-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Messmaschine, insbesondere eine
Säule zur
Messung einer longitudinalen Dimension, beispielsweise eine Höhenmesssäule.
-
Höhenmesssäulen wurden
beispielsweise im Dokument
US4924598 beschrieben.
Sie werden beispielsweise zur Messung oder zum Vergleich von Dimensionen
eingesetzt, zum Beispiel in mechanischen Werkstätten. Eine auf
1 schematisch
dargestellte Messsäule
umfasst ein festes Gestell
2 mit einem Sockel
20,
einen sich entlang des Gestells bewegbaren Wagen
3, eine
Vorrichtung zum Antreiben des Wagens und ein System zur Messung
der vertikalen Position des Wagens. Ein Taster
44 ist mit
dem Wagen verbunden und ist dazu bestimmt, mit dem zu messenden
Stück in
Kontakt zu kommen. Der Sockel kann mit Mitteln versehen werden,
die das Erzeugen eines Luftkissens ermöglichen, um die Höhenmesssäule auf
der Arbeitsfläche
leicht zu bewegen.
-
Die
Antriebvorrichtung kann vom Typ handbetätigt sein und mittels einer
Kurbel angetrieben werden, oder vom Typ elektrisch sein und einen
Motor verwenden. Die Kurbel oder der Motor treibt ein Kabel oder
einen Riemen 40 an, mit dem Wagen 3 verbunden,
sowie ein Gegengewicht 41, das sich in entgegen gesetzter
Richtung zum Wagen bewegt. Das Kabel oder der Riemen wird zwischen
den Scheiben 42, 43 gespannt. Der Wagen 3 umfasst nicht
dargestellte Radlager, um sich auf die mit dem Gestell verbundenen
Führungsschienen
aufzustützen.
-
Das
elektronische Messsystem erlaubt es, die Position des Wagens, und
daher des Tasters, zu bestimmen und auf einer elektronischen Anzeige
anzuzeigen. Die Auflösung
und Genauigkeit, welche von dieser Art von Messsäulen erwartet wird, liegt in der
Grössenordnung
des Mikrons.
-
Diese
Genauigkeit hängt
zum grössten
Teil von der Kontaktkraft zwischen dem Taster 44 und dem
zu messenden Stück
ab. Eine erhebliche Kontaktkraft führt zu einer Flexion des Tasters
und/oder des Stücks,
und sogar zu einer elastischen Verformung des Materials, welche
die Messung beeinflussen kann. Die Kontaktkraft zwischen dem Taster
und dem zu messenden Stück
muss also minimal, oder auf jeden Fall bei jeder Messung identisch
sein.
-
Aufgrund
der Erfordernisse, welche mit dem maximal erlaubten Platzbedarf
und den Fabrikationsgenauigkeiten verbunden sind, läuft der
Riemen 40 nicht immer streng parallel mit dem Gestell 2.
Insbesondere wurde im Rahmen dieser Erfindung festgestellt, dass
der Bindungswinkel α des
Riemens 40 auf dem Wagen 3 gemäss der longitudinalen Position des
Wagens variiert. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Wagen
sich in der Nähe
einer unteren Scheibe 43 oder oberen Scheibe 42 der
Säule 1 befindet
und der Radius r der Scheiben anders als der Abstand d zwischen
dem Gestell 2 und dem Bindungspunkt 30 des Riemens 40 auf
dem Wagen ist. Dies ist auch der Fall, wenn die Position des Zentrums
der Scheiben 42, 43 in Bezug auf das Gestell nicht
mit Genauigkeit gesteuert wird. Unter diesen Umständen wird
die Ziehkraft des Riemens auf den Wagen in einer nicht vertikalen
Direktion ausgeübt und
verursacht die Anwendung eines Moments m entlang einer zur Ebene
des Wagens 3 parallelen waagrechten Achse. Dieses Moment
beeinflusst die Kontaktkraft zwischen dem Taster und dem Stück, so dass
die Messgenauigkeit je nach longitudinaler Position des Wagens variiert.
-
Patent
US5040308 beschreibt eine
Messsäule,
in welcher der Messwagen durch ein Ausrichtglied mit dem oberen
Ende des Antriebsriemen verbunden ist. Der Wagen kann in Bezug auf
das Ausrichtglied in Richtung der Messachse gleiten. Die Artikulation
zwischen dem Ausrichtglied und dem Wagen kann jedoch nur eine Verschiebung
entlang der Messachse ermöglichen.
Die zur Messachse senkrechten Komponenten der Ziehkraft werden also
auf den Wagen und indirekt auf den Taster ausgeübt.
-
Die
Patentanmeldung
EP223736 beschreibt eine
Messsäule,
worin der Messwagen durch einem Rahmen mit dem oberen Teil des Antriebriemens
verbunden ist. Der Wagen kann sich drehen und horizontal in Bezug
auf den Rahmen gleiten. Es werden jedoch keine Mittel vorgesehen,
um das Drehen des Wagens in Bezug auf den Rahmen entlang einer zur Ebene
des Wagens und des Rahmens parallelen horizontalen Achse zu erlauben.
Jedes vom Antriebskabel auf den Rahmen ausgeübte Moment wirkt sich unweigerlich
auf den Taster aus.
-
Ferner
wird der Messtaster entlang einer zur Ebene des Wagens und des Rahmens
parallelen Achse y angeordnet. Diese Konstruktion ist wenig vorteilhaft,
da der Taster sich weg von den Referenzflächen befindet, welche von den
Führungsschienen auf
dem Gestellh gebildet werden. Zudem befindet sich der Taster in
der Nähe
eines Grats des Gestells, der in Kontakt mit gewissen Teilen eines
Stücks
komplexer Form zu kommen droht.
-
Die
europäische
Patentanmeldung
EP1089051 beschreibt
eine Messsäule
mit einem ersten mobilen Wagen, der einen Messtaster trägt und fähig ist,
in Bezug auf einen zweiten mobilen Wagen zu gleiten, welcher translationsweise
durch das Gestell geführt
wird. Eingeschränkt
wird die relative Bewegung zwischen dem ersten Wagen und dem zweiten
Wagen in ihrem Ausmass von einem Konstantkraftmechanismus, der auf
den Antriebsmotor wirkt, und in ihrer Direktion von einem Lagersatz,
welches eine Translationsbewegung entlang der Messachse des ersten
Wagens in Bezug auf den zweiten Wagen bestimmt.
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Höhenmesssäule anzubieten,
worin diese Probleme gelöst
sind.
-
Insbesondere
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Messsäule anzubieten,
worin das Antriebssystem auf den Wagen eine Kraft ausübt, welche
nur eine vertikale Komponente umfasst.
-
Erreicht
werden diese Ziele gemäss
der Erfindung mittels einer Messsäule mit den Elementen des unabhängigen Anspruchs.
-
Erreicht
werden diese Ziele insbesondere mittels einer Säule zur Messung einer longitudinalen Dimension
mit einem Gestell, einem Wagen, der sich entlang einer Messachse
entlang des Gestells bewegen kann, einem Taster, der mit dem Wagen
verbunden ist und dazu bestimmt ist, in Kontakt mit dem Messstück gebracht
zu werden, einer Antriebvorrichtung des Wagens mit einem Kabel oder
Riemen, um den besagten Wagen entlang der besagten Messachse anzutreiben,
einem Messsystem der Position des besagten Wagens entlang der besagten
Messachse, und worin ein Gelenkelement zwischen dem besagten Kabel
oder Riemen und dem besagten Wagen eine Drehung mindestens um eine
Drehachse parallel zur Ebene des Wagens erlaubt.
-
Diese
Konstruktion hat den Vorteil, dass auf den Wagen und somit auf den
Taster lediglich die vertikalen Komponenten der vom Kabel oder Riemen ausgeübten Ziehkraft
auswirken. Es können
somit Messfehler vermieden werden, die von einer waagrechten Komponente
dieser Kraft verursacht werden, insbesondere wenn der Wagen sich
in der Nähe
einer der beiden Scheiben befindet.
-
Die
Erfindung wird besser verstanden beim Lesen der beigelegten Beschreibung,
welche durch die Figuren illustriert ist; es zeigen:
-
1,
eine schematische Ansicht der Hauptkomponente einer Höhenmesssäule.
-
2,
eine seitliche Ansicht einer vollständigen Höhenmesssäule.
-
3,
eine explodierte Ansicht des Messwagens in einer erfindungsgemässen Messsäule.
-
4,
eine perspektivische Ansicht des Messwagens in einer erfindungsgemässen Messsäule.
-
Eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
Messsäule
umfasst ein Gestell 2, das senkrecht auf einem Sockel 20 montiert
ist. Das Gestell umfasst eine Vorderseite mit einem beispielsweise kapazitiven,
induktiven oder magnetischen Lineal 22 und Führungsschienen 24.
Das Lineal 22 besteht beispielsweise aus einem Lineal aus
Glas, welches mit kapazitiven oder magnetischen Elektroden versehen ist.
Das Lineal umfasst Elektroden, welche eine Messung der absoluten
oder relativen Position mittels eines auf dem Wagen 3 montierten
Sensors ermöglicht.
Die Schienen 24 können
auf dem Gestell 2 angebaut oder vorzugsweise verarbeitet
werden und bilden eine plane Stützfläche, auf
welcher sich die Lager 31 des Wagens 3 bewegen.
Andere Schienen 21 auf einer Rückseite des Gestells 2 bilden
eine Rücklagerfläche für zusätzliche
Lager 32. Seitliche Lager 33 können sich zudem auf seitliche
Schienen 25 abstützen.
Die Position des Wagens 3 in einer horizontalen Ebene x-y
wird somit vollständig
durch die Schienen 21, 24, 25 bestimmt.
-
Ein
mit dem Gestell verbundener Antriebsmechanismus umfasst eine obere
Scheibe 42 und eine untere Scheibe 43. Der Antriebsmechanismus umfasst
zudem einen nicht dargestellten Motor, welcher eine der beiden Scheiben
zu drehen vermag, sowie ein Kabel oder einen Riemen 40,
der eine zwischen den beiden Scheiben gespannte Schleife bildet.
Der Wagen 3 wird vom Kabel oder Riemen 40 angetrieben
und kann somit entlang der senkrechten Achse z mittels des Motors
bewegt werden. Ein auf dem anderen Teil der Schleife 40 befestigtes
Gegengewicht 41 bewegt sich in entgegen gesetzter Richtung
zum Wagen 3. Die Ziehkraft auf dem Riemen wird beispielsweise
mittels einer nicht dargestellten Friktion zwischen dem Motor und
der Antriebsscheibe mit Genauigkeit gesteuert und/oder indem das
Antriebsdrehmoment des Motors kontrolliert wird.
-
Ein
Taster 44 ist auf dem Wagen 3 mittels eines Tastenträgers 45 montiert.
Das sphärische
Ende des Tasters 44 ist dazu bestimmt, in Kontakt mit dem Messstück gebracht
zu werden. Ein Messsystem vom Typ kapazitiv, induktiv, opto-elektronisch
oder magneto-resistiv erlaubt es, die Position des Tasters 44 oder
die vom Taster 44 zwischen zwei Messpunkten getätigte Bewegung
auf einer nicht dargestellten elektronischen Anzeige anzuzeigen.
Das Messsystem umfasst beispielsweise einen elektronischen Sensor,
der auf dem Wagen 3 gegenüber dem Lineal 22 montiert
ist und durch eine nicht dargestellte flexible Kabelmatte, eventuell
durch eine lokale Funkverbindung, mit einer Messsteuer- und -anzeigekonsole
verbunden ist.
-
Erfindungsgemäss ist das
Kabel oder der Riemen 40 mit dem Wagen 3 durch
ein Gelenkglied verbunden, das in dieser Ausführungsform aus einem Rahmen 4 und
einem Drehzapfen 30 besteht. Der Rahmen dient als Kräfteverteilungselement
und umfasst ein Vorderlager 52, um sich auf der Vorderschiene 22 des
Gestells 2 zu stützen
und Hinterlager 51, um sich auf den Hinterschienen 21 des
Gestells zu stützen.
Zwei Abstandssäulen 54 dienen
als Anschlag, um den Rahmen 5 im Abstand zum Wagen 3 zu
halten, indem wenn nötig
ein minimaler Druck in der Nähe
des Schwerpunkts des Wagens ausgeübt wird. Der Rahmen 5 wird
mit dem Wagen 3 durch den Drehzapfen 30, welcher
lose in einer Öffnung 34 im Wagen
eingefügt
ist, verbunden. Die Öffnung 34 liegt nahe
dem geometrischen Zentrum der Stützen
des Wagens. Die vom Rahmen 5 auf den Wagen 3 übertragenen
Kräfte
werden also alle an diesem Punkt ausgeübt. Insbesondere wird der Wagen
entlang der vertikalen Messachse z nur durch diesen Antriebspunkt 34 angetrieben.
-
Die
unteren und oberen Enden des Kabels oder Riemens 40 werden
am Rahmen 5 durch einen Flügel 55 befestigt,
welcher an einem Punkt 53 in der Mittelachse des Rahmens
montiert wird. Der Rahmen wird auf den Drehzapfen 30 geschraubt.
Der Flügel 55 erlaubt
es, den Wagen von Hand zu bewegen, indem er an einem Punkt nahe
dem geometrischen Zentrum der Stützen
des Wagens angetrieben wird.
-
Das
Spiel zwischen der Öffnung 34 und
dem Drehzapfen 30 ist genügend gross, um eine Drehung des
Zapfens und des Rahmens entlang der Achse y zu erlauben. Ferner
wird der Rahmen 5 genügend lose
auf dem Drehzapfen 30 montiert, um leicht entlang einer
zum Rahmen parallelen und den Zapfenkopf durchdringenden waagrechten
Achse x drehen zu können.
Der Drehzapfen kann zudem in die Öffnung 34 entlang
seiner longitudinalen Achse y gleiten.
-
Auf
diese Weise, wenn sich der Winkel α zwischen dem Kabel oder Riemen 40 und
dem Gestell 2 vergrössert,
kann der Rahmen 5 um die Achse x drehen. Der obere Teil
des Rahmens 5 hat tatsächlich die
Möglichkeit
sich zu bewegen, wobei das Lager 52 sich sogar von der
Schiene 22 ablösen
kann. Der untere Teil des Rahmens 5 kann sich dank dem
Spiel zwischen dem Drehzapfen 30 und der Öffnung 34 dem
Wagen 3 annähern
oder vom Wagen 3 entfernen. Die Abstandssäulen 54 verhindern
jedoch Verschiebungen mit einer zu grossen Weite und verhindern
beispielsweise, dass der Rahmen schwingt, wenn der Wagen schnell
entlang der Messachse z bewegt wird.
-
Man
versteht somit, dass die vom Ziehen des Kabels oder Riemens 40 ausgeübten Kräfte und
Momente nicht direkt auf den Wagen 3 sondern vor allem
auf den Rahmen 5 ausgeübt
werden. Die Komponente der zur Achse y parallelen Kräfte sowie
die Momente entlang der Achse x werden durch die Lager 51, 52 zum
Gestell 2 übertragen,
welches sie absorbiert. Dies ist insbesondere der Fall der Momente m
entlang der waagrechten Achse x, die insbesondere durch einen Winkel α zwischen
dem Kabel 40 und dem Gestell 2 verursacht werden
können.
Die Momente entlang der Achse y, welche beispielsweise durch ein
nicht genau in der Mittelachse des Gestells liegendes Kabel verursacht
werden, führen
zu einer Drehung des Rahmens 5, welche sich nicht auf den Wagen 3 auswirkt.
-
Zusätzlich zum
Ziehkabel oder -riemen 40 kann die nicht dargestellte Kabelmatte,
welche den Messsensor mit der Anzeigevorrichtung verbindet, ebenfalls
eine Traktion oder ein Moment auf den Wagen 3 ausüben. Dies
ist insbesondere der Fall, wenn diese Matte am Ende vom Lauf gespannt
wird, oder wenn das Gewicht der hängenden Kabel vom Wagen getragen
wird. Erfindungsgemäss
wird die Kabelmatte auch mit dem Rahmen 5 verbunden, so
dass sich diese unerwünschten
Kräfte
und Momente auch auf den Rahmen anstelle direkt auf den Wagen ausgeübt werden.
Im dargestellten Beispiel werden die Kabel mit dem Rahmen durch
eine Klemme 56 verbunden, welche sie elastisch am Hinterteil
des Rahmens 5 hält.
Die Anordnung der Klemme am Hinterteil des Gestells 2 erlaubt
es auch, das Risiko eines Kontakts der Kabelmatte mit dem Messstück oder
mit dem Taster einzuschränken.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
besteht das Gelenkelement zwischen dem Kabel oder Riemen 40 und
dem Wagen aus einem den Wagen 3 umrahmenden Rahmen 5.
Diese Variante hat den Vorteil, die Gesamtlänge des Wagen-Rahmen-Gespanns zu reduzieren
und somit den maximalen Messlauf entlang eines Gestells mit einer
bestimmten Grösse
zu erhöhen.
Es ist zudem möglich,
dank dieser vorteilhaften Anordnung den oberen und unteren Teil
des Antriebkabels oder -riemens 40 am gleichen Punkt zu
befestigen. In einer weniger vorteilhaften Ausführungsform wäre es jedoch
auch möglich, ein
Gelenkelement zu verwenden, das anders in Bezug auf den Wagen 3 angeordnet
wird, beispielsweise ein oder mehrere Gelenkelemente, welche über und/oder
unter den Wagen und in dessen Verlängerung montiert werden.
-
Im
dargestellten Beispiel erfolgt die Verbindung zwischen dem Rahmen 5 und
dem Wagen 3 mittels eines Drehzapfens, welches eine Translation entlang
der waagrechten Achse y und Drehungen entlang der waagrechten Achsen
x und y erlaubt. Andere artikulierte Verbindungsmittel, welche unterschiedliche
Freiheitsgrade erlauben, können
jedoch im Rahmen dieser Erfindung leicht erdacht werden.