird. Auf diese Weise kommt eine elektrische Verbindung zustande, mit der sich die vom Werkzeug abgegebenen elektrischen Signale sowie weitere Informationen, wie z. B. Werkzeug-Erkennungscode, übertragen lassen.

Muß das auf der Halteeinrichtung 4 montierte Werkzeug 7 des Werkzeugträgers 6 gewechselt werden, so erfolgt der Austausch des betreffenden Werkzeugträgers gegen einen anderen durch Ausführung des vorstehend beschrie­ benen Ablaufs in umgekehrter Richtung, so daß der Werkzeugträger wieder im Gestell 8 untergebracht und durch eine weitere Ablaufserie aus diesem ein neuer Werkzeugträger 6 entnommen wird. Der durch die Verbin­ dungseinrichtung 42 ausgeführte Vorgang des Greifens einzelner Werkzeuge wird durch die Biegsamkeit des Zapfens 19 erleichtert, die eine gewisse Querbewegung des Kopfes 21 des Verbindungszapfens 20 zur Einführung in die Büchse 58 ermöglicht.

Nachdem der einzelne Werkzeugträger mittels der Bewe­ gungseinrichtung 43 in die Montage-Endposition gebracht wurde, befindet sich das rechte Ende der Welle 46 in vorgegebener Entfernung zum Kopf 56 der Stange 53. Hierbei befindet sich letztere in ihrer linken Anschlag­ stellung, die erreicht ist, sobald der Kopf 56 der Stange 53 den Anschlagring 57 berührt. In diesem Zustand berührt das rechte Ende der Stange 53 nicht mehr den Mikroschalter 54, dieser öffnet daher und meldet die ordnungsgemäße Positionierung des Werkzeugträgers 6 auf der Halteeinrichtung 4 durch ein Signal.

Zweckmäßigerweise läßt sich die Berührung der einzelnen Tastkontakte des Werkzeugs 7 mit der zu messenden Werkstückoberfläche durch die LED-Anzeigen 86, wie üblich, optisch sichtbar machen.

Es wird damit deutlich, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Werkzeugwechsel ein völlig automatischer Austausch der einzelnen Werkzeuge ohne Bedienereingriff möglich ist, während zugleich eine äußerst hohe Genauig­ keit der Werkzeugpositionierung erreicht wird und damit Wiedereinrichtungs- bzw. Kalibrierungsmaßnahmen des Werkzeugs entfallen. Aufgrund der sehr kompakten Bauweise der Einrichtung, insbesondere des Werkzeug­ trägers 6, der das Werkzeug aufnimmt, bleibt der vom Werkzeug bestrichene Arbeitsbereich völlig zugänglich.

Es ist offensichtlich, daß die materielle Verwirklichung der vorliegend beschriebenen Erfindung sich sowohl hinsichtlich ihrer Form als auch hinsichtlich der Anordnung der diversen Teile variieren läßt, ohne daß hierdurch der Umfang der eigentlichen Erfindung ver­ lassen würde.

Claims (10)

1. Einrichtung zum automatischen Wechseln von Meßwerkzeugen (7) in einer Meßmaschine, die einen beweglichen Meßarm (1) zur Aufnahme des Meßwerkzeuges (7) aufweist mit einer Reihe von Werkzeugträgern (6), die jeweils eines der Meßwerkzeuge (7) aufnehmen, mit einem aus dem Werkzeugträger (6) vorstehenden Verbindungszapfen (20), dessen Achse im wesentlichen mit der Achse des Meßwerkzeuges (6) zusammenfällt, mit einem Satz von drei Lagern, die um die Achse und in einer orthogonal zu dieser liegenden Ebene angeordnet sind, mit einem Gestell (8), das eine Anzahl von Halterungen (5) aufweist, die je einen Werkzeugträger (6) aufnehmen, mit einer am Meßkopf (21) der Meßmaschine zu befestigenden Halteeinrichtung (4), die eine Reihe vorn liegender Anschlagflächen als Lagerungen für die Lager des Lagersatzes aufweist, mit Verbindungseinrichtungen (42) zum Greifen des Verbindungszapfens (20) eines der Werkzeugträger (6) nach entsprechender Bewegung des Meßkopfes (21), mit Bewegungseinrichtungen (43) zur Aufnahme der Verbindungseinrichtungen (42) sowie zur Bewegung des Werkzeugträgers (6) relativ zum Gehäuse (40) der Halteeinrichtung (4) in Richtung der Werkzeugachse, und zwar aus einer ersten Position, in der sich die drei Lager des Lagersatzes in vorgegebener Entfernung von den vorderen Aufnahmeflächen befinden, wobei die Bewegung von der ersten in die zweite Position durch mindestens eine Hauptfeder (oder ersten Feder) (62) steuerbar ist, mit einer ersten axial beweglichen Büchse (44) am Gehäuse, in deren Innern die Verbindungseinrichtung (42) angeordnet ist, mit einer mit der ersten Büchse (44) starr verbundenen Welle (46), die einen Bund (47) als Sitz für ein Ende der ersten Feder (62) aufweist, deren anderes Ende auf einer Sitzfläche der Halteeinrichtung (4) ruht, mit einem Kolben (50), der unter Einwirkung einer Steuerflüssigkeit in Axialrichtung an der Halteeinrichtung (4) beweglich ist und die Welle (46) in einer Richtung derart verschiebt, daß die Bewegungseinrichtung (43) von der genannten ersten in die genannte zweite Position fährt, und daß zwischen dem Kolben (50) und einer Sitzfläche der Halteeinrichtung (4) eine zweite Feder (35) derart angebracht ist, daß die Feder (62) den Kolben (50) in umgekehrter Richtung zur ersten Bewegungsrichtung führt, und daß die Feder (62) eine koaxial zur genannten Welle (46) verlaufende Stange (53) aufweist, welche in einer Bohrung des Kolbens (30) verstellbar von einer dritten Feder (55) beaufschlagt ist, wobei die Stange (53) die Welle (46) mechanisch mit einem Schalter (54) verbindet, und zwar derart, daß die erste Büchse (44) durch die erste Feder (62) in ihrer Endstellung in Richtung auf den Kolben bewegt wird, die Stange (53) den Schalter (54) betätigt und dadurch ein Signal auslöst, das anzeigt, daß der Verbindungszapfen (20) des Werkzeugträgers (6) von der Verbindungseinrichtung (42) nicht erfaßt wurde, wobei der Verbindungszapfen (20) mit einem im wesentlichen zylinderischen Schaft sowie einem Kopf ausgestattet ist, die Verbindungseinrichtung (42) über eine mit der ersten Büchse (44) starr verbundenen zweiten Büchse (58) verfügt, sich in dieser eine Anzahl von Kugeln (60) befinden, die in radialen Bohrungen der zweiten Büchse (58) beweglich und so angeordnet sind, daß sie mit dem Kopf derart zusammenwirken, daß letzterer relativ zur zweiten Büchse (58) in seiner Lage arretiert wird, und daß die Radialbewegung der Kugeln (60) durch eine axial verschiebbare Hülse (61) zwischen der ersten sowie der genannten zweiten Büchse (58) steuerbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (61) eine konische Oberfläche (66) aufweist, die mit den Kugeln (60) derart zusammenwirkt, daß sich die Kugeln (60) bei Axialverschiebung der Hülse (61) in eine erste Richtung radial auf den Kopf (21) zu bewegen, daß die Axialverschiebung der Hülse (61) in die erste Richtung durch eine vierte Feder (48), die Axialverschiebung der Hülse (61) in Gegenrichtung jedoch durch Hydraulikflüssigkeit erfolgt, die auf eine Fläche (74) der Hülse (61) einwirkt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Büchse (44) relativ zur Halteeinrichtung (4) in einer in Längsrichtung beweglichen Kugelbüchse (45) ruht.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (6) eine Scheibe (13) mit einer Axialbohrung aufweist, an deren einer Seite der Verbindungszapfen (20) vorsteht und an deren anderer Seite, der ersten gegenüberliegend, eine Büchse (22) mit einem Sitz zur Aufnahme des Meßwerkzeugs (7) befestigt ist, und daß die Lager des Lagersatzes auf der ersten Seite angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungszapfen (20) am Ende eines elastisch verformbare, in die Scheibe (13) eingebetteten Schafts (23) angeordnet ist und daß zwischen dem Verbindungszapfen (20) und der Scheibe (13) eine Feder (12) eingesetzt ist, die auf den Verbindungszapfen (20) eine Axialkraft in der Form ausübt, daß der Schaft (23) bei lastfreiem Verbindungszapfen (20) im unverformten Zustand gehalten wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (23) an einer kleinen Platte befestigt ist, die von einer entsprechenden Aussparung in der Scheibe (13) umschlossen wird, und daß die Scheibe (13) über eine axiale Bohrung verfügt, die den Schaft (23) mindestens teilweise aufnimmt.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (8) eine Anzahl Gabeln aufweist, deren Arme in eine entsprechende Ringnut in der Scheibe (13) des Werkzeugträgers (6) zu dessen Aufnahme eingreifen, daß zwischen einem der Arme und der Scheibe (13) ein Zentrierungsglied angeordnet ist, das die Scheibe (13) in einer vorgegebenen Stellung relativ zur Gabel hält.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Lager des Lagersatzes aus drei Primärrollen (72) bestehen, die teilweise von Sitzen in der Scheibe (13) des Werkzeugträgers (6) aufgenommen werden, daß die Achsen der einzelnen Rollen (72) in Richtung eines Radiuses der Scheibe (13) angeordnet sind, daß der Satz vorderer Lagerflächen (74) der Halteeinrichtung (4) aus Anschlagflächen für den Satz von drei Lagern besteht, enthaltend drei Paar Sekundär-Rollen (72), die an der Halteeinrichtung (4) befestigt sind, und daß die Achsen der Rollen eines jeden Rollenpaares einen Winkel von unter 180° bilden, und zwar dergestalt, daß eine V-förmige Aufnahmeanordnung für je eine der Primärrollen (72) gebildet ist.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (4) im wesentlichen röhrenförmig gestaltet ist und einen vorderen Flansch aufweist, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser der Scheibe (13) des Werkzeugträgers (6), daß in dem Flansch (15) eine Ringnut zur Aufnahme eines ersten Teils einer gedruckten Schaltung (76) eingearbeitet ist und aus dieser Schaltung (76) eine Anzahl Tastkontakte (78) zur elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Schaltkreis hervorragen, daß in der Scheibe (13) des Werkzeugträgers (6) eine Ringnut eingearbeitet ist, in der ein zweiter gedruckter Schaltungsteil angeordnet ist, so daß die Enden der Tastkontakte (78) bei Arretierung des Werkzeugträgers (6) auf der Halteeinrichtung (4) mit entsprechenden Feldern des zweiten Platinenteils in Kontakt kommen.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (21) mit mindestens einem Paar Stiften unterschiedlichen Durchmessers versehen ist, die hiervon axial vorstehen, und daß der Werkzeugträger (6) über ein Paar entsprechender Bohrungen zur Aufnahme der Stifte verfügt, so daß der Werkzeugträger (6) relativ zur Halteeinrichtung (4) in einer vorgegebenen Stellung gehalten wird, wenn er an der Halteeinrichtung montiert ist.