DE69623335T2

DE69623335T2 - Vorrichtung zur bestimmung der abmessungen von dreidimensionalen objekten

Info

Publication number: DE69623335T2
Application number: DE69623335T
Authority: DE
Inventors: Pettersson
Original assignee: CE Johansson AB
Current assignee: CE Johansson AB
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2016-12-21
Also published as: WO1997025588A1; EP0882209A1; US6354012B1; SE504830C2; EP0882209B1; US20020029485A1; DE69623335D1; SE9600078L; SE9600078D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Bestimmen von Abmessungen von und von Abständen auf dreidimensionalen Objekten.
In der Werkstattindustrie werden traditionellerweise mechanische oder elektronische Noniusschublehren verwendet, um Abstände zwischen Punkten auf einem zu vermessenden Gegenstand zu messen. Jedoch ist es manchmal der Fall, daß die Form oder Gestalt des zu vermessenden Gegenstandes derart ist, daß es unmöglich gemacht ist, Schublehren anzubringen, um Entfernungen zwischen bestimmten Punkten auf dem Gegenstand zu messen. Dies ist vor allem der Fall, wenn in drei Dimensionen gemessen wird. Solche Messungen können leicht in traditionellen Koordinaten-Meßmaschinen durchgeführt werden. Jedoch sind diese Maschinen in vielen Fällen viel zu teuer und viel zu kompliziert, z. B. in dem Fall kleiner Werkstätten und/oder einfacher Produktionsgegenstände. Es besteht daher ein Bedarf für eine einfache Meßanordnung, die es möglich macht, Aspekte dreidimensionaler Gegenstände unabhängig von der Form dieser Gegenstände zu messen.
EP-A-672 885 offenbart eine Koordinaten-Meßmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßanordnung für einen dreidimensionalen Gegenstand von einfacher Konstruktion zu schaffen, die geringe Herstellungskosten hat und die leicht von Hand betätigt werden kann. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung einer solchen prinzipiellen Konstruktion, mit der es möglich ist, eine wirklich tragbare Mini-Meßmaschine zu erhalten.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung entsprechend Anspruch 1 erreicht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Säule durch einen Fuß abgestützt, und sie ist um ihre Längsachse verdrehbar. Die Höhe der Säule kann auch eingestellt werden. Der Meßfühler umfaßt einen Meßspitzenhalter, der eine Meßspitze in der Form einer Meßkugel od. dgl. an einem Ende trägt, und das andere Ende des Halters ist an dem Arm für eine Drehung um eine Achse angebracht, die sich parallel zu der Drehachse des Armes erstreckt. Die Anordnung umfaßt auch eine Einrichtung zum Berechnen und Anzeigen des Abstandes zwischen aufeinander folgenden Plazierungen der Meßspitze mit der Hilfe der Winkelanzeigewerte, die zu einer Zeit anfallen, und mit der Hilfe von linearen Skalenwerten, die zu der Zeit anfallen, in Abhängigkeit von Verdrehung und linearer Bewegung.
In einer Variante der Anordnung weist die Säule ein oberes Teil auf, das das Führungsglied und den Arm trägt und das drehbar mit dem Rest der Säule verbunden ist.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Meßanordnung;
Fig. 2 ist eine Ansicht der Meßanordnung, gesehen in der Richtung des Pfeiles A in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Ansicht der Meßanordnung von Fig. 1 von oben; und
Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 2 und veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßanordnung.
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Meßanordnung ist auf einem Tisch 1 angebracht und umfaßt eine aufrecht stehende Säule 2 und einen Arm 3, der durch die Säule 2 getragen ist mittels eines drehbaren Führungsgliedes 4, das in dem oberen Teil der Säule drehbar gelagert und drehbar um eine Achse X-X ist, die senkrecht zu der Längsachse Z-Z der Säule ist. Der Arm 3 ist für eine lineare Bewegung in dem Führungsglied 4 in einer Richtung senkrecht zu der Drehachse X-X des Führungsgliedes gelagert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Säule 2 in einem Fuß 5 drehbar gelagert und ist um ihre Längsachse Z-Z drehbar. Der Arm 3 trägt an einem Ende einen Meßspitzenhalter 6, dessen freies Ende eine Meßspitze 7 in der Form einer Meßkugel oder einer ähnlichen Einrichtung trägt.
Die Anordnung weist auch Winkelanzeiger 8, 9 auf, die zum Messen der winkelmäßigen Verdrehung der Säule 2 um ihre Längsachse Z-Z und der Verdrehung des Führungsgliedes 4 um dessen Drehachse X-X dienen. Eine lineare Bewegung des Armes 3 wird mittels einer linearen Meßskala 10 gemessen. Die Winkelanzeiger können kapazitive Anzeiger sein, gemäß dem schwedischen Patent 411 392, und die Meßskala kann gemäß diesem letzteren Patent ausgebildet sein oder sie kann von einer herkömmlichen inkrementalen Art sein. Die Winkelanzeiger und die Meßskala sind in üblicher Weise mit einer Berechnungseinheit verbunden, die die Stellungen jedes Meßpunkts auf der Basis der Meßwerte durch traditionelle Trigonometrie in kartesischen Koordinaten berechnet, die an jedem Meßpunkt erhalten werden.
Die beschriebene Meßanordnung wird bedient durch Erfassen des Meßspitzenhalters 6 mit einer Hand und durch Bringen der Meßspitze in Anlage mit einem vorgegebenen Meßpunkt an dem zu vermessenden Objekt. Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen eine geeignete Anordnung, in welcher die Drehachsen X-X und Z-Z einander schneiden, und die Längsachse Y- Y des Arms 3 erstreckt sich durch diesen Schnittpunkt. Als Ergebnis gibt eine lineare Bewegung des Arms 3 keine Veranlassung für Drehmomentkräfte um seine Achsen, was die manuelle Handhabung der Meßspitze erleichtert. Ferner liegt dieser Schnittpunkt konstant in der gleichen Ebene, in der die Meßspitze bewegt wird, wodurch die Berechnungen erleichtert werden, die zum Bestimmen der Position der Meßspitze in kartesischen Koordinaten angewandt werden. Andere Geometrien, in denen nur zwei Achsen sich schneiden oder in denen möglicherweise keine dieser Achsen eine andere schneidet, können alternativ verwendet werden.
Die Berechnungseinheit wird vorzugsweise in einer separaten Behältereinrichtung untergebracht, die auch eine Anzeige und eine Tastatur aufweist, die mit der Berechnungseinheit verbunden ist. Der Fuß weist auch in konventioneller Weise eine Verbindungsmuffe zum elektrischen Verbinden der Anordnung mit peripheren Geräten auf, wie beispielsweise mit einem Personalcomputer oder einem Drucker.
Fig. 4 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßanordnung. Die Anordnung gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß den Fig. 1 bis 3 allein durch die Tatsache, daß nur derjenige Teil der Säule 2', die das drehbare Führungsglied 4' trägt, um die Achse Z-Z verdrehbar ist. Diejenigen Komponenten des Ausführungsbeispiels von Fig. 4, die dem in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel entsprechen, wurden mit den gleichen Bezugszeichen unter Zusatz eines Indexstriches bezeichnet.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann in mehrfacher Weise innerhalb des Rahmens der Erfindung modifiziert werden. Z. B. kann der Meßspitzenhalter 6 an dem Meßarm 3 für eine Drehung um eine Achse angebracht werden, die parallel zu der Drehachse X-X des drehbaren Führungsglieds 4 und/oder drehbar um die Längsachse des Meßarms ist. Im einfachsten Fall dreht sich der Meßspitzenhalter kontinuierlich und sanft um die Achse/Achsen und kann damit in jeder gewählten Position mit Hilfe einer einfachen Klemmeinrichtung verriegelt werden. Damit es möglich ist, Einstellungen während eines fortlaufenden Meßverfahrens zu ändern, können zu diesem Zweck vorgesehene feste Bezugspunkte permanent an der Meßanordnung angebracht werden. Alternativ können Originalpunkte an dem zu vermessenden Objekt verwendet werden, die zu diesem Zweck ausgewählt wurden. In diesem Fall wird der Meßvorgang begonnen durch Aufzeichnung der Stellungen dieser Meßpunkte an dem Gegenstand, wobei der Meßspitzenhalter in ausgewählten Einstellwinkeln positioniert ist. Nach jedem Einstellungswechsel wird eine neue Bezugsmessung gegenüber den Referenzpunkten oder -objekten vorgenommen, wodurch das System in der Lage ist, die veränderten Einstellungen automatisch zu berücksichtigen, wenn die kartesischen Koordinaten berechnet werden.
Alternativ kann der Meßspitzenhalter 6 derart angeordnet sein, daß seine Drehung um eine oder zwei Achsen indexierbar gemacht werden kann, d. h. in der Form von diskreten Schritten von vorbestimmter bekannter Größe. Ein solches Ausführungsbeispiel macht die zuvor genannten Bezugsmessungen gegenüber ausgewählten Bezugspunkten oder -objekten unnötig. Um Handhabungsvorgänge zu vereinfachen, kann diese letzte Ausführungsbeispiel der Meßanordnung einfach mit elektrischen Kontakteinrichtungen versehen werden, die Informationen in bezug auf die gegenwärtige Drehstellung des Meßspitzenhalters direkt an die Berechnungseinheit weitergeben.
Bei einem weiteren entwickelten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein bekannter Winkelanzeiger an jeder der Drehverbindungen des Meßspitzenhalters angebracht werden. Es ist auch möglich, den Meßspitzenhalter mit weiteren Drehverbindungen zu versehen. Die Säule 2 kann auch eine einstellbare Länge haben, z. B. kann sie teleskopisch ausziehbar und einstellbar sein mit Hilfe eines Schrauben-Mutter-Mechanismus od. dgl. Der Fuß 5 ist vorzugsweise mit Befestigungsmitteln versehen, die es ermöglichen, ihn fest an einer abstützenden Oberfläche zu verankern, wie beispielsweise einem Maschinentisch. Es auch vorstellbar, daß der Fuß 5 ein magnetischer Fuß sein kann. Es ist auch nicht absolut notwendig, die Meßanordnung auf einer abstützenden Oberfläche zu plazieren, sondern die Anordnung kann in irgend einer Position abgestützt werden, z. B. kann sie auch aufgehängt werden. Die Anordnung kann auch in einer Weise konstruiert sein, die es ermöglicht, direkt an dem zu vermessenden Gegenstand angebracht zu werden. Obwohl die Meßanordnung primär konstruiert ist, um die Betätigung der Meßspitze von Hand zu erleichtern und eine Meßmaschine mit kleinen Dimensionen zu schaffen, ist es natürlich möglich, die Anordnung mit Antriebsmitteln für die beiden genannten Drehbewegungen und für die lineare Bewegung zu versehen. Die Erfindung ist daher allein durch den Inhalt der folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Anordnung zum Bestimmen von Abmessungen eines dreidimensionalen Objekts, mit einer Säule (2; 2'), einem Arm (3; 3'), der für eine lineare Bewegung in einem drehbaren Führungsglied (4; 4') angebracht ist, das durch die Säule getragen ist und das um die Längsachse (Z-Z) der Säule drehbar ist, mit einem Meßfühler, der an einem Ende des Arms angebracht ist, einem Winkelanzeiger (8, 8') zum Messen der Verdrehung des drehbaren Führungsglieds um die Längsachse, und mit einer Skala (10) zum Messen der linearen Bewegung des Arms, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Führungsglied um eine weitere Achse (X-X) senkrecht zu der Längsachse drehbar ist, und daß ein weiterer Winkelanzeiger (9; 9') zum Messen der Verdrehung des drehbaren Führungsglieds um die weitere Achse vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (2) durch einen Fuß (5) abgestützt ist und um ihre Längsachse (Z-Z) verdrehbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (2') einen oberen Abschnitt aufweist, der das drehbare Führungsglied (4') und den Arm (3') trägt, und daß der obere Abschnitt drehbar mit dem Rest der Säule verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule eine einstellbare Länge hat.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler einen Meßspitzenhalter (6) aufweist, der an einem Ende eine Meßspitze (7) in der Form einer Meßkugel oder dergleichen trägt, und dessen anderes Ende an dem Arm (3) für eine Drehung um eine Achse parallel zu der weiteren Drehachse (X- X) des Arms (3) angebracht ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler einen Meßspitzenhalter (6) aufweist, der an einem Ende eine Meßspitze (7) in der Form einer Meßkugel oder dergleichen trägt, und der um die Längsachse (Y-Y) des Arms (3) drehbar ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Berechnen und Anzeigen des Abstandes zwischen aufeinanderfolgenden Plazierungen der Meßspitze (7) mit Hilfe derjenigen Verdrehungswerte und linearen Bewegungswerte, die durch die Winkelanzeiger (8, 9) angezeigt werden, die zu einer Zeit anfallen, und mit Hilfe der linearen Werte der Skala (10), die zu der Zeit anfallen.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelanzeiger (8, 9; 8', 9') kapazitive Anzeiger sind.