DE4132333A1 - Koordinatenmessgeraet - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät, insbesondere eine Verbesserung
eines Antriebsmechanismus für einen gatterartigen Gleiter des Koordinatenmeßge
räts.
Es ist bekannt, daß verschiedene Arten von Koordinatenmeßgeräten für genaue
Messungen der Dimensionen und des Aufbaues eines zu messenden Gegenstandes
benutzt werden.
Eines der typischen Geräte hat einen gatterartigen Gleiter, der sich auf einem
dazugehörigen Tisch bewegt. Da der Gleiter auf dem Tisch zur Seite gehen kann,
wird der Gegenstand leicht auf den Tisch und weg von ihm gebracht, und die
Kapazität der Messung ist hoch, so daß dieser Gerätetyp gemeinhin benutzt wird.
Ein Beispiel dieses Gerätes ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt.
Ein Koordinatenmeßgerät 60 hat einen Tisch 61 auf dem Boden oder der Erde.
Es ist mit einer Gleitervorrichtung 70 auf dem Tisch 61 versehen, auf den ein
Gegenstand W, der zu messen ist, gelegt ist.
Die Gleitervorrichtung 70 wird mit einem Y-Gleiter 71 eingebaut, der wie ein
Gatter geformt ist und sich in Y-Richtung bewegt, mit einem X-Gleiter 72, der
sich in X-Richtung entlang des Y-Gleiters bewegt, und mit einem Z-Gleiter 74, der
ein Meßelement 73 aufweist und sich in Z-Richtung durch den X-Gleiter 72
bewegt.
Der Y-Gleiter 71 ist mit zwei Säulen 71A, 71B aufgebaut und einem Balken 71C,
der quer von einer zu einer anderen der Säulen 71A, 71B verläuft, um eine
Gatterform aufzuweisen. An einer Seite 61A des Tisches 61 sind eine Antriebsvor
richtung 8 zum Bewegen des Y-Gleiters 71 in Y-Richtung und ein Führungselement
85 für die Säule 71B vorgesehen. Die Antriebsvorrichtung 80 besteht aus einem
Motor 81 und einer Kugelumlaufspindel 82, die mit einer Welle des Motors 81
verbunden ist und entlang eines Pfeils R gedreht wird.
Der X-Gleiter 72 und der Z-Gleiter 74 sind auch mit einer jeweiligen Antriebsvor
richtung versehen, die nicht gezeigt ist, um sich in individuelle Richtungen X, Z
zu bewegen.
Die Messung des Gegenstands W durch das Koordinatenmeßgerät 60 wird durch
geführt wie folgt. Als erstes wird der Motor 81 betrieben, um die Kugelumlaufs
pindel 82 entlang der R-Richtung zu drehen, was verursacht, daß sich der Y-
Gleiter 71 in die Y-Richtung bewegt. Darauffolgend werden die Antriebsvorrichtun
gen des X-Gleiters 72 und des Z-Gleiters 74 so betrieben, daß das Meßelement
73 mit dem Gegenstand W in Kontakt tritt, um die Dimensionen oder Spuren
bzw. Umrisse der äußeren Oberfläche des Objekts W zu erhalten, um die Form
zu erhalten.
Es ist wohl bekannt, daß ein Schwerkraftzentrum für den Gleiter 70 bei dem
Koordinatenmeßgerät 60 um einen Punkt liegt, der in den Fig. 4 und 5 mit "G"
bezeichnet ist.
Ein Trägheitsmoment I des Schwerkraftzentrums G kann durch eine Formel I =
α ML definiert werden; wobei M ein Gewicht des Gleiters 70 ist, α eine Be
schleunigung des Gleiters 70 ist, der sich in die Y-Richtung bewegt, und L eine
Entfernung von dem Schwerkraftzentrum G zu der Antriebsvorrichtung 80 ist.
Übrigens ist die Entfernung L ziemlich lang, so daß das Trägheitsmoment I im
Verhältnis dazu groß wird.
Daher veranlaßt eine solche große Trägheit I, daß der Y-Gleiter 71 sich neigt, hin
und her schwingt und vibriert, wann immer der Y-Gleiter sich bewegt, so daß die
Meßgenauigkeit für die Konfiguration des Gegenstands verloren wird.
Man kann die Beschleunigung α des Y-Gleiters 71 verringern, um die Trägheit I
zu minimieren, aber dies ist nicht vorzuziehen für eine schnelle Messung. Anderer
seits kann die Trägheit I durch Verringern des Gewichts des Gleiters 70 minimiert
werden, aber dies ist nicht vorzuziehen zum Beibehalten genügender Zugstärke.
Dann wird erwogen, die Entfernung L kurz zu machen, und zwar durch Plazieren
der Antriebsvorrichtung 80 nahe dem Schwerkraftzentrum. Aber es ist notwendig,
daß die Antriebsvorrichtung 80, die den Motor 81, ein Lager und dergleichen
aufweist, bei einer speziellen Lagerung über die ganze Y-Richtung des Tisches 61
vorgesehen ist. Die spezielle Lagerung für die Antriebsvorrichtung 80 ist ein
Hindernis für ein freies Legen des Gegenstands W auf den Tisch 61 und ein freies
Wegnehmen davon, was ein Nachteil des herkömmlichen gatterartigen Koordinaten
meßgeräts bezüglich des Preises und Raumes ist.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es, ein Koordinatenmeßgerät zu
schaffen, das nicht durch Trägheit beeinflußt wird und eine genaue Messung
durchführt, während einige Vorteile des herkömmlichen Koordinatenmeßgeräts
beibehalten werden.
Die genannte Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß sich die Antriebsvor
richtung dem Schwerkraftzentrum des Gleiters bis zu einem gewissen Grade nähert.
Das erfundene Koordinatenmeßgerät hat eine gatterartige Gleitervorrichtung, die ein
paar Säulen in einem parallelen Zustand zueinander enthält, und einen Balken, der
quer von einer Säule zu einer anderen verläuft, wobei der gatterartige Gleiter in
bezug auf einen Tisch beweglich ist, so daß das Koordinatenmeßgerät Dimensionen
und einen Aufbau eines Objekts, das zu messen ist, unter Verwendung eines Meß
elements messen kann, das an der Gleitervorrichtung angebracht ist. Das Koor
dinatenmeßgerät weist mindestens eine Antriebseinrichtung zum Bewegen der
Gleitervorrichtung in Verbindung mit der Säule auf, wobei die Antriebseinrichtung
oberhalb des Tisches und unterhalb des Schwerkraftzentrums in der Gleitervor
richtung ist.
Die Antriebseinrichtung kann eine Kugelumlaufspindel und ein Schraubenmutter
element enthalten, das an der Säule vorgesehen ist. Die Kugelumlaufspindel ist in
einem Zustand, der durch die Formel 1/6Hh 5/6H definiert ist; wobei "H"
eine Entfernung von der Oberfläche des Tisches zu dem oberen Ende des Y-
Gleiters ist, und "h" eine Entfernung von der Oberfläche des Tisches zu der
Zentralachse der Kugelumlaufspindel ist. Vorzugsweise ist die Formel aber durch
1/4Hh3/4H definiert.
Die sich bewegende Einrichtung kann mit der Säule durch eine exzentrische
Vorrichtung, die keine Bewegung überträgt, verbunden sein. Die exzentrische
Vorrichtung, die keine Bewegung überträgt, besteht aus einem Paar Kugeln und
Längensteuerelementen, so daß das Schraubenmutterelement und der Y-Gleiter die
Positionsbeziehung zu der Kugelumlaufspindel in horizontaler Richtung halten, sie
aber zu der Richtung ändern können, die rechtwinklig zu der Achse der Kugel
umlaufspindel ist.
Die Antriebseinrichtung kann bei beiden Säulen vorgesehen sein, um sich gegen
seitig zu synchronisieren. Die zwei Säulen sind gleich groß. Der Gleiter kann einen
einstückigen Aufbau eines Säulenpaars und des Balken haben, der quer zwischen
ihnen verläuft.
Beim Messen des zu messenden Objekts bzw. Gegenstands wird die Gleitervor
richtung durch Inbetriebnahme der Antriebseinrichtung versetzt, die mit dem
Meßelement in Kontakt gelangt, das an der Gleitervorrichtung angebracht ist, und
zwar mit mehreren Punkten an dem Objekt, und dann werden die gemessenen
Daten zu einer Verarbeitungsvorrichtung, beispielsweise einem Computer, gesendet,
um das Meßergebnis zu erhalten. Das Antreiben der Gleitervorrichtung wird
oberhalb des Tisches und unterhalb des Schwerkraftzentrums der Gleitervorrichtung
durchgeführt, so daß die Gleitervorrichtung sich nicht neigt und nicht vibriert, wie
beim Stand der Technik, sondern sich gerade bewegt, um dadurch eine genaue
Messung der Dimensionen und des Aufbaus des Objekts W durchzuführen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel des Koor
dinatenmeßgeräts der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen wesentlichen Abschnitt einer
Antriebsvorrichtung des Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht, die einen wesentlichen Ab
schnitt einer exzentrischen Vorrichtung, die keine Bewegung überträgt,
zeigt;
Fig. 4 eine Vorderansicht, die ein herkömmliches Beispiel zeigt; und
Fig. 5 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Beispiels.
Das folgende ist eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
In Fig. 1 ist ein Koordinatenmeßgerät des Ausführungsbeispiels mit 10 bezeichnet.
Das Gerät 10 hat einen Tisch 11, der auf dem Boden liegt, worauf ein zu messen
des Objekt W montiert werden kann; im allgemeinen auf dem zentralen Abschnitt.
Entlang einer Längsseite an dem Tisch 11 ist eine Führungsschiene 12 vorgesehen.
Die Führungsschiene 12 wird verwendet, um eine Gleitervorrichtung 20 zu führen,
die nachfolgend im einzelnen erläutert wird.
Die Gleitervorrichtung 20 hat einen Y-Gleiter 21, der gegenüber der Richtung
beweglich ist, die bei diesem Gerät 10 mit "Y" bezeichnet ist. Der Y-Gleiter 21
kann sich entlang der Führungsschiene 12 über ein Luftlager bewegen und ist
aufgebaut mit einem Stützelement 22, das auf der Führungsschiene 12 entlang der
Y-Richtung gleitet, wobei eine prismatische Säule 23 auf dem Stützelement 22
steht, eine weitere prismatische Säule 24 auf dem Tisch 11 und parallel zu der
Säule 23 ist, und ein Balken 25 quer von einem oberen Abschnitt der Säule 23 zu
dem der Säule 24 verläuft.
Auf dem Balken 25 des Y-Gleiters 21 ist ein X-Gleiter 31 vorgesehen, der mit
einer Antriebsvorrichtung für den Versatz entlang der Richtung ausgestattet ist, die
in der Zeichnung mit "X" bezeichnet ist. Dieser X-Gleiter 31 enthält darin einen
Z-Gleiter 32, der eine nicht gezeigte Antriebsvorrichtung aufweist und sich zu der
Richtung bewegen kann, die in der Zeichnung mit "Z" bezeichnet ist. Der Z-
Gleiter 32 hält entfernbar ein Meßelement 33 an seinen unteren Endabschnitt. Der
X-Gleiter 31 und der Z-Gleiter 32 sind jeweils mit nicht gezeigten Luftlagern
versehen. In der einen Säule 23 der Gleitervorrichtung 20 ist ein Loch 26 vor
gesehen. Das Loch 26 hat ein Schraubenmutterelement 27, das an der Mittellinie
davon ausgerichtet ist und teilweise von der Säule 23 vorsteht, nachdem es in das
Loch 26 eingesetzt ist.
Nahe der Führungsschiene 12 auf dem Tisch 11 ist eine Antriebsvorrichtung 40
vorgesehen, um die Gleitervorrichtung 20 in Y-Richtung zu bewegen. Die Antriebs
vorrichtung 40 ist mit einem Kasten 41 auf dem Tisch 11 angebracht, der in Fig. 2
gezeigt ist. Der Kasten 41 enthält darin ein Drehelement 42, das eine Zeit
abstimmungsriemenscheibe aufweist. Eine Drehwelle 43 des Drehelements 42 ist mit
einer Antriebswelle 46 eines Motors 45 über eine Kopplung 44 verbunden.
An dem Kasten 41 ist ein Lagerelement 47 vorgesehen. Das Lagerelement 47 ist
zum Stützen einer Seite einer Kugelumlaufspindel 48 vorgesehen, die sich in die
Richtung dreht, die mit "R" bezeichnet ist. An einem Endabschnitt in der Welle
49 der Kugelumlaufspindel 48 ist ein Drehelement 51 mit einer Zeitabstimmungs
riemenscheibe vorgesehen. Das Drehelement 51 und das schon erwähnte Dreh
element 42 sind durch einen Zeitabstimmungsriemen 52 miteinander verbunden.
Daher werden, wenn der Motor 45 betrieben wird, die Kugelumlaufspindel 48 in
die R-Richtung über die Kopplung 44 gedreht, das Drehelement 42, der Zeit
abstimmungsriemen 52 und das Drehelement 51, und zwar in dieser Reihenfolge.
Die Kugelumlaufspindel 48 steht mit dem Schraubenmutterelement 27 in Beziehung,
das in der Säule 23 an ihrem Weg vorgesehen ist, und wird durch eine Montage
platte 54 auf dem Tisch 11 über ein Lager 53 an ihrem anderen Endabschnitt
gestützt. Demgemäß wird, wenn die Kugelumlaufspindel 48 gedreht wird, die Säule
23 oder die Gleitervorrichtung 20 in die Y-Richtung über das Schraubenmutter
element 27 hin- und herbewegt. Übrigens ist die Antriebsvorrichtung 40 mit der
Gleitervorrichtung 20 über die Kugelumlaufspindel 48 und das Schraubenmutter
element 27 an einer oberen Seite des Tisches 11 und an einer niedrigeren Position
als dem Schwerkraftzentrum G der Gleitervorrichtung 20 angeordnet. Das Schwer
kraftzentrum G des Koordinatenmeßgeräts 10 dieses Ausführungsbeispiels ist
ziemlich nahe der Antriebsvorrichtung 40.
Wenn die Entfernung von der Oberfläche des Tisches 11 zu dem oberen Ende des
Y-Gleiters 21 durch "H" beschrieben ist, kann die Entfernung "h" von der Ober
fläche des Tisches 11 zu der Zentralachse der Kugelumlaufspindel 48 in der
Antriebsvorrichtung 40 durch die Formel 1/6Hh5/6H, vorzugsweise 1/4H
h3/4H oder h=3/10H, definiert werden. Das beruht darauf, daß, wenn die
Entfernung h kleiner als 1/6H ist, die Trägheit nicht klein sein würde, und zwar
auf Grund der kurzen Entfernung von dem Tisch 11. Wenn die Entfernung h größer
als 5/6H ist, würde der Y-Gleiter nicht ruhig gleiten, da die Entfernung der
Gleitoberfläche zwischen dem Y-Gleiter und der Führungsschiene 12 zu der
Zentralachse der Kugelumlaufspindel 48 zu lang wird.
Wenn das Gewicht der Gleitervorrichtung 20 durch "M" beschrieben ist, die
Beschleunigung der Gleitervorrichtung durch "α" bezeichnet ist, und die Entfernung
von dem Schwerkraftzentrum G zu der Zentralachse der Kugelumlaufspindel 48 in
der Antriebsvorrichtung 40 durch L1 bezeichnet ist, kann die Trägheit I in der
Gleitervorrichtung 20, wenn sie bewegt wird, durch die Formel I=αML1 definiert
werden.
In den Fig. 2 und 3 ist eine exzentrische Vorrichtung 28, die keine Bewegung
überträgt, für die Kugelumlaufspindel 48 zwischen dem Schraubenmutterelement 27
und der Säule 23 des Y-Gleiters 21 angeordnet. Die exzentrische Vorrichtung 28,
die keine Bewegung überträgt, besteht aus einem Paar Kugeln 28A und Längen
steuerelementen 28B und hat eine Funktion, daß das Schraubenmutterelement 27
und der Y-Gleiter 21 die Positionsbeziehung zu der Kugelumlaufspindel 38 horizon
tal halten, sie aber zu der Richtung ändern können, die rechtwinklig zu der Achse
der Kugelumlaufspindel 48 ist. Daher würde, sogar wenn die Kugelumlaufspindel
48 exzentrisch oder verbogen ist, der Y-Gleiter 21 nicht beeinflußt werden, sondern
gezwungen werden, sich in die Y-Richtung zu bewegen.
Ein Drehkodierer 55 ist zwischen der Welle 49, der Kugelumlaufspindel 48 und
dem Lagerelement 47 vorgesehen, und erfaßt einen Drehwinkel der Kugelumlauf
spindel 48 oder einen Versatzwert des Y-Gleiters 21. Die Ausgabe von dem
Drehkodierer 55 wird, wenn notwendig, zum Steuern des Motors 55 benutzt, und
zwar über eine nicht gezeigte Steuervorrichtung.
Das Koordinatenmeßgerät 10 dieses Ausführungsbeispiels ist grundsätzlich aufgebaut,
wie es oben erklärt ist. Der Betrieb des Geräts 10 wird im folgenden beschrieben.
Als erstes würde, wenn der Motor 55 betrieben wird, seine Leistung zu der
Kugelumlaufspindel 48 übertragen werden, und zwar über die Kopplung 44, das
Drehelement 42, den Zeitabstimmungsriemen 52 und das Drehelement 51, und
zwar zu gegebener Zeit. Da die Kugelumlaufspindel 48 in jede Richtung des Pfeils
R gedreht wird, werden das Schraubenmutterelement 27, das mit der Kugelumlauf
spindel 48 gekoppelt ist, und auch der Y-Gleiter 21 in jede Richtung des Pfeils Y
bewegt.
Nachfolgend werden der X-Gleiter 31 und der Z-Gleiter 32 gesteuert um das
Meßelement 33 zu dem nicht gezeigten Anfangspunkt zur Messung zu tragen, um
eine Nullabstimmung durchzuführen. Das abgestimmte Meßelement 33 wird dann
benutzt, um mit der äußeren Oberfläche des Objekts W in Kontakt zu treten und
ihr nachzufolgen, um die Dimensionen und den Aufbau des Objekts W zu messen.
Folgende Effekte können durch dieses Ausführungsbeispiel erhalten werden.
Die Antriebsvorrichtung 40 zum Versetzen des Y-Gleiters 21 ist oberhalb des
Tisches 11 vorgesehen, aber unterhalb des Schwerkraftzentrums G, so daß die
Entfernung L1 von dem Schwerkraftzentrum zu der Antriebsvorrichtung 40 ungefähr
die Hälfte der Länge bei dem herkömmlichen Gerät beträgt. Daher kann die
Trägheit I des Y-Gleiters 21 beim Bewegen minimiert werden. Der Y-Gleiter 21
neigt sich nicht, schwenkt nicht hin und her und vibriert nicht, wie beim Stand der
Technik, sondern bewegt sich gerade, um dadurch eine genaue Messung der
Dimensionen und des Aufbaus des Objekts W durchzuführen.
Da die Antriebsvorrichtung 40 nicht in der Nähe des Schwerkraftzentrums G
vorgesehen ist, sollte es, wann immer die Gleitervorrichtung 20 neben den Motor
45 auf den Tisch 11 geschoben wird, leicht sein, das Objekt W auf den Tisch 11
zu stellen und davon weg zu nehmen, genau wie bei dem herkömmlichen gatter
artigen Koordinatenmeßgerät.
Oben ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrie
ben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch angeordnet und abgeändert sein,
während die Hauptsache beibehalten wird.
Beispielsweise kann die erläuterte Antriebsvorrichtung 40 nur für eine Säule 23 des
Y-Gleiters 21 vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, die gleichen Antriebsvor
richtungen 40 für beide Säulen 23, 24 vorzusehen, um sie miteinander zu syn
chronisieren, wenn das Gerät groß ist.
Die Größe der Säule 23 muß nicht immer notwendigerweise größer als jene der
Säule 24 sein, sondern die Säulen können auch gleich groß sein.
Der Y-Gleiter 21 bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist mit einem Paar von
Säulen 23, 24 und dem Balken 25 aufgebaut, kann andererseits aber eine ein
stückige Konstruktion sein.
Wie erwähnt worden ist, sind einige Vorteile des herkömmlichen gatterartigen
Koordinatenmeßgeräts nicht beeinträchtigt und die Spannung der Gleitervorrichtung
kann minimiert werden, so daß die präzise Messung durchgeführt wird.
Claims (9)
1. Koordinatenmeßgerät mit einer gatterartigen Gleitervorrichtung, die ein Paar
Säulen in einem parallelen Zustand zueinander und einem Balken enthält, der
quer von einer Säule zu einer anderen verläuft, wobei der gatterartige Gleiter
in bezug auf einen Tisch beweglich ist, so daß das Koordinatenmeßgerät
Dimensionen und einen Aufbau eines zu messenden Objekts unter Verwendung
eines Meßelements messen kann, das an der Gleitervorrichtung angebracht ist;
wobei das Koordinatenmeßgerät mindestens eine Antriebseinrichtung zum
Bewegen der Gleitervorrichtung in Verbindung mit der Säule aufweist, wobei
die Antriebseinrichtung oberhalb des Tisches und unterhalb des Schwerkraftzen
trums der Gleitervorrichtung ist.
2. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinrichtung eine
Kugelumlaufspindel enthält, und ein Schraubenelement, das an der Säule
vorgesehen ist.
3. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 2, wobei die Kugelumlaufspindel in einem
Zustand ist, der durch die Formel 1/6Hh5/6H definiert ist; wobei "H"
eine Entfernung von der Oberfläche des Tisches zu dem oberen Ende des Y-
Gleiters ist, und "h" eine Entfernung von der Oberfläche des Tisches zu der
Zentralachse der Kugelumlaufspindel ist.
4. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 3, wobei die Formel vorzugsweise durch
1/4Hh3/4H definiert ist.
5. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, wobei die sich bewegende Einrichtung
mit der Säule durch eine exzentrische Vorrichtung, die keine Bewegung
überträgt, verbunden ist.
6. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 5, wobei die exzentrische Vorrichtung, die
keine Bewegung überträgt, aus einem Paar Kugeln und Längensteuerelementen
besteht, so daß das Schraubenmutterelement und der Y-Gleiter die Positions
beziehung zu der Kugelumlaufspindel horizontal halten, sie aber in der Rich
tung ändern können, die rechtwinklig zu der Achse der Kugelumlaufspindel ist.
7. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinrichtung an
beiden Säulen vorgesehen ist, um miteinander zu synchronisieren.
8. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, wobei die zwei Säulen gleich groß
sind.
9. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, wobei der Gleiter einen einstückigen
Aufbau eines Paars der Säulen und des Balkens aufweist, der quer zwischen
ihnen verläuft.
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