DE4408912A1 - Coordinate measuring machine with pneumatic balancing (weight equalisation) - Google Patents
Coordinate measuring machine with pneumatic balancing (weight equalisation)Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät mit mindestens einem horizontal auf einer Tragstruktur verschieblichen Meßschlitten, der seinerseits einen vertikal verschieblichen Meßschlitten trägt, und mit einem pneumatischen Gewichts ausgleich für diesen vertikal verschieblichen Meßschlitten.The invention relates to a coordinate measuring machine with at least one horizontally displaceable on a supporting structure Measuring slide, which in turn is vertically displaceable Carrying measuring slide, and with a pneumatic weight compensation for this vertically displaceable measuring slide.
Ein solches Koordinatenmeßgerät ist beispielsweise aus der US-PS 4 155 173 bekannt. Bei diesem Koordinatenmeßgerät ist das Gegengewicht, das sonst üblicherweise zur Gewichts entlastung des vertikal verschiebbaren Meßschlittens, der sogenannten Pinole verwendet wird, durch einen Druckluft zylinder ersetzt. Dieser Druckluftzylinder nimmt das Eigengewicht der Pinole auf. Er besitzt gegenüber den sonst für diesen Zweck eingesetzten Gegengewichten aus Blei den Vorteil einer bedeutend geringeren Masse, was sich günstig auf die Statik und die Dynamik eines Koordinatenmeßgerätes auswirkt.Such a coordinate measuring machine is for example from the U.S. Patent 4,155,173 is known. This coordinate measuring machine is the counterweight that is usually used to weight Relief of the vertically displaceable measuring slide, the so-called quill is used by compressed air cylinder replaced. This air cylinder takes that Dead weight of the quill. He owns the other lead counterweights used for this purpose Advantage of a significantly lower mass, which is cheap on the statics and dynamics of a coordinate measuring machine affects.
Bei dem bekannten Gerät wird das Luftvolumen des Druck mittelzylinders dann, wenn sich die Pinole im Zuge eines Meßablaufs bewegt, dauernd neu aufgefüllt und wieder abgeblasen. Das hat einen relativ hohen Luftverbrauch zur Folge und ist außerdem insoweit nachteilig, als über diesen Luftstrom Wärmeenergie in das Koordinatenmeßgerät transpor tiert wird.In the known device, the air volume of the pressure middle cylinder when the quill moves in the course of a Measurement process moved, constantly refilled and again blown off. This has a relatively high air consumption Consequence and is also disadvantageous insofar as about this Air flow of heat energy into the coordinate measuring machine is tiert.
Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bereits bekannt, den Druckluftzylinder des pneumatischen Gewichtsausgleichs mit einem Luftvorratsbehälter zu verbinden. Das Speichervolumen des Vorratsbehälters sorgt dann bei geeigneter Dimensionie rung des Speichervolumens dafür, daß sich der Luftdruck beim Verfahren der Pinole und einem damit einhergehenden Zusammen pressen und Expandieren der Luft im Druckluftzylinder sich nicht wesentlich ändert. Entsprechende Lösungen sind in der DE-OS 31 19 228, der EP-B1-0 072 314 und der EP-B1-0 322 740 beschrieben.To avoid this disadvantage, it is already known Compressed air cylinder with pneumatic weight compensation to connect an air reservoir. The storage volume of the storage container then ensures with a suitable dimension tion of the storage volume that the air pressure at Movement of the quill and an associated together press and expand the air in the air cylinder itself does not change significantly. Appropriate solutions are in the DE-OS 31 19 228, EP-B1-0 072 314 and EP-B1-0 322 740 described.
Während in der DE 31 19 228 keine Angaben darüber gemacht sind, wo der Vorratsbehälter für das Speichervolumen am Koordinatenmeßgerät untergebracht werden soll, wird in der EP 0 072 314 vorgeschlagen, das Vorratsgefäß als Ringzylinder um den eigentlichen Druckluftzylinder herum und beide neben der Pinole anzuordnen. Hierfür muß jedoch zusätzlicher Platz an oder auf dem horizontal verschiebbaren Meßschlitten vorgesehen werden, der die Pinole trägt. Generell vergrößert ein zusätzliches Bauteil auch immer die Masse der bewegten Teile und verschlechtert die Dynamik des Gerätes. In der Koordinatenmeßtechnik werden jedoch immer kürzere Meßzeiten, d. h. immer schnellere Maschinen gefordert. Entsprechend sollen die beweglichen Teile des Koordinatenmeßgerätes eine möglichst geringe Masse besitzen. Zusätzliche Gefäße für z. B. das Speichervolumen für den Gewichtsausgleich lassen sich mit dieser Forderung jedoch schlecht vereinbaren. Aus diesem Grunde wird neuerdings der pneumatische Gewichtsausgleich für Koordinatenmeßgeräte auch wieder ohne Speichervolumen ausgebildet und der eingangs genannte höhere Luftverbrauch in Kauf genommen. Beispiele hierfür sind die in der EP-B1-0 322 740 und der US-PS 4 835 871 beschriebenen Systeme.While in DE 31 19 228 no information was given are where the storage container for the storage volume on Coordinate measuring device is to be housed in the EP 0 072 314 proposed the storage vessel as a ring cylinder around the actual air cylinder and both next to it to arrange the quill. However, this requires additional space on or on the horizontally displaceable measuring slide be provided, which carries the quill. Generally enlarged an additional component always the mass of the moved Divide and deteriorate the dynamics of the device. In the Coordinate measuring technology, however, are becoming shorter and shorter d. H. ever faster machines required. Corresponding should the moving parts of the coordinate measuring machine have the lowest possible mass. Additional vessels for e.g. B. the storage volume for the weight balance can be with however, poorly agree to this requirement. For this Pneumatic weight balancing has recently become the basis for Coordinate measuring devices again without storage volume trained and the higher air consumption mentioned in Taken purchase. Examples of this are those in the EP-B1-0 322 740 and U.S. Patent 4,835,871 Systems.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Koordinatenmeßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Gewichtsausgleich einen Druckluftzylinder und ein an den Druckluftzylinder angeschlossenes Speichervolumen aufweist und das sich durch möglichst geringe bewegte Massen auszeichnet. It is the object of the present invention To create coordinate measuring machine of the type mentioned at the outset, its weight balance a pneumatic cylinder and a storage volume connected to the compressed air cylinder exhibits and that by moving masses as small as possible distinguished.
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This task is performed with the in the characterizing part of claim 1 specified measures solved.
Gemäß der Erfindung können die z. B. ohnehin bereits zum Zwecke der Gewichtseinsparung bzw. Massenreduzierung in die Tragstruktur des Koordinatenmeßgerätes eingebrachten Hohlräume als Speichervolumen für den Druckluftzylinder des pneumatischen Gewichtsausgleichs verwendet werden. Demzufolge kann der Vorteil des sehr geringen Luftverbrauchs beibehalten werden, ohne daß zusätzlicher Platz bzw. mehr Masse für ein zusätzliches Druckgefäß benötigt wird. Bei einem Gerät vom Portaltyp kann z. B. das Speichervolumen in eine oder beide Säulen bzw. Füße des Portals oder besonders vorteilhaft in das Innere des zur Führung des horizontal verschieblichen Meßschlittens der x-Achse dienenden Querträgers d. h. in die Traverse des Portals gelegt werden.According to the invention, the z. B. already for Purposes of saving weight or reducing mass in the Support structure of the coordinate measuring machine introduced Cavities as a storage volume for the air cylinder of the pneumatic counterbalance can be used. As a result can maintain the advantage of very low air consumption be without additional space or more mass for a additional pressure vessel is required. For a device from Portal type can e.g. B. the storage volume in one or both Pillars or feet of the portal or particularly advantageous in the inside of the to guide the horizontally displaceable Measuring slide of the x-axis serving cross member d. H. in the Traverse of the portal can be placed.
Es ist jedoch auch möglich, das Speichervolumen in die feststehende Führung für das Portal zu legen.However, it is also possible to store the volume in the to lay down fixed guidance for the portal.
Bei entsprechender Gestaltung der Hohlräume in der Tragstruktur, beispielsweise als einseitig offene Hohlbohrungen, können diese abgedichtet und direkt als Speichervolumen genutzt werden. Es ist jedoch auch möglich und insbesondere dann, wenn die Tragstruktur relativ offen aufgebaut ist, in die Hohlräume bzw. das Innere einen oder mehrere elastische Luftsäcke einzubringen, die dann das Speichervolumen aufnehmen.With appropriate design of the cavities in the Support structure, for example as one-sided open Hollow holes, these can be sealed and used directly Storage volume can be used. However, it is also possible and especially when the support structure is relatively open is built into the cavities or the interior of one or bring in several elastic air bags, which then the Record storage volume.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen.Further advantages of the invention result from the description of an embodiment with reference to FIGS. 1 and 2 of the accompanying drawings.
Fig. 1a ist eine vereinfachte Prinzipskizze eines Koordinatenmeßgeräts in Portalbauweise in Ansicht von vorn; Fig. 1a is a simplified schematic diagram of a coordinate measuring machine in portal design in front view;
Fig. 1b zeigt die Traverse (5) des Koordinatenmeßgerätes aus Fig. 1 im Schnitt entlang der mit Ib/Ib bezeichneten Linie; Fig. 1b shows the crossmember ( 5 ) of the coordinate measuring machine from Fig. 1 in section along the line designated Ib / Ib;
Fig. 2 ist eine detailliertere Prinzipskizze der wesentlichen Komponenten des pneumatischen Gewichtsausgleichs des Koordinatenmeßgerätes nach Fig. 1 im vergrößerten Maßstabe. Fig. 2 is a more detailed schematic diagram of the essential components of the pneumatic weight compensation of the coordinate measuring machine according to Fig. 1 on an enlarged scale.
Das in Fig. 1a dargestellte Koordinatenmeßgerät besitzt einen feststehenden Meßtisch (1) aus z. B. Granit, auf den das zu vermessende Werkstück aufgelegt wird. An die Granitplatte (1) ist die Führung (2) für das waagerecht verschiebbare Portal des Koordinatenmeßgerätes angebaut. Das Portal selbst besteht aus zwei Säulen (3 und 4), wobei eine der beiden Säulen, nämlich die Säule (3) angetrieben und geführt ist, und einem die beiden Säulen (3 und 4) verbindenden Querträger (5). Dieser Querträger (5) bzw. diese Traverse besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium. Die äußeren Flächen der Traverse (5) bilden ihrerseits die Führung für den in Richtung des mit x bezeichneten Pfeils verschiebbaren Meßschlitten (6), den sogenannten Querschlitten.The coordinate measuring machine shown in Fig. 1a has a fixed measuring table ( 1 ) from z. B. granite, on which the workpiece to be measured is placed. The guide ( 2 ) for the horizontally displaceable portal of the coordinate measuring machine is attached to the granite slab ( 1 ). The portal itself consists of two columns ( 3 and 4 ), one of the two columns, namely the column ( 3 ) being driven and guided, and a cross member ( 5 ) connecting the two columns ( 3 and 4 ). This cross member ( 5 ) or this crossmember is made of aluminum in the illustrated embodiment. The outer surfaces of the crossmember ( 5 ) in turn form the guide for the measuring slide ( 6 ), the so-called cross slide, which can be displaced in the direction of the arrow labeled x.
Im Schlitten (6) ist vertikal verschiebbar die im Querschnitt rechteckige Pinole (7) des Koordinatenmeßgerätes gelagert. Diese trägt an ihrer Unterseite den Tastkopf (8) mit der Taststiftkombination (9), im dargestellten Beispiel einen Sterntaster.In the carriage ( 6 ) the quill ( 7 ) of the coordinate measuring machine, which is rectangular in cross section, is vertically displaceable. This carries on its underside the probe ( 8 ) with the stylus combination ( 9 ), in the example shown a star key.
Wie in Fig. 1a gestrichelt angedeutet und im Schnitt nach Fig. 1b sowie in Fig. 2 deutlich ausgeführt, ist die Traverse (5) fast über ihre gesamte Länge mit zwei Bohrungen (10a und 10b) versehen. Diese Bohrungen dienen in erster Linie zur Reduzierung der Masse der Traverse (5) . Sie besitzen beide einen Durchmesser von ca. 100 mm, woraus sich in Verbindung mit der Länge der Bohrungen von ca. 1400 mm ein Gesamtvolumen dieser Hohlräume Vges von 22 dm³ ergibt.As indicated in dashed lines in FIG. 1a and clearly shown in the section according to FIG. 1b and in FIG. 2, the crossmember ( 5 ) is provided with two bores ( 10 a and 10 b) over almost its entire length. These holes are primarily used to reduce the mass of the traverse ( 5 ). They both have a diameter of approx. 100 mm, which, combined with the length of the bores of approx. 1400 mm, results in a total volume of these cavities Vges of 22 dm³.
Die Pinole (7) des Koordinatenmeßgerätes ist mit dem daran befestigten Tastkopf (8) an die Kolbenstange (21) eines fest im Schlitten (6) eingebauten Druckluftzylinders (20) angehängt. Die im Querschnitt rechteckförmige Pinole (7) ist außerdem über den größten Teil ihrer Länge mit einer nach oben offenen Bohrung (19) versehen. In diese Bohrung (19) taucht der Druckluftzylinder (20) ein.The quill ( 7 ) of the coordinate measuring machine is attached with the attached probe ( 8 ) to the piston rod ( 21 ) of a compressed air cylinder ( 20 ) built into the carriage ( 6 ). The quill ( 7 ), which is rectangular in cross section, is also provided with an upwardly open bore ( 19 ) over most of its length. The compressed air cylinder ( 20 ) is immersed in this bore ( 19 ).
Der Zylinder (20) besitzt zwei Öffnungen an beiden Enden oberhalb und unterhalb des Kolbens (22). Die obere Öffnung ist unverschlossen und kommuniziert mit dem Umgebungsdruck. Die untere Öffnung ist über ein Leitungssystem (15, 12 und 18) an die beiden Einlaßöffnungen (16a und 16b) zu den in hier nicht näher dargestellter Weise abgedichteten Hohlräumen (10a und 10b) in der Traverse (5) und gleichzeitig an einen Druckregler (14) angeschlossen. Der Druckregler (14) gleicht etwaige Leckverluste aus und hält den Arbeitsdruck (P2) im Speichervolumen (10a, 10b) und im Druckluftzylinder (20) auf einem konstanten Wert von ca. 3 Bar.The cylinder ( 20 ) has two openings at both ends above and below the piston ( 22 ). The top opening is unlocked and communicates with the ambient pressure. The lower opening is via a line system ( 15 , 12 and 18 ) to the two inlet openings ( 16 a and 16 b) to the cavities ( 10 a and 10 b), which are sealed in a manner not shown here, in the crossmember ( 5 ) and simultaneously connected to a pressure regulator ( 14 ). The pressure regulator ( 14 ) compensates for any leakage losses and keeps the working pressure (P2) in the storage volume ( 10 a, 10 b) and in the compressed air cylinder ( 20 ) at a constant value of approx. 3 bar.
Der Druckluftzylinder (20) besitzt einen Innendurchmesser von 40 mm und einen Hub von ca. 1200 mm, was dem maximalen Verfahrweg der Pinole (7) entspricht. Das Volumen V im Druckluftzylinder (20), das über den Fahrweg der Pinole verändert wird, beträgt somit maximal 1,5 dm³. Das sind nur ca. 6% des Puffervolumens. Entsprechend gering ist die Druckänderung und damit auch die Änderung der Gewichtsausgleichskraft, die im Zuge der Fahrbewegung der Pinole (7) auftritt. Diese verbleibenden Restkräfte werden durch den Antriebmotor für die Pinole (7) kompensiert.The compressed air cylinder ( 20 ) has an inner diameter of 40 mm and a stroke of approx. 1200 mm, which corresponds to the maximum travel of the quill ( 7 ). The volume V in the compressed air cylinder ( 20 ), which is changed over the travel path of the quill, is thus a maximum of 1.5 dm³. That is only about 6% of the buffer volume. The change in pressure, and thus also the change in the weight compensation force, which occurs in the course of the movement of the sleeve ( 7 ) is correspondingly small. These remaining residual forces are compensated for by the drive motor for the quill ( 7 ).
Da der Druckluftzylinder (20) in der gewählten Anordnung fest im Schlitten (6) eingebaut ist, ist es nicht erforderlich, die Verschlauchung des Zylinders durch den bewegten z- Kabelbaum zu führen. Die Verbindungsleitung (18) zur Einlaßöffnung (23) im Zylinder (20) ist deshalb im Schlitten (6) fest verlegt. Sie geht in einen flexiblen Teil (12) an der Stelle über, wo sie in den beweglichen Kabelbaum (13) für den in x-Richtung verschiebbaren Schlitten mündet. Dieser Kabelbaum (13) läuft als Schleife seitlich an der Traverse (5) auf einer Schiene (25) ab, die beidseitig an den beiden Säulen (3) und (4) befestigt ist und die untere Verkleidung der Traverse (5) darstellt. Die Einlaßöffnungen (16a und 16b) zu den Hohlräumen (10a und 10b) des Puffervolumens sind ebenfalls mit einem fest verlegten Leitungsteil (15) untereinander und mit dem Ventil (14) verbunden.Since the compressed air cylinder ( 20 ) is permanently installed in the slide ( 6 ) in the selected arrangement, it is not necessary to route the cylinder through the moving z-cable harness. The connecting line ( 18 ) to the inlet opening ( 23 ) in the cylinder ( 20 ) is therefore fixed in the carriage ( 6 ). It merges into a flexible part ( 12 ) at the point where it opens into the movable cable harness ( 13 ) for the slide which can be moved in the x direction. This cable harness ( 13 ) runs as a loop on the side of the crossmember ( 5 ) on a rail ( 25 ) which is attached on both sides to the two columns ( 3 ) and ( 4 ) and represents the lower cladding of the crossmember ( 5 ). The inlet openings ( 16 a and 16 b) to the cavities ( 10 a and 10 b) of the buffer volume are also connected to one another with a fixed line part ( 15 ) and to the valve ( 14 ).
Durch den kreisrunden Querschnitt der Bohrungen (10a und 10b) für das Puffervolumen und die verbleibende Materialstärke ist sichergestellt, daß sich die Führungsflächen an der Traverse (5), auf denen der Schlitten (6) läuft, nicht bzw. nicht nennenswert verformen, wenn der Betriebsdruck von 3 Bar auf die Hohlräume (10a, 10b) aufgeschaltet wird. Wenn mit höheren Betriebsdrücken, anderen Hohlraumgeometrien oder geringeren Wandstärken gearbeitet wird, kann es jedoch zweckmäßig sein, in die Bohrungen (10a und 10b) separate Druckgefäße mit einem etwas geringeren Außendurchmesser einzulegen. Diese nehmen dann das Puffervolumen auf, ohne daß sich die geringfügige Durchmesseränderung beim Aufschalten des Druckes auf die Führungen auswirkt.The circular cross-section of the bores ( 10 a and 10 b) for the buffer volume and the remaining material thickness ensures that the guide surfaces on the crossmember ( 5 ) on which the carriage ( 6 ) runs do not deform or do not significantly deform, when the operating pressure of 3 bar is applied to the cavities ( 10 a, 10 b). When working with higher operating pressures, different cavity geometries or smaller wall thicknesses, it may be advisable to insert separate pressure vessels with a slightly smaller outside diameter into the bores ( 10 a and 10 b). These then take up the buffer volume without the slight change in diameter having an effect on the guides when the pressure is applied.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bohrungen (10a, 10b) in der Traverse (5) des Portals als Puffervolumen verwendet worden. Es ist jedoch auch möglich, das Innere einer der beiden Säulen (3) oder (4) oder beide Säulen (3, 4) zur Aufnahme des Puffervolumens auszubilden. Wenn beispielsweise die tragenden Teile der Säulen (3, 4) ohnehin aus einem Rohr bestehen, kann dieses auf einem Teil seiner Länge abgedichtet werden und nimmt dann das Puffervolumen direkt auf. Für den Fall, daß die Tragstruktur der Säulen (3, 4) relativ offen ausgelegt ist und demzufolge eine Abdichtung nicht in Frage kommt, kann ein elastischer Luftsack in die Struktur eingebracht werden, der dann das Puffervolumen aufnimmt und von der Tragstruktur der jeweiligen Säule umschlossen wird.In the present exemplary embodiment, the bores ( 10 a, 10 b) in the crossbeam ( 5 ) of the portal have been used as a buffer volume. However, it is also possible to design the interior of one of the two columns ( 3 ) or ( 4 ) or both columns ( 3 , 4 ) to accommodate the buffer volume. If, for example, the supporting parts of the columns ( 3 , 4 ) consist of a tube anyway, this can be sealed over part of its length and then directly absorbs the buffer volume. In the event that the supporting structure of the columns ( 3 , 4 ) is designed to be relatively open and consequently a seal is not an option, an elastic airbag can be introduced into the structure, which then takes up the buffer volume and is enclosed by the supporting structure of the respective column becomes.
Claims (10)
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Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |