DE4207661C2 - Meßvorrichtung für die Form oder die Position eines Objekts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für die Form oder die Position eines Objekts mit einem Rahmen, der einen Satz von Meßsegmenten trägt, welche miteinander gelenkig verbunden sind und mit Sensoren für die Winkelpositionen der Meßsegmente zueinander.

Es sind Meßvorrichtungen für Formen oder Positionen eines Objekts bekannt, die einen Rahmen umfassen, welcher eine Reihe von miteinander gelenkig verbundenen Meßsegmenten und Sensoren für die Winkelposition der Meßsegmente ab­ stützt. Um die Meßvorrichtung zu handhaben, ist es notwen­ dig, die Meßsegmente abzustützen, um das Ende des letzten Segments mit dem Punkt in Kontakt zu bringen, von welchem man die Position zu bestimmen sucht, sei es in bezug auf eine Referenzoberfläche, sei es in bezug auf einen anderen Punkt, gegen welchen man daraufhin das Ende des letzten Meßsegments hinführt, wobei die relative Position dieser Punkte durch ein Rechen- und Steuerwerk als Funktion der Information dieser Punkte berechnet wird, die von den Sen­ soren der Winkelposition gegeben werden während des Kon­ takts des Endes des letzten Meßsegments.

Gegenwärtig wird die Abstützung der Meßsegmente entweder manuell oder mit Motoren, die mit den Meßsegmenten verbunden sind, ausgeführt. Die manuelle Abstützung der Meßsegmente führt zu einer Ermüdung des Benutzers und be­ schränkt die Fähigkeit des Benutzers, die Vorrichtung zu handhaben. Insbesondere kann sich in dem Fall von Meßseg­ menten mit großen vorbestimmten Abmessungen zum Messen der Position von voneinander in weitem Abstand liegenden Punk­ ten die Handhabung der Meßvorrichtung durch einen Benutzer als unmöglich erweisen.

Um diesen Mißstand zu vermeiden, wurde in Betracht gezo­ gen, die Meßsegmente mit einem Antrieb zu versehen, d. h. nicht nur auf gleicher Höhe mit den Gelenkverbindungen Sensoren der Winkelposition der Meßsegmente anzuordnen, sondern auch Hilfsteile wie Antriebsmotoren, die eine Ro­ tation der Meßsegmente in bezug aufeinander besorgen oder am einfachsten Federn in Höhe der Gelenkverbindungen zwi­ schen den Meßsegmenten, oder ein mit den Meßsegmenten ver­ bundenes Kabel, das mit einem Gegengewicht verbunden ist, um die Schwerkraft, welcher die Meßsegmente unterworfen sind, auszugleichen. Die GB-A-14 98 009 und die EP-A-02 37 698 verdeutlichen diese Lösungen. Welcher Art die benutzten Hilfsmittel auch seien, die Gelenkverbindun­ gen sind zwischen den Meßsegmenten einer Reaktionskraft unterworfen, welche der Schwerkraft, die auf die Meßseg­ mente ausgeübt wird, entgegensteht. Diese Schwer- und Re­ aktionskräfte ziehen entweder einen Verschleiß der Gelenk­ verbindungen oder einfach Deformationen nach sich, insbe­ sondere ein Knicken der Meßsegmente, welche die durch die Positionssensoren ausgeführte Messung derart stören, daß diese Vorrichtungen nicht für Messungen sehr großer Präzision benutzt werden können, z. B. Messungen, bei denen eine Positionsbestimmung eines Punktes bis auf 1 Mikron gesucht wird.

Der Stand der Technik wird auch durch Handhabungsautomaten mit gelenkigen Armen (siehe z. B. die EP-A 78 113 und die DE-A 37 30 873) vervollständigt. Die US-A 43 43 092 zeigt schließlich eine kardanische Befestigung für eine Meßvor­ richtung, gegen welche diese Vorrichtungen zum Zwecke der Orientierung zur Auflage kommen, woraus eine Vergrößerung der Belastungen auf gleicher Höhe mit den Gelenkverbindun­ gen resultiert. Aus der DE-A 27 44 687 schließlich ist eine Meßvorrichtung für die Messung der Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche eines Werkstücks bekannt, bei der benachbart zu Meßsegmenten, welche Tastfühler tragen, Stützsegmente, die miteinander verbunden sind, und Verbindungsteile, welche die Meßsegmente in einer Richtung stützen, vorgesehen sind, wobei die letztgenannte Richtung der Wirkungsrichtung der Schwerkraft entgegengesetzt ist. Bei dieser Vorrichtung sind auch Hilfsteile vorhanden, welche auf die Stützelemente entgegen der Schwerkraft einwirken. Die Stützsegmente haben den Zweck, durch Biegungen der Meßsegmente während der Messung entgegenzuwirken, um so die Meßgenauigkeit der Vorrichtung zu erhöhen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Meßvorrichtung zu vermitteln, die durch einen Benutzer bequem und ermüdungsfrei gehandhabt werden kann und die auf die Gelenkachsen der Meßsegmente wirkenden Belastungen möglichst klein gehalten sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßvorrichtung umfaßt: einen Satz gelenkig miteinander verbundener Stützsegmente, die zu den Meßsegmenten benachbart sind, Verbindungsteile, die auf den Stützsegmenten befestigt sind und die wenigstens teilweise um die Meßsegmente herumgreifen und mit diesen in Eingriff stehen, um diese gemäß einer Richtung zu unterstützen, die der Schwerkraft entgegengesetzt ist und Hilfsteile, welche auf die Stützsegmente entgegen der Schwerkraft einwirken, und daß die Gelenk- oder Drehachsen der Stützsegmente kolinear zu den Gelenk- oder Drehachsen der Stützsegmente kolinear zu den Gelenk- oder Drehachsen der Meßsegmente angeordnet sind.

Auf diese Weise werden die Reaktionskräfte, die sich ent­ gegen der Schwerkraft einstellen, auf die gleiche Höhe mit den Gelenkverbindungen der Stützsegmente derart übertragen, daß die Belastungen auf gleicher Höhe mit den Gelenkverbindungen zwischen den Meßsegmenten beträchtlich vermindert werden und keine Störungen für die Bestimmung der Winkelposition der Meßsegmente im untersuchten Präzisionsbereich hervorgerufen werden. Gleichzeitig sind die Stützsegmente um die Gelenkachse herum kolinear mit den Gelenkachsen der Meßsegmente angelenkt. Auf diese Weise sind die Bewegungen der Stützsegmente exakt identisch mit den Bewegungen der Meßsegmente, und es werden dadurch die Belastungen minimiert, welchen die Gelenkachsen der Meßsegmente unterworfen sind.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beilie­ gender Zeichnung, die eine schaubildliche Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, der weiteren Er­ läuterung.

Wie in der Figur dargestellt, umfaßt die Meßvorrichtung einen Rahmen 1 in Form eines Galgens, der auf einer Grund­ platte befestigt ist. Ein erstes Meßsegment, das allgemein mit dem Bezugszeichen 2 und genauer mit dem Bezugszeichen 2.1 versehen ist, ist mittels eines Bügels 3 auf gelenkige Weise am Rahmen 1 befestigt und hierdurch um eine verti­ kale Gelenkachse 4 schwenkbar. Das Meßsegment 2.1 ist an dem Bügel 3 um eine horizontale Achse 5 schwenkbar be­ festigt. Ein zweites Meßsegment 2.2 ist auf gelenkige Weise um eine horizontale Gelenkachse 6 an einem Ende des Meßsegments 2.1, welches dem gelenkig mit dem Bügel 3 verbundenen Ende gegenüberliegt, befestigt. Die Winkelposition der Meßsegmente in bezug aufeinander und in bezug auf den Rahmen 1 wird durch Winkelpositionssensoren 7 gemessen, die mit einem nicht dargestellten Bedienungs-, Rechen- und Steuerwerk verbunden sind.

Die Meßvorrichtung umfaßt ebenfalls Stützsegmente 8.1 und 8.2, die jeweils benachbart zu den Meßsegmenten 2.1 und 2.2 sind. Die Stützsegmente 8 sind durch eine L-förmige Konsole 9 getragen, welche umfaßt: eine erste Seite, die gelenkig auf der Grundplatte um eine Gelenk- und Drehachse 10 kolinear zu der Gelenk- und Drehachse 4 des Bügels 3 befestigt ist und eine zweite Seite, die eine Gelenk- und Drehachse 11 trägt, auf welcher das erste Stützsegment 8.1 befestigt ist. Die Gelenk- und Drehachse 11 ist kolinear zu der Gelenk- und Drehachse 5 des ersten Meßsegments 2.1 auf dem Bügel 3. Das zweite Stützsegment 8.2 ist mit dem ersten Stützsegment 8.1 um eine Gelenk- und Drehachse 12, die kolinear zu der Gelenk- und Drehachse 6 des zweiten Meßsegments 2.2 ist, in bezug auf das erste Meßsegment 2.1 schwenkbar. Mit den Bezugszeichen 13.1 und 13.2 bezeich­ nete Verbindungsteile, hier Gabeln 13, sind auf den Stütz­ segmenten befestigt und um die Meßsegmente herum in Ein­ griff, um diese gemäß einer Richtung zu stützen, die der auf die Meßsegmente ausgeübten Schwerkraft entgegengesetzt ist.

Andererseits sind die Enden der Federn 14 an Befestigungs­ stiften 15 befestigt, die wechselseitig an dem Rahmen 9 und dem ersten Stützsegment 8.1 einerseits und dem ersten und zweiten Stützsegment andererseits befestigt sind.

Die Federn 14 bilden die Hilfsteile, die auf die Stützseg­ mente entgegen der Schwerkraft wirken. Wegen der Anordnung der Verbindungsgabeln 13 wirken die Federn 14 nicht nur den Gewichten der Stützsegmente selbst entgegen, sondern auch den Gewichten der Meßsegmente. Auf diese Weise wird das Knicken der Meßsegmente vermieden, und die aus der Schwerkraft resultierenden Reaktionen der Achse werden auf die Höhe der Gelenk- und Drehachsen 10, 11 und 12 der Stützsegmente und der Konsole übertragen.

Vorzugsweise dienen die Federn 14 dazu, die Gewichte der Stützsegmente und der Meßsegmente auszugleichen, so daß letztere in einer Position verbleiben, in welcher sie durch einen Benutzer ausgerichtet sind.

Speziell können die Stützsegmente über der Seite der Meßsegmente angeordnet sein, damit die Gelenk- und Drehachsen kolinear sein können. Man kann die Stütz­ segmente auch unterhalb der Meßsegmente anordnen, so daß die Gelenk- und Drehachsen der Stützsegmente und der Meß­ segmente parallel sind und die Verbindungsteile 13 ent­ sprechend angepaßt sind. Diese Verbindungsteile sind z. B. Ringe, die die Meßsegmente umgeben, um diese abzustützen, wobei die relative Richtung der Stütz- und Meßsegmente auf das Schwerkraftfeld bezogen sein kann. Es ist in diesem Zusammenhang auch zu bemerken, daß wenn die Gelenk- und Drehachsen kolinear sind, ein einziges Verbindungsteil 13 zwischen den Stützsegmenten und den Meßsegmenten genügt, um eine Reaktion der Achse auf die Dreh- und Gelenkachsen der Meßsegmente zu vermeiden. In dem Fall verschiedener Ausführungsformen, insbesondere wenn die Stützsegmente unterhalb der Meßsegmente angeordnet sind, sind die Meßsegmente gleitbar geführt, um sie in bezug auf die Verbindungsteile zu verschieben, und es sind nun vorzugsweise mehrere Verbindungsteile zwischen jedem Stützsegment und jedem Meßsegment vorgesehen.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung lediglich mit zwei Meßsegmenten beschrieben wurde, kann man auch eine Vor­ richtung vorsehen, die mehr Meßsegmente und mehr diesen entsprechende Stützsegmente umfaßt, um mehr Freiheitsgrade für die Verstellbewegungen des äußersten, der Messung die­ nenden Segments zu ermöglichen.

Die Federn 14 können auch durch andere Hilfsteile ersetzt werden, wie mit Gegengewichten verbundene Kabel oder durch Motoren, die den Gelenk- und Drehachsen der Stütz­ segmente und des Trägers 9 zugeordnet sind. Man kann auch eine Kopplung der Steuerung der Position der Stützsegmente mit der durch die Meßsegmente ausgeführten Messung her­ stellen, um das äußerste Meßsegment auf automatische oder halbautomatische Weise in eine vorbestimmte Position her­ anzuführen, z. B. zur Auflage auf eine Oberfläche. In die­ sem Fall muß das äußerste Meßsegment selbstverständlich mit einem Sensor ausgestattet sein, der das Anhalten der Bewegungssteuerung des Stützsegments ermöglicht, sobald die gewünschte Position erreicht ist. Es ist in diesem Zusammenhang zu bemerken, daß es keine Rolle spielt, daß die Verbindungsteile 13 mit Spiel mit den Meßsegmenten verbunden sind, da diese Verbindungsteile lediglich der Kompensation der Schwerkräfte dienen, die auf die Meßseg­ mente ausgeübt werden, ohne daß sie in irgendeiner Weise an der Messung teilnehmen.

Claims (1)

1. Meßvorrichtung für die Form oder die Position eines Objekts mit einem Rahmen, der einen Satz von Meßsegmenten trägt, welche miteinander gelenkig verbunden sind und mit Sensoren für die Winkel-Position der Meßsegmente zueinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung umfaßt: einen Satz gelenkig miteinander verbundener Stützsegmente (8), die zu den Meßsegmenten (2) benachbart sind, Verbindungsteile (13), die auf den Stützsegmenten (8) befestigt sind und die wenigstens teilweise um die Meßsegmente (2) herumgreifen und mit diesen in Eingriff stehen, um diese gemäß einer Richtung zu stützen, die der Schwerkraft entgegengesetzt ist, und Hilfsteile (14), welche auf die Stützsegmente (8) entgegen der Schwerkraft einwirken, und daß die Gelenk- oder Drehachsen (10, 11, 12) der Stützsegmente (8) kolinear zu den Gelenk- oder Drehachsen (4, 5, 6) der Meßsegmente angeordnet sind.