DE4345094C2 - Formmeßmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Formmeßmaschine in Ausleger­ bauart, mit einem eine Werkstückaufnahme tragenden Maschi­ nenbett, mit einem an diesem in Richtung einer ersten horizontalen Koordinatenachse (Y) auf ersten Führungs­ mitteln verfahrbar gelagerten ersten Verschiebeschlitten, mit einer dem ersten Verschiebeschlitten zugeordneten ver­ tikalen Säule, mit einem an dieser in Richtung einer zweiten vertikalen Koordinatenachse (Z) auf zweiten Füh­ rungsmitteln verfahrbar gelagerten zweiten Verschiebe­ schlitten, mit einem auf dem zweiten Verschiebeschlitten gelagerten Ausleger, der endseitig zur Aufnahme eines Tastkopfes eingerichtet ist sowie mit Stelleinrichtungen zur Verstellung der beiden Verschiebeschlitten längs ihrer jeweiligen Koordinatenachse.

Formmeßmaschinen finden beispielsweise in der Fertigungs­ kontrolle eine weite Anwendung, um Oberflächen von Werk­ stücken kontinuierlich abzutasten (Scanning) und etwaige Formabweichungen vom Sollwertverlauf festzustellen. Die Meßergebnisse werden entweder auf Meßprotokollen aufgenom­ men oder unmittelbar in Signale umgewandelt, die zur Steuerung oder Reeinflußung von Fertigungsabläufen benutzt werden.

Sie sind u. a. in Portal- und in Auslegerbauweise gebräuch­ lich, wobei sich die Portalbauweise (vgl. bspw. DE 41 32 333 A1 insbesondere durch eine gute Zugänglichkeit des Meßortes an dem auf der Werkstückaufnahme aufgenommenen Werkstück auszeichnet. Um die erforderliche Stabilität des Maschinenaufbaus zu erreichen und damit den im Nanometer­ bereich liegenden Anforderungen an die Meßgenauigkeit zu genügen, sind die bekannten Formmeßmaschinen in Ausleger­ bauart typischerweise mit einem durch konstruktive Maßnah­ men extrem steifen Maschinenbett ausgebildet, das häufig aus Granit hergestellt ist und auf dem über den ersten Verschiebeschlitten die vertikale Säule abgestützt ist, die ihrerseits wiederum entweder massiv oder in schwerer Guß- oder Stahlschweißkonstruktion aufgebaut ist. Die Führungsbahnen für den ersten Verschiebeschlitten liegen in der Regel - gegebenenfalls vertieft - in der waagrech­ ten ebenen Tischfläche des meist parallelepipedförmigen Maschinenbettes. Ihr Abstand in der Horizontalebene ist mit Rücksicht auf die erforderliche Standsicherheit der Säule gewählt, wobei die Führungsmittel so ausgebildet sind, daß ein Verdrehen der Säule um ihre Vertikalachse bei der Horizontalverschiebung ausgeschlossen ist. Bekannt ist es auch aus der DE 32 08 412, die Führungsbahnen an einen einzigen massiven horizontalen Balken auszubilden, der an der Bedienungsseite abgewandten Seite des Maschi­ nenbettes etwa in der Höhe des Meßtisches angebracht ist. Ein solcher Balken ergibt notwendigerweise eine kleine Führungsbreite für den darauf gelagerten Verstellschlit­ ten, abgesehen davon, daß seine verwindungssteife Auf­ hängung bei einem nicht massiven Maschinenbett aufwendig ist.

Für den an der Säule auf und ab beweglich geführten zwei­ ten Verschiebeschlitten, der den Ausleger trägt, gelten grundsätzlich ähnliche Konstruktionsprinzipien, mit der Folge, daß sich insgesamt ein schwergewichtiger Maschinen­ aufbau mit entsprechend großer träger Masse aller bewegten Teile ergibt. Ein Beispiel einer solchen Formmeßmaschine in Auslegerbauart ist schematisch in der US-PS 4 621 434 veranschaulicht, bei der die vertikale Säule im Prinzip in Gestalt eines massiven Rahmens ausgebildet ist.

Abgesehen von dem mit einer solchen schweren Konstruk­ tionsweise verbundenen hohen Kostenaufwand beeinträchtigt die notwendigerweise vorhandene große träge Masse der bewegten Teile das dynamische Verhalten der Formmeßmaschi­ ne. Verfahrbewegungen der Verschiebeschlitten, d. h. der Säule und des Auslegers können wegen der auftretenden Massenkräfte nur mit verhältnismäßig geringen Beschleuni­ gungen bzw. Verzögerungen erfolgen, mit dem Ergebnis, daß die jeweils erforderlichen Einstell- und Nebenzeiten be­ stimmte Mindestwerte nicht unterschreiten können, die für eine Reihe von Anwendungsfällen als zu groß empfunden werden.

Davon abgesehen bedingt die nebeneinander liegende Anord­ nung der Führungsmittel für den die Säule tragenden ersten Verschiebeschlitten im Bereiche der Tischfläche des Ma­ schinenbettes eine entsprechende Tiefe des Maschinenbettes und damit einen beträchtlichen Platzbedarf für die ganze Formmeßmaschine. Grundsätzlich ähnliches gilt auch für eine aus der DE 28 21 360 A1 bekannte Koordinaten-Meßma­ schine der sogenannten Pinolenbauart, bei der das Maschi­ nenbett anschließend an den Meßtisch mit einer aufragen­ den, vertikalen Wand ausgebildet ist, auf deren dem Meß­ tisch zugewandten Vorderseite der Verstellschlitten an­ geordnet ist. Der Verstellschlitten ist auf zwei im Ab­ stand zueinander angeordneten Führungsbahnen verschieblich gelagert, die sowohl horizontal als auch vertikal gegen­ einander versetzt sind. Da der Massenschwerpunkt der den Verstellschlitten beinhaltenden Baugruppe oberhalb des Meßtisches vor der Wand liegt, ist der Verstellschlitten an seiner oberen Führung auch seitlich gefesselt. Diese Ausbildung des Maschinenbettes bedingt einen erheblichen Aufwand und einen beträchtlichen Platzbedarf für die ganze Maschine.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Formmeßmaschine in Auslegerbauart zu schaffen, die sich durch einen ein­ fachen platzsparenden Aufbau auszeichnet und die im Ver­ gleich zu dem erläuterten Stand der Technik ein wesentlich verbessertes dynamisches Verhalten hat und damit eine Verkürzung der Neben- und damit der Zeit pro Meßzyklus insgesamt erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die eingangs genannte Formmeßmaschine erfindungsgemäß die Merkmale des Patent­ anspruches 1 auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Führungsmittel zwei Führungsbalken oder -schienen auf, die die Führungsbahnen bildende Flächen tragen und die eine rechteckige oder quadratische Querschnittsgestalt haben, wobei aber grundsätzlich auch andere Querschnittsprofil­ formen, einschließlich kreiszylindrischer und dreieckför­ miger in Frage kommen, so daß die Führungsschienen auch in Form von Prismen oder Hohlprofilen ausgebildet sein kön­ nen. Durch die ersten Führungsmittel ist an der Rückseite des Maschinenbettes eine schräge Ebene definiert, die mit der Horizontalen einen Winkel von wenigstens 20° ein­ schließt, der in einer praktischen Ausführungsform vor­ zugsweise bei 60° liegt.

Dadurch, daß der erste Verschiebeschlitten mit der Säule an der Rückseite des Bettes praktisch in einer "Schrägfüh­ rung" verschieblich geführt ist, ergibt sich eine sehr platzsparende Anordnung für die Formmeßmaschine, wobei gleichzeitig im Vergleich mit dem Stand der Technik auf der Säule bei gleicher Führungslänge ein größerer Hub für den zweiten Verstellschlitten vorhanden ist. Zudem ist die Säule mit dem ersten Verschiebeschlitten an dem Maschinen­ bett sehr standsicher mit weit auseinander liegenden Lagerstellen geführt, wobei die Betthöhe für die Führungs­ länge mit ausgenutzt wird, weil die Führungsmittel wenig­ stens eine untere Führungsbahn an der Maschinenbettrück­ seite in der Nähe der Aufstellfläche des Maschinenbettes und wenigstens eine andere obere Führungsbahn im wesentli­ chen in der Nähe der Maschinenbettoberseite aufweisen. Bei der neuen Konstruktion liegen der Massen- und der Rei­ bungsschwerpunkt nahe beieinander, so daß sich sehr gün­ stige dynamische Verhältnisse ergeben. Die beiden Schwer­ punkte liegen auf oder in der Nähe der oberen Führungs­ mittel, wobei auch die Angriffsstelle der Stelleinrichtung für den ersten Verschiebeschlitten in der Nähe dieser oberen Führungsmittel angeordnet ist, so daß sich zusammen mit der leichtgewichtigen Konstruktion der bewegten Teile hervorragende dynamische Eigenschaften der neuen Formmeß­ maschine ergeben, die z. B. bei einer ausgeführten Maschine eine Umsteuerungsfrequenz von bis zu 50 Hz erlau­ ben.

Die Formmeßmaschine zeichnet sich somit durch sehr gute Führungsverhältnisse sowohl für den ersten als auch für den zweiten Verschiebeschlitten aus, wobei die Anordnung mit Vorteil derart getroffen ist, daß wenigstens einer dieser Verschiebeschlitten auf den Führungsbahnen seiner zugehörigen Führungsmittel an fünf Lagerstellen abgestützt ist, die im wesentlichen auf den Schenkeln eines gedachten L liegen. Dabei können jeweils vier - gegebenenfalls paar­ weise einander gegenüberliegend angeordnete - Lagerstellen möglichst weit beabstandet auf Führungsbahnen eines ge­ meinsamen Führungsmittels liegen, während die fünfte Lagerstelle durch das erwähnte Prinzip der L-förmigen Anordnung in größtmöglichem seitlichem Abstand davon angeordnet ist, derart, daß eine große Stabilität der geführten Teile gewährleistet ist. Durch die fünf zweck­ entsprechend angeordneten Lagerstellen erfolgt eine Fesse­ lung des jeweiligen Verschiebeschlittens in Bezug auf fünf Freiheitsgrade, während die Fesselung in Bezug auf den sechsten Freiheitsgrad vorzugsweise durch die Stellein­ richtung übernommen werden kann.

Die Säule ist in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen scheibenförmig mit quer zu den ersten Füh­ rungsmitteln verlaufend angeordneten Breitseiten sowie mit im wesentlichen keilförmigen Querschnitt ausgebildet. Ihre breitere Stirnfläche weist dabei zur Maschinenbettrücksei­ te, so daß sich ein Höchstmaß an Steifigkeit ergibt. Von den erwähnten fünf Lagerstellen sind zweckmäßigerweise drei unmittelbar an der scheibenförmigen Säule angeordnet, während die verbleibenden Lagerstellen (oder zumindest eine von diesen) im seitlichen Abstand von der Säule vorgesehen ist. Praktisch kann diese Anordnung derart verwirklicht werden, daß der erste Verschiebeschlitten in der Draufsicht im wesentlichen von einem gedachten Dreieck umgrenzt ist, von dem eine Seite durch die Säule und eine daran anschließende Seite durch eine vorkragende Armkon­ struktion gebildet ist, die endseitig die weitere Lager­ stelle oder -stellen enthält und gegen die gegebenenfalls die Säule einseitig über zumindest einen Teil ihrer Höhe abgestützt ist.

Nach grundsätzlich ähnlichen Prinzipien ist mit Vorteil auch der zweite Verschiebeschlitten aufgebaut. Er weist ein Lagerstellen tragendes Basisteil und einen daran nach unten ragend angeordneten Fortsatz auf, an dem wenigstens eine der übrigen Lagerstellen im vertikalen Abstand von den Lagerstellen des Basisteiles aufgenommen ist. Die vertikale Länge des Fortsatzes entspricht zweckmäßigerwei­ se etwa dem vertikalen Abstand zwischen den ersten Füh­ rungsmitteln an dem Maschinenbett. Dadurch wird erreicht, daß für die Führungslänge des zweiten Verschiebeschlittens die Höhe des Maschinenbettes mit ausgenutzt wird.

Um die träge Masse der bewegten Teile auf ein Minimum zu reduzieren, ist die Säule in der Regel weitgehend als Hohlkörper ausgebildet, während die erwähnte vorkragende Armkonstruktion des ersten Verschiebeschlittens und der nach unten ragende Fortsatz des zweiten Verschiebeschlit­ tens ebenfalls aus leichtgewichtigen Konstruktionselemen­ ten nach Art eines hohlen Gehäuses aufgebaut sind.

Dafür können, abgesehen von Streben oder Gitterwerkskon­ struktionen, als Konstruktionselemente dünne Bleche oder faserverstärkte Kunststoffplatten Verwendung finden, wobei sich Kunststoffverbundplatten mit Kohlefaserverstärkung als besonders zweckmäßig erwiesen haben.

Die scheiben- oder leistenförmig ausgebildete Säule, die auf einer Seite gegen die vorkragende Armkonstruktion abgestützt ist, bietet auf der anderen Seite eine freie Breitseite, die auf der Rückseite des Maschinenbettes im Bereiche der ersten Führungsmittel praktisch bis in die unmittelbare Nähe der Aufstellfläche des Maschinenbettes herunterragt und die damit eine volle Ausnutzung der durch die Länge der Säule gegebenen maximalen Hublänge gewähr­ leistet, ohne daß dadurch Einbußen hinsichtlich der Füh­ rungslänge des zweiten Verschiebeschlittens in Kauf genom­ men werden müßten. Zur Führung des zweiten Verschiebe­ schlittens weisen die an der Säule vorgesehenen zweiten Führungsmittel vertikale Führungsbahnen auf, die im Berei­ che dieser freien Breitseite und auf einer daran anschlie­ ßenden Stirnseite der Säule angeordnet sind.

Auf dem neben der Säule an deren freien Breitseite auf und ab verfahrbar gelagerten zweiten Verschiebeschlitten ist mit Vorteil ein in Richtung einer dritten Koordinatenachse (R) verfahrbarer dritter Verschiebeschlitten gelagert, der den Ausleger trägt und dem an dem zweiten Verschiebe­ schlitten angeordnete dritte Führungsmittel zugeordnet sind. Diese Führungsmittel können ein im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmiges Führungsteil aufweisen, das vorzugsweise als Hohlkörper ausgebildet ist, der auf dem Basisteil des zweiten Verschiebeschlittens angeordnet ist und Führungsbahnen trägt, die in zueinander winklig ver­ laufenden Ebenen liegen. Auf dem Führungsteil sitzt der dritte Verschiebeschlitten, der das Führungsteil damit teilweise übergreift und gegen dessen Führungsbahnen wiederum an fünf diskreten Lagerstellen abgestützt ist, die mit Rücksicht auf die Erzielung einer möglichst großen Führungslänge zweckentsprechend angeordnet sind. Sie liegen wiederum auf den Schenkeln eines gedachten L und bewirken eine Fesselung des dritten Verschiebeschlittens in Bezug auf fünf Freiheitsgrade; in Bezug auf den sech­ sten Freiheitsgrad übernimmt die Stelleinrichtung die Fesselung.

Der auf dem dritten Verschiebeschlitten angeordnete Aus­ leger kann zur Erzielung einer weitmöglichen Gewichts­ ersparung nach Art eines Hohlprofiles ausgebildet sein, das mit Vorteil über eine Kollisionsschutzeinrichtung an dem dritten Verschiebeschlitten gelagert ist. Schließlich erlaubt es die spezielle Ausbildung der Säule und der Verschiebeschlitten bei der neuen Formmeßmaschine das Maschinenbett in der Draufsicht im wesentlichen L-förmig auszubilden, wobei die Werkstückaufnahme im Bereiche eines Schenkels des L angeordnet ist und die Führungsmittel an der Rückseite des Maschinenbettes im Bereiche des anderen Schenkels des L vorgesehen sind. Abgesehen von dem gerin­ gen Platzbedarf führt diese Form des Maschinenbettes zu der Möglichkeit einer ergonomisch günstigen Bedienung der Maschine mit kurzen Griffwegen für die Bedienungsperson, während andererseits eine für die Temperaturstabilität der ganzen Formmeßmaschine gegebenenfalls erforderliche Kapse­ lung mit einfachen geometrischen Verhältnissen für das Gehäuse so angeordnet werden kann, daß die Werkstückauf­ nahme und das zu vermessende Werkstück jederzeit frei zugänglich bleiben.

Das Konstruktionsprinzip der neuen Meßmaschine kommt, wie erläutert, ohne schwere Konstruktionsteile für die Ver­ schiebeschlitten, die Säule und dergleichen aus. Diese Elemente sind in Leichtbauweise auf optimale Steifigkeit ausgelegt, so daß sich schon von der Konstruktion her eine hohe Meßgenauigkeit ergibt. Um unvermeidbare Formabwei­ chungen der Führungsbahnen oder Formveränderungen der Säule und der Verschiebeschlitten insoweit auszugleichen, daß sie keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben, ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Anordnung derart getroffen, daß zumindest mit dem Maschinenbett und der Säule gerade Normale verbunden sind, die parallel zu der jeweils entsprechenden Koordinatenachse ausgerichtet und von Lager- und Führungskräften im wesentlichen frei gehal­ ten sind. Diese Normale sind über ihnen starr zugeordnete, auf eine Relativbewegung aneinander anschließender Normale zu einander ansprechende Sensoren miteinander gekoppelt, durch die eine solche Relativbewegung nach Größe, Art und Richtung feststellbar ist und die entsprechende Signale an einen Rechner abgeben, der das Meßergebnis oder die jewei­ lige Lage des Tasters im Raum korrigierende Korrektur­ größen errechnet. Wesentlich ist, daß durch diese Normale ein von dem eigentlichen Transportsystem für die Verschie­ beschlitten und den Taster abgekoppeltes eigenes Führungs- oder Bezugssystem gebildet ist, das von an den Verschiebe­ schlitten angeordneten Abtasteinrichtungen oder Sensoren unter Erzeugung von Korrektursignalen für den Rechner laufend abtastbar ist. Ist die Formmeßmaschine mit einem dritten Verschiebeschlitten ausgerüstet, so ist an dem zweiten Verschiebeschlitten ebenfalls ein parallel zu der entsprechenden Koordinatenachse ausgerichtetes Normal befestigt, das mit dem an der Säule angeordneten Normal über entsprechende Sensoren gekoppelt ist, die ausgangs­ seitig mit dem Rechner verbunden ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß auch dieses Normal Teil des erwähnten Bezugssystemes ist. Die Sensoren sind an den Kopplungs­ stellen zweier Normale jeweils derart voneinander beab­ standet und ausgerichtet angeordnet, daß sie jeweils wenigstens zwei winklig zueinanderstehende Seiten eines der Normale abtasten, derart, daß die für die mögliche Relativbewegung der beiden jeweils einander zugeordneten Normale kennzeichnenden, translatorischen Bewegungskom­ ponenten sowie Kipp- und Drehbewegungskomponenten durch entsprechende Signale erfaßt werden.

Die neue Formmeßmaschine kann im übrigen für jede Art von Oberflächenabtastung eingesetzt werden, wozu in ihren Ausleger jeweils ein entsprechender Taster eingesetzt wird. Bei Verwendung eines 3-D-Tasters kann sie auch als Koordinatenmeßmaschine Verwendung finden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Formmeßmaschine gemaß der Erfindung in perspektivischer teilweise schematischer Dar­ stellung,

Fig. 2 die Formmeßmaschine nach Fig. 1 in der Drauf­ sicht,

Fig. 3 die Formmeßmaschine nach Fig. 1 in einer Seiten­ ansicht,

Fig. 4 die Formmeßmaschine nach Fig. 1 mit abgenommenem zweitem Verschiebeschlitten in der Z-Richtung, in einer perspektivischen Darstellung entspre­ chend Fig. 1,

Fig. 5 die Formmeßmaschine nach Fig. 1 mit abgenommenem erstem Verschiebeschlitten in der Y-Richtung, in einer perspektivischen Darstellung entsprechend Fig. 1,

Fig. 6 in einer Seitenansicht entsprechend der Blick­ richtung VI der Fig. 2 im Ausschnitt mit schema­ tisch lediglich mit ihrem Umriß angedeuteter Saule zur Veranschaulichung der Führungsmittel für den ersten Verschiebeschlitten in einem anderen Maßstab,

Fig. 7 den ersten Verschiebeschlitten der Formmeßma­ schine nach Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung, in einer schräg von links unten nach rechts oben gehenden Blickrichtung unter Veranschaulichung der Unterseite der von der Säule seitlich vorkragenden Armkonstruktion, in einem anderen Maßstab,

Fig. 8 den ersten und zweiten Verschiebeschlitten der Formmeßmaschine nach Fig. 1, in perspektivischer Darstellung bei abgenommenem Ausleger in einem anderen Maßstab,

Fig. 9 die Anordnung nach Fig. 8 in der Draufsicht,

Fig. 10, 11 die Anordnung nach Fig. 8 in zwei verschiedenen Seitenansichten,

Fig. 12 die Anordnung nach Fig. 9 in einem anderen Maß­ stab sowie im Ausschnitt zur Veranschaulichung von Einzelheiten der Führungsmittel für den zweiten Verschiebeschlitten in der Draufsicht entsprechend Fig. 9,

Fig. 13 den zweiten Verschiebeschlitten der Formmeßma­ schine nach Fig. 1 in vereinfachter perspektivi­ scher Darstellung und in einem anderen Maßstab,

Fig. 14 den zweiten Verschiebeschlitten nach Fig. 13 mit aufgebautem Normal unter Weglassung des nach unten gerichteten Fortsatzes in perspektivischer Darstellung,

Fig. 15 das aus drei Normalen gebildete Führungssystem der Formmeßmaschine nach Fig. 1 in einer per­ spektivischen Darstellung und in einem anderen Maßstab und

Fig. 16 eine Einzelheit der Halterung eines Normals nach Fig. 15 im axialen Schnitt, in einer Seitenan­ sicht und in einem anderen Maßstab.

Die in der Zeichnung dargestellte Formmeßmaschine in Auslegerbauart weist, wie insbesondere aus den Fig. 2 und 5 zu ersehen, ein in der Draufsicht im wesentlichen L- förmiges Maschinenbett 1 auf, das in Guß- oder Stahl­ schweißkonstruktion ausgeführt ist. Das Maschinenbett 1 ist gegen den Fußboden über eine elastische Dreipunkt­ lagerung abgestützt, von der eine Auflagerstelle bei 2 in Fig. 1 dargestellt ist. Sie verfügt über einen als Gummi­ metallteil ausgebildeten Aufstellfuß 3, der über eine Stellspindel 4 höhenverstellbar in einer entsprechenden seitlichen Ausnehmung 5 des Maschinenbettes 1 aufgenommen ist. Auf der horizontalen ebenen Tischfläche 6 des einen Schenkels des L-förmigen Maschinenbettes 1 ist eine in Gestalt eines Runddrehtisches 7 ausgebildete Werkstückauf­ nahme angeordnet, in die ein zylindrisches Werkstück 8 eingesetzt ist, das von der Formmeßmaschine gerade ver­ messen werden soll.

An der Rückseite des anderen Schenkels des L-förmigen Maschinenbettes 1 sind zwei parallele horizontal ausge­ richtete Führungsschienen 9, 10 quadratischer Quer­ schnittsgestalt vorgesehen, die in den entsprechenden Aufnahmen 11, 12 (Fig. 6) des Maschinenbettes 1 gelagert sind. Die beiden Führungsschienen 9, 10 bilden erste Lagermittel, die sowohl in Horizontalrichtung als auch in Vertikalrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß durch sie an der Rückseite des Maschinenbettes 1 eine in Fig. 6 bei 13 strichpunktiert angedeutete schräge Ebene definiert ist, die mit der Horizontalen einen Winkel von wenigstens 20° - hier 60° - einschließt.

Jede der beiden aus Stahl hergestellten Führungsschienen 9, 10 trägt zwei ebene nach oben bzw. außen weisende Führungsbahnen 14, 15 bzw. 16, 17, die jeweils einen Winkel von 90° miteinander einschließen und von denen sich, wie beispielsweise Fig. 1 zeigt, die Führungsbahnen 14, 15 der oberen etwas oberhalb der Tischfläche 6 liegen­ den oberen Führungsschiene 9 fast über die gesamte Lange des zugeordneten Schenkel des Maschinenbettes 1 erstrec­ ken. Die Führungsbahnen 16, 17 der unteren in unmittel­ barer Nähe der Aufstellfläche des Maschinenbettes 1 an­ geordneten Führungsschiene 10 sind kürzer (vergleiche Fig. 1), erstrecken sich aber auch im wesentlichen über die Länge der kürzeren Führungsschiene 10. Im Bereiche der nach außen weisenden Führungsbahn 17 der unteren Führungs­ schiene 10 ist an dieser eine vorstehende Randleiste 18 befestigt, deren Bedeutung im einzelnen noch erläutert werden wird.

Auf den von den beiden Führungsleisten 9, 10 gebildeten ersten Führungsmitteln ist ein erster Verschiebeschlitten 19 längs einer ersten Koordinatenrichtung (Y) längsver­ fahrbar gelagert. Der insbesondere aus den Fig. 4, 7 ersichtliche erste Verschiebeschlitten 19 weist eine im wesentlichen scheibenformige vertikale Säule 20 auf, die mit ihren Breitseiten quer zu der Koordinatenachse Y orientiert angeordnet ist. Die Säule 20 ist als Hohlkörper dünnwandig aus entsprechenden Leichtmetallteilen zusammen­ geschweißt; sie hat eine im wesentlichen keilförmige Querschnittsgestalt, wobei ihre breitere Stirnseite 21 zur Maschinenbettrückseite weisend angeordnet ist. Sie ragt bis in die unmittelbare Nähe der Aufstellfläche des Ma­ schinenbettes 1 nach unten und übergreift, wie aus den Fig. 4, 6 hervorgeht, die Führungsbahn 17 der unteren Führungsleiste 10. Anschließend an die hintere Stirnseite 21 ist die Säule 20 unten entsprechend der rückseitigen Kontur des Maschinenbettes gestaltet, derart, daß die obere Führungsschiene in einer etwa rechteckigen Ausspa­ rung 22 aufgenommen ist und die vordere Stirnwand 23 der Säule 20 mit der Rückwand 24 einer in der Oberseite des rückwärtigen Schenkels des Maschinenbettes 1 parallel zu der oberen Führungsschiene 9 verlaufend angeordneten rinnenartigen Vertiefung 25 fluchtet.

Auf der der Werkstückaufnahme 7 abgewandten Seite ist an die Säule 20 eine horizontal vorkragende Armkonstruktion 26 angeschlossen (Fig. 7), die eine in der Draufsicht im wesentlichen dreieckförmige Gestalt aufweist und sich mit einem horizontalen platten- oder rahmenförmigen Konstruk­ tionselement 27 über die gesamte Breite der Säule 20 erstreckt. An das dreieckförmige Konstruktionselement 27 schließen sich auf der Ober- und Unterseite im wesentli­ chen dreieckförmige Abstützelemente 28, 29 für die Säule 20 an, die schräg zu dem oberen und unteren Säulenende verlaufen und damit die insbesondere aus Fig. 7 zu entneh­ mende gehäuseartige Konstruktion für den ersten Verschie­ beschlitten 19 ergeben. In der Draufsicht ist dieser Verschiebeschlitten 19 ersichtlich im wesentlichen von einem gedachten Dreieck umgrenzt, von dem eine Seite durch die Säule 20 und eine daran anschließende Seite durch entsprechende Teile der Armkonstruktion 26 gebildet ist.

Die Konstruktionselemente 27, 28, 29 der Armkonstruktion 26 bestehen aus leichtgewichtigem Material, insbesondere aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffplatten, die in geeigneter Weise gegebenenfalls unter Verwendung von Versteifungsstreben miteinander verklebt oder sonst wie verbunden sind. Grundsätzlich wäre auch eine entsprechende Gitterkonstruktion für die sich an die Säule 20 anschlie­ ßenden Teile des ersten Verschiebeschlittens 19 denkbar.

Der erste Verschiebeschlitten 19 ist auf den durch die beiden Führungsleisten 9, 10 gebildeten ersten Führungs­ mitteln an fünf diskreten Lagerstellen gelagert, die so verteilt angeordnet sind, daß sich einerseits eine große Führungslänge und andererseits eine Fesselung des Ver­ schiebeschlittens 19 in Bezug auf fünf Freiheitsgrade ergibt.

Jede dieser Lagerstellen ist aus einem aus Gleitlagermate­ rial bestehenden Lagerelement 30 und einem diesem benach­ barten Haltemagnet 31 zusammengesetzt, wie dies exempla­ risch für alle Lagerstellen in Fig. 12 veranschaulicht ist. Das Lagerelement 30 sitzt auf einem zylindrischen Bolzen 320, der in eine entsprechende Bohrung des jeweili­ gen Verschiebeschlittens eingesetzt ist. Zwischen dem Bolzen 320 und dem Lagerelement 30 ist eine Kipplagerung vorgesehen, die eine einwandfreie Ausrichtung des Lager­ elementes 30 auf die jeweilige zugehörige Führungsbahn gewährleistet, so daß an der Lagerstelle keinerlei Ver­ windungskräfte entstehen können. Der zugeordnete Haltema­ gnet 31 ist ein Permanentmagnet, der ebenfalls in eine entsprechende Bohrung des jeweiligen Verschiebeschlittens eingesetzt ist und die für die jeweilige Lagerstelle erforderliche Vorspannung erzeugt, unter deren Wirkung das Lagerelement 30 satt gegen die zugehörige Führungsbahn angepreßt gehalten wird.

In den Fig. 7 bis 11 (und 13, 14) sind die Lagerelemente 30 und die Haltemagnete 31 der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht im Einzelnen eingezeichnet. Die Lagerstellen sind lediglich durch die zur Aufnahme je eines zylindri­ schen Bolzens 320 und eines Haltemagneten 31 dienenden Bohrungen 32, 33 angedeutet, wobei diese Lagerstellen ihrerseits für den ersten Verschiebeschlitten 19 in den zugehörigen Figuren mit I bis V bezeichnet sind.

Insbesonders die Fig. 6, 7 zeigen, daß die Lagerstellen I, II und III, IV an zwei prismatischen Lagerböcken 34, 35 vorgesehen sind, die beide auf der Ebene der Unterseite des horizontalen Konstruktionselementes 27 der Armkon­ struktion 26 angeordnet sind, und von denen der Lagerbock 34 im Bereiche der Säule 20 liegt, derart, daß die Lager­ stellen I, II unmittelbar an der Säule 20 sich befinden. Auch die Lagerstelle V liegt im Bereiche der Säule 20 und zwar an dem unteren Ende.

Die oberen Lagerstellen I, II und III, IV sind jeweils paarweise einander gegenüberliegend angeordnet und liegen auf den ihnen zugeordneten Führungsbahnen 14, 15 der oberen Führungsschiene 9, während die untere Lagerstelle V auf der nach außen weisenden Führungsbahn 17 der unteren Lagerschiene 10 sich abstützt. Wie aus Fig. 7 zu entneh­ men, liegen damit die Lagerstellen I, II und III, IV in verhältnismäßig großem gegenseitigem Abstand auf einem (horizontalen) Schenkel eines gedachten L, dessen anderer Schenkel nach unten weist; auf ihm liegt die untere Lager­ stelle V.

Unter der Wirkung ihres Gewichtes ruht somit die Säule 20 mit dem ersten Verschiebeschlitten 19 über die Lagerstel­ len I, II und III, IV auf den Führungsbahnen 14, 15 der oberen Führungsschiene 10, während sie über die Lager­ stelle 5 an ihrer Unterseite in unmittelbarer Nähe der Aufstellfläche des Maschinenbettes 1 lediglich seitlich gegen die Führungsbahn 17 der Führungsschiene 10 abge­ stützt ist.

Jeder der Lagerstellen I bis V sind hintergriffige Halte­ laschen 36, 37 (vergleiche beispielsweise Fig. 6) zugeord­ net, von denen die Halteleiste 36 mit der Randleiste 18 zusammenwirkt und deren Aufgabe darin besteht, bei Über­ schreiten der Haltekraft der Haltemagnete 31 zu verhin­ dern, daß sich einer der Verschiebeschlitten an der jewei­ ligen Lagerstelle von der zugehörigen Führungsbahn abhebt.

Beispielsweise aus Fig. 1, 4 ist zu entnehmen, daß auf zweiten vertikalen Führungsmitteln 39 der Säule 20 ein zweiter Verschiebeschlitten in Richtung der Z-Koordinaten­ achse verfahrbar gelagert ist. Der zweite Verschiebe­ schlitten 40 trägt seinerseits einen in Richtung der R- Koordinatenachse verschieblich gelagerten dritten Ver­ schiebeschlitten 41, auf welchem ein Ausleger 42 angeord­ net ist, der endseitig einen mit 43 bezeichneten Taster hält, welcher mit einem Tastarm 44 die Form der Innenwan­ dung einer Bohrung 45 des Werkstückes 8 abtastet. Die Anordnung und Ausbildung der drei Verschiebeschlitten 19, 40 und 41 sowie der Säule 20 ist derart getroffen, daß der Massenschwerpunkt des aus diesen Teilen einschließlich des Auslegers 42 bestehenden Systems in einer quer zu den Führungsleisten 9, 10 verlaufenden Vertikalebene in einem in Fig. 6 durch einen Pfeil A angedeuteten Bereich zwi­ schen den beiden Führungsleisten 9, 10 - oder gegebenen­ falls bezogen auf Fig. 6, rechts hinter der unteren Füh­ rungsleiste 10 liegt. Die Lage des Massenschwerpunktes hängt etwas von der jeweiligen Stellung, insbesondere des dritten Verschiebeschlittens 41 ab, doch gelangt der Massenschwerpunkt nie in den Bereich vor der oberen Füh­ rungsschiene (in Fig. 6 links von derselben), so daß die Säule 20 nach vorne kippen könnte.

Zu Folge dieser Lage des Massenschwerpunktes hinter der oberen Führungsleiste 9 ist sichergestellt, daß das Ge­ wicht des ganzen Systems über die vier Lagerstellen I bis IV vollständig von der oberen Führungsleiste aufgenommen wird, während die untere Lagerstelle V unter Schwerkraft­ wirkung gegen die zugeordnete Führungsbahn 17 angepreßt gehalten wird. Wegen des großen vertikalen Abstandes zwischen den Lagerstellen I bis IV und der Lagerstelle V auf der einen Seite sowie wegen des großen horizontalen Abstandes zwischen den Lagerstellen I, II und III, IV auf der anderen Seite ergibt sich eine extrem große Führungs­ länge für den ersten Verschiebeschlitten 19, die ein hohes Maß an Standfestigkeit und Stabilität gewährleistet. Da die Armkonstruktion 26 (Fig. 7) an der Säule 20 lediglich auf der der Werkstückaufnahme 7 abgewandten Seite vorkragt und die untere Lagerstelle V unmittelbar an der Stirnseite 21 der Säule 20 angeordnet ist, bietet die Säule 20 auf einer Breitseite ungehinderten Platz für die Aufnahme der beiden Verschiebeschlitten 40, 41 sowie des Auslegers 42, während andererseits die untere Führungsleiste 10 sich lediglich über einen Teil der Länge des Maschinenbettes 1 zu erstrecken braucht.

Die erwähnte Auflagerung des Systems auf der oberen Füh­ rungsleiste 9 hat zur Folge, daß auch der Reibungsschwer­ punkt für die Bewegung des Systems längs der Y-Achse in der Nähe der oberen Führungsschiene 9 in dem in Fig. 6 durch einen Pfeil B angedeuteten Bereich zwischen den beiden Führungsschienen 9, 10 liegt.

Wie die praktische Erfahrung an ausgeführten Formmeßma­ schinen gezeigt hat, liegen der Massenschwerpunkt und der Reibungsschwerpunkt. Innerhalb eines verhältnismäßig engen Bereiches nebeneinander. Um nun bei dem Verfahren des Systems in der Y-Achse möglichst geringe Kipp- und Drehmo­ mente zu erzeugen, ist die Angriffsstelle für die Stell­ einrichtung in dieser Koordinatenachse in den erwähnten Bereich oder zumindest in dessen Nähe gelegt. Diese An­ griffsstelle ist durch eine Spindelmutter 46 (Fig. 6) gebildet, welche mit der Säule 20 verbunden ist und auf einer horizontalen Gewindespindel 47 (Fig. 1) eines Kugel­ schraubtriebes angeordnet ist, die ihrerseits im Bereiche ihrer beiden Enden über entsprechende Wälzlager in Lager­ bügeln 48, 49 drehbar gelagert ist, welche auf an dem Maschinenbett 1 vorgesehenen Lagerkonsolen 50 festge­ schraubt sind. Ein Elektromotor 51 dient zum Antrieb der Gewindespindel 47 und damit zum Verfahren des die Säule 20 enthaltenden Systems in der Y-Richtung.

Über die Spindelmutter 46 bewirkt die Kugelrollspindel 47 die Fesselung des ersten Verschiebeschlittens 19 in Bezug auf den sechsten Freiheitsgrad.

Die an der Säule 20 vorgesehenen zweiten Führungsmittel 39 für den zweiten Verschiebeschlitten 40 weisen, wie ins­ besondere im Detail aus Fig. 8, 12 zu ersehen, vier ver­ tikale Führungsbahnen 52, 53, 54, 55 auf, von denen die Führungsbahn 52 im Eckbereich an der breiten Stirnfläche 21 der Säule, die Führungsbahn 53 anschließend an die Führungsbahn 52 auf der der Werkstückaufnahme 7 zugeord­ neten freien Breitseite 56 der Säule 20 und die beiden Führungsbahnen 54, 55 an einem auf die freie Breitseite 56 aufgesetzten leistenartigen Führungsteil 57 im Bereiche der schmalen Stirnseite 58 der Säule 20 angeordnet sind.

Da die Führungsbahnen 52 bis 55 aus nichtmagnetischem Material bestehen, sind in ihrer Nähe jeweils zugeordnete, an der Säule 20 verankerte vertikale Stahlleisten 59 vor­ gesehen, die mit den entsprechenden Haltemagneten 31 in bereits grundsätzlich erläuterter Weise zur Erzeugung der für die jeweiligen Lagerstellen erforderlichen Haltekraft zusammenwirken.

Wie beispielsweise insbesondere die Fig. 8 bis 13 erkennen lassen, weist der zweite Verschiebeschlitten 40 ein im wesentliches tischartiges horizontales Basisteil 60 auf, an das sich unten ein kastenartiger, in der Seiten­ ansicht im wesentlichen dreieckförmiger Fortsatz 61 an­ schließt, dessen Länge etwa der Höhe des Maschinenbettes 1 oder etwa dem vertikalen Abstand zwischen den beiden Füh­ rungsleisten 9, 10 oder der Höhe des Maschinenbettes 1 entspricht.

An dem Basisteil 60 und am unteren Ende des Fortsatzes 61 sind zwei Lagerböcke 62, 63 angeordnet (Fig. 13), die zwei in einer gemeinsamen Vertikalebene liegende rechtwinklig zu der Längserstreckung des Basisteils 60 verlaufende Führungsseiten 64, 65 aufweisen, in deren Bereich Lager­ elemente 30 und Haltemagneten 31 angeordnet sind, wie dies durch die Aufnahmebohrungen 32, 33 für diese Teile ange­ deutet ist. Ersichtlich liegen die im Bereiche der Breit­ seite 56 der Säule 20 liegenden Lagerstellen im Bereiche des Basisteils 60 näherungsweise auf dem Schenkel eines gedachten L, auf dessen anderen nach unten weisenden Schenkel eine Lagerstelle IX liegt, die ebenfalls auf der Führungsbahn 53 auf der Breitseite 56 der Säule 20 abge­ stutzt ist, während die beiden rechtwinklig dazu liegenden Lagerstellen XII, XIII an den Lagerböcken 62, 63 auf der Führungsbahn 52 an der Stirnseite 21 der Säule 20 liegen. Wegen des großen horizontalen Abstandes der Lagerstellen VI und VIII bzw. XII und VII sowie des ebenfalls großen vertikalen Abstandes zwischen den Lagerstellen VI und IX bzw. XII und XIII ergibt sich für den zweiten Verschiebe­ schlitten 40 ebenfalls eine sehr große Führungslänge. Der Verschiebeschlitten ist über die erwähnten Lagerstellen in Bezug auf fünf Freiheitsgrade gefesselt; bezüglich des sechsten Freiheitsgrades erfolgt die Fesselung wiederum durch die Verstelleinrichtung, die eine an dem Basisteil 60 angeordnete Spindelmutter 66 und eine diese durchque­ rende vertikale Gewindespindel 67 aufweist. Die Gewinde­ spindel 67 ist vor der Breitseite 56 liegend einenends an einem am oberen Ende der Säule 20 befestigten Lagerbock 68 und anderenends in einem den elektrischen Antriebsmotor enthaltenden Gehäuse 69 (Fig. 8) drehbar gelagert, das ebenfalls an der Säule 20 befestigt ist und aus Gewichts­ gründen in der Nähe des unteren Endes der Säule 20 in dem Bereich zwischen den beiden Führungsleisten 9, 10 angeord­ net ist.

Wie beispielsweise aus Fig. 1 zu entnehmen, ragt das Basisteil 60 mit seinem Fortsatz 61 nach hinten über die Stirnfläche 21 der Säule 20 und die Rückseite des Maschi­ nenbettes 1 vor, wobei, wie bereits erwähnt, über die Länge des Fortsatzes 61 die durch die Maschinenbetthöhe gegebene Führungslänge ausgenutzt wird. Durch diese Ge­ wichtsverteilung wird erreicht, daß die Gewindespindel 67 an dem zweiten Verschiebeschlitten 40 ebenfalls in der Nähe dessen Reibungs- und Massenschwerpunkts angreift und somit minimale Kipp- und Drehmomente erzeugt.

Auf dem horizontalen Basisteil 60 des zweiten Verschiebe­ schlittens 40 ist ein nach Art eines im Querschnitt drei­ eckförmigen Hohlkörper ausgebildetes Führungsteil 70 befestigt, das ebenso wie die Teile des Fortsatzes 61 und gegebenenfalls das Basisteil 60 aus Platten eines kohlen­ stoffaserverstärkten Kunststoffes hergestellt ist. Der zweite Verschiebeschlitten ist deshalb insgesamt ebenfalls sehr leichtgewichtig konstruiert, um seine träge Masse auf ein Minimum zu reduzieren.

Das Führungsteil 70 trägt im Bereiche seiner oberen Kante zwei benachbarte horizontale leistenförmige Führungsbahnen 71 (Fig. 13), die beispielsweise aufgeklebt sind und die in Ebenen liegen, welche einen Winkel von 90° miteinander einschließen. Außerdem ist auf der der Säule 20 abgewand­ ten Seite auf dem Führungsteil 70 in unmittelbarer Nähe des Basisteils 60 eine dritte horizontale Führungsbahn 72 vorgesehen.

Auf diesen Führungsbahnen 71, 72 ist der dritte Verschie­ beschlitten 41 in der R-Richtung verschieblich gelagert. Dieser dritte Verschiebeschlitten 41 weist ein ebenfalls aus leichtgewichtigem Material vorzugsweise dünnen kunst­ stoffaserverstärkten Kunststoffplatten bestehendes etwa quaderförmiges Gehäuse 73 (Fig. 1) auf, auf dessen Ober­ seite der Ausleger 42 montiert ist. Wie insbesondere den Fig. 10, 11 zu entnehmen, sind in dem Gehäuse 73 fünf Lagerstellen XIV bis XVIII angeordnet, von denen die Lagerstellen XIV, XV und XVI, XVII jeweils paarweise einander gegenüberliegend im horizontalen Abstand auf den oberen beiden Führungsleisten 71 liegen, während die fünfte Lagerstelle XVIII im vertikalen Abstand unterhalb der vorderen Lagerstelle XIV sich gegen die untere Füh­ rungsbahn 72 abstützt. Der dritte Verschiebeschlitten 41 ist damit wiederum ähnlich wie der erste Verschiebeschlit­ ten 19 in Bezug auf fünf Freiheitsgrade auf dem Führungs­ teil 70 gefesselt. Seine Fesselung bezüglich des sechsten Freiheitsgrades erfolgt durch die Stelleinrichtung, die wiederum eine Gewindespindel 74 aufweist (Fig. 1), die an ihren beiden Enden auf dem Führungsteil 70 drehbar gela­ gert und die einenends durch einen Antriebsmotor 75 ange­ trieben ist. Auf der Gewindespindel sitzt eine Spindelmut­ ter 76 (Fig. 11), die mit dem Gehäuse 73 verbunden ist.

Die Ausbildung der Lagerstellen XV bis XVIII ist grund­ sätzlich ähnlich jener der Lagerstellen I bis V, so daß sich ein nochmaliges Eingehen darauf erübrigt. Auch bei diesem Verstellschlitten greift die Gewindespindel 74 in der Nähe des Reibungs- und Massenschwerpunktes des Ver­ schiebeschlittens an, um ein Minimum an Kipp- und Drehmo­ menten zu erzeugen.

Der auf dem Gehäuse 73 angeordnete Ausleger 42 ist in Gestalt eines zylindrischen Rohres aus formstabilen faser­ verstärktem Kunststoffmaterial ausgebildet. Das Rohr ist auf dem Gehäuse über Lagerteile 77, 78 (Fig. 1) befestigt, die Kollisionsschutzeinrichtungen enthalten, derart, daß bei einer Kollision des Tasters 43 oder des Auslegers 42 mit einem Hindernis der Ausleger von dem Gehäuse 73 frei­ kommt und gleichzeitig eine Notabschaltung für die Stell­ antriebe der Maschine wirksam wird.

Im Inneren des Auslegers 42 ist ein Antriebsmechanismus für den Taster 43 untergebracht, der es erlaubt, diesen um eine raumfeste Achse 79, die windschief zu dem Tastarm 44 liegt, zu verdrehen, um damit verschiedene Lagen des Tastarmes für die jeweilige Abtastung erzeugen zu können. Der Antriebsmechanismus für die Verstellung des Tasters 43 ist bei 80 angedeutet (Fig. 1).

Die beschriebene Formmeßmaschine zeichnet sich durch einen verhältnismäßig einfachen Aufbau mit geringer träger Masse der bewegten Teile aus. Der Aufbau ist insgesamt stabil und steif. Um die Anforderungen bei der Herstellungsgenau­ igkeit der Führungsbahnen und der auf diesen geführten Teile der Verschiebeschlitten auf einem kostengünstigen Niveau zu halten, sind besondere Maßnahmen zur Bahnkorrek­ tur an den einzelnen Führungen vorgesehen. Auf diese Weise werden fertigungsbedingte Abweichungen (translatorischer und rotatorischer Art) der Führungselemente, die zu Ab­ weichungen von der exakt gewünschten Bahn führen, ebenso kompensiert wie Störgrößen, die durch Schwerpunktverände­ rung zufolge von Beschleunigungskräften bei raschen Stell­ bewegungen etc. auftreten. Weitere Störgrößen entstehen durch Umwelteinflüsse. So bewirken Temperaturänderungen oder Temperaturgradienten ebenfalls eine Deformation der Führungselemente; sie führen damit auch zu Abweichungen von der Sollbahn der bewegten Elemente, die die Meßgenau­ igkeit beeinflussen.

Um die Anforderungen an die Führungsqualitäten des Füh­ rungssystems in den verschiedenen Achsen (Y, Z und R) der Formmeßmaschine nicht zu hoch werden zu lassen, ist die Formmeßmaschine mit einem eigenen Bezugssystem ausgerü­ stet, das im wesentlichen unabhängig von dem "Transportsystem" des Führungssystems ist. Mit anderen Worten, das Führungssystem ist in ein "Bezugssystem" und ein lediglich die Transportkräfte aufnehmendes "Transportsystem" aufge­ teilt.

Das Bezugssystem stellt die Präzision der Führung und deren Lage in Bezug auf andere Achsen sicher. Es ist selbst keinen größeren Kräften ausgesetzt und so beschaf­ fen, daß seine Geometrie langzeitstabil und wenig tempera­ turabhängig ist. Das eigentliche Transportsystem, das im Vorstehenden anhand der konstruktiven Gestaltung der Formmeßmaschine ausführlich beschrieben wurde, braucht nur noch geringere Anforderungen bezüglich seiner Führungs­ eigenschaften zu erfüllen, d. h. es kann beispielsweise ohne Justageelemente steif aufgebaut werden, während die eigentlichen Lagerelemente 30, 320; 31 kostengünstig ausgeführt werden können.

Das Bezugssystem, dessen grundsätzlicher Aufbau insbeson­ dere in den Fig. 14 bis 16 veranschaulicht ist, besteht aus drei Normalen 81, 82, 83, die jeweils von im Quer­ schnitt rechteckigen Profilschienen gebildet sind, die wenigstens auf zwei einander benachbarten Seitenfläche genaue gerade Abtastbahnen 84, 85 tragen. Diese prismati­ schen Körper können auch in Form von Linealen massiv oder wie dargestellt als Hohlkörper ausgebildet sein. Ihr Material ist so gewählt, daß sie langzeitstabil und wenig temperaturabhängig sind.

Das parallel zur Y-Achse ausgerichtete erste Normal 81 ist in der rinnenartigen Vertiefung 25 (Fig. 1, 6) parallel zu und im Abstand vor der oberen Führungsschiene 9 auf dem Maschinenbett 1 gelagert. Dabei ist das Normal 81 auf zwei beabstandeten im wesentlichen punktförmigen Lagerstellen 86, 87 (Fig. 3, 6) aufgelagert, die eine Lagerpfanne oder ein Lagerprisma und eine Lagerkugel aufweisen, um das Normal 81 von dem Maschinenbett 1 abgekoppelt zu halten. Seitlich ist das hochkant stehende Normal 81 an einer Lagerstelle 88 über einen Lagerbügel 89 (Fig. 6) gehal­ tert. Durch diese Dreipunktlagerung ist gewährleistet, daß sich Formänderungen des Maschinenbettes 1 nicht auf das Normal 81 übertragen können.

Das auf die Z-Achse ausgerichtete vertikale Normal 82 ist in grundsätzlich ähnlicher Weise an der vorderen Stirnsei­ te der Säule 20 so befestigt, daß Formänderungen der Säule 20 nicht auf das Normal 82 übertragen werden können. Wie die Fig. 6 und 15 zeigen, trägt das Normal 82 an seinem unteren stirnseitigen Ende formstabile angeschraubte Winkelteile 90, die beidseitig des Normals 82 seitlich vorragend genau rechtwinklig zu diesem ausgerichtet sind. Sie werden ergänzt durch einen Winkelansatz 91, der eben­ falls stabil und genau maßhaltig in Fortsetzung des Nor­ mals 82 an diesen befestigt ist.

Die Winkelteile 90 und der Winkelansatz 91 übergreifen drei Abtastbahnen 84, 85 des ersten Normals 81 in der aus Fig. 15 zu entnehmenden Weise. An ihnen sind fünf Weglan­ gen-Sensoren angeordnet, deren Lage und Wirkrichtung jeweils durch einen Pfeil 92a bis 92e angedeutet ist. Die von den fünf Sensoren bei 92a bis 92e abgegebenen Wegsi­ gnale, die jeweils den Abstand zu der zugeordneten Ab­ tastbahn 84 bzw. 85 an der jeweiligen Meßstelle angeben, erlauben es jede Relativbewegung zwischen den beiden Normalen 81, 82 an der Kopplungsstelle nach Lage und Richtung exakt zu erfassen. Sie werden einem Rechner zugeleitet, der daraus entsprechende Korrekturwerte für das Meßergebnis oder für die räumliche Lage des Tasters 43 berechnet.

Mit dem vertikalen Normal 82 ist das auf die R-Achse ausgerichtete horizontale Normal 83 des dritten Verschie­ beschlittens 41 in entsprechender Weise gekoppelt, wozu insbesondere auf die Fig. 14 und 15 Bezug genommen wird.

Das horizontale Normal 83 trägt an seiner dem Normal 82 zugewandten Stirnseite ein starr befestigtes formstabiles Winkelstück 93, das das Normal 82 auf seiner Vorderseite umfaßt und dessen Abtastbahnen 84, 85 übergreift. Die zugehörigen Sensoren sind in Fig. 14 mit 94a bis 94e bezeichnet, wobei der Sensor 94e auf einer dem Winkel­ ansatz 91 der Fig. 15 entsprechenden starren Arm 95 sitzt, der formstabil an der Stirnseite des Normals 83 befestigt ist. Auch hier erlauben die von den fünf Sensoren 94a bis 94e abgegebenen Lagesignale, die den Abstand an der jewei­ ligen Meßstelle zu der zugeordneten Abtastbahn 84 bzw. 85 des Normals 82 angeben, eine nach Größe und Richtung exakte Berechnung einer Relativbewegung zwischen dem Normal 83 und dem vertikalen Normal 82 festzustellen und für die Korrektur zu verwenden.

Das Normal 83 ist auf dem dritten Verschiebeschlitten in der aus Fig. 14 ersichtlichen Weise an zwei beabstandeten punktförmigen Lagerstellen 96, 97 auf dem Basisteil 60 abgestützt, wobei die Lagerstelle 97 eine Lagerpfanne und eine darin eingreifende Lagerkugel und die Lagerstelle 96 ein Lagerprisma und eine ebenfalls darin eingreifende Lagerkugel aufweist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß sich Formänderungen des Basisteils 60 und damit des dritten Verschiebeschlittens 41 nicht auf das Normal 83 übertragen können.

Die seitliche Halterung des Normals 83 ist in Fig. 14 im einzelnen nicht dargestellt. Sie erfolgt ähnlich wie in Fig. 6 an der Lagerstelle 88 für das Normal 81 veranschau­ licht, in der aus Fig. 16 ersichtlichen Weise, die kurz anhand des Normals 81 erläutert werden soll:
In die entsprechende Seitenwand des Normals 81 ist ein aus Stahl bestehender, beidseitig parallele geschliffene Lagerflächen 98 tragender Stopfen 99 eingesetzt, der beidseitig zwischen Lagerkugeln 100 festgeklemmt ist, die mit ihren Mittelpunkten auf einer gemeinsamen Achse 101 liegend in Kugelpfannen 102 aufgenommen sind, von denen eine in einem Druckstück 103 und die andere in einem ortsfesten Halter 104 sitzt, der in eine entsprechende Gewindebohrung des Lagerbügels 89 eingeschraubt ist. Durch entsprechende Bohrungen 105 verlaufende Zuganker 106, die durch Bohrungen 107 in der gegenüberliegenden Wand des Normals 81 zugänglich sind, sind das Druckstück 103 und der Halter 104 gegeneinander verspannt. Dazwischenliegende Druckfedern 108 gewährleisten eine federnde Anpressung der beiden Lagerkugeln 100 an die Lagerflächen 98.

Da sich die federbelasteten Lagerkugeln 100 auf den Lager­ flächen 98 frei abrollen können und im übrigen eine genau punktförmige Halterung des Normals 81 bewirken, können Formänderungen des Maschinenbettes 1 und des Lagerbügels 89 nicht auf das Normal 81 übertragen werden.

Das aus den Normalen 81 bis 83 in der beschriebenen Weise aufgebaute, von dem Transportsystem unabhängige Bezugs­ system wird von an den Verschiebeschlitten angebrachten Sensoren abgetastet, die laufend den Abstand zu dem Be­ zugssystem messen und entsprechende Bahnkorrektursignale an einen Rechner liefern, der daraus die notwendigen Korrekturwerte für das Meßergebnis erzeugt. Diese Sensoren sind für den dritten Verschiebeschlitten 41 in Fig. 15 bei 110 und 111 dargestellt. Sie umfassen wiederum fünf Meß­ punkte 110a bis 110d sowie 111a, die in Fig. 15 durch Pfeile angedeutet sind und deren Verteilungen und Meßrich­ tung so gewählt ist, daß sich damit die Bahnabweichung des Verschiebeschlittens nach Größe und Richtung im Raum eindeutig bestimmen läßt.

Claims (31)

1. Formmeßmaschine in Auslegerbauart, mit einem eine Werkstückaufnahme tragenden Maschinenbett, mit einem an diesem in Richtung einer ersten horizontalen Koor­ dinatenachse (Y) auf ersten Führungsmitteln verfahr­ bar gelagerten ersten Verschiebeschlitten, mit einer dem ersten Verschiebeschlitten zugeordneten vertika­ len Säule, mit einem an dieser in Richtung einer zweiten vertikalen Koordinatenachse (Z) auf zweiten Führungsmitteln verfahrbar gelagerten zweiten Ver­ schiebeschlitten, mit einem auf dem zweiten Verschie­ beschlitten gelagerten Ausleger, der endseitig zur Aufnahme eines Tastkopfes eingerichtet ist sowie-mit Stelleinrichtungen zur Verstellung der beiden Ver­ schiebeschlitten längs ihrer jeweiligen Koordinaten­ achse, dadurch gekennzeichnet, daß die an einer Seite des Maschinenbettes (1) angeordneten, parallel zuein­ ander ausgerichteten ersten Führungsmittel (9, 10) sowohl in Vertikalrichtung als auch in Horizontal­ richtung gegeneinander versetzt angeordnete Führungs­ bahnen tragen, auf denen der erste Verschiebeschlit­ ten (19) an diskreten Lagerstellen (I bis V) abge­ stützt ist und von denen wenigstens eine untere Füh­ rungsbahn (17) an der der Werkstückaufnahme abgewand­ ten Maschinenbettrückseite in der Nähe der Aufstell­ fläche des Maschinenbettes (1) und wenigstens eine andere obere Führungsbahn (14; 15) in der Nähe der Maschinenbettoberseite angeordnet ist und daß der Massenschwerpunkt des zumindest aus den beiden Verschiebeschlitten (19, 40) und der Säule (20) sowie des Auslegers (42) bestehenden Sy­ stems zwischen oder hinter den gegen­ einander versetzten Führungsbahnen auf der der Werkstückaufnahme abgewandten Maschinenrückseite liegt.

2. Formmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten Führungsmittel zwei Führungsbalken oder -schienen (9, 10) aufweisen, die die Führungsbahnen (14, 15; 16, 17) bildende Flächen tragen.

3. Formmeßmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungsbalken oder -schienen (9, 10) eine im wesentlichen rechteckige, prismatische oder quadratische Querschnittsgestalt aufweisen.

4. Formmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß durch die ersten Führungsmittel an der Rück­ seite des Maschinenbettes (1) eine schräge Ebene (13) definiert ist, die mit der Horizontalen einen Winkel von wenigstens 20° einschließt.

5. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffs­ stelle (46) der Stelleinrichtung (47, 51) für den ersten Verschiebeschlitten (19) in der Nähe der obe­ ren Führungsmittel (9) angeordnet ist.

6. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Verschiebeschlitten (19; 40; 41) auf den Führungs­ bahnen seiner zugehörigen Führungsmittel an fünf Lagerstellen abgestützt ist, die im wesentlichen auf den Schenkeln eines gedachten L liegen.

7. Formmeßmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils vier Lagerstellen (I bis IV) auf Führungsbahnen (14, 15) eines gemeinsamen Führungs­ mittels (9; 20; 70) liegend angeordnet sind.

8. Formmeßmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die vier Lagerstellen jeweils paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind.

9. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (20) im wesentlichen scheibenförmig mit quer zu den ersten Führungsmitteln (9, 10) verlaufend angeordneten Breitseiten ausgebildet ist.

10. Formmeßmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Säule (20) im Querschnitt im wesentli­ chen keilförmig ausgebildet ist.

11. Formmeßmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Lagerstellen (I, II, V) unmittelbar an der scheibenförmigen Säule (20) angeordnet sind und daß wenigstens eine weitere La­ gerstelle (III; IV) im seitlichen Abstand von der Säule (20) angeordnet ist.

12. Formmeßmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Verschiebeschlitten (19) in der Draufsicht im wesentlichen von einem gedachten Dreieck umgrenzt ist, von dem eine Seite durch die Säule (20) und eine daran anschließende Seite durch eine vorkragende Armkonstruktion (26) gebildet ist, die endseitig wenigstens eine weitere Lagerstelle (III; IV) enthält.

13. Formmeßmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Säule (20) einseitig über zumindest einen Teil ihrer Höhe gegen die Armkonstruktion (27, 28, 29) abgestützt ist.

14. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verschie­ beschlitten (40) ein Lagerstellen (VI-VIII) tragen­ des Basisteil (60) und einen daran nach unten ragend angeordneten Fortsatz (61) aufweist, an dem wenig­ stens eine der weiteren Lagerstellen (IX; XIII) im vertikalen Abstand von den Lagerstellen des Basis­ teils (60) aufgenommen ist.

15. Formmeßmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vertikale Länge des Fortsatzes (61) etwa der Höhe des Maschinenbettes (1) oder etwa dem vertikalen Abstand zwischen den ersten Führungsmit­ teln (9, 10) entspricht.

16. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Säule (20) als Hohlkörper ausgebildet ist.

17. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Säule (20) vorgesehenen zweiten Führungsmittel (39) ver­ tikale Führungsbahnen (52, 53, 54, 55) aufweisen, die im Bereiche der freien Breitseite (56) und auf einer daran anschließenden Stirnseite (21) der Säule an­ geordnet sind.

18. Formmeßmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von den im wesentlichen parallel zuein­ ander ausgerichteten Führungsbahnen wenigstens eine (52) auf der der Maschinenbettrückseite zugewandte Stirnseite (21) der Säule (20) angeordnet ist.

19. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Verschiebeschlitten (19; 40; 41) nach Art eines hoh­ len Gehäuses unter Verwendung von miteinander ver­ bundenen dünnen plattenförmigen Elementen und/oder Streben aufgebaut ist.

20. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zweiten Verschiebeschlitten (40) ein in Richtung einer drit­ ten Koordinatenachse (R) verfahrbarer dritter Ver­ schiebeschlitten (41) gelagert ist, der den Ausleger (42) trägt und dem an dem zweiten Verschiebeschlitten (40) angeordnete dritte Führungsmittel (70) zugeord­ net sind.

21. Formmeßmaschine nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsmittel für den dritten Verschiebeschlitten (41) ein im Quer­ schnitt im wesentlichen dreieckförmiges Führungsteil (70) aufweisen, das in winklig zueinander verlaufenden Ebenen liegende Füh­ rungsbahnen (71, 72) trägt und von dem dritten Verschiebeschlitten (41) zumindest teilweise übergriffen ist, der an diskreten Lagerstellen (XIV-XVIII) auf den Führungsbahnen (71, 72) abgestützt ist.

22. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Stell­ einrichtung an dem zugeordneten Verschiebeschlitten (19; 40; 41) in der Nähe des Massen- und Reibungs­ schwerpunktes des von dem Schlitten getragenen Sy­ stems angreifend ausgebildet ist.

23. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens einer der Verschiebeschlitten (19; 40; 41) und/oder die Säule (20) und/oder der Ausleger (42) wenigstens teilweise aus einem Material kleinen spezifischen Gewichtes, beispielsweise Leichtmetall oder gegebenenfalls faserverstärk­ tem Kunststoffmaterial hergestellt ist bzw. sind.

24. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (42) nach Art eines starren Hohlprofils ausgebildet ist.

25. Formmeßmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausleger (42) an dem dritten Ver­ schiebeschlitten (41) über eine Kollisionsschutz- Sicherungseinrichtung gelagert ist.

26. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenbett (1) in der Draufsicht im wesentlichen L-förmig ausge­ bildet ist und daß die Werkstückaufnahme (7) im Be­ reiche eines Schenkels des L angeordnet ist und die ersten Führungsmittel (9, 10) an der Rückseite des Maschinenbettes im Bereiche des anderen Schenkels des L vorgesehen sind.

27. Formmeßmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein eigenes von den Führungsmitteln und den Stelleinrichtungen ent­ koppeltes Bezugssystem zur Bahnkorrektur an den Füh­ rungen aufweist, das maßgenaue längliche Normale (81, 82, 83) enthält, die parallel zu den einzelnen Koor­ dinatenachsen (Y, Z, R) der Verschiebeschlitten (19; 40; 41) ausgerichtet angeordnet sind und die von auf den Führungsmitteln verfahrbaren Teilen laufend ab­ tastbar sind.

28. Formmeßmaschine nach Anspruch 27, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest mit dem Maschinenbett (1) und der Säule (20) Normale (81, 82) von Lager- und Füh­ rungskräften im wesentlichen frei gehalten verbunden sind, daß die Normale (81, 82) über ihnen starr zu­ geordnete auf eine Relativbewegung der Normale (81, 82) zueinander ansprechende Sensoren miteinander gekoppelt sind, durch die eine solche Relativbewegung nach Größe, Art und Richtung feststellbar ist und die entsprechende Lagesignale an einen Rechner abgeben, der das Meßergebnis oder die jeweilige Lage des Ta­ stkopfes (43) im Raume korrigierende Korrekturgrößen errechnet.

29. Formmeßmaschine nach Anspruch 28, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem zweiten Verschiebeschlitten (40) ebenfalls ein parallel zu der entsprechenden Koor­ dinatenachse (R) ausgerichtet es Normal von Lager- und Führungskräften im wesentlichen frei gehalten befe­ stigt ist, das mit dem an der Säule (20) angeordneten Normal (82) über entsprechende Sensoren (94a-94e) gekoppelt ist, die ausgangsseitig mit dem Rechner verbunden sind.

30. Formmeßmaschine nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren an einem Normal (81, 82, 83) jeweils wenigstens zwei winklig zueinander stehende Seiten des Normales abtastend voneinander beabstandet angeordnet sind.

31. Formmeßmaschine nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Normale (81, 82) als Hohlprofilschienen oder als Lineale ausgebildet sind.