DE3815198A1

DE3815198A1 - Koordinatenmessgeraet

Info

Publication number: DE3815198A1
Application number: DE3815198A
Authority: DE
Inventors: Kazusaku Tezuka
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1989-02-09
Anticipated expiration: 2008-05-05
Also published as: JPS6435310A; US4852267A; DE3815198C2; GB2207505A; BR8802502A; GB8810730D0; JPH0439011B2; GB2207505B

Description

Die Erfindung betrifft ein zweidimensionales oder drei dimensionales Koordinatenmeßgerät zum Messen der Größe und Gestalt eines auf einen Tisch aufgelegten Werkstücks aus der Verstellung eines Meßgliedes, welches in mehr dimensionalen Richtungen bewegt und mit dem Werkstück in Kontakt gebracht wird, und mehr im einzelnen ein Koordi natenmeßgerät, welches keinen Mechanismus dafür benötigt, entgegengesetzte untere Enden eines brückenförmigen Meß glied-Tragkörpers unter dem Tisch miteinander zu verbin den.

Koordinatenmeßgeräte zum Messen der Größe und Gestalt eines Werkstücks sind aufgrund ihrer hohen Meßgenauig keit und Meßeffizienz auf verschiedenen industriellen Gebieten weit verbreitet. Ein herkömmliches Koordinaten meßgerät umfaßt einen Tisch mit einer oberen Fläche zum Auflegen eines Werkstücks, einen brückenförmigen Meß glied-Tragkörper, der sich über den Tisch erstreckt und der relativ zu dem Tisch bewegbar ist, sowie ein an dem Meßglied-Tragkörper gelagertes Meßglied, bei welchem das Meßglied in mehrdimensionalen Richtungen bewegt und mit dem auf den Tisch aufgelegten Werkstück in Kontakt ge bracht wird, und bei welchem die Größe und Gestalt des Werkstücks aus der Verschiebung des Meßgliedes gemessen wird.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen dreidimen sionalen Koordinatenmeßgeräts mit einem festen Tisch 10 und einem beweglichen Meßglied 12. Dieses herkömmliche dreidimensionale Koordinatenmeßgerät umfaßt einen Tisch 10 mit einer oberen Fläche 10 A zum Auflegen eines Werk stücks, einen brückenförmigen Meßglied-Tragkörper 14, welcher ein brückenförmiges Querglied über dem Tisch 10 aufweist und in Richtung einer Y-Achse relativ zu dem Tisch 10 bewegbar ist, sowie ein Meßglied 12, das an dem Meßglied-Tragkörper gelagert ist.

Der Tisch 10 ist auf einem Sockel 16 angebracht.

Der Meßglied-Tragkörper 14 umfaßt eine linke Säule 18, eine rechte Säule 20, einen Querträger 22, welcher quer über den Tisch 10 entlang einer X-Achse geht und sich über die oberen Abschnitte der Säulen 18 und 20 erstreckt, einen X-Achsen-Schieber 24, der entlang der X-Achse ver schiebbar an dem Querträger 22 angebracht ist, und eine Spindel 26, die entlang der Vertikalrichtung der oberen Fläche 10 A des Tisches 10, nämlich entlang einer Z-Achse verschiebbar an dem X-Achsen-Schieber 24 angebracht ist. Das Meßglied 12 ist an das untere Ende der Spindel 26 angefügt. In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 27 ein Gehäuse der Spindel 26.

Bei diesem Typ eines dreidimensionalen Koordinatenmeßge räts wird das Meßglied 12 in Richtung der Y-Achse bewegt durch Bewegen der Fußabschnitte 19 und 21 des Meßglied- Tragkörpers 14 entlang einer Führungsschiene 28, welche an der oberen Fläche des Tisches 10 befestigt ist. Und zwar ist der rechte Fußabschnitt 21 (d.h., der Y-Achsen schieber) der Säule 20 des Meßglied-Tragkörpers 14 mit Lagern versehen, welche mit der oberen Fläche der Füh rungsschiene 28 verknüpft sind, zum Beispiel Luftlagern 30, sowie mit Lagern, welche jeweils mit den gegenüber liegenden Seitenflächen der Führungsschiene 28 verknüpft sind, zum Beispiel Luftlagern 32, wie in Fig. 8 gezeigt. Ferner ist der linke Fußabschnitt 19 der Säule 18 des Meßglied-Tragkörpers 14 versehen mit Lagern, welche mit der oberen Fläche 10 A des Tisches 10 verknüpft sind, zum Beispiel Luftlagern 34, wie in Fig. 8 gezeigt.

Das Meßglied 12 wird in Richtung der X-Achse bewegt durch Verschieben des X-Achsen-Schiebers 24 entlang dem Quer glied 22. Ferner wird das Meßglied 12 in Richtung der Z- Achse bewegt durch vertikales Verschieben der Spindel 26 relativ zu dem X-Achsen-Schieber 24.

Eine Hauptskala 36 eines Y-Achsen-Kodierers 36 ist an der Führungsschiene 28 befestigt. Der Y-Achsen-Kodierer 36 ermittelt die Verschiebung des Meßgliedes 12 entlang der Y-Achse mit der Bewegung des Meßglied-Tragkörpers 14 entlang der Führungsschiene 28. Eine Hauptskala 38 eines X-Achsen-Kodierers 38 ist an dem Querglied 22 befestigt, und die Verschiebung des Meßgliedes 12 entlang der Z- Achse durch die Vertikalbewegung der Spindel 26 wird ermittelt durch einen Z-Achsen-Kodierer 40, der an das Gehäuse 27 (X-Achsen-Schieber 24) angefügt ist.

Auf diese Weise können die Größe und die Gestalt des fest auf die obere Fläche 10 A des Tisches 10 aufgelegten Werkstücks gemessen werden durch Bewegen des Meßgliedes 12 in drei Dimensionsrichtungen in Kontakt mit der Ober fläche des Werkstücks.

Bei diesem Typ eines dreidimensionalen Koordinatenmeßge räts wird der Meßglied-Tragkörper 14 bei seiner Bewegung entlang der Y-Achse geführt durch die gegenüberliegenden Seitenflächen und die obere Fläche der Führungsschiene 28, die an einem Ende der oberen Fläche 10 A des Tisches 10 vorgesehen ist, sowie durch das andere Ende der oberen Fläche 10 A des Tisches 10, wie schematisch in Fig. 8 gezeigt.

Dieses herkömmliche Koordinatenmeßgerät hat jedoch fol gende Nachteile:

1. Das Vorsehen der Führungsschiene 28 auf der oberen Fläche 10 A des Tisches 10 vermindert unvermeidlich den wirksamen Bereich auf der oberen Fläche 10 A zum Auflegen eines Werkstücks, so daß das auf den Tisch aufzulegende Werkstück in seiner Größe beschränkt ist.
2. Die Führungsschiene 28 ist ein Hindernis beim Ein bringen eines Werkstücks auf den Tisch 10, so daß in einigen Fällen das Werkstück gekippt werden muß, bevor es auf dem Tisch 10 angebracht werden kann. Das führt zu einer Behinderung beim Einführen und Herausnehmen des Werkstücks.
3. Das Vorsehen der Führungsschiene 28 erhöht unvermeid lich die Höhe des Meßglied-Tragkörpers 14 und somit die Gesamthöhe des Koordinatenmeßgeräts.
4. Die auf der oberen Fläche 10 A des Tisches 10 vorge sehene Führungsschiene 28 neigt zur Verschmutzung, was die glatte Bewegung des Meßglied-Tragkörpers 14 erschwert.

Zur Beseitigung dieser Nachteile ist die UK-Patentanmel dung GB 21 79 452A vorgeschlagen worden.

Eine der bevorzugten Ausführungsformen gemäß der UK- Patentanmeldung ist in Fig. 9 dargestellt. Im Gegensatz zu dem in Fig. 7 gezeigten Koordinatenmeßgerät ist bei der gezeigten Ausführungsform ein Steintisch 10 mit einem rechteckigen Längsbereich und einer horizontalen oberen Fläche 10 A auf dem Sockel 16 gelagert durch Lagerglieder 42 mit einem Zwischenraum zwischen der Unterseite des Tisches und der Oberseite des Sockels 16; die Fußab schnitte (d.h., Y-Schieber) 19 und 21 des Meßglied-Trag körpers 14 sind mit Luftlagern 30 versehen, welche der oberen Fläche 10 A des Tisches gegenüberliegen, und Luft lagern 32, welche den vertikalen Seitenflächen 10 B und 10 C des Tisches 10 gegenüberliegen; und die Fußabschnitte 19 und 21 sind untereinander verbunden durch ein Verbin dungsglied 44, welches sich quer unterhalb des Tisches 10 erstreckt, so daß erstens keine Führungsschiene auf der oberen Fläche 10 A des Tisches 10 vorgesehen zu werden braucht, zweitens der an dem Tisch 10 gelagerte Meßglied- Tragkörper 14 nicht zu neigen oder zum Herunterfallen durch eine seitliche Kraft zu bringen ist und drittens die Steifheit des Meßglied-Tragkörpers 14 erhöht wird und damit die Erweiterung des Zwischenraumes zwischen den Säulen 18 und 20 des Meßglied-Tragkörpers 14 durch auf die Luftlager ausgeübten Luftdruck verhindert wird.

In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 46 ein Verbin dungsglied, welches die jeweiligen oberen Enden der Säu len 18 und 20 des Meßglied-Tragkörpers 14 miteinander verbindet.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten Koordinatenmeßgerät wird der Meßglied-Tragkörper 14, während er sich entlang der Y-Achse bewegt, geführt durch die horizontale obere Fläche 10 A und die gegenüberliegenden vertikalen Seitenflächen 10 B und 10 C des Tisches 10, wie schematisch in Fig. 10 gezeigt. Daher verhindert der weite Abstand zwischen den Seitenflächen 10 B und 10 C das Gieren des Meßglied-Trag körpers 14.

Fig. 11 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der UK- Patentanmeldung GB 21 79 452A. Dieses Koordinatenmeßgerät umfaßt einen Tisch 10 mit ebenen Oberflächen an einer unteren Fläche 10 D, welche sich parallel zu der oberen Fläche 10 A an bezüglich der X-Achse entgegengesetzten Enden des Tisches erstrecken, ferner eine Führungsschiene 48 mit zwei gegenüberliegenden vertikalen Flächen, die sich in Richtung der Y-Achse parallel zu der Z-Achse er strecken, welche an die untere Fläche 10 D im wesentlichen bei deren Mitte angefügt ist, die Luftlager 30, die an den Fußabschnitten 19 und 21 derart angeordnet sind, daß sie mit der oberen Fläche 10 A des Tisches 10 verknüpft sind, Luftlager 50, die an den Fußabschnitten 19 und 21 gegenüber den Luftlagern 30 derart angeordnet sind, daß sie verknüpft sind mit den flachen Flächen, welche an der unteren Fläche 10 D des Tisches 10 ausgebildet sind, die Luftlager 32, die an dem die Fußabschnitte 19 und 21 ver bindenden Verbindungsglied 44 derart angeordnet sind, daß sie mit den vertikalen Flächen der Führungsschiene 48 ver knüpft sind, sowie den Meßglied-Tragkörper 14, der relativ zu dem Tisch 10 entlang der Y-Achse verschiebbar ist. Auf diese Weise wird der Meßfehler aufgrund der Verkippung des Meßglied-Tragkörpers 14 ausgeschaltet.

Bei diesem in Fig. 11 gezeigten Koordinatenmeßgerät wird, wie schematisch in Fig. 12 gezeigt, der Meßglied-Tragkör per 14 bei seiner Bewegung entlang der Y-Achse geführt durch die jeweiligen entgegengesetzten Enden der oberen Fläche 10 A und der unteren Fläche 10 B des Tisches 10 sowie durch die entgegengesetzten vertikalen Flächen der Führungs schiene 48; das Rollen des Meßglied-Tragkörpers 14 wird durch die jeweiligen entgegengesetzten Enden der oberen Fläche 10 A und der unteren Fläche 10 D des Tisches 10 ver hindert, und das Gieren des Meßglied-Tragkörpers 14 wird verhindert durch die entgegengesetzten vertikalen Flächen der Führungsschiene 48, die bei der Mitte der unteren Fläche 10 des Tisches 10 angeordnet ist, wobei die entgegenge setzten vertikalen Flächen eng beieinanderliegen.

Jedoch ist bei beiden Geräten nach dem Stand der Technik die Steifheit des Meßglied-Tragkörpers 14 vergrößert, um die Expansion des Zwischenraumes zwischen den Säulen 18 und 20 des Meßglied-Tragkörpers 14 aufgrund von auf die Luftlager ausgeübtem Luftdruck zu vermeiden, und der Meß glied-Tragkörper 14 ist durch das Verbindungsglied 44 ver bunden, welches sich quer unter dem Tisch 10 erstreckt, um das Schrägstellen der Säulen 18 und 20 zu verhindern.

Dementsprechend benötigt ein derartiges Koordinatenmeß gerät zusätzliche Teile. Dies führt zu Gewichtserhöhung, Schwierigkeiten beim Bearbeiten und Montieren der Teile und höherem Preis.

Ferner weist das Koordinatenmeßgerät einen Verbundaufbau auf, der Tisch 10 muß stabil sein, um die Meßgenauigkeit sicherzustellen. Im Gegensatz dazu muß der Meßglied-Trag körper leicht zu betätigen sein und in der Lage sein, sich mit hoher Geschwindigkeit genau zu bewegen. Daher ist die geforderte Materialqualität des Tisches 10 gewöhnlich verschieden von der des Meßglied-Tragkörpers 14, der Tisch 10 muß nämlich eine hohe Steifheit und niedrige Wärmedeformation aufweisen, während der Meßglied-Trag körper 14 ferner ein geringes Gewicht aufweisen muß. Dementsprechend ist in den meisten Fällen der Tisch 10 aus Stein gebildet, und der Meßglied-Tragkörper 14 ist aus Gußaluminium und/oder Stahl gebildet. Aufgrund des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Materialien ergeben sich aber Probleme bei dem Koordina tenmeßgerät. Zum Beispiel sind die jeweiligen Wärmeaus dehnungskoeffizienten von Aluminium, Stahl bzw. Stein 22×10^-6 m/Grad, 11×10^-6 m/Grad und 8×10^-6 m/Grad.

Folglich variiert der Spielraum zwischen dem Meßglied- Tragkörper 14 und dem Tisch 10 entsprechend dem Unter schied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Tisches 10 und des langen Verbindungsgliedes 44 aufgrund der Schwankung der Umgebungstemperatur, und zwar vergrö ßert sich der Spielraum mit steigender Umgebungstemperatur und vermindert sich mit fallender Umgebungstemperatur, und dadurch wird bewirkt, daß sich das Lagerspiel, insbeson dere bei Anwendung von Luftlagern, verändert gegenüber einem angemessenen Lagerspiel zur höchst genauen Bewegung des Meßglied-Tragkörpers 14. Daher kann keine angemessene Beweglichkeit aufrecht erhalten werden.

Ferner wird die Gesamthöhe des Koordinatenmeßgeräts unver meidlich vergrößert, da ein breiter Zwischenraum zwischen der unteren Fläche des Tisches 10 und der oberen Fläche des Sockels bereitgestellt werden muß für das schwere Verbindungsglied 44, welches sich quer unter dem Tisch 10 erstreckt.

Die Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Dement sprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Koordinatenmeßgerät zu schaffen, bei welchem das Herunter fallen des Meßglied-Tragkörpers vermeidbar ist, ohne ein Verbindungsglied zu benötigen, welches sich quer unter dem Tisch erstreckt, um die gegenüberliegenden unteren Enden des Tragkörpers miteinander zu verbinden, und welches in der Lage ist, den Meßglied-Tragkörper mit hoher Genauig keit entlang der Y-Achse zu führen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, ein Koordinatenmeßgerät zu schaffen mit einem Tisch, der eine obere Fläche zum Auflegen eines Werkstücks aufweist, einem Meßglied-Tragkörper, der sich quer über den Tisch erstreckt und relativ zu dem Tisch bewegbar ist sowie einem an dem Meßglied-Tragkörper gelagerten Meßglied zum Messen der Größe und Gestalt des Werkstücks aus der Verschiebung des Meßglie des, welches in mehrdimensionalen Richtungen bewegt und mit dem auf den Tisch aufgelegten Werkstück in Kontakt gehalten wird, welches gekennzeichnet ist durch einen Y- Achsen-Führungsabschnitt, welcher an einem seitlichen Ende des Tisches ausgebildet ist und welcher eine erste untere ebene Führungsfläche parallel zu der oberen Fläche des Tisches und zwei parallele vertikale Führungsflächen auf weist, die auf den gegenüberliegenden Seiten der ersten unteren ebenen Führungsfläche so ausgebildet sind, daß sie sich entlang der Bewegungsrichtung des Meßglied-Tragkörpers erstrecken, ferner eine zweite untere ebene Führungsfläche, welche an dem anderen seitlichen Ende des Tisches parallel zu der oberen Fläche des Tisches ausgebildet ist, eine Einrichtung zum Nachstellen der vertikalen Stellung des Meßglied-Tragkörpers relativ zu dem Tisch, welche an dem Fußabschnitt der Säule des Meßglied-Tragkörpers auf der Seite des Y-Achsen-Führungsabschnitts derart vorgesehen ist, daß sie mit der oberen Fläche des Tisches und der ersten unteren ebenen Führungsfläche des Y-Achsen-Führungs abschnitts verknüpft ist, eine Einrichtung zum Nachstellen der horizontalen Stellung des Meßglied-Tragkörpers relativ zu der seitlichen Richtung des Tisches, welche an dem Fuß abschnitt der Säule des Meßglied-Tragkörpers auf der Seite des Y-Achsen-Führungsabschnitt derart vorgesehen ist, daß sie mit den zwei parallelen vertikalen Führungsflächen des Y-Achsen-Führungsabschnitts verknüpft ist, sowie eine Ein richtung zum Nachstellen der vertikalen Stellung des Meß glied-Tragkörpers relativ zu dem Tisch, welche an dem Fuß abschnitt der Säule des Meßglied-Tragkörpers auf einer Seite gegenüber dem Y-Achsen-Führungsabschnitt derart vorgesehen ist, daß sie mit der oberen Fläche des Tisches und der zwei ten unteren ebenen Führungsfläche verknüpft ist.

Das so aufgebaute Koordinatenmeßgerät gemäß der Erfindung weist eine enge Führung auf, welche besteht erstens aus dem Y-Achsen-Führungsabschnitt mit einer schmalen Spanne zwischen den zwei parallelen vertikalen Führungsflächen, welcher bei einem seitlichen Ende des Tisches entlang der X-Achse ausgebildet ist, und bei welchem die erste untere ebene Führungsfläche parallel zu der oberen Fläche des Tisches so vorgesehen ist, daß sie sich entlang der Bewe gungsrichtung (der Y-Achse) des Meßglied-Tragkörpers er streckt, und die zwei parallelen vertikalen Führungsflächen, welche an den entgegengesetzten Seiten der ersten unteren ebenen Führungsfläche ausgebildet sind, so vorgesehen sind, daß sie sich entlang der Y-Achse erstrecken, und zweitens aus einer Einrichtung zum Nachstellen der vertikalen Stellung, nämlich der Stellung in Richtung der Z-Achse, des Meßglied- Tragkörpers relativ zu dem Tisch, welche mit der oberen Fläche des Tisches und der ersten unteren ebenen Führungs fläche verknüpft ist, und einer Einrichtung zum Nachstellen der horizontalen Stellung des Meßglied-Tragkörpers relativ zu der seitlichen Richtung (entlang der X-Achse) des Tisches, welche mit den zwei parallelen vertikalen Führungsflächen verknüpft ist. Dementsprechend kann die Steifheit des Meß glied-Tragkörpers erhöht werden, ohne ein Verbindungsglied zu benötigen, welches sich bei dem bekannten Koordinaten meßgerät quer unter dem Tisch erstreckt.

Ferner ist die zweite untere ebene Führungsfläche an dem anderen seitlichen Ende des Tisches parallel zu der oberen Fläche des Tisches ausgebildet, und die Nachstelleinrich tung für die vertikale Stellung des Meßglied-Tragkörpers relativ zu dem Tisch ist auf der Seite gegenüber dem Y- Achsen-Führungsabschnitts derart vorgesehen, daß sie mit der zweiten unteren ebenen Führungsfläche und der oberen Rollen des Meßglied-Tragkörpers vermieden werden.

Ferner weist der Lagerdruck der Luftlager keine Kraftkom ponente zum Kippen der Säulen des Meßglied-Tragkörpers auf. Dementsprechend ist der Meßglied-Tragkörper in der Lage, für eine höchstgenaue Messung zu arbeiten, ohne mit einem Verbindungsglied versehen zu sein, welches sich quer unter Säulen des Meßglied-Tragkörpers miteinander zu verbinden. Daher ist die Zahl der Teile vermindert, die Gewichtszu nahme des Koordinatenmeßgeräts wird vermieden, die Bear beitung und Montage der Teile wird erleichtert, und das Koordinatenmeßgerät kann kostengünstig aufgebaut sein.

Ferner kann das Kippen und Fallen des Meßglied-Tragkörpers vermieden werden, und das Koordinatenmeßgerät kann leicht auf dem Sockel angebracht werden.

Ferner ist der Meßglied-Tragkörper in der Lage, ohne Rücksicht auf die Veränderung der Umgebungstemperatur mit hoher Genauigkeit zu laufen, weil die Funktion der Nachstelleinrichtung unbedeutend beeinträchtigt wird durch eine Wirkung des Unterschieds der Wärmeaus dehnungskoeffizienten des Tisches und des Meßglied- Tragkörpers. Insbesondere bei Anwendung von Luftlagern ist der Meßglied-Tragkörper in der Lage, eine angemesse ne Beweglichkeit ohne Rücksicht auf die Veränderung der Umgebungstemperatur aufrechtzuerhalten, und da die Säulen des Meßglied-Tragkörpers daran gehindert werden, sich durch den Luftdruck der Luftlager zu neigen, ist der Meß glied-Tragkörper in der Lage, zu genauer Messung zu lau fen. Außerdem kann das Koordinatenmeßgerät eine geringe Bauhöhe aufweisen und bietet ausreichend Platz zum Auf nehmen des Werkstücks.

Falls die zwei parallelen vertikalen Führungsflächen des Y-Achsen-Führungsabschnitts ausgebildet sind in einer Sei tenfläche des Tisches selbst bzw. in einer inneren Seiten fläche, welche der Seitenfläche des Tisches näherliegt, einer in der unteren Fläche des Tisches gebildeten Auskeh lung, kann die Seitenfläche des Tisches als eine Führung verwendet werden. Dann kann das Formen und Fertig-Bearbei ten der vertikalen Führungsfläche erleichtert werden.

Falls die erste untere ebene Führungsfläche des Y-Achsen- Führungsabschnitts in der unteren Fläche des Tisches selbst ausgebildet ist, können das Formen und Fertig-Bearbeiten der ersten unteren ebenen Führungsfläche erleichtert werden, und es wird eine höchst genaue Führung sichergestellt.

Falls die beiden parallelen vertikalen Führungsflächen des Y-Achsen-Führungsabschnitts jeweils in den entgegengesetzten Seitenflächen eines Führungsgliedes ausgebildet sind, wel ches an der unteren Fläche des Tisches vorgesehen ist, braucht keine Auskehlung in dem Tisch ausgebildet zu sein, und die Führungsflächen können leicht fertiggestellt werden.

Falls die erste untere ebene Führungsfläche des Y-Achsen- Führungsabschnitts in der unteren Fläche des Führungsgliedes ausgebildet ist, kann das Fertigstellen der ersten unteren ebenen Führungsfläche erleichtert werden.

Falls die zwei parallelen vertikalen Führungsflächen des Y-Achsen-Führungsabschnitts jeweils in den gegenüberliegen den vertikalen inneren Flächen einer Auskehlung ausgebildet sind, die in der unteren Fläche des Tisches derart gebildet ist, daß sie sich entlang der Y-Achse erstreckt, können die Lager zur Einschränkung einer seitlichen Bewegung des Meß glied-Tragkörpers entlang der X-Achse relativ zu dem Tisch innerhalb der Breite des Tisches angeordnet werden. Dann kann die Gesamtbreite des Koordinatenmeßgeräts vermindert werden.

Falls die erste untere ebene Führungsfläche des Y-Achsen- Führungsabschnitts in der horizontalen Innenfläche der Auskehlung gebildet ist, die in der unteren Fläche des Tisches ausgebildet ist, können die Lager zur Einschrän kung einer Vertikalbewegung des Meßglied-Tragkörpers ent lang der Z-Achse relativ zu dem Tisch innerhalb der Höhe des Tisches angeordnet werden. Falls Luftlager als Posi tionsnachstelleinrichtung verwendet werden, kann eine kontaktlose Führung erzielt werden.

Im folgenden wird die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Koordinatenmeßgeräts in einer ersten Ausführungsform gemäß der Er findung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Koordinatenmeßgeräts von Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht um einen X-Achsen-Kodierer herum, der in dem Koordinatenmeßgerät von Fig. 1 enthalten ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des grundsätz lichen Aufbaus des Koordinatenmeßgeräts von Fig. 1;

Fig. 5 eine schematische Ansicht des grundsätzlichen Aufbaus eines Koordinatenmeßgeräts in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des grundsätz lichen Aufbaus eines Koordinatenmeßgeräts in einer dritten Ausführungsform;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines herkömmli chen Koordinatenmeßgeräts;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des grundsätz lichen Aufbaus des Koordinatenmeßgeräts von Fig. 7;

Fig. 9 eine Vorderansicht eines Beispiels für ein Koordinatenmeßgerät, das in der UK-Patentschrift GB 21 79 452A offenbart ist;

Fig. 10 eine schematische Darstellung des grundsätzli chen Aufbaus des Koordinatenmeßgeräts von Fig. 9;

Fig. 11 eine Vorderansicht eines anderen Beispiels für ein Koordinatenmeßgerät, das in der UK-Patent anmeldung GB 21 79 452A veröffentlicht ist; und

Fig. 12 eine schematische Darstellung des grundsätz lichen Aufbaus des Koordinatenmeßgeräts von Fig. 11.

Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht einer ersten Ausführungs form und Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht dieser Ausfüh rungsform.

In der ersten Ausführungsform ist ein Tisch 60 eine aus Stein gebildete Platte mit Steinflächen. Die untere Fläche 60 D des Tisches 60 ist mit drei Stützgliedern 62 versehen. Durch die Stützglieder 62 ist der Tisch 60 auf einem Sockel 16 in kleinem Abstand von diesem gelagert. Da sich kein Verbindungsglied quer unter dem Tisch 60 erstreckt, kann die optimale Anzahl von Stützgliedern 62, zum Beispiel drei wie in der ersten Ausführungsform, an optimalen Stellungen angeordnet werden, zum Beispiel an Stellungen, die jeweils den Ecken eines Dreiecks entsprechen, um den Tisch 60 wirk sam und genau zu lagern. Das derartige Lagern eines Tisches begegnet der Wirkung einer übermäßigen Kraft auf den Tisch, insbesondere in dem Mittelbereich des Tisches, wirksamer als die Lagerung, bei welcher der Tisch an vier Stellen in seinen beiden Endabschnitten gelagert ist, und welche angewandt wird bei dem herkömmlichen Koordinatenmeßgerät mit einem Verbindungsglied, das sich quer unter dem Tisch erstreckt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist ein brückenförmiger Meßglied- Tragkörper 64 eine linke Säule 66 und eine rechte Säule 68 auf. Zwischen den jeweiligen oberen Enden der Säulen 66 und 68 erstreckt sich horizontal ein Querträger 70. An dem Quer träger 70 ist ein X-Achsen-Schieber 72 verschiebbar ange bracht. Eine Spindel 76 ist in der Vertikalrichtung, näm lich entlang der Z-Achse beweglich gelagert in einem Gehäu se 74, welches einteilig mit dem X-Achsen-Schieber 72 aus gebildet ist. Das untere Ende der Spindel 76 ragt von der unteren Fläche des Gehäuses 74 vor, und ein Meßglied 77 ist an das untere Ende der Spindel 76 angefügt.

Ein linker Fußabschnitt 67 und ein rechter Fußabschnitt 69, welche Y-Achsen-Schieber umfassen, sind an den jeweiligen unteren Enden der Säulen 66 und 68 des Meßglied-Tragkörpers 64 vorgesehen.

Ein Y-Achsen-Führungsabschnitt 78 ist in der unteren Fläche 60 D des Tisches 60 bei einem seitlichen Ende be züglich der X-Achse, nämlich bei Betrachtung in Fig. 1 bei dem rechten Ende ausgebildet. Der Y-Achsen-Führungs abschnitt weist eine erste untere ebene Führungsfläche 60 E parallel zu der oberen Fläche 60 A des Tisches 60 auf, sowie zwei parallele vertikale Führungsflächen 60 F und 60 G, die an den entgegengesetzten Seiten der ersten unte ren ebenen Führungsfläche 60 E derart ausgebildet sind, daß sie sich entlang der Bewegungsrichtung des Meßglied- Tragkörpers 64, nämlich entlang der Y-Achse erstrecken.

Die vertikale Führungsfläche 60 F ist in der Seitenfläche 60 C des Tisches 60 selbst ausgebildet, und die vertikale Führungsfläche 60 G ist in der näher an der Seitenfläche 60 C (in Fig. 1 betrachtet auf der rechten Seite) gele genen inneren Seitenfläche einer Auskehlung 79 ausgebil det. Die Auskehlung 79 ist in der unteren Fläche 60 D des Tisches 60 ausgebildet. Die Seitenfläche 60 C des Tisches 60, dessen obere Fläche 60 A genau fertigbearbeitet ist zu einer horizontalen Ebene, kann als eine Führung ver wendet werden. Dies führt zu leichtem Formen und Endbe arbeiten der vertikalen Führungsfläche 60 F. Da ferner die Auskehlung 79 ausreicht, deren Tiefe vergleichsweise flach ist, beeinträchtigt sie nicht die Starrheit des Tisches 60. Daher kann eine ausreichende Führungsgenauig keit erreicht werden.

Eine zweite untere ebene Führungsfläche 60 H, welche zu der oberen Fläche 60 A des Tisches 60 parallel ist, ist auf der anderen Seite bezüglich der X-Achse (in Fig. 1 betrachtet rechts) in der unteren Fläche 60 D des Tisches 60 selbst ausgebildet. Daher kann die zweite untere ebene Führungsfläche 60 H leicht geformt und für höchst genaues Führen fertigbearbeitet werden.

Der rechte Fußabschnitt 69 auf der Seite des Y-Achsen- Führungsabschnitts 78 des Meßglied-Tragkörpers 64 ist mit insgesamt drei Luftlagern versehen, und zwar zwei Luftlagern 80, die mit der oberen Fläche 60 A des Tisches 60 verknüpft sind, und einem Luftlager 80, das mit der ersten unteren ebenen Führungsfläche 60 E verknüpft ist, um die vertikale Stellung (die Stellung bezüglich der Z-Achse) des rechten Fußabschnitts 69 relativ zu dem Tisch 60 nachzustellen.

Der rechte Fußabschnitt 69 ist ferner mit insgesamt vier Luftlagern versehen, und zwar zwei Luftlagern 82, die mit der vertikalen Führungsfläche 60 F bzw. 60 G verknüpft sind, um die seitliche Stellung (die Stellung bezüglich der X- Achse) des Meßglied-Tragkörpers 64 relativ zu dem Tisch 60 nachzustellen.

Der linke Fußabschnitt 67 auf der dem Y-Achsen-Führungs abschnitt 78 des Meßglied-Tragkörpers 64 entgegengesetzten Seite ist mit insgesamt drei Luftlagern versehen, und zwar zwei Luftlagern 84, die mit der oberen Fläche 60 A des Ti sches 60 verknüpft sind, und einem Luftlager 84, das mit der zweiten unteren ebenen Führungsfläche 60 H verknüpft ist, um die vertikale Stellung (die Stellung bezüglich der Z-Achse) des linken Fußabschnitts 67 relativ zu dem Tisch 60 einzustellen.

Die Luftlager 80, 82 und 84 werden an den entsprechenden Fußabschnitten 67 und 69 des Meßglied-Tragkörpers 64 mit Justierschrauben 86 gehalten, die jeweils ein halbkugel förmiges Ende zum Einstellen des Lagerspiels auf einen optimalen Wert aufweisen.

In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 90 eine Haupt skala eines optischen Kodierers für die Y-Achse zur Er mittlung der Verschiebung des Meßglied-Tragkörpers 64 entlang der Y-Achse. Die Hauptskala 90 ist über einen Skalenhalter 92 an die Seitenfläche des Tisches 60 angeschraubt. Ein Detektor 94 des optischen Kodierers ist an den rechten Fußabschnitt 69 des Meßglied-Tragkörpers 64 angeschraubt. In dem Detektor 94 sind eine der Haupt skala 90 zugeordnete Indexskala, ein lichtemittierendes Element, Lichtempfangselemente und dergleichen unterge bracht.

Das von dem lichtemittierenden Element emittierte Licht wird durch die Hauptskala 90 und die Indexskala in optische Signale umgewandelt, die von den Lichtempfangselementen empfangen werden, und dann in elektrische Signale umgewan delt, die den Wert der Bewegung des Meßglied-Tragkörpers 64 und folglich die Verschiebung des Meßgliedes 77 entlang der Y-Achse relativ zu dem Tisch 60 anzeigen.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Stellung des Detektors 94 relativ zu der Hauptskala 90 korrekt eingestellt durch eine Justierschraube 95, um Meßfehler aufgrund einer Kip pung des Detektors 94 relativ zu der Hauptskala 90 auszu schalten. Der Detektor 94 ist im einzelnen in der UK-Pa tentanmeldung GB 21 79 452A beschrieben, und daher wird seine weitere Beschreibung weggelassen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist ein Anschlag 96 mit Druck federn an beiden Enden an den rechten Fußabschnitt 69 des Tragkörpers 64 angeschraubt. Die Wechselwirkung des An schlags 96 und von Anschlagbolzen 98, die nahe den gegen überliegenden Längsenden der Seitenfläche 60 C des Tisches 60 vorgesehen sind, beschränkt die Bewegung des Tragkörpers 64 entlang der Y-Achse.

Wie in den Fig. 1 und 2 zu sehen, ist eine Befestigungs schraube 100 an dem rechten Fußabschnitt 69 des Tragkörpers 64 vorgesehen. Die Befestigungsschraube wird verwendet, um eine Relativbewegung zwischen dem Tragkörper 64 und dem Tisch 60 auszuschalten und um zur Präzisionsmessung deren relative Stellung zueinander zu fixieren.

Ferner ist ein Feinjustiermechanismus 102, welcher einen Mikrometerschraubenkopf 104 und eine Parallelfeder 106 umfaßt, an dem rechten Fußabschnitt 69 des Tragkörpers 64 vorgesehen. Ein Glied 101 in Form eines umgekehrten L, das durch die Befestigungsschraube 100 gedreht wird, wird ge gen die untere Fläche des Skalenhalters 92 gedrückt, um die relative Stellung zwischen dem Tragkörper 64 und dem Tisch 60 zu fixieren, und dann kann der Mikrometerschrau benkopf 104 zur Feinjustierung betätigt werden.

Ein optischer Kodierer für die X-Achse, welcher eine Haupt skala 108 aufweist und den gleichen Aufbau hat wie der op tische Kodierer für die Y-Achse, ist an dem Querträger 70 vorgesehen. Die Verschiebung des Meßgliedes 77 entlang der X-Achse aufgrund der Bewegung des X-Achsen-Schiebers 72 entlang dem Querträger 70 wird durch den optischen Kodierer für die X-Achse ermittelt.

Ein optischer Kodierer für die Z-Achse, der denselben Aufbau wie der Ko dierer für die Y-Achse aufweist, ist an dem X-Achsen-Schie ber 72 vorgesehen. Die Verschiebung des Meßgliedes 77 ent lang der Z-Achse aufgrund der vertikalen Bewegung der Spin del 76 relativ zu dem X-Achsen-Schieber 72 wird durch den optischen Kodierer für die Z-Achse ermittelt.

Fig. 4 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Führungsan ordnung der ersten Ausführungsform zum Führen des Meßglied- Tragkörpers 64 zur Bewegung entlang der Y-Achse. Die Stel lung des Meßglied-Tragkörpers 64 bezüglich der X-Achse wird eingestellt durch die Seitenfläche 60 C des Tisches 60 selbst und die innere Seitenfläche 60 G der Auskehlung 79, die in der unteren Fläche 60 D des Tisches 60 ausgebildet ist. Dem entsprechend kann der Tragkörper 64 geführt werden, ohne die Steifheit des Tisches zu beeinträchtigen. Da die Stel lung des Tragkörpers 64 bezüglich der Z-Achse durch Ab schnitte an den entgegengesetzten Enden der oberen und un teren Flächen des Tisches 60 geführt wird, ist der Führungs aufbau einfach, und der Meßglied-Tragkörper 64 wird wirksam an einem Rollen gehindert.

Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform eines Koor dinatenmeßgeräts im einzelnen beschrieben. Fig. 5 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Führungsanordnung der zwei ten Ausführungsform zum Führen des Meßglied-Tragkörpers 64 zur Bewegung entlang der Y-Achse.

In der zweiten Ausführungsform ist eine Führungsschiene 108 an ein bezüglich der X-Achse seitliches Ende der unte ren Fläche des Tisches 10 angefügt. Die Stellung des Trag körpers 64 bezüglich der X-Achse wird durch die Luftlager 82 derart eingestellt, daß sie den entgegengesetzten äuße ren (vertikalen) Seitenflächen der Führungsschiene 108 zu geordnet ist. Die Stellung des Tragkörpers 64 bezüglich der Z-Achse wird durch die Luftlager 80 derart eingestellt, daß sie der oberen Fläche 10 A des Tisches 10 an dem seit lichen (rechten) Ende, das die Führungsschiene 108 aufweist, und der unteren Fläche der Führungsschiene 108 zugeordnet ist, und durch die Luftlager 84 so eingestellt, daß sie der oberen und der unteren Fläche des Tisches 10 an dem anderen seitlichen (linken) Ende zugeordnet ist.

In der zweiten Ausführungsform braucht der Tisch 10 nicht mit einer Auskehlung in seiner unteren Fläche versehen zu werden. Die Führungsschiene 108 kann einteilig mit dem Tisch 10 ausgebildet werden.

Die übrigen Komponenten und der übrige Aufbau der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie bei der ersten Aus führungsform, und folglich wird ihre Beschreibung wegge lassen.

Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform eines Koor dinatenmeßgeräts im einzelnen beschrieben. Fig. 6 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Führungsanordnung der drit ten Ausführungsform zum Führen des Meßglied-Tragkörpers 64 zur Bewegung entlang der Y-Achse.

In der dritten Ausführungsform ist die Auskehlung 79 ähnlich der in der ersten Ausführungsform in der unteren Fläche des Tisches 60 ausgebildet. Die Stellung des Meß glied-Tragkörpers 64 bezüglich der X-Achse wird durch die Luftlager 82 derart eingestellt, daß sie den entgegenge setzten inneren (vertikalen) Seitenflächen der Auskehlung 79 zugeordnet ist. Die Stellung des Tragkörpers 64 bezüg lich der Z-Achse wird durch die Luftlager 80 derart ein gestellt, daß sie der oberen Fläche des Tisches 60 an dem seitlichen (rechten) Ende, welches die Auskehlung 79 aufweist, und der inneren oberen (horizontalen) Fläche der Auskehlung 79 selbst zugeordnet ist.

In der dritten Ausführungsform sind alle Lager 82 zum Einstellen der Stellung des Meßglied-Tragkörpers 64 be züglich der X-Achse innerhalb der Breite des Tisches 60 angeordnet; dadurch kann das Koordinatenmeßgerät in ver minderter Breite ausgebildet sein.

Die anderen Komponenten und der übrige Aufbau der dritten Ausführungsform sind die gleichen wie in der ersten Aus führungsform, und folglich wird ihre Beschreibung über gangen.

In den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung werden Luftlager zum Einstellen der Stellungen des Meß glied-Tragkörpers 64 verwendet; die Einrichtungen zur Ein stellung der Stellungen des Tragkörpers brauchen sich aber nicht darauf zu beschränken, und es können wahlfreie Einrichtungen wie zum Beispiel Walzenlager angewandt werden. Genauer gesagt, können alle Einrichtungen verwendet werden, die in der Lage sind, die Stellung des Meßglied- Tragkörpers 64 relativ zu dem Tisch einzustellen, und die Bewegung des Tragkörpers entlang der Führungsanordnung zulassen.

Ferner sind die Kodierer zur Ermittlung der X-, Y- und Z-Achsen-Verschiebungen nicht auf die gezeigten optischen Kodierer beschränkt, sondern es können irgendwelche geeigneten Kodierer wie beispielsweise magnetische Ko dierer oder elektrische Kapazitätskodierer verwendet werden.

Bei den geschilderten Ausführungsformen wird zwar das Meßglied 77 relativ zu dem feststehenden Tisch bewegt, die Erfindung aber in ihrer Anwendung nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann auf ein Koordinatenmeßgerät beliebiger Art angewendet werden, in welchem der Tisch und das Meßglied relativ zueinander bewegbar sind, zum Beispiel auf ein Koordinatenmeßgerät, in welchem der Tisch relativ zu dem feststehenden Meßglied bewegt wird.

Ferner ist die Erfindung in Anwendung auf ein dreidimen sionales Koordinatenmeßgerät beschrieben worden, ist aber offensichtlich auch auf ein zweidimensionales Koordinatenmeßgerät anwendbar, in welchem das Meßglied sich inzwei Dimensionsrichtungen innerhalb einer Ebene parallel zu der oberen Fläche eines Tisches bewegt.

Claims

1. Koordinatenmeßgerät mit einem Tisch (60), der eine obere Fläche (60 A) zum Auflegen eines Werkstücks auf weist, einem Meßglied-Tragkörper (64), der sich quer über den Tisch (60) erstreckt und relativ zu dem Tisch (60) bewegbar ist, sowie einem an dem Meßglied-Trag körper (64) gelagerten Meßglied (77) zum Messen der Größe und Gestalt des Werkstücks anhand der Verschie bung des Meßgliedes (77), welches in mehrdimensionalen Richtungen bewegt und mit dem auf dem Tisch (60) auf gelegten Werkstück in Kontakt gebracht wird, gekenn zeichnet durch einen Y-Achsen-Führungsabschnitt (78), welcher an einem seitlichen Ende des Tisches (60) aus gebildet ist, und welcher eine erste untere ebene Füh rungsfläche (60 E) parallel zu der oberen Fläche des Tisches (60) und zwei parallele vertikale Führungsflächen (60 F, 60 G) aufweist, die auf den gegenüberliegenden Seiten der ersten unteren ebenen Führungsfläche (60 E) so aus gebildet sind, daß sie sich entlang der Bewegungsrich tung des Meßglied-Tragkörpers (64) erstrecken, eine zweite untere ebene Führungsfläche (60 H), welche an dem anderen seitlichen Ende des Tisches (60) parallel zu der oberen Fläche (60 A) des Tisches (60) ausgebil det ist, eine Einrichtung zum Nachstellen der vertika len Stellung des Meßglied-Tragkörpers (64) relativ zu dem Tisch (60), welche an dem Fußabschnitt (69) der Säule (68) des Meßglied-Tragkörpers (64) auf der Seite des Y-Achsen-Führungsabschnitts (78) derart vorgesehen ist, daß sie mit der oberen Fläche (60 A) des Tisches (60) und der ersten unteren ebenen Führungsfläche (60 E) des Y-Achsen Führungsabschnitts (78) verknüpft ist, eine Ein richtung zum Nachstellen der horizontalen Stellung des Meßglied-Tragkörpers (64) relativ zu der seitlichen Rich tung des Tisches (60), welche an dem Fußabschnitt (69) der Säule (68) des Meßglied-Tragkörpers (64) auf der Sei te des Y-Achsen-Führungsabschnitts (78) derart vorgesehen ist, daß sie mit den zwei parallelen vertikalen Führungs flächen (60 F, 60 G) des Y-Achsen-Führungsabschnitts (78) verknüpft ist, sowie eine Einrichtung zum Nachstellen der vertikalen Stellung des Meßglied-Tragkörpers (64) relativ zu dem Tisch (60), welche an dem Fußabschnitt (67) der Säule (66) des Meßglied-Tragkörpers (64) auf einer Seite gegenüber dem Y-Achsen-Führungsabschnitt (78) derart vor gesehen ist, daß sie mit der oberen Fläche (60 A) des Tisches (60) und der zweiten unteren ebenen Führungs fläche (60 H) verknüpft ist.

2. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die zwei parallelen vertikalen Führungs flächen (60 F, 60 G) des Y-Achsen-Führungsabschnitts (78) ausgebildet sind in einer Seitenfläche (60 C) des Tisches (60) selbst bzw. in einer inneren Seitenfläche, welche der Seitenfläche (60 C) des Tisches (60) näher ist, einer Auskehlung (79), die in der unteren Fläche (60 D) des Tisches (60) ausgebildet ist.

3. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste untere ebene Führungsfläche (60 E) des Y-Achsen-Führungsabschnitts in der unteren Fläche (60 D) des Tisches (60) selbst ausgebildet ist.

4. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die zwei parallelen vertikalen Führungsflä chen des Y-Achsen-Führungsabschnitts (78) ausgebildet sind in den entgegengesetzten Seitenflächen einer Füh rungsschiene (108), die an der unteren Fläche (60 D) des Tisches (60) vorgesehen ist.

5. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste untere ebene Führungsfläche des Y-Achsen-Führungsabschnitts (78) in der unteren Fläche der Führungsschiene (108) ausgebildet ist.

6. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die zwei parallelen vertikalen Führungs flächen des Y-Achsen-Führungsabschnitts ausgebildet sind in den gegenüberliegenden vertikalen inneren Flächen einer Auskehlung (79), die in der unteren Fläche (60 D) des Tisches (60) so ausgebildet ist, daß sie sich entlang der Y-Achse erstreckt.

7. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste untere ebene Führungsfläche des Y-Achsen-Führungsabschnitts (78) in der horizontalen In nenfläche der Auskehlung (79) ausgebildet ist.

8. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste und die zweite Einrichtung zum Nachstellen der vertikalen Stellung und die Einrichtung zum Nachstellen der horizontalen Stellung Luftlager (80, 82, 84) sind.