-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Koordinatenmessmaschine, die einen
Unterteil, eine von dem Unterteil getragene Messeinrichtung und einen Messtisch aufweist, auf dem
der zu messende Gegenstand angeordnet wird.
-
Koordinatenmessmaschinen werden verwendet, um die Koordinaten zahlreicher Punkte an der
Oberfläche eines Gegenstandes mit außerordentlicher Genauigkeit zu bestimmen, um so das
Aussehen des gemessenen Gegenstandes festzustellen. Z. B. kann eine
Koordinatenmessmaschine verwendet werden, um die Koordinaten eines Prototyps zu messen, und die
erhaltenen Messwerte werden dann verwendet, um eine Werkzeugmaschine bei der Herstellung eines
Gegenstandes zu steuern, dessen Gestalt identisch mit dem gemessenen Gegenstand ist. Um
die geforderte Messgenauigkeit zu erfüllen, werden Koordinatenmessmaschinen normalerweise
mit großer Stabilität konstruiert, um so Verformungen in der Maschine zu verhindern, da eine
Verformung dazu beiträgt, eine negative Auswirkung auf das Messergebnis zu haben.
-
WO 89/03505 offenbart eine Koordinatenmessmaschine, in welcher der Arbeitstisch auf dem
Unterteil durch Blöcke abgestützt ist, die gleitfähig auf dem Unterteil abgestützt sind. Diese
Anordnung soll den Arbeitstisch und den Unterteil gegenüber sowohl unterschiedlicher
Ausdehnung und Zusammenziehung als auch gegenüber Verbiegungen isolieren, die durch das
Gewicht des Werkstücks verursacht werden.
-
GB-A-2 080 954 beschreibt eine Koordinatenmessmaschine, die einen mit Rippen versehenen
Grundrahmen aufweist, der entsprechende Hülsen bietet, die an den Schnittstellen von Rippen
angeordnet sind, wobei jede Hülse in sich eine entsprechende, sich lotrecht erstreckende
Stütze aufnimmt, deren unteres Ende auf dem Boden aufliegt und deren oberes Ende als
Stütze für einen Messtisch mittels eines entsprechenden Lagerelements wirkt. Der Tisch ist
durch den Grundrahmen lokalisiert aber nicht abgestützt, mittels Kupplungselementen in einer
Weise frei von Spiel und Beanspruchungen, welche Elemente eine ringförmige Membran
aufweisen können, die zwischen dem oberen Ende jeder Stütze und dem Rahmen angeordnet
ist. Alternativ können die Kupplungselemente eine Kugel und einen Stift aufweisen, der an
der Unterseite des Tischs befestigt ist und der in entsprechender Weise mit einer Kugelmuffe
und einer geschlitzten Führung zusammenwirkt, die durch den Rahmen getragen sind.
-
Bei der vorliegenden Erfindung ist beabsichtigt, eine Verformung des Maschinenunterteils
oder des Maschinenständers als Ergebnis von Biegelasten zu vermeiden, die durch den
aufliegenden Tisch verursacht werden, wobei sich dieses Ziel auf alle Arten von
Koordinatenmessmaschinen bezieht, die einen Unterteil oder einen Ständer aufweisen, der einen
aufliegenden Tisch abstützt, auf dem der zu messende Gegenstand angeordnet wird und an dem die
Säule oder die Säulen befestigt sind, die die Mess-Sonde der Maschine tragen.
-
Dieses Problem ist in den Fig. 1 bis 3 der beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht,
wobei diese Figuren schematisch eine Koordinatenmessmaschine der zuvor beschriebenen Art
veranschaulichen, wobei ein zu messender Gegenstand 1 auf einem aufliegenden Tisch 2
angeordnet ist, der durch Füße 3 abgestützt ist, die auf einem Unterteil 4 ruhen. Eine Säule
5, die diese Elemente sowie Bewegungseinrichtungen trägt, die zum Bewegen der Sonde 6 in
drei Richtungen unter rechten Winkeln zueinander benötigt werden, ist an dem Unterteil 4
befestigt. Der Unterteil 4 ist durch Füße 7 abgestützt. Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene
Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Maschine von oben und zeigt die Füße 3 des aufliegenden
Tischs an den Ecken eines imaginären gleichschenkeligen Dreiecks angeordnet.
-
Fig. 3 ist eine schematische, stark übertriebene Veranschaulichung, wie der Unterteil 4
prinzipiell durch einen zu messenden Gegenstand 1 verformt wird, der auf den Auflagetisch
2 gelegt ist. Es wird angenommen, daß der Schwerpunkt des Gegenstands mit dem
Mittelpunkt des imaginären gleichschenkeligen Dreiecks zusammenfällt, das zwischen den Füßen 3
des aufliegenden Tischs 2 gezeichnet werden kann, wobei das Gewicht G des Gegenstands
gleichmäßig zwischen den Füßen 3 verteilt wird und wobei der Unterteil einer punktförmigen
Last G/3 an der Stelle der Füße 3 unterworfen wird. Der Auflagetisch (Unterteil) 4 wird
daher einem Biegemoment unterworfen, das den Tisch veranlaßt, sich in der in Fig. 3 mit
gestrichelten Linien stark übertriebenen Art und Weise zu biegen, wodurch der Tisch
verformt wird und die Säule S veranlaßt, die an dem Tisch 4 befestigt ist, sich aus ihrer genau
lotrechten Position herauszubewegen.
-
Diese Bewegung der Säule 5 wird durch die Wirkung des Gewichts des Gegenstands
verursacht, der auf dem aufliegenden Tisch liegt, durch dessen Stellung auf dem Tisch und durch
die Stellung seines Schwerpunkts. Eine Verformungs-Biegung des aufliegenden Tischs und
eine daraus folgende Bewegung der Säule 5 aus ihrer genau lotrechten Stellung variiert daher
in Abhängigkeit davon, wo der Gegenstand auf dem Tisch angeordnet wird und wie der
Gegenstand angeordnet wird. Die Wiederholungsgenauigkeit der Koordinatenmessmaschine,
d. h. eine Kontrollmessung, um sicherzustellen, daß ein hergestelltes Produkt mit einem
Prototyp übereinstimmt, ist daher durch die oben beschriebene Biegedeformation
beeinträchtigt. Jegliche Deformation des Auflagetischs hat andererseits nur eine unbedeutende
Auswirkung, da jeder mit der Mess-Sonde 6 durchgeführte Messvorgang annimmt, daß das zu
messende Objekt vorher ausgerichtet oder innerhalb des Bearbeitungsvolumens der Maschine
aufgesetzt wurde, bevor der eigentliche Messvorgang durchgeführt wird.
-
Die vorgenannten Probleme werden gemäß der Erfindung mittels einer Messmaschine gelöst,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Dies stellt sicher, daß die Krafivektoren von den
Tischfüßen durch die Füße des Unterteils hindurchgehen, unabhängig von jeglicher Deformation in
dem Auflagetisch.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Koordinatenmessmaschine ruht jeder Fuß des Messtischs in einem entsprechenden halbsphärischen Napf, der
auf dem Unterteil angeordnet ist.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben:
-
Fig. 1 bis 3 sind eine Seitenansicht einer konventionellen Koordinatenmessmaschine, eine
schematische Schnittansicht nach der Linie II-II in Fig. 1 und eine teilweise
Seitenansicht, wobei diese Ansichten im vorstehenden mit der Absicht
beschrieben wurden, die durch die Erfindung gelösten Probleme zu
veranschaulichen;
-
Fig. 4 ist eine lotrechte Schnittansicht eines Unterteils und eines Auflagetischs einer
Koordinatenmessmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
-
Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines konventionellen Auflagetischs und zeigt den Tisch
verformt durch das Gewicht des zu messenden Gegenstands in einer stark
übertriebenen Weise; und
-
Fig. 6 ist eine Seitenansicht eines Lagerungsnapfes für einen Fuß eines Auflagetischs
einer erfindungsgemäßen Koordinatenmessmaschine.
-
Die Fig. 4 und 6 veranschaulichen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Unterteils 8 und
des Auflagetischs 9 einer erfindungsgemäßen Koordinatenmessmaschine. Die Säule oder die
Säulen, die die aktuelle Messeinrichtung trägt oder tragen, ist oder sind in den Zeichnungen
nicht gezeigt, da eine solche Einrichtung nicht einen Teil der Erfindung bildet. Es sollte
herausgestellt werden, daß die in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte konventionelle
Messmaschine nur ein nicht beschränkendes Beispiel einer Messmaschine darstellt, auf das die
Erfindung angewandt werden kann, und daß im Prinzip die Erfindung auf alle
Koordinatenmessmaschinen angewandt werden kann, bei denen der zu messende Gegenstand auf einen
Auflagetisch gelegt wird, der auf dem Maschinenunterteil ruht.
-
In dem in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel hat der Auflagetisch drei Füße 10,
die in der gleichen Weise wie die Füße 3 der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Maschine
angeordnet sind, d. h. an den Ecken eines imaginären gleichschenkligen Dreiecks. Die Füße
10 des Auflagetischs 9 haben halbsphärische Oberflächen, die auf den Unterteil 8 zu weisen
und in Lagerungsnäpfen 11 ruhen, die auf der oberen Oberfläche des Unterteils angebracht
sind. Der Unterteil 8 ist mit Füßen 12 versehen, die unmittelbar unterhalb der Füße 10 an
dem Auflagetisch angeordnet sind. Weil die Füße 10, 12 des Auflagetischs und des Unterteils
lotrecht in einer Linie zueinander liegen, erhält man einen kontinuierlichen lotrechten
Kraftfluß zwischen den entsprechenden Füßen des Tischs und des Unterteils, was bedeutet, daß ein
auf den Auflagetisch aufgelegter Gegenstand nur den Unterteil mit Drucklasten beaufschlagt,
da keine Momentenarme für die Krafivektoren auftreten, die durch entsprechende Füße an
dem Tisch und an dem Unterteil wirken. Der Unterteil 8 wird daher nicht durch Biegung
verformt.
-
Fig. 5 veranschaulicht schematisch und in übertriebener Weise, wie der Auflagetisch 2 der
herkömmlichen, in Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Koordinatenmessmaschine verformt wird,
wenn er der Last eines zu messenden Gegenstands unterworfen wird. Wie in dieser Figur
veranschaulicht ist, werden die Berührungspunkte zwischen den Füßen des Tischs 2 und dem
Unterteil 4 bewegt und damit auch die Angriffspunkte der Krafivektoren, aufgrund der
Deformation des Tischs. Eine solche Bewegung der Berührungspunkte schafft einen
Momentenarm für den Kraftvektor durch die Tischfüße von entsprechender Größe, und es tritt ein
Biegemoment auf, das den Unterteil verformen kann. Um sicherzustellen, daß eine
Biegeverformung des Auflagetischs die Berührungspunkte zwischen den Füßen 10 des Tischs 9 und
der oberen Oberfläche des Unterteils 8 nicht veranlaßt, sich zu bewegen, haben die Füße des
Tischs 10 eine halbsphärische Gestalt an ihrer dem Unterteil benachbarten Seite.
Infolgedessen liegen die Angriffspunkte der Krafivektoren durch die Tischfüße immer an derselben
Stelle zentral oberhalb des Mittelpunkts der Füße des Unterteils, und der Unterteil wird nicht
Biegemomenten als Ergebnis der Deformation des Tischs unterworfen. Um die Last über
einen weiten Oberflächenbereich zu verteilen, ruhen die Füße 10 des Tischs 9 vorzugsweise
in Lagerungsnäpfen 11, die an der oberen Oberfläche des Unterteils 8 angebracht sind. Diese
Lagerungsnäpfe 11 werden bequemerweise an dem Unterteil 8 in einer Art und Weise
angebracht, daß sie anzeigen, wie der Auflagetisch auf dem Unterteil angeordnet werden soll,
und um sicherzustellen, daß der Auflagetisch richtig positioniert wird. Es ist jedoch
notwendig, daß wenigstens zwei dieser Verbindungen zwischen den Näpfen 11 und dem Unterteil
nachgiebig sind, um es so den Näpfen zu ermöglichen, sich zu bewegen, um thermische
Expansionen und Toleranzfehler zu kompensieren.
-
Es ist zu verstehen, daß die Erfindung nicht auf das beschriebene und veranschaulichte
Ausführungsbeispiel beschränkt ist und daß Abwandlungen innerhalb des Rahmens der
Erfindung möglich sind. Z. B. können mehr als drei Füße vorgesehen werden, z. B. so, daß
die Last auf mehrere Punkte verteilt wird oder daß die Neigungsstabilität des Auflagetischs
erhöht wird. Ferner können die Füße des Tischs direkt auf den Unterteil aufgesetzt werden,
wobei die Stellung der Füße des Unterteils auf irgendeine andere Weise als mittels der
Lagerungsnäpfe markiert wird, z. B. durch an der Oberseite des Unterteils angebrachte
Markierungen. Auch brauchen die Füße des Auflagetischs nicht sphärische Oberflächen zu
haben, da das Biegemoment, das von den Berührungspunkten der Füße wegen der
Deformation des Tischs herrührt, so klein ist, daß die erforderliche Genauigkeit oft aufrechterhalten
werden kann. Die Erfindung ist daher nur durch den Umfang der nachfolgenden Ansprüche
beschränkt.