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Diese
Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung für eine Drehbewegung. Sie kann
für einen Arm
zum Halten einer Sonde in einer Werkzeugmaschine verwendet werden.
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Es
ist bekannt, eine Werkzeugeinstellsonde in einer Werkzeugmaschine
anzubringen. Die Sonde wird am Bett oder Tisch der Werkzeugmaschine
derart angebracht, daß ein
Schneidewerkzeug in einen Kontakt mit ihr bewegt werden kann. Dies
ermöglicht die
Feststellung der Lage der Schneidespitze des Werkzeugs, um die Werkzeugposition
für die
numerische Steuerung der Maschine einzustellen.
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In
vielen Maschinen würde
die Werkzeugeinstellsonde im Weg stehen, falls sie permanent in
der erforderlichen Position angebracht wäre. Infolgedessen ist es bekannt,
sie an einem bewegbaren Arm anzubringen, der seinerseits am Bett
der Maschine angebracht ist. In einer kommerziell erhältlichen
Anordnung ist der Arm mit einem Motor versehen und kann automatisch
zwischen einer wirksamen Position und einer unwirksamen Position
geschaltet werden. In dieser Vorrichtung treibt der Motor einfach den
Arm zu einem festen Anschlag, der die wirksame Position definiert.
Jedoch definiert der feste Anschlag die Position nicht sehr wiederholbar,
und so kann ein entsprechender Fehler in der Wiederholbarkeit der Werkzeugposition
bestehen, die durch Verwendung der Sonde gemessen wird.
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Eine
andere kommerziell erhältliche
Anordnung ist der Hoch-Präzisions-Arm
(HPA) von Renishaw, der einen Arm umfaßt, der in der wirksamen Position
auf einer Basis über
eine kinematische Halterung angebracht werden kann. Die kinematische
Halterung gewährleistet,
daß der
Arm (und somit die Sonde) auf eine hochgradig wiederholbare Weise
positioniert wird, so daß die
Werkzeugposition wiederholbar bestimmt werden kann. Der Arm wird
manuell angebracht, indem der Arm zur Basis gebracht und positionsgemäß befestigt
wird. Abgebaut wird er ebenfalls manuell. Der Arm ist daher nicht
zwischen wirksamen und unwirksamen Positionen schaltbar.
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Die
kinematische Halterung, so wie sie im Hoch-Präzions-Arm von Renishaw verwendet
wird, umfaßt
Elemente auf dem Arm, die angeordnet sind, um mit Elementen auf
der Basis zusammenzuwirken und somit die hochgradig wiederholbare
Positionierung zu ergeben. Insbesondere sind die Elemente auf der
Basis so angeordnet, daß sie
ein Paar von zusammenlaufenden Oberflächen an jeder von drei beabstandeten
Stellen auf eine solche Weise schaffen, daß sie eine Gesamtheit von sechs
Kontaktpunkten mit den Elementen auf dem Arm schaffen. Dies legt die
sechs möglichen
Freiheitsgrade des Arms relativ zur Basis fest. Die sechs Kontaktpunkte
befinden sich alle in der gleichen Ebene, und die zusammenlaufenden
Oberflächen
laufen in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene zusammen.
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Die
EP 0 392 699 betrifft eine
Positioniereinrichtung mit einer einen Taster haltenden Sonde, die in
einem Träger
um zwei zueinander senkrechte Achsen drehbar gelagert ist. Für beide
Drehbewegungen ist durch Kugeln und Walzen eine Vielzahl von Indexpositionen
bestimmt. Zum Verstellen der Sonde zwischen zwei verschiedenen Indexpositionen
ist es jeweils erforderlich, die Sonde zunächst durch eine Bewegung in Richtung
der jeweiligen Drehachse aus der Indexposition zu lösen, diese
anschließend
in der gewünschten
Weise zu verdrehen und schließlich diese
durch eine der ersten Axialbewegung entgegengerichtete Bewegung
wieder in die neue Indexposition einzurasten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Positioniereinrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben. Insbesondere soll die Wiederholbarkeit
der Positionierung verbessert werden.
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Die
Lösung
ergibt sich aus den Ansprüchen 1
und 12.
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Ein
breiter Gesichtspunkt der Erfindung schafft eine Positioniereinrichtung,
die in eine definierte Rotationsposition geschaltet werden kann,
wobei sie eine neuartige kinematische Halterung zum Definieren dieser
Position aufweist. Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft
einen Arm, der zwischen wirksamen und unwirksamen Positionen bewegt
werden kann und kinematisch gehalten wird, wenn er sich in der wirksamen
Position befindet. Nach einem weiteren Gesichtspunkt schafft die
Erfindung Mittel, um sicherzustellen, daß der Arm in die kinematische
Halterung mit einer wiederholbaren Kraft gedrängt wird, um die Wiederholbarkeit
des Positionierens zu verbessern.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben;
in dieser zeigt:
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1 eine
Seitenansicht eines sondentragenden Arms und einer Vorrichtung,
um ihn automatisch zu drehen,
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2 einen
vergrößerten Querschnitt
eines Teils der in 1 gezeigten Vorrichtung,
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3 einen
Schnitt auf der Linie III-III in 2,
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4 einen
Schnitt auf der Linie IV-IV in 2,
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5 einen
Schnitt ähnlich
zu 2, wobei jedoch eine modifizierte Vorrichtung
gezeigt ist, und
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6 einen
Schnitt auf der gleichen Linie wie 4, wobei
jedoch ein Teil einer weiteren modifizierten Vorrichtung gezeigt
ist.
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine drehbare Nabe 10,
die einen radial vorstehenden Arm 12 trägt. Eine Sonde 14 ist
am freien Ende des Arms 12 angebracht und besitzt einen
ablenkbaren Taster 16. Die Sonde 14 kann zum Beispiel
eine Berührungsauslösersonde
sein. Ihr Taster 16 kann eine herkömmliche sphärische Spitze 18 wie
gezeigt aufweisen, oder die Spitze 18 kann durch eine herkömmliche,
beispielsweise würfelförmige Werkzeugeinstellspitze
ersetzt werden.
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Die
Nabe 10 ist in einem Gehäuse 20 auf eine nachstehend
beschriebene Weise angebracht, um um ihre Achse 10A drehbar
zu sein. Das Gehäuse 20 ist
an einer geeigneten festen Struktur 22 angebracht, wie
beispielsweise dem Bett einer Dreh- oder Schleifmaschine oder einer
anderen Werkzeugmaschine.
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Nach 2 ist
innerhalb der Nabe 10 ein konzentrischer Rotor 24 vorgesehen,
der auf dem Ausgangsritzel eines Schneckenantriebs 28 angebracht
ist. Der Schneckenantrieb 28 besitzt einen Motor 26,
und zwar ebenfalls innerhalb der Nabe 10. Falls es durch
Raumknappheit notwendig ist, kann der Motor 26 innerhalb
des Arms 12 angeordnet sein. Die Nabe 10 und der
Rotor 24 sind relativ zueinander um die Achse 10A drehbar,
und zwar mittels des durch den Schneckenantrieb 28 wirkenden
Motors 26.
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Der
Rotor 24 trägt
eine Rotorscheibe 30, die sich mit ihm dreht. Er trägt außerdem eine
Zwischenscheibe 32, die relativ zum Rotor 24 auf
einer Hülse 31 drehbar
ist. Dies erlaubt der Scheibe 32, ein gewisses Maß an Spiel
zu besitzen, und zwar sowohl radial als auch axial. Die Scheibe 32 wird
durch einen Sicherungsring 33 gehalten. Die Hülse 31 und
der Sicherungsring 33 sind hauptsächlich zur Unterstützung des
Zusammenbaus vorgesehen und könnten gegebenenfalls
weggelassen werden. Die Scheibe 32 wird dann nur durch
Federn gehalten, die nachstehend beschrieben sind.
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Nach 3 sind
die Rotorscheibe 30 und die Zwischenscheibe 32 durch
ein System von vier Spannfedern 34 verbunden. Die Rotorscheibe 30 besitzt
zwei herabhängende
Pfosten 36, während
die Zwischenscheibe 32 zwei aufrechtstehende Pfosten 38 besitzt.
Jede Feder 34 verbindet einen der Pfosten 36 mit
einem benachbarten Pfosten 38, wobei die Federn so eine
nominell quadratische Konfiguration bilden, wenn die Rotationsposition
der Scheiben derart ist, daß die
Federn alle auf gleiche Weise unter Spannung stehen.
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Wie
teilweise in 2 zu sehen ist, verbindet ein ähnliches
System von vier Spannfedern 40 die Zwischenscheibe 32 mit
dem Boden 20A des Gehäuses 20.
Die Zwischenscheibe 32 besitzt zwei herabhängende Pfosten 42,
während
der Boden 20A des Gehäuses
zwei aufrechtstehende Pfosten 44 besitzt, und die Federn 40 verbinden
diese Pfosten wieder in einer nominell quadratischen Konfiguration,
wenn die Rotationsposition der Zwischenscheibe 32 derart
ist, daß die
Federn 40 alle auf gleiche Weise unter Spannung stehen.
Zur Vereinfachung kann jeder Pfosten 42 einstückig mit
einem der Pfosten 38 durch einen Stift gebildet werden,
der durch die Zwischenscheibe 32 verläuft.
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Nach
den 2 und 4 weist die Nabe 10 einen
herabhängenden
Rand 46 auf, der drehbar in das Innere einer aufrechtstehenden
Wand 20B des Gehäuses 20 paßt. Der
Rand 46 trägt
drei Zylinder 48, die radial sowohl nach innen als auch
nach außen vorstehen
und unter Winkeln von 120° um
die Achse 10A herum auf gleiche Weise voneinander beabstandet
sind.
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Die
Rotationsanbringung zwischen der Nabe 10 und dem Gehäuse 20 ist
aus nachstehend erläuterten
Gründen
absichtlich etwas nachlässig
ausgeführt.
Eine Möglichkeit
zur Erzielung der Rotationsanbringung besteht darin, daß das nach
außen
vorstehende Ende jedes Zylinders 48 in einer Nut 50 auf der
Innenseite der Wand 20B des Gehäuses läuft.
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An
drei um die Achse 10A herum auf gleiche Weise beabstandeten
Stellen ist die Nut 50 durch ein Paar von Kugeln 52 unterbrochen,
die in der axialen Richtung voneinander beabstandet sind. Jedes
Kugelpaar definiert ein Paar von Oberflächen, die in der Umfangsrichtung
zusammenlaufen und in der axialen Richtung einander gegenüberliegen.
Wenn die Nabe 10 gedreht wird, gelangen die nach außen vorstehenden
Teile der drei Zylinder 48 schließlich in Eingriff mit den drei
Paaren von Kugeln 52, was eine Gesamtheit von sechs Kontaktpunkten
ergibt. Diese sechs Kontaktpunkte definieren kinematisch die Lage
der Nabe 10, des Arms 12 und der Sonde 14 relativ
zum Gehäuse 20,
wenn in dieser Position befindlich. Dies stellt die wirksame Position
dar, in welcher die Sonde 14 für Werkzeugeinstell- oder Meßzwecke
verwendet wird. In dieser Position ist es wichtig, daß die Rotationsanbringung
zwischen der Nabe 10 und dem Gehäuse 20 nicht irgendwelche
signifikanten zusätzlichen
Zwangsbedingungen schafft, und dies ist der Grund für die oben
erwähnte,
etwas nachlässige
Anbringung.
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Wenn
sich die Nabe nicht in dieser kinematisch definierten Lage befindet,
kann die Rotationsanbringung natürlich
weniger nachlässig
sein, um einen ruhigen Lauf zu ergeben, indem zum Beispiel eine festere
Passung zwischen dem freien Ende des Zylinders 48 und der
Nut 50 geschaffen wird. Eine Möglichkeit dies zu erreichen,
ist nachstehend anhand 6 beschrieben. Andere Rotationsanbringungsanordnungen
sind möglich,
und falls keine Nut 50 vorhanden ist, können die Kugeln 52 dann
auf drei Vorsprüngen
auf der inneren Seite der Wand 20B angebracht werden.
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Die
Zwischenscheibe 32 besitzt drei radial vorstehende Abschnitte 54,
die am deutlichsten in 4 zu sehen, jedoch aus 3 zur
Vereinfachung weggelassen sind. Diese Abschnitte können in
Eingriff mit den nach innen vorstehenden Enden der Zylinder 48 gelangen.
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Die
Abschnitte 54 könnten
Kugelpaare wie die Kugeln 52 tragen, um eine vollständig kinematische
Lage zwischen der Zwischenscheibe 32 und der Nabe 10 zu
ergeben. Jedoch ist dies im allgemeinen unnötig komplex. Es gibt ein Erfordernis
für eine
definierte Beziehung zwischen der Zwischenscheibe 32 und
der Nabe 10, jedoch in einem geringeren Ausmaß als zwischen
der Nabe 10 und dem Gehäuse 20.
Demgemäß reicht
eine semi- oder quasi-kinematische Halterung in diesem Fall aus.
Um dies zu erzielen, besitzt jeder vorstehende Ab schnitt 54 eine einfache
radial gerichtete V-Nut 56, deren Seiten Oberflächen bilden,
die in der Umfangsrichtung zusammenlaufen und einander axial gegenüberliegen. Diese
Oberflächen
können
mit demnach innen vorstehenden Ende des Zylinders 48 in
Eingriff gelangen. Das radiale und axiale Spiel der Zwischenscheibe 32 auf
dem Rotor 24 erleichtert einen positiven Eingriff. Gegebenenfalls
könnte
die Anordnung noch einfacher sein, wobei der vorstehende Abschnitt 54 ein
ebenes Widerlager oder Anschlag zum Eingriff mit dem Zylinder 48 anstelle
der V-Nut 56 schafft. Im letzteren Fall sollte jedoch kein
wesentliches Spiel zwischen der Scheibe 32 und dem Rotor 24 bestehen.
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Der
Betrieb der Vorrichtung wird nun erläutert.
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Wenn
sich der Arm 12 in der unwirksamen Position befindet, ist
die Rotationsposition der Nabe 10 derart, daß sich die
Zylinder 48 in der durch gestrichelte Linien gezeigten
Position bei 48' in 4 befinden.
Der Motor 26 wird nun betrieben, wobei er auf den Rotor 24 durch
den Schneckeantrieb 28 wirkt. Da der Rotor 24 mit
dem Gehäuse 20 verbunden
ist (über
die Scheiben 30, 32 und Federn 34, 40),
bleibt der Rotor 24 zunächst
stationär
und der Betrieb des Motors 26 veranlaßt die Nabe 10 und
den Arm 12, sich in die Richtung eines Pfeils 60 in 4 zu
drehen. Dies bewegt die Zylinder 48 auf die jeweiligen Paare
von Kugeln 52 zu.
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Wenn
sich die Zylinder 48 und Kugeln 52 in Eingriff
befinden, befinden sich dadurch die Nabe 10 und der Arm 12 kinematisch
in der wirksamen Position und können
sich augenscheinlich nicht weiter drehen. Eine fortgesetzte Wirkung
des Motors 26 verursacht daher eine Drehung des Rotors 24 und
der Rotorscheibe 30 im entgegengesetzten Sinn. Die Zwischenscheibe 32 dreht
sich auch mit der Rotorscheibe 30, wie durch den Pfeil 62 in 4 angedeutet, obwohl
in einem ge ringeren Ausmaß.
Während
sich die Zwischenscheibe 32 dreht, wird ein gegenüberliegendes
Paar der Federn 40 gedehnt, was ihre Spannung erhöht, während die
anderen zwei Federn 40 entspannt werden, was ihre Spannung
reduziert. Das Ergebnis ist ein zwischen der Zwischenscheibe 32 und
dem Gehäuse 20 angewendetes
Drehmoment. Auf ähnliche
Weise werden die Spannungen der Federn 34 jeweils erhöht und vermindert,
was ein ähnliches
Drehmoment zwischen den Scheiben 30 und 32 ergibt.
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Nach
einem gewissen Rotationsbetrag der Zwischenscheibe 32 befinden
sich die V-Nuten 56 in den Vorsprüngen 54 in Eingriff
mit den inneren Enden der Zylinder 48. Sie werden in Eingriff
gehalten durch das durch die Federn 34 geschaffene Drehmoment. Dieses
Drehmoment nimmt weiter zu, da sich die Rotorscheibe 30 weiter
relativ zur Zwischenscheibe 32 dreht (welche nun stationär ist).
Schließlich
veranlaßt die
fortgesetzte Drehung der Scheibe 30 einen Rotorarm 64 (der
an der Scheibe 30 befestigt ist), einen Lichtstrahl in
einem am Gehäuse
befestigten opto-elektronischen Schalter 66 zu unterbrechen.
Dies stoppt den Motor 26 und bringt den Rotor 24 und
die Rotorscheibe 30 zum Stillstand. Ein elektro-mechanischer
Mikroschalter kann gegebenenfalls anstelle des Schalters 66 verwendet
werden.
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Der
Arm 12 wird nun geklemmt in der kinematisch definierten
wirksamen Position wie folgt gehalten. Das durch die Federn 34 geschaffene
Drehmoment übersteigt
dasjenige, das durch die Federn 40 geschaffen wird, wodurch
die V-Nuten 56 der Zwischenscheibe 30 in Kontakt
mit den inneren Enden der Zylinder 48 gehalten werden.
Jedoch wirkt das Drehmoment von den Federn 34 durch eine
geschlossene Schleife, die den Rotor 24 und die Nabe 10 einschließt, jedoch
die kinematische Lage zwischen den Zylindern 48 und den
Kugeln 52 ausschließt.
Infolgedes sen beeinträchtigt
das (ein wenig unvorhersagbare) durch die Federn 34 geschaffene Drehmoment
nicht die kinematische Lage.
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Die
Kraft, welche die Zylinder 48 in die Kugel 52 klemmt,
wird nur durch das Drehmoment der zwischen der Zwischenscheibe 32 und
dem Gehäuse 20 wirkenden
Federn 40 geschaffen. Dieses Drehmoment wird durch einen
definierten Rotationsbetrag der Scheibe 32 relativ zum
Gehäuse 20 verursacht, der
durch die Position des Eingriffs der V-Nuten 56 mit den Zylindern 48 bestimmt
wird. Dies dehnt und entspannt die Federn 40 um einen vorbestimmten Betrag,
der lediglich durch die Geometrie des Systems gesteuert wird. Daraus
folgt, daß die
Klemmkraft zwischen den Zylindern 48 und Kugeln 52 recht wiederholbar
ist. Das heißt,
die gleiche Klemmkraft wird, jedesmal wenn die Vorrichtung betrieben
wird, angewendet. Dies ist wichtig, weil, falls die Kraft unvorhersagbar
wäre, sie
die durch die kinematische Halterung oder Anbringung geschaffene
präzise Lage
beeinträchtigen
könnte.
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Somit
stellt die Wiederholbarkeit der Klemmkraft die Wiederholbarkeit
der kinematischen Lage sicher. Dies stellt seinerseits die wiederholbare
Positionierung der Sonde 14 sicher, wenn sie sich in der wirksamen
Position befindet, und somit die Wiederholbarkeit der Werkzeugeinstellungen,
die mit der Sonde gemessen werden, oder irgendwelcher anderer Messungen,
die sie gewöhnlich
ausführt.
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In
der obigen Beschreibung ist angenommen worden, daß sich der
Rotor 24 und die Rotorscheibe 30 zusammen als
eine Einheit drehen. In der Tat ist das normalerweise der Fall.
Jedoch ist vorzugsweise eine Kupplung zwischen den beiden vorgesehen. Wie
in 2 gezeigt, kann diese einen Ring aus Reibungsmaterial 68 umfassen,
der zwischen zwei Flanschen auf dem Rotor 24 und der Scheibe 30 eingeschlossen
ist, die durch eine Federunterlegscheibe 70 aufeinander
zu gedrängt werden.
Diese Kupplung wirkt als eine Sicherheitsvorrichtung für den Fall,
daß der
opto-elektronische Schalter 66 aus irgendeinem Grund dabei
versagt, den Motor 26 zu stoppen. Anschläge (nicht
gezeigt) können
zwischen der Rotorscheibe 30 und der Nabe 10 vorgesehen
sein, und sobald die Anschläge
in Eingriff gelangen, beginnt die Kupplung 68 damit, durchzurutschen.
Dies verhindert ein Überdehnen
der Federn 34 und ein Abwürgen des Motors 26.
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Natürlich kann
diese Sicherheitsanordnung modifiziert werden. In einer Modifikation
sind keine Anschläge
zwischen der Scheibe 30 und der Nabe 10 vorhanden,
wobei die Kupplung 68 einfach durchrutscht, wenn das durch
die Federn 34 geschaffene Drehmoment eine gewisse Schwelle übersteigt.
In einer weiteren Modifikation können
der opto-elektronische Schalter 66 und Rotorarm 64 weggelassen
werden, wobei der Motor 26 durch eine Stromüberwachungsvorrichtung
ausgeschaltet wird, die wirksam ist, wenn der Motorstrom einen gewissen
Wert übersteigt,
während
das Drehmoment der Federn 34 ansteigt oder während die
Anschläge
zwischen der Scheibe 30 und der Nabe 10 in Eingriff
gelangen. Falls der Motor 26 ausreichend robust ist, kann
alternativ einfach sein Abwürgen
erlaubt werden. In jeder der obigen Modifikationen kann die Kupplung 68 weggelassen
werden.
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Die
beschriebene Vorrichtung kann gegebenenfalls durch das Weglassen
der Federn 34 vereinfacht werden. Eine die Vorsprünge 54 aufweisende einzelne
Scheibe ist nun vorgesehen, um sich mit dem Rotor 24 zu
drehen, und zwar anstelle der zwei Scheiben 30, 32.
Wenn die Vorsprünge 54 mit
den inneren Enden des Zylinders 48 in Eingriff gelangen, werden
sie durch fortgesetzte Wirkung des Motors 26 in Eingriff
gehalten, wobei die Kupplung 68 in diesem Zustand kontinuierlich
durchrutscht. Alternativ kann die Kupplung 68 weggelassen
werden, wobei ein Abwürgen
des Motors 26 erlaubt ist oder er durch eine Stromüberwachungsvorrichtung
ausgeschaltet werden kann. Das Drehmoment auf der Scheibe wird nun
durch die Klemmung des Schneckenantriebs 28 aufrechtgehalten,
um die Vorsprünge 54 in
Eingriff mit dem Zylinder 48 zu halten. Keine dieser Anordnungen
wird jedoch bevorzugt.
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5 zeigt
eine noch einfachere Anordnung, wobei an geeigneter Stelle die gleichen
Bezugsziffern wie in 2 verwendet werden. Die Scheiben 30, 32 sind
durch eine einzelne Scheibe 75 ersetzt, die am Ausgangsritzel
des Schneckenantriebs 28 befestigt ist. Wie oben sind die
Federn 34 weggelassen, und die Scheibe 75 ist
mit dem Boden 20A des Gehäuses durch die Pfosten 42, 44 und
die vier Spannfedern 40 verbunden. In dieser vorliegenden
Anordnung sind die Vorsprünge 54 und
V-Nuten 56 ebenfalls weggelassen, und die Zylinder 48 stehen
nicht nach innen vom Rand 46 vor.
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Wenn
der Motor 26 wirksam ist, dreht sich zunächst die
Nabe 10 im Gehäuse 20 wie
zuvor, bis die Zylinder 48 kinematisch mit den Paaren von
Kugeln 52 in Eingriff gelangen. Als nächstes dreht sich die Scheibe 75 im
entgegengesetzten Sinn relativ zur Nabe 10, was ein durch
die Federn 40 anzuwendendes ansteigendes Drehmoment verursacht.
Dies setzt sich fort, bis der Arm 64 auf den opto-elektronischen
Schalter 66 trifft, der den Motor ausschaltet. Wie zuvor
kann der Schalter 66 gegebenenfalls durch einen elektro-mechanischen
Mikroschalter ersetzt werden.
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Die
Zylinder 48 werden nun in die Paare von Kugeln 52 durch
eine Kraft geklemmt, die durch das Drehmoment in den Federn 40 eingestellt
ist, wenn die Scheibe 75 zur Ruhe kommt. Dieses Drehmoment
hängt von
den Charakteristiken des Schalters 66, des Motors 26 und
des Schneckenantriebs 28 sowie von der Trägheit des
Systems ab. Jedoch kann es nach wie vor geeignet wiederholbar sein,
um sicherzustellen, daß das
kinemati sche Positionieren des Arms 12 für viele
Zwecke ausreichend wiederholbar ist.
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6 zeigt
eine weitere Modifikation der Vorrichtung der 2–4,
in der jeder Zylinder 48 durch ein Paar von Zylindern 48A, 48B ersetzt
ist. Diese sind beide im Rand 46 der Nabe 10 angebracht,
und eine Plastikeinheit 80 wird zwischen ihnen gehalten.
Der Zylinder 48A befindet sich wie zuvor in Eingriff mit
den Kugeln 52. Sowohl dieser Zylinder als auch die Kugeln
können
zur verläßlichen
kinematischen Lage aus Wolframkarbid bestehen. Lediglich der Zylinder 48B steht
nach innen vor, um mit der V-Nut 56 im Vorsprung 54 in
Eingriff zu gelangen, und dieser Zylinder kann aus Stahl bestehen,
da seine Rolle geringere Anforderungen stellt. Die äußere Kante 82 der
Plastikeinheit 80 ist wie gezeigt gekrümmt und besitzt lediglich einen
sehr kleinen Abstand vom Boden 50A der Nut 50,
was für
eine ruhige Drehung der Nabe 10 im Gehäuse 20 sorgt. Auf ähnliche
Weise können
die Oberteil- und Bodenflächen der
Einheit 80 gekrümmt
sein und lediglich sehr kleine Abstände von den gegenüberliegenden
Seiten der Nut 50 aufweisen. Die Einheit 80 kann
aus einem Material geringer Reibung bestehen, wie beispielsweise
PTFE. Um übermäßige Zwangsbedingungen zu
vermeiden, wenn sich die Zylinder 48A und die Kugeln 52 kinematisch
in Eingriff befinden, kann der Boden 50A der Nut 50 leicht
im Bereich der Kugeln 52 ausgespart sein, wie durch die
gestrichelte Linie 84 angedeutet, und die Seiten der Nut 50 können ebenso
in diesem Bereich ausgespart sein.
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Verschiedene
Modifikationen für
die durch die Zylinder 48 und Kugeln 52 gebildete
kinematische Halterung sind für
den Fachmann ersichtlich.
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In
einer möglichen
Modifikation können
die drei Zylinder 48 durch drei Kugeln ersetzt werden,
die auf einem radialen Vor sprung vom Rand 46 angebracht
sind, um in die Umfangsrichtung zu weisen. Diese wirken dann jeweils
mit drei radial gerichteten V-Nuten zusammen, die in Umfangsrichtung
gerichtet zusammenlaufende Oberflächen ähnlich den V-Nuten 56 besitzen,
die jedoch im Gehäuse 20 anstelle
der Kugelpaare 52 gebildet sind. Jede dieser V-Nuten kann
durch ein Paar von parallelen Zylindern ersetzt werden, die sich
radial erstrecken und axial voneinander beabstandet sind.
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Alternativ
wirkt anstelle von drei solchen V-Nuten eine der Kugeln auf dem
Rand 46 mit einer ebenen Oberfläche auf dem Gehäuse 20 zusammen, eine
mit einer radialen V-Nut oder einem Paar von Zylindern und eine
mit einem dreiflächigen
oder konischen Loch oder mit einem Nest von drei Kugeln auf dem
Gehäuse 20.
Diese Elemente weisen jeweils in geeignete Richtungen, um einen
richtigen kinematischen Zwang sicherzustellen. Diese Anordnung kann als
eine modifizierte Kelvin-Halterung betrachtet werden, wohingegen
die Zylinder 48 und Kugeln 52 als eine modifizierte
Boys-Halterung betrachtet werden können.
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Es
ist auch möglich,
eine inverse Anordnung für
die Zylinder 48 und Kugeln 52 zu schaffen, in
der die Zylinder 48 sich auf dem Gehäuse 20 und die Kugeln 52 auf
dem Rand 46 befinden. Ähnliche
inverse Anordnungen können
für die
gerade diskutierten, verschiedenen modifizierten kinematischen Halterungen
vorgesehen werden.
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In
den obigen Ausführungsformen
sind Spannfedern verwendet worden, um die Elemente der kinematischen
Halterung in der Umfangsrichtung in Eingriff miteinander vorzuspannen.
Natürlich
können
andere Vorspannmittel wie beispielsweise Torsionsfedern oder sogar
eine geeignete Anordnung von Magneten verwendet werden.
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Wie
oben erwähnt,
kann die Vorrichtung auf einer festen Struktur einer Werkzeugmaschine
wie dem Bett einer Dreh- oder Schleifmaschine angebracht sein, so
daß die
Sonde 14 als eine Werkzeugeinstellsonde wirkt. Alternativ
jedoch ist es möglich, die
Vorrichtung auf der sich bewegenden Struktur einer Werkzeugmaschine
anzubringen, zum Beispiel der Spindel eines Bearbeitungszentrums,
dem Werkzeughalter einer Drehmaschine oder dem Gestell, das die
Schleifscheibe in einer Schleifmaschine hält. Die Sonde kann dann in
die wirksame Position geschwenkt werden, um die Messungen an einem Werkstück durchzuführen, das
an der Werkzeugmaschine angebracht ist. In einer Schleifmaschine
beispielsweise kann dies die Lokalisierung von zu schleifenden Merkmalen
des Werkstücks
einschließen,
wonach der Arm 12 in die unwirksame Position geschwenkt
wird, um ein genaues Schleifen dieser Merkmale zu gestatten. An
einer Drehmaschine kann der Arm 12, wenn er sich in der
wirksamen Position befindet, wirksam eine Erweiterung für den Werkzeughalter
schaffen, wobei ein Sondieren der Blindseite eines Werkstücks, die
der Werkzeughalter normalerweise nicht erreichen kann, ermöglicht wird. Dies
kann beispielsweise die Messung des Durchmessers eines Werkstücks, das
stationär
dem Futter der Drehmaschine gehalten wird, ermöglichen, um festzustellen,
ob irgendeine thermische Drift zwischen der Zentrumslinie des Drehmaschinenfutters und
des Werkzeughalters stattgefunden hat. Eine derartige thermische
Drift würde
bei Durchmessern deren maschinelles Bearbeiten mit Übermaß oder Untermaß verursachen.