DE4036181C2 - Prüfkörper - Google Patents

Description

Die Verwendung von Prüfkörpern zur Überwachung der Meßunsicherheit von Koordinatenmeßgeräten hat sich wegen der ihr eigenen Wirtschaftlichkeit und dem guten Bezug zum praktischen Einsatz der Meßgeräte bereits durchgesetzt. In dem Übersichtsartikel von H.-H. Schüssler in "Technisches Messen" (51), Jahrgang 1984, Heft 3 auf Seite 83-95 sind eine Reihe verschiedener Prüfkörper für den oben genannten Anwendungsfall beschrieben.

Ein häufig benutzter Prüfkörper ist die sogenannte Lochplatte oder Lochrasterplatte, die in Bezug auf die Aussagefähigkeit des Meßergebnisses und die Vielzahl der unterschiedlichen geometrischen Fehlerkomponenten der Maschine, die mit ihr überwacht werden können so wie in Bezug auf die erforderliche Meßzeit und ihre einfache Handhabbarkeit für die Prüfung vieler verschiedener Typen von Koordinatenmeßgeräten ein Optimum darstellt.

Die Antastformkörper dieser Lochplatten sind durch zylindrische Bohrungen gebildet. Diese Bohrungen werden derzeit überwiegend auf hochwertigen Werkzeugmaschinen, z. B. Lehrenbohrwerken, in aufwendigen Arbeitsgängen hergestellt, um ausreichend gut definierte Antastformflächen, d. h. Zylinderbohrungen zu erhalten.

Da die Herstellung der Lochplatten relativ aufwendig ist, werden oft auch Lösungen bevorzugt, bei denen kostengünstig und mit hoher Präzision herstellbare Kugeln, in der Regel Stahl- oder Keramikkugeln, an dem Prüfkörperrahmen befestigt werden. Bei diesen sogenannten Kugelplatten bilden die konvexen Oberflächen der Kugeln die Antastformfläche. Das hat außerdem den Vorteil, daß diese Fläche einen eindeutigen Referenzpunkt definiert, wohingegen die Zylinderbohrung in den vorher genannten Lochplätten lediglich die Bohrungsachse festlegt und deshalb in einer Koordinatenrichtung undefiniert ist.

Aber auch die Herstellung der Kugelplatten erfordert einen nicht unerheblichen Aufwand, da die Kugeln langzeitstabil an ihrem Träger, dem Prüfkörperrahmen befestigt werden müssen. In bestimmten Konstruktionsvarianten stellt die geometrische Stabilität des Kugel-Prüfkörpers insbesondere unter ungünstigen Lagen und Einsatzbedingungen ein großes Problem dar. Um z. B. die Kugelmittelpunkte in die für Längenänderungen durch Plattenbiegung invariante sogenannte neutrale Ebene, d. h. in die Plattenmitte zu legen, wie das z. B. in der EP-A2-0 362 626 beschrieben ist, sind zusätzliche Arbeitsgänge zur Schaffung geeigneter Freiflächen um die Kugeln herum erforderlich. Andererseits ist die Lage der Antastformkörper in der Plattenmitte aus Gründen der beiderseitigen Zugänglichkeit aber von entscheidendem Vorteil.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Prüfkörper zu schaffen, der sich bei hoher geometrischer Stabilität möglichst einfach und kostengünstig fertigen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Dadurch, daß die Antastformkörper als von innen antastbare, konkave sphärische Flächen gebildet sind, ergeben sich mehrere Vorteile gleichzeitig. Einmal ist es sehr einfach möglich, die Antastformflächen in die neutrale Ebene des Trägers, d. h. die Plattenmitte zu legen. Außerdem definieren die Antastformkörper auch in der Richtung senkrecht zur Plattenebene einen Referenzpunkt, also keine Meßlinie wie bei zylindrischen Lochplatten. Zudem können die Antastformflächen sehr leicht hergestellt, beispielsweise unmittelbar in das Material des Trägers hineingearbeitet bzw. geläppt werden. Es ist jedoch auch möglich, bereits vorgefertigte konkave sphärische Teile, z. B. Pendelkugellagerbuchsen in den Träger einzubauen, die relativ preiswert sind und dennoch eine relativ hochgenaue sphärische Fläche liefern.

Denn die sphärische Fläche braucht ja nur ein Teil einer Kugelfläche zu sein, ein Großkreisband einer Kugel ist hierfür ausreichend und stellt sicher, daß der von ihr definiert Referenzpunkt in der Plattenebene mit hoher Genauigkeit festgelegt wird.

Der Träger kann eine einzelne massive Platte sein. Aus Gründen der leichteren Handhabung ist es jedoch besonders vorteilhalft, wenn der Träger aus einer steifen Stabstruktur und einzelnen Tragelementen besteht, die durch die Stäbe verwindungssteif miteinander verbunden sind und die Antastformkörper tragen. Eine solche Platte baut leicht und ist dennoch ausreichend stabil hinsichtlich der gegenseitigen Lage der durch die Antastformkörper gebildeten Referenzpunkte zueinander.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Fig. 1-5 der beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 ist eine Prinzipsskizze, die einen ersten erfindungsgemäßen Prüfkörper in Aufsicht zeigt.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch eines der Tragelemente (3a) in Fig. 1 in vergrößertem Maßstabe.

Fig. 3 ist eine nochmals vergrößerte Darstellung des mit III bezeichneten Bereichs aus Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Prinzipsskizze, die ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Prüfkörper gemäß der Erfindung im Schnitt während des Herstellungsprozesses zeigt.

Fig. 5 ist ein Schnitt durch einen Teil eines Prüfkörpers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 1 dargestellte Prüfkörper besteht aus 16 zylindrischen Tragelementen (3a, 3b, 3c . . . ), aus Invar, die der Begrenzungslinie eines Quadrates folgend angeordnet sind und mit kohlefaserverstärkten Kunststoffstäben (4a, 4b, 4c . . . ) miteinander verbunden sind. Außerdem ist jeder der Tragelemente (3a, 3b, 3c, . . . ) über einen von insgesamt 16 weiteren, sternförmig angeordneten kohlefaserverstärkten Kunststoffstäben mit einem zentralen Tragteil (1) verbunden. Wie aus der vergrößerten Schnittdarstellung aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Kunststoffstäbe (2a) in Bohrungen der Tragelemente (3a) eingeklebt. Hierzu ist ein Epoxidharz (8a) mit Whiskeranteil verwendet. Diese Anordnung ergibt einen verwindungssteifen relativ leichtgewichtigen Prüfkörper.

Jedes der Tragelemente (3a, 3b, 3c . . . ) besitzt in der Mitte eine weitere Bohrung (5a, 5b, 5c . . . ) an die eine sphärische, konkave, von innen antastbare Fläche (6a, 6b, 6c . . . ) angeläppt ist. Diese Fläche (6a) hat die Form eines Großkreisbandes einer Kugel.

Zur Herstellung dieser Flächen kann so vorgegangen werden wie es nachstehend anhand des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels für einen anderen Prüfkörper beschrieben ist: Zuerst werden in den Träger (11) an den Stellen, wo sich die Antastformkörper später befinden sollen, Durchgangsbohrungen (15a, 15b, 15c . . . ) eingebracht.

Anschließend werden diene Bohrungen von einer Seite auf den Durchmesser des später verwendeten Schleifkörpers (17a, 17b, 17c . . . ) aufgebohrt, sinnvollerweise mit einem an der Stirnseite sphärisch geformten Bohrer bzw. Fräser. An den entstehenden, ringförmigen, konkav-sphärischen Sitz legt sich der für den darauffolgenden Schleif- bzw. Läpp-Prozeß verwendete Schleifkörper in Form der Kugeln (17a, 17b, 17c) an, die aus der Plattenoberfläche etwas herausschauen.

Für den Läpp-Prozeß, wird nun die Trägerplatte (11) mit den überstehenden Kugeln (17a, 17b, 17c) auf eine leicht elastische Platte (10) mit ausreichendem Reibkoeffizienten aufgelegt und zu quasistochastischen Drehbewegungen veranlaßt, wie dies durch die Doppelpfeile (18) symbolisiert ist. Hierdurch findet die Feinbearbeitung der konkaven sphärischen Antastformflächen (16a, b, c, . . . ) statt. Die Lage der Flächen (16a, b, c) ist so gewählt, daß nach der Fertigbearbeitung der durch diese Großkreisbänder definierte Kugelmittelpunkt in der neutralen Ebene der Trägerplatte (11) Liegt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Träger des Prüfkörpers (21) mit mehreren zylindrischen Bohrungen versehen, in die Pendelkugellagerbuchsen (22) eingesetzt sind. Die sphärischen Innenflächen (26) dieser käuflichen Pendelkugellagerbuchsen definieren jeweils Referenzpunkte (25) in der neutralen Ebene der Trägerplatte (21). Die Flächen (26) können außerdem gegen Korrosion noch einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden.

Claims (7)

1. Prüfkörper für Koordinatenmeßgeräte, Fertigungs- oder Handhabungseinrichtungen in Form eines Trägers (1-4, 11), an dem mehrere Antastformkörper befestigt oder angearbeitet sind, die jeweils einen Referenzpunkt definieren dadurch gekennzeichnet, daß die Antastformkörper (6, 16, 26) von innen antastbare, konkave sphärische Flächen sind.

2. Prüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Flächen Großkreisbänder (6, 16, 26) einer Kugel sind.

3. Prüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antastformkörper durch einzelne, an dem Träger befestigte, vorgefertigte Büchsen (22) gebildet sind.

4. Prüfkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen (22) Kugellagerbüchsen sind.

5. Prüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Flächen (6, 16) direkt in den Träger (11, 3) eingearbeitet sind.

6. Prüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einer steifen Stabstruktur (2, 4) und einzelnen Tragelementen (3) besteht, die durch die Stäbe verwindungssteif miteinander verbunden sind und die Antastformkörper tragen.

7. Verfahren zur Herstellung eines Prüfkörper mit innen antastbaren, konkaven sphärischen Antastformkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mehrerer Antastformkörper gleichzeitig bearbeitet wird, indem die Antastformkörper mit kugelförmigen Schleifkörpern (17) bestückt, anschließend der Träger (11) mit den Schleifkörpern auf eine Unterlage (10) mit ausreichend hohem Reibkoeffizienten aufgelegt und dann auf der Unterlage in verschiedene Richtungen hin und her bewegt wird.