WO2013060317A1 - Coordinate measuring apparatus - Google Patents

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WO2013060317A1
WO2013060317A1 PCT/DE2012/000993 DE2012000993W WO2013060317A1 WO 2013060317 A1 WO2013060317 A1 WO 2013060317A1 DE 2012000993 W DE2012000993 W DE 2012000993W WO 2013060317 A1 WO2013060317 A1 WO 2013060317A1
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WO
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arm
component
coordinate measuring
measuring machine
axis
Prior art date
Application number
PCT/DE2012/000993
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Georg Mies
Original Assignee
Klingelnberg Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Klingelnberg Gmbh filed Critical Klingelnberg Gmbh
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines

Definitions

  • the invention relates to a coordinate measuring machine according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a measuring device is known for example from EN ISO 10360-1, November 2000 + Annex AC, December 2002, Section A.5 of the Annex, in which a coordinate measuring machine in portal construction with stationary portal described and shown in Figure A.5.
  • This known coordinate measuring machine has three movable components, which move on three mutually perpendicular guides or linear axes.
  • the known coordinate measuring machine in gantry design with three linear axes has the advantage that also non-round or, more generally, non-rotationally symmetrical components can be measured in a Cartesian coordinate system.
  • a gauge system or more generally a sensor, is located on the first component, which is perpendicular to the second.
  • the connected assembly of the first and second components moves horizontally to the gantry, which is stationarily located above a frame forming the third component.
  • the component is positioned on the third component, which is a measuring slide that also moves horizontally to the portal.
  • An advantage of this construction method is the possibility of being able to execute the stationary portal very solid and stiff and therefore correspondingly accurate.
  • a disadvantage of this design is the need to move the component to be measured in an axial direction.
  • the mass of the component has an influence on the measuring slide and the possible dynamics during the measuring movement.
  • a sufficiently good attachment of the component on the measuring carriage is required.
  • the edge length of the possible Cartesian measuring volume results directly from the travel of the linear axes. Larger workpieces and thus larger measuring volumes require correspondingly longer linear axes.
  • the linear axes are designed so that the components are movably guided on tracks, rails or other guide elements. Since the guide rails or tracks in the sense of required accuracy are never quite straight or completely flat, errors in the movement of the components.
  • the object of the invention is to provide a coordinate measuring machine of the type mentioned in such a way that it is well suited for general measurement tasks and provides the required accuracy with less effort for large sizes of workpieces.
  • the object is achieved by a measuring device with the features specified in claim 1.
  • the coordinate measuring machine according to the invention operates with an articulated arm with two axes of rotation, which replaces the displaceably guided on the support structure second movable component. In addition, this eliminates the displaceably guided third movable component.
  • neither the workpiece nor a portal must be moved, it only needs the arm forming the measuring arm to be moved.
  • Rotary axes offer the advantage that high accuracy can be achieved with significantly less effort than with linear axes.
  • the construction with rotation axes offers the further advantage that an enlargement of the measuring volume by an extension of the articulated arm is possible without the rotation axes themselves have to be changed.
  • the length of the articulated arm is doubled, a double-radius measuring arm is achieved, thereby achieving a quadruple of the measuring volume.
  • the effort to increase the essvolumens is thus significantly lower than in the described known coordinate measuring machines in gantry design.
  • the coordinate measuring machine according to the invention has particular advantages in the measurement of rotationally symmetrical components when they are arranged centrally below the first axis of rotation.
  • the Cartesian coordinate system has been replaced by a polar coordinate system in which a certain radius and a certain angle are set by means of the articulated arm.
  • For the rotations can be done around both axes of rotation simultaneously.
  • Rotary axes are much easier to control in terms of accuracy than linear axes.
  • the rotation about the axes of rotation can be done in a range of 360 °.
  • the portal In the known coordinate measuring machine with movable portal, the portal must be moved with the entire ess adj. In the known coordinate measuring machine with stationary portal also the workpiece must be moved with the essschlitten. By contrast, in the coordinate measuring machine according to the invention, only the articulated arm needs to be moved, which carries a touch probe at its free end.
  • the support structure is stationary. Measurement inaccuracies caused by the method of supporting structure as in a coordinate measuring machine with a movable portal are thereby turned off.
  • the or each sensor is guided on the second component in a linear axis parallel to the two axes of rotation. This can represent a movement in the Z axis of the Cartesian coordinate system.
  • the second component is guided on the support structure at right angles to the linear axis of the first component.
  • the movement can be represented as a movement in the X or Y axis as well as in the Z axis of the Cartesian coordinate system.
  • the second arm is extended beyond the second rotary joint on the side of the second rotation axis opposite the first component.
  • the extension of the second arm allows for weight compensation in the area of the second pivot joint.
  • the second arm is provided at its opposite to the first component free end with a counterweight. This allows weight compensation with less extension of the second arm.
  • the first arm with a closer to the support structure arranged third arm is fixedly connected, which is rotatable about the first axis of rotation together with the first arm and carries the second axis of rotation together with the first arm.
  • the third arm and the second arm each have a free end projecting beyond the first and second rotational axes. This results in a weight balance, which can be avoided by acting on the axes of rotation moments and errors caused by weight shift.
  • the third arm and the second arm are each provided at its free end with a counterweight.
  • the support structure is a stationary portal. This embodiment is optimal for the storage of the measurement setup with respect to a component to be measured.
  • the or each sensor is optionally rotatably mounted about a third axis of rotation. This extends the application possibilities of the sensor.
  • the second component is constructed of material with low thermal expansion. This minimizes the influence of temperature on the accuracy of the coordinate measuring machine.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first embodiment of the coordinate measuring device according to the invention with a first embodiment of a sensor and in a first measuring phase
  • FIG. 2 the coordinate measuring machine according to FIG. 1 in a second measuring phase
  • FIG. 3 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 1 in a third measuring phase
  • FIG. 4 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 1 in a fourth measuring phase
  • FIG. 5 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 1 in a fifth measuring phase
  • FIG. 6 shows the first embodiment of the coordinate measuring machine according to FIG. 1, but with a second embodiment of the sensor and in a first measuring phase
  • FIG. 7 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 6 in a second measuring phase
  • FIG. 8 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 7 in a third measuring phase
  • FIG. 9 is a perspective view of a second embodiment of the
  • FIG. 10 is a perspective view of a third embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention with the third embodiment of the sensor and in a first measuring phase and
  • FIG. 11 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 10 in a second measuring phase.
  • Fig. 1 shows in perspective a first embodiment of a coordinate measuring machine according to the invention, which is generally designated 10 and has a first embodiment of a sensor, which is generally designated 30.
  • a component to be measured is designated by 12.
  • the component 12 rests on a substructure or frame (not shown).
  • the coordinate measuring machine 10 further comprises a support structure 14, which is designed here as a portal and is arranged stationary on the substructure or frame.
  • the coordinate measuring machine 10 comprises a first component 16, which can be moved up and down in a linear axis z and carries the sensor 30 at its free lower end.
  • the first component 16 is formed in the embodiment shown and described here as a square in cross-section column, which is movable in a guide 18 in the linear axis z.
  • Coordinate measuring machine 10 further comprises a movable second component designated as a whole by 20, which is designed as an articulated arm designated overall by 22.
  • the articulated arm 22 carries at its free end, ie at the right end in FIG. 1, the guide 18 of the first component 16.
  • the articulated arm 22 is rotatable with a first pivot 24 about a first axis of rotation 26 on a columnar base 28 mounted, which is fixed at its opposite to the first pivot 24 end to the support structure 14.
  • the articulated arm 22 is secured to the support structure 14 at a first end 22a by the first pivot 24 via the base 28.
  • the articulated arm 22 carries at a second, opposite end 22b the guide 18 with the first component 16.
  • the articulated arm 22 has a second pivot 34 with a second axis of rotation 36 parallel to the first axis of rotation 26, the Articulated arm 22 is divided into a first arm 31 and a second arm 32.
  • the second pivot 34 comprises two hinge eyes 34a, 34b which are rotatably connected to each other by a hinge pin 35.
  • the first arm 31 and the second arm 32 are therefore independently rotatable about the first axis of rotation 26 and about the second axis of rotation 36.
  • the rotary joints 24 and 34 are each associated with a rotary drive and a rotary encoder, by means of which the articulated arm 22 about the first axis of rotation 26 and the arms 31, 32 about the second axis of rotation 36 rotate in selectable direction by selectable angle.
  • the rotary encoders and rotary drives are conventional components that have not been shown for clarity.
  • the first component 16 by means of a guide 18 arranged in the drive device, which is also not shown, in the linear axis z movable.
  • the position and travel distance of the first component 16 may be determined by a highly accurate scale, e.g. a glass scale, are determined, which is also not shown.
  • a measuring range can be covered, which extends over 360 °.
  • the sensor 30 comprises a probe system comprising a stylus 50 and a probe 52.
  • the stylus 50 may simply be a stylus, which in addition to the linear movability of the sensor 30 in the z-direction in the probe 52 or together with the probe 52 about a third axis of rotation 46 is rotatable.
  • the rotatability of the probe 50 is of more importance in further below.
  • described embodiments of the sensor in which the button is not simply a single stylus with a ball at the end.
  • the button 50 can be deflected in the three coordinate directions x, y, z. These deflections of the probe 50 can also be measured.
  • the measured values determined or set using the above-mentioned rotary encoders with sensor deflections determined by encoders in the first component 16 can be computed with the correct component to generate a measuring point therefrom, as described, for example, in document DE 101 11 540 A1 is known.
  • FIGS. 1 to 5 the coordinate measuring machine 10 is shown in different measuring phases.
  • a first measurement phase which is shown in FIG. 1, the radius between the first rotation axis 26 and the third rotation axis 46 has the largest value.
  • Fig. 2 which shows a second measuring phase
  • the articulated arm 22 is bent by 90 ° and the first component 16 shown further Ben ben procedure, so that the button 50 is now with its probe ball on the upper side of the component 12.
  • a right outer surface of the component 12 is scanned with the pushbutton 50, for which purpose the angle by which the articulated arm 22 is bent is again slightly increased and the first component 16 in FIG z-direction has been moved downwards.
  • FIG. 5 shows a fifth measuring phase in which an outer front side of the component 12 is measured.
  • Fig. 6 shows the coordinate measuring machine 10 in its first embodiment, but with a second embodiment of a generally designated 30 'sensor having a about the third axis of rotation 46 in a probe 52' rotatable button 50 'with two against each other by 90 ° angled styli. Shown is a first measurement phase in which a right lower outer side of the component 12 is scanned with one of the styli, which is arranged horizontally.
  • Fig. 7 shows a second measuring phase of the coordinate measuring machine 10 of Fig. 6, in which a front lower side of the component 12, which is located at an upper right projection thereof, is scanned with the same stylus.
  • Fig. 9 shows a second embodiment of a coordinate measuring machine, which is generally designated 10 '.
  • the moveable first component 16 carries a third embodiment of a sensor having a stylus 50 "with three styli disposed in a cruciform manner and indicated generally at 30".
  • the button 50 is rotatable in a probe 52" about the third axis of rotation 46.
  • the second arm here designated 32'
  • the second pivot which is here designated by 34 '
  • This extension serves to balance the weight in order to prevent the pivot 34 'from tilting by the second arm 32'. It would be sufficient to dimension the extension of the second arm 32 'so that the weight compensation is effected. It is more convenient, however, to limit the additional length of the second arm 32 'by attaching a counterweight 38 to the free end thereof, as shown in FIG.
  • the coordinate measuring machine 10 shows a third embodiment of the coordinate measuring machine, denoted by 10.sup.-## EQU00002 ##
  • complete weight compensation is achieved, ie not only a weight compensation on the second arm 32 ', but also on the first arm 31
  • the first arm 31 is fixedly connected to a third arm 31 ', which is arranged closer to the support structure 14 and which is rotatable together with the first arm 31 about the first axis of rotation 26 and, together with the first arm 31, carries the second axis of rotation. which is here designated 36 '.
  • the third arm 31 ' is formed like the first arm 31 and accordingly provided with an additional first pivot 24' and an additional second pivot 34 '.
  • the first arm 31 and the third arm 31 ' are each connected between the pivot joints 24 and 34 or 24' and 34 'by a rigid connecting part 40 with each other.
  • the articulated arm 22 and the third arm 31 'each carry a counterweight 38' or a counterweight 39 at their free end, that is to say at their left-hand end in FIG. 10.
  • the size of the counterweights is dimensioned such that a perfect balance of weight is achieved.
  • the third arm 31 'in the illustration in Fig. 10 at the top is a continuation or extension of the first arm 31, so no additional separate arm, but together with the first arm 31 forms a rigid arm assembly. This arm assembly could also be designed differently than shown.
  • FIG. 11 shows the coordinate measuring machine 10 "in a second measuring phase, in which the aforementioned radius has the smallest value.

Abstract

The invention relates to a coordinate measuring apparatus (10), comprising a sensor (30) that is movable relative to a component (12) to be measured. A movable first component (16) carries the sensor (30) and is movably guided on a movable second component (20) along a linear axis (z). The second component (20) is designed as a hinged arm (22), which at a first end (22a) is mounted by a first hinge joint (24) fastened to a supporting structure (14) such as to be rotatable about a first rotational axis (26). At a second opposite end (22b), the hinge arm (22) carries the first component (16). Between the two ends (22a, 22b), the hinge arm (22) has a second hinge joint (34) which has a second rotational axis (36) parallel to the first rotational axis (26) and which divides the hinge arm (22) into a first and a second arm (31, 32), which arms are rotatable independently of each other about the first and the second rotational axis (26, 36), respectively. The hinge arm (22) and the one linearly movable component (16) replace the three linearly guided components required in a customary coordinate measuring apparatus of gantry design having a stationary gantry, which increases the measuring accuracy because said hinge arm (22) and movable component (16) cause substantially fewer errors than extended linear guides.

Description

KOORDINATENMESSGERÄT  COORDINATE MEASURING DEVICE
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a coordinate measuring machine according to the preamble of patent claim 1.
Ein solches Messgerät ist zum Beispiel bekannt aus EN ISO 10360-1 , November 2000 + Anhang AC, Dezember 2002, Abschnitt A.5 des Anhangs, in welchem ein Koordinatenmessgerät in Portal bauweise mit stationärem Portal beschrieben und in Bild A.5 gezeigt ist. Dieses bekannte Koordinatenmessgerät hat drei bewegliche Komponenten, die sich auf drei zu einander senkrechten Führungen oder Linearachsen bewegen. Das bekannte Koordinatenmessgerät in Portalbauweise mit drei linearen Achsen hat den Vorteil, dass damit auch unrunde oder, allgemeiner, nicht-rotationssymmetrische Bauteile in einem kar- tesischen Koordinatensystem vermessen werden können. Ein Messkopfsystem oder allgemeiner ein Sensor befindet sich an der ersten Komponente, die sich senkrecht zur zweiten bewegt. Die verbundene Baugruppe der ersten und zweiten Komponente bewegt sich waagerecht zum Portal, das stationär über einem Gestell angeordnet ist, welches die dritte Komponente bildet. Das Bauteil ist auf der dritten Komponente positioniert, die ein Messschlitten ist, der sich ebenfalls waagerecht zum Portal bewegt. Such a measuring device is known for example from EN ISO 10360-1, November 2000 + Annex AC, December 2002, Section A.5 of the Annex, in which a coordinate measuring machine in portal construction with stationary portal described and shown in Figure A.5. This known coordinate measuring machine has three movable components, which move on three mutually perpendicular guides or linear axes. The known coordinate measuring machine in gantry design with three linear axes has the advantage that also non-round or, more generally, non-rotationally symmetrical components can be measured in a Cartesian coordinate system. A gauge system, or more generally a sensor, is located on the first component, which is perpendicular to the second. The connected assembly of the first and second components moves horizontally to the gantry, which is stationarily located above a frame forming the third component. The component is positioned on the third component, which is a measuring slide that also moves horizontally to the portal.
Ein Vorteil dieser Bauweise ist die Möglichkeit, das stationäre Portal sehr massiv und steif und damit entsprechend genau ausführen zu können. An advantage of this construction method is the possibility of being able to execute the stationary portal very solid and stiff and therefore correspondingly accurate.
Ein Nachteil dieser Bauweise ist die Notwendigkeit, das zu vermessende Bauteil in einer Achsrichtung zu bewegen. Die Masse des Bauteils hat dabei Ein- fluss auf den Messschlitten und die mögliche Dynamik bei der Messbewegung. Außerdem ist eine ausreichend gute Befestigung des Bauteils auf dem Messschlitten erforderlich. A disadvantage of this design is the need to move the component to be measured in an axial direction. The mass of the component has an influence on the measuring slide and the possible dynamics during the measuring movement. In addition, a sufficiently good attachment of the component on the measuring carriage is required.
Bei einem aus der DE 101 1 1 540 A1 bekannten Koordinaten messgerät ist statt des Bauteiles das Portal selbst beweglich. Dieses Koordinatenmessgerät mit beweglichem Portal hat ebenfalls drei lineare Achsen. Im Gegensatz zu der Ausführung mit stationärem Portal hat diese Bauweise den Vorteil, dass das Bauteil nicht bewegt werden muss. In one known from DE 101 1 1 540 A1 measuring instrument instead of the component, the portal itself is movable. This mobile portal coordinate measuring machine also has three linear axes. In contrast to the version with a stationary portal, this design has the advantage that the component does not have to be moved.
Da das gesamte Portal bewegt wird muss der Aufbau des Portals möglichst leicht ausgeführt werden, um dynamische Bewegungen zu ermöglichen. Die leichtere Bauform führt aber zur Verringerung der Führungsgenauigkeit der am Portal befindlichen Achsen. Since the entire portal is moved, the construction of the portal must be carried out as easily as possible in order to allow dynamic movements. The lighter design, however, leads to a reduction in the guidance accuracy of the axes located on the portal.
Bei der Portalbauweise ergibt sich die Kantenlänge des möglichen kartesischen Messvolumens direkt aus dem Verfahrweg der Linearachsen. Größere Werkstücke und damit größere Messvolumina erfordern dementsprechend längere Linearachsen. In the gantry design, the edge length of the possible Cartesian measuring volume results directly from the travel of the linear axes. Larger workpieces and thus larger measuring volumes require correspondingly longer linear axes.
Die linearen Achsen sind so ausgeführt, dass auf Bahnen, Schienen oder anderen Führungselementen die Komponenten beweglich geführt werden. Da die Führungsschienen- oder -bahnen im Sinne der verlangten Genauigkeit nie ganz gerade oder ganz eben sind, entstehen Fehler bei der Bewegung der Komponenten. The linear axes are designed so that the components are movably guided on tracks, rails or other guide elements. Since the guide rails or tracks in the sense of required accuracy are never quite straight or completely flat, errors in the movement of the components.
Diese Fehler teilen sich auf in zwei Geradheitsfehler und drei rotatorische Fehler. Zusätzlich entsteht noch ein Längenfehler in Bewegungsrichtung. Diese Fehler übertragen sich auf die folgenden Achsen, die an der beweglichen Komponente befestigt sind. Die Längen- und Geradheitsfehler übertragen sich hebelarmunabhängig auf die folgenden Achsen und damit auch auf das Tastsystem. Die rotatorischen Fehler wirken hebelarmabhängig auf die folgenden Achsen und damit auch auf das Tastsystem. Mit zunehmender Länge der Achsen nimmt der Aufwand deutlich zu, um eine hohe Führungsgenauigkeit zu erreichen. Außerdem wirken sich die These errors are divided into two straightness errors and three rotatory errors. In addition, there is still a length error in the direction of movement. These errors are transmitted to the following axles attached to the moving component. The length and straightness errors are transmitted independently of the lever arm to the following axes and thus also to the touch probe. The rotary errors affect lever arm dependent on the following axes and thus also on the touch probe. With increasing length of the axes, the effort increases significantly in order to achieve a high degree of guidance accuracy. In addition, the effect
rotatorischen Fehler auf die folgenden Achsen, bedingt durch längere Hebelarme stärker aus. Es bedarf deshalb eines großen Aufwands, solche geometrischen Fehler zu kompensieren. Mit zunehmendem Messvolumen steigt somit der Aufwand überproportional, um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen. Rotatory error on the following axes, due to longer lever arms stronger. It therefore takes a great effort to compensate for such geometric errors. As the measuring volume increases, the expenditure increases disproportionately in order to achieve a high measuring accuracy.
Wenn man nicht nur die Situation unter konstanten Temperaturbedingungen, sondern auch bei Veränderung der Umgebungstemperatur betrachtet, muss berücksichtigt werden, dass durch den Einfluss der Temperatur die Geometrie der Führungen verändert wird. Diese Veränderungen sind mitunter sehr komplex und nur mit aufwändigen Verfahren erfassbar. In der Praxis ist deshalb eine Klimatisierung von Messmaschinen in Portalbauweise bei hochgenauen Anforderungen üblich. If one considers not only the situation under constant temperature conditions but also when the ambient temperature changes, it must be taken into account that the influence of the temperature changes the geometry of the guides. These changes can sometimes be very complex and can only be detected with complex procedures. In practice, therefore, an air conditioning of gantry-type measuring machines with high-precision requirements is common.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, dass es für allgemeine Messaufgaben gut geeignet ist und mit geringerem Aufwand auch für große Baugrößen von Werkstücken die erforderliche Genauigkeit liefert. The object of the invention is to provide a coordinate measuring machine of the type mentioned in such a way that it is well suited for general measurement tasks and provides the required accuracy with less effort for large sizes of workpieces.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Messgerät mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. The object is achieved by a measuring device with the features specified in claim 1.
Das Koordinatenmessgerät nach der Erfindung arbeitet mit einem Gelenkarm mit zwei Rotationsachsen, der die an der Tragstruktur verschiebbar geführte zweite bewegliche Komponente ersetzt. Außerdem entfällt dadurch die auch verschiebbar geführte dritte bewegliche Komponente. Bei dem Koordinatenmessgerät nach der Erfindung muss weder das Werkstück noch ein Portal bewegt werden, es braucht nur der den Messarm bildende Gelenkarm bewegt zu werden. Rotationsachsen, wie sie die Erfindung vorsieht, bieten den Vorteil, dass eine hohe Genauigkeit mit deutlich geringerem Aufwand erreichbar ist als bei Linearachsen. Der Aufbau mit Rotationsachsen bietet den weiteren Vorteil, dass eine Vergrößerung des Messvolumens durch eine Verlängerung des Gelenkarms möglich ist, ohne dass die Rotationsachsen selbst verändert werden müssen. The coordinate measuring machine according to the invention operates with an articulated arm with two axes of rotation, which replaces the displaceably guided on the support structure second movable component. In addition, this eliminates the displaceably guided third movable component. In the coordinate measuring machine according to the invention, neither the workpiece nor a portal must be moved, it only needs the arm forming the measuring arm to be moved. Rotary axes, as provided by the invention, offer the advantage that high accuracy can be achieved with significantly less effort than with linear axes. The construction with rotation axes offers the further advantage that an enlargement of the measuring volume by an extension of the articulated arm is possible without the rotation axes themselves have to be changed.
Wird bei dem Koordinatenmessgerät nach der Erfindung die Länge des Gelenkarms verdoppelt so erreicht man einen Messarm mit doppeltem Radius und dadurch eine Vervierfach ung des Messvolumens. Der Aufwand zur Vergrößerung des essvolumens ist somit deutlich geringer als bei den beschriebenen bekannten Koordinatenmessgeräten in Portalbauweise. If, in the coordinate measuring machine according to the invention, the length of the articulated arm is doubled, a double-radius measuring arm is achieved, thereby achieving a quadruple of the measuring volume. The effort to increase the essvolumens is thus significantly lower than in the described known coordinate measuring machines in gantry design.
Das Koordinatenmessgerät nach der Erfindung hat besondere Vorteile bei der Vermessung von rotationssymmetrischen Bauteilen, wenn diese zentral unter der ersten Rotationsachse angeordnet werden. The coordinate measuring machine according to the invention has particular advantages in the measurement of rotationally symmetrical components when they are arranged centrally below the first axis of rotation.
Bei dem Koordinatenmessgerät nach der Erfindung ist das kartesische Koordinatensystem durch ein Polarkoordinatensystem ersetzt worden, bei dem mit Hilfe des Gelenkarms ein bestimmter Radius und ein bestimmter Winkel eingestellt werden. Dafür können die Drehungen um beide Rotationsachsen gleichzeitig erfolgen. Rotationsachsen sind hinsichtlich der Genauigkeit wesentlich besser beherrschbar als Linearachsen. Das Drehen um die Rotationsachsen kann in einem Bereich von 360° erfolgen. In the coordinate measuring machine according to the invention, the Cartesian coordinate system has been replaced by a polar coordinate system in which a certain radius and a certain angle are set by means of the articulated arm. For the rotations can be done around both axes of rotation simultaneously. Rotary axes are much easier to control in terms of accuracy than linear axes. The rotation about the axes of rotation can be done in a range of 360 °.
Bei dem bekannten Koordinatenmessgerät mit beweglichem Portal muss das Portal mit dem gesamten essaufbau verfahren werden. Bei dem bekannten Koordinatenmessgerät mit stationärem Portal muss ferner das Werkstück mit dem essschlitten verfahren werden. Hingegen braucht bei dem Koordinatenmessgerät nach der Erfindung lediglich der Gelenkarm bewegt zu werden, der an seinem freien Ende ein Tastsystem trägt. In the known coordinate measuring machine with movable portal, the portal must be moved with the entire essaufbau. In the known coordinate measuring machine with stationary portal also the workpiece must be moved with the essschlitten. By contrast, in the coordinate measuring machine according to the invention, only the articulated arm needs to be moved, which carries a touch probe at its free end.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der abhängigen Ansprüche. In einer Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist die Tragstruktur stationär. Messungenauigkeiten, die durch das Verfahren der Tragstruktur verursacht werden wie bei einem Koordinatenmessgerät mit einem beweglichen Portal, werden dadurch ausgeschaltet. Advantageous embodiments of the invention form the subject of the dependent claims. In one embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the support structure is stationary. Measurement inaccuracies caused by the method of supporting structure as in a coordinate measuring machine with a movable portal are thereby turned off.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist der oder jeder Sensor an der zweiten Komponente in einer zu den beiden Rotationsachsen parallelen Linearachse geführt. Damit lässt sich eine Bewegung in der Z-Achse des kartesischen Koordinatensystems darstellen. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the or each sensor is guided on the second component in a linear axis parallel to the two axes of rotation. This can represent a movement in the Z axis of the Cartesian coordinate system.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist die zweite Komponente an der Tragstruktur rechtwinkelig zu der Linearachse der ersten Komponente geführt. Damit lässt sich die Bewegung als eine Bewegung in der X- oder Y-Achse sowie in der Z-Achse des kartesischen Koordinatensystems darstellen. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the second component is guided on the support structure at right angles to the linear axis of the first component. Thus, the movement can be represented as a movement in the X or Y axis as well as in the Z axis of the Cartesian coordinate system.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist der zweite Arm auf der zu der ersten Komponente entgegengesetzten Seite der zweiten Rotationsachse über das zweite Drehgelenk hinaus verlängert. Die Verlängerung des zweiten Arms ermöglicht einen Gewichtsausgleich im Bereich des zweiten Drehgelenks. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the second arm is extended beyond the second rotary joint on the side of the second rotation axis opposite the first component. The extension of the second arm allows for weight compensation in the area of the second pivot joint.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist der zweite Arm an seinem zu der ersten Komponente entgegengesetzten freien Ende mit einem Gegengewicht versehen. Das erlaubt einen Gewichtsausgleich bei geringerer Verlängerung des zweiten Arms. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the second arm is provided at its opposite to the first component free end with a counterweight. This allows weight compensation with less extension of the second arm.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist der erste Arm mit einem näher bei der Tragstruktur angeordneten dritten Arm fest verbunden, der gemeinsam mit dem ersten Arm um die erste Rotationsachse drehbar ist und gemeinsam mit dem ersten Arm die zweite Rotationsachse trägt. Durch diese Ausgestaltung wird die Genauigkeit der Lagerung noch erheblich verbessert. Es sind in dieser Ausgestaltung zwei oben angeord- nete weitere Drehlager vorhanden, die die Genauigkeit der Lagerung der beiden Rotationsachsen weiter verbessern, zum Beispiel durch weniger Spiel oder durch das Erzielen von gleichem Spiel mit weniger Aufwand. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the first arm with a closer to the support structure arranged third arm is fixedly connected, which is rotatable about the first axis of rotation together with the first arm and carries the second axis of rotation together with the first arm. By this configuration, the accuracy of storage is significantly improved. In this embodiment, there are two above-mentioned Nete further pivot bearing available that further improve the accuracy of the storage of the two axes of rotation, for example, by less game or by achieving the same game with less effort.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgeräts nach der Erfindung haben der dritte Arm und der zweite Arm jeweils ein über die erste bzw. zweite Rotationsachse überstehendes freies Ende. Das ergibt einen Gewichtsausgleich, durch den sich vermeiden lässt, dass auf die Rotationsachsen Momente wirken und Fehler durch Gewichtsverlagerung verursacht werden. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the third arm and the second arm each have a free end projecting beyond the first and second rotational axes. This results in a weight balance, which can be avoided by acting on the axes of rotation moments and errors caused by weight shift.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung sind der dritte Arm und der zweite Arm an ihrem freien Ende jeweils mit einem Gegengewicht versehen. Dadurch lässt sich bei kürzerer Armlänge vermeiden, dass auf die Rotationsachsen Momente wirken und Fehler durch Gewichtsverlagerung verursacht werden. Unabhängig davon, in welcher Winkelstellung sich der Gelenkarm befindet, wirken somit nur Kräfte in axialer Richtung auf die Rotationsachsen und eine Verkippung des beweglichen Aufbaus wird vollständig vermieden. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the third arm and the second arm are each provided at its free end with a counterweight. As a result, with shorter arm lengths it is possible to avoid moments acting on the axes of rotation and errors being caused by shifting the weight. Regardless of the angular position of the articulated arm, thus only forces in the axial direction act on the axes of rotation and tilting of the movable structure is completely avoided.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist die Tragstruktur ein stationäres Portal. Diese Ausgestaltung ist für die Lagerung des Messaufbaus in Bezug auf ein zu vermessendes Bauteil optimal. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the support structure is a stationary portal. This embodiment is optimal for the storage of the measurement setup with respect to a component to be measured.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist der oder jeder Sensor optional um eine dritte Rotationsachse drehbar gelagert. Das erweitert die Einsatzmöglichkeiten des Sensors. In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the or each sensor is optionally rotatably mounted about a third axis of rotation. This extends the application possibilities of the sensor.
In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung ist die zweite Komponente aus Material mit geringer thermischer Ausdehnung aufgebaut. Das minimiert den Temperatureinfluss auf die Genauigkeit des Koordinatenmessgerätes. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt: In a further embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention, the second component is constructed of material with low thermal expansion. This minimizes the influence of temperature on the accuracy of the coordinate measuring machine. Embodiments of the invention will be described in more detail below with reference to the drawings. It shows:
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform des Ko- ordinatenmessgerätes nach der Erfindung mit einer ersten Ausführungsform eines Sensors und in einer ersten Messphase, 1 shows a perspective view of a first embodiment of the coordinate measuring device according to the invention with a first embodiment of a sensor and in a first measuring phase,
Fig. 2 das Koordinatenmessgerät nach Fig. 1 in einer zweiten Messphase, 2 the coordinate measuring machine according to FIG. 1 in a second measuring phase, FIG.
Fig. 3 das Koordinatenmessgerät nach Fig. 1 in einer dritten Messphase, 3 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 1 in a third measuring phase, FIG.
Fig. 4 das Koordinatenmessgerät nach Fig. 1 in einer vierten Messphase, 4 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 1 in a fourth measuring phase, FIG.
Fig. 5 das Koordinatenmessgerät nach Fig. 1 in einer fünften Messphase, 5 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 1 in a fifth measuring phase, FIG.
Fig. 6 die erste Ausführungsform des Koordinatenmessgerätes nach Fig. 1 , aber mit einer zweiten Ausführungsform des Sensors und in einer ersten Messphase, 6 shows the first embodiment of the coordinate measuring machine according to FIG. 1, but with a second embodiment of the sensor and in a first measuring phase, FIG.
Fig. 7 das Koordinatenmessgerät nach Fig. 6 in einer zweiten Messphase, 7 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 6 in a second measuring phase, FIG.
Fig. 8 das Koordinatenmessgerät nach Fig. 7 in einer dritten Messphase, 8 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 7 in a third measuring phase, FIG.
Fig. 9 in perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des 9 is a perspective view of a second embodiment of the
Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung mit einer dritten Ausführungsform des Sensors,  Coordinate measuring machine according to the invention with a third embodiment of the sensor,
Fig. 10 in perspektivischer Darstellung eine dritte Ausführungsform des Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung mit der dritten Ausführungsform des Sensors und in einer ersten Messphase und 10 is a perspective view of a third embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention with the third embodiment of the sensor and in a first measuring phase and
Fig. 11 das Koordinatenmessgerät nach Fig. 10 in einer zweiten Messphase. Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines Koordinatenmessgerätes nach der Erfindung, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist und eine erste Ausführungsform eines Sensors aufweist, der insgesamt mit 30 bezeichnet ist. Ein zu vermessendes Bauteil ist mit 12 bezeichnet. Das Bauteil 12 ruht auf einem Unterbau oder Gestell (nicht dargestellt). Das Koordinatenmessgerät 10 umfasst weiter eine Tragstruktur 14, die hier als ein Portal ausgebildet ist und stationär auf dem Unterbau oder Gestell angeordnet ist. Weiter umfasst das Koordinatenmessgerät 10 eine erste Komponente 16, die in einer Linearachse z auf- und abbewegbar ist und an ihrem freien unteren Ende den Sensor 30 trägt. Die erste Komponente 16 ist in dem hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel als eine im Querschnitt quadratische Säule ausgebildet, die in einer Führung 18 in der Linearachse z verfahrbar ist. FIG. 11 shows the coordinate measuring machine according to FIG. 10 in a second measuring phase. Fig. 1 shows in perspective a first embodiment of a coordinate measuring machine according to the invention, which is generally designated 10 and has a first embodiment of a sensor, which is generally designated 30. A component to be measured is designated by 12. The component 12 rests on a substructure or frame (not shown). The coordinate measuring machine 10 further comprises a support structure 14, which is designed here as a portal and is arranged stationary on the substructure or frame. Furthermore, the coordinate measuring machine 10 comprises a first component 16, which can be moved up and down in a linear axis z and carries the sensor 30 at its free lower end. The first component 16 is formed in the embodiment shown and described here as a square in cross-section column, which is movable in a guide 18 in the linear axis z.
Das Koordinatenmessgerät 10 umfasst weiter eine insgesamt mit 20 bezeichnete bewegliche zweite Komponente, die als ein insgesamt mit 22 bezeichneter Gelenkarm ausgebildet ist. Der Gelenkarm 22 trägt an seinem freien Ende, d.h. an dem in Fig. 1 rechten Ende die Führung 18 der ersten Komponente 16. An seinem entgegengesetzten Ende ist der Gelenkarm 22 mit einem ersten Drehgelenk 24 um eine erste Rotationsachse 26 drehbar an einer säulenartigen Basis 28 gelagert, die an ihrem zu dem ersten Drehgelenk 24 entgegengesetzten Ende an der Tragstruktur 14 befestigt ist. Der Gelenkarm 22 ist an einem ersten Ende 22a durch das erste Drehgelenk 24 über die Basis 28 an der Tragstruktur 14 befestigt. Der Gelenkarm 22 trägt an einem zweiten, entgegengesetzten Ende 22b die Führung 18 mit der ersten Komponente 16. Zwischen den beiden Enden 22a, 22b weist der Gelenkarm 22 ein zweites Drehgelenk 34 mit einer zu der ersten Rotationsachse 26 parallelen zweiten Rotationsachse 36 auf, das den Gelenkarm 22 in einen ersten Arm 31 und einen zweiten Arm 32 unterteilt. Das zweite Drehgelenk 34 umfasst zwei Gelenkaugen 34a, 34b, die durch einen Gelenkbolzen 35 drehbar miteinander verbunden sind. Der erste Arm 31 und der zweite Arm 32 sind daher unabhängig voneinander um die erste Rotationsachse 26 bzw. um die zweite Rotationsachse 36 drehbar. Durch gegenseitige Relativdrehung des ersten Arms 31 und des zweiten Arms 32 ist der Radi- us veränderbar, um den die Linearachse z, in der der Sensor 30 gelagert ist, von der ersten Rotationsachse 26 beabstandet ist. Coordinate measuring machine 10 further comprises a movable second component designated as a whole by 20, which is designed as an articulated arm designated overall by 22. The articulated arm 22 carries at its free end, ie at the right end in FIG. 1, the guide 18 of the first component 16. At its opposite end, the articulated arm 22 is rotatable with a first pivot 24 about a first axis of rotation 26 on a columnar base 28 mounted, which is fixed at its opposite to the first pivot 24 end to the support structure 14. The articulated arm 22 is secured to the support structure 14 at a first end 22a by the first pivot 24 via the base 28. The articulated arm 22 carries at a second, opposite end 22b the guide 18 with the first component 16. Between the two ends 22a, 22b, the articulated arm 22 has a second pivot 34 with a second axis of rotation 36 parallel to the first axis of rotation 26, the Articulated arm 22 is divided into a first arm 31 and a second arm 32. The second pivot 34 comprises two hinge eyes 34a, 34b which are rotatably connected to each other by a hinge pin 35. The first arm 31 and the second arm 32 are therefore independently rotatable about the first axis of rotation 26 and about the second axis of rotation 36. By mutual relative rotation of the first arm 31 and the second arm 32 of the Radi- us variable, by which the linear axis z, in which the sensor 30 is mounted, is spaced from the first axis of rotation 26.
Fig. 1 zeigt das Koordinatenmessgerät 10 in einer ersten Messphase, in welcher der Gelenkarm 22 gestreckt ist, der Radius also seinen größten Wert hat. Den Drehgelenken 24 und 34 sind jeweils ein Drehantrieb und ein Drehgeber zugeordnet, mittels welchen sich der Gelenkarm 22 um die erste Rotationsachse 26 und die Arme 31 , 32 um die zweite Rotationsachse 36 in wählbarer Drehrichtung um wählbare Winkel drehen lassen. Bei den Drehgebern und Drehantrieben handelt es sich um herkömmliche Bauteile, die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt worden sind. Ebenso ist die erste Komponente 16 mit Hilfe einer in der Führung 18 angeordneten Antriebseinrichtung, die ebenfalls nicht dargestellt ist, in der Linearachse z verfahrbar. Die Position und die Fahrstrecke der ersten Komponente 16 können durch einen hoch genauen Maßstab, z.B. einen Glasmaßstab, bestimmt werden, der ebenfalls nicht dargestellt ist. 1 shows the coordinate measuring machine 10 in a first measuring phase, in which the articulated arm 22 is stretched, that is to say the radius has its greatest value. The rotary joints 24 and 34 are each associated with a rotary drive and a rotary encoder, by means of which the articulated arm 22 about the first axis of rotation 26 and the arms 31, 32 about the second axis of rotation 36 rotate in selectable direction by selectable angle. The rotary encoders and rotary drives are conventional components that have not been shown for clarity. Similarly, the first component 16 by means of a guide 18 arranged in the drive device, which is also not shown, in the linear axis z movable. The position and travel distance of the first component 16 may be determined by a highly accurate scale, e.g. a glass scale, are determined, which is also not shown.
Durch Drehen des Gelenkarms 22 um die erste Rotationsachse 26 und durch Verschwenken des ersten Arms 31 und des zweiten Arms 32 um die zweite Rotationsachse 36 lässt sich ein Messbereich abdecken, der sich über 360° erstreckt. Damit lässt sich jeder Bauteilumriss abtasten, ohne dass wie bei dem eingangs beschriebenen Koordinatenmessgerät in Portalbauweise mit stationärem Portal drei bewegliche Komponente eingesetzt werden müssten, die auf drei zueinander senkrechten Führungen oder Linearachsen bewegbar sind. Lediglich die erste Komponente 16 des Koordinatenmessgerätes 10 ist linear verfahrbar, damit das Bauteil 12 in unterschiedlichen Höhen abgetastet werden kann. By turning the articulated arm 22 about the first axis of rotation 26 and by pivoting the first arm 31 and the second arm 32 about the second axis of rotation 36, a measuring range can be covered, which extends over 360 °. This allows each component contour to be scanned without having to use three movable components, which can be moved on three mutually perpendicular guides or linear axes, as in the case of the portal-type coordinate measuring machine with stationary portal described above. Only the first component 16 of the coordinate measuring machine 10 is linearly movable, so that the component 12 can be scanned at different heights.
In einer ersten Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, umfasst der Sensor 30 ein Tastsystem aus einem Taster 50 und einem Tastkopf 52. Der Taster 50 kann, wie gezeigt, einfach ein Taststift sein, welcher zusätzlich zu der linearen Verfahrbarkeit des Sensors 30 in z-Richtung in dem Tastkopf 52 oder gemeinsam mit dem Tastkopf 52 um eine dritte Rotationsachse 46 drehbar ist. Die Drehbarkeit des Tasters 50 ist mehr von Bedeutung in weiter unten be- schriebenen Ausführungsformen des Sensors, in denen der Taster nicht einfach ein einzelner Taststift mit einer Kugel am Ende ist. Zusätzlich kann der Taster 50 in den drei Koordinatenrichtungen x, y, z ausgelenkt werden. Diese Auslenkungen des Tasters 50 können zusätzlich gemessen werden. Zur Ermittlung eines Messpunktes lassen die sich mit den oben genannten Drehgebern ermittelten oder eingestellten Messwerte mit Tasterauslenkungen, die durch Messgeber in der ersten Komponente 16 ermittelt werden, komponentenrichtig verrechnen, um hieraus einen Messpunkt zu generieren, wie es z.B. aus dem eingangs erwähnten Dokument DE 101 11 540 A1 bekannt ist. In a first embodiment, shown in FIGS. 1-5, the sensor 30 comprises a probe system comprising a stylus 50 and a probe 52. As shown, the stylus 50 may simply be a stylus, which in addition to the linear movability of the sensor 30 in the z-direction in the probe 52 or together with the probe 52 about a third axis of rotation 46 is rotatable. The rotatability of the probe 50 is of more importance in further below. described embodiments of the sensor, in which the button is not simply a single stylus with a ball at the end. In addition, the button 50 can be deflected in the three coordinate directions x, y, z. These deflections of the probe 50 can also be measured. In order to determine a measuring point, the measured values determined or set using the above-mentioned rotary encoders with sensor deflections determined by encoders in the first component 16 can be computed with the correct component to generate a measuring point therefrom, as described, for example, in document DE 101 11 540 A1 is known.
In den Fig. 1 bis 5 ist das Koordinatenmessgerät 10 in verschiedenen Messphasen dargestellt. In einer ersten Messphase, die in Fig. 1 gezeigt ist, hat der Radius zwischen der ersten Rotationsachse 26 und der dritten Rotationsachse 46 den größten Wert. In FIGS. 1 to 5, the coordinate measuring machine 10 is shown in different measuring phases. In a first measurement phase, which is shown in FIG. 1, the radius between the first rotation axis 26 and the third rotation axis 46 has the largest value.
In Fig. 2, die eine zweite Messphase zeigt, ist der Gelenkarm 22 um 90° abgeknickt und die erste Komponente 16 weiter nach ben verfahren dargestellt, so dass sich der Taster 50 nunmehr mit seiner Tastkugel auf der oberen Seite des Bauteils 12 befindet. In Fig. 2, which shows a second measuring phase, the articulated arm 22 is bent by 90 ° and the first component 16 shown further Ben ben procedure, so that the button 50 is now with its probe ball on the upper side of the component 12.
Zum Abtasten derselben kann nun der abgeknickte Gelenkarm 22 weiter um die erste Rotationsachse 26 verschwenkt werden. Eine entsprechende dritte Messphase ist in Fig. 3 gezeigt. For scanning the same can now be the bent articulated arm 22 further pivoted about the first axis of rotation 26. A corresponding third measurement phase is shown in FIG.
In einer vierten Messphase, die in Fig. 4 gezeigt ist, wird mit dem Taster 50 eine rechte äußere Fläche des Bauteils 12 abgetastet, wofür der Winkel, um den der Gelenkarm 22 in sich abgeknickt ist, wieder etwas vergrößert und die erste Komponente 16 in z-Richtung abwärts verfahren worden ist. In a fourth measuring phase, which is shown in FIG. 4, a right outer surface of the component 12 is scanned with the pushbutton 50, for which purpose the angle by which the articulated arm 22 is bent is again slightly increased and the first component 16 in FIG z-direction has been moved downwards.
Fig. 5 schließlich zeigt eine fünfte Messphase, in welcher eine äußere vordere Seite des Bauteils 12 vermessen wird. Fig. 6 zeigt das Koordinatenmessgerät 10 in dessen erster Ausführungsform, aber mit einer zweiten Ausführungsform eines insgesamt mit 30' bezeichneten Sensors, der einen um die dritte Rotationsachse 46 in einem Tastkopf52' drehbaren Taster 50' mit zwei gegeneinander um 90° abgewinkelten Taststiften aufweist. Gezeigt ist eine erste Messphase, in welcher mit einem der Taststifte, der horizontal angeordnet ist, eine rechte untere Außenseite des Bauteils 12 abgetastet wird. Finally, FIG. 5 shows a fifth measuring phase in which an outer front side of the component 12 is measured. Fig. 6 shows the coordinate measuring machine 10 in its first embodiment, but with a second embodiment of a generally designated 30 'sensor having a about the third axis of rotation 46 in a probe 52' rotatable button 50 'with two against each other by 90 ° angled styli. Shown is a first measurement phase in which a right lower outer side of the component 12 is scanned with one of the styli, which is arranged horizontally.
Fig. 7 zeigt eine zweite Messphase des Koordinatenmessgerätes 10 nach Fig. 6, in der eine vordere untere Seite des Bauteils 12, die sich an einem oberen rechten Vorsprung desselben befindet, mit dem gleichen Taststift abgetastet wird. Fig. 7 shows a second measuring phase of the coordinate measuring machine 10 of Fig. 6, in which a front lower side of the component 12, which is located at an upper right projection thereof, is scanned with the same stylus.
Fig. 8 zeigt eine dritte Messphase, in welcher eine obere rechte Außenseite an dem Vorsprung des Bauteils 12 abgetastet werden soll. 8 shows a third measuring phase in which an upper right outer side is to be scanned on the projection of the component 12.
Fig. 9 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Koordinatenmessgerätes, das insgesamt mit 10' bezeichnet ist. Die bewegliche erste Komponente 16 trägt eine dritte Ausführungsform eines Sensors, der einen Taster 50" mit drei kreuzförmig angeordneten Taststiften aufweist und insgesamt mit 30" bezeichnet ist. Der Taster 50" ist in einem Tastkopf 52" um die dritte Rotationsachse 46 drehbar. Fig. 9 shows a second embodiment of a coordinate measuring machine, which is generally designated 10 '. The moveable first component 16 carries a third embodiment of a sensor having a stylus 50 "with three styli disposed in a cruciform manner and indicated generally at 30". The button 50 "is rotatable in a probe 52" about the third axis of rotation 46.
Bei dem Koordinatenmessgerät 10' ist der zweite Arm, der hier mit 32' bezeichnet ist, auf der zu der ersten Komponente 16 entgegengesetzten Seite der zweiten Rotationsachse 36 über das zweite Drehgelenk, das hier mit 34' bezeichnet ist, hinaus verlängert. Diese Verlängerung dient dem Gewichtsausgleich, um das Drehgelenk 34' vor einer Kippbelastung durch den zweiten Arm 32' zu bewahren. Es würde ausreichen, die Verlängerung des zweiten Arms 32' so zu bemessen, dass der Gewichtsausgleich bewirkt wird. Zweckmäßiger ist es aber, die zusätzliche Länge des zweiten Arms 32' dadurch zu beschränken, dass an dessen freiem Ende ein Gegengewicht 38 angebracht wird, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Fig. 10 zeigt eine dritte Ausführungsform des Koordinatenmessgerätes, das mit 10" bezeichnet ist. Durch die gezeigte Ausbildung des Koordinatenmessgerätes 10" wird ein vollständiger Gewichtsausgleich erzielt, also nicht nur ein Gewichtsausgleich an dem zweiten Arm 32', sondern auch an dem ersten Arm 31. Zu diesem Zweck ist der erste Arm 31 mit einem näher bei der Tragstruktur 14 angeordneten dritten Arm 31 ' fest verbunden, der gemeinsam mit dem ersten Arm 31 um die erste Rotationsachse 26 drehbar ist und gemeinsam mit dem ersten Arm 31 die zweite Rotationsachse trägt, die hier mit 36' bezeichnet ist. Der dritte Arm 31 ' ist so wie der erste Arm 31 ausgebildet und demgemäß mit einem zusätzlichen ersten Drehgelenk 24' und einem zusätzlichen zweiten Drehgelenk 34' versehen. Der erste Arm 31 und der dritte Arm 31 ' sind jeweils zwischen den Drehgelenken 24 und 34 bzw. 24' und 34' durch ein starres Verbindungsteil 40 miteinander verbunden. Der Gelenkarm 22 und der dritte Arm 31 ' tragen jeweils an ihrem freien, also an ihrem in Fig. 10 linken Ende ein Gegengewicht 38' bzw. ein Gegengewicht 39. Die Größe der Gegengewichte ist so bemessen, dass ein vollkommener Gewichtsausgleich erzielt wird. Festgehalten sei, dass der dritte Arm 31 ' in der Darstellung in Fig. 10 nach oben hin eine Fortsetzung oder Verlängerung des ersten Arms 31 darstellt, also kein zusätzlicher separater Arm ist, sondern gemeinsam mit dem ersten Arm 31 eine starre Armbaugruppe bildet. Diese Armbaugruppe könnte auch anders als dargestellt ausgebildet sein. In the coordinate measuring machine 10 ', the second arm, here designated 32', on the side opposite the first component 16 side of the second axis of rotation 36 via the second pivot, which is here designated by 34 ', extended out. This extension serves to balance the weight in order to prevent the pivot 34 'from tilting by the second arm 32'. It would be sufficient to dimension the extension of the second arm 32 'so that the weight compensation is effected. It is more convenient, however, to limit the additional length of the second arm 32 'by attaching a counterweight 38 to the free end thereof, as shown in FIG. 10 shows a third embodiment of the coordinate measuring machine, denoted by 10.sup.-## EQU00002 ## Through the embodiment of the coordinate measuring machine 10 "shown, complete weight compensation is achieved, ie not only a weight compensation on the second arm 32 ', but also on the first arm 31 For this purpose, the first arm 31 is fixedly connected to a third arm 31 ', which is arranged closer to the support structure 14 and which is rotatable together with the first arm 31 about the first axis of rotation 26 and, together with the first arm 31, carries the second axis of rotation. which is here designated 36 '. The third arm 31 'is formed like the first arm 31 and accordingly provided with an additional first pivot 24' and an additional second pivot 34 '. The first arm 31 and the third arm 31 'are each connected between the pivot joints 24 and 34 or 24' and 34 'by a rigid connecting part 40 with each other. The articulated arm 22 and the third arm 31 'each carry a counterweight 38' or a counterweight 39 at their free end, that is to say at their left-hand end in FIG. 10. The size of the counterweights is dimensioned such that a perfect balance of weight is achieved. It should be noted that the third arm 31 'in the illustration in Fig. 10 at the top is a continuation or extension of the first arm 31, so no additional separate arm, but together with the first arm 31 forms a rigid arm assembly. This arm assembly could also be designed differently than shown.
Fig. 10 zeigt das Koordinatenmessgerät 10" in einer Messphase, in welcher der Radius zwischen der ersten Rotationsachse 26 und der dritten Rotationsachse 46 den größten Wert hat. 10 shows the coordinate measuring machine 10 "in a measuring phase in which the radius between the first rotation axis 26 and the third rotation axis 46 has the largest value.
Fig. 11 zeigt das Koordinatenmessgerät 10" in einer zweiten Messphase, in welcher der vorgenannte Radius den kleinsten Wert hat. 11 shows the coordinate measuring machine 10 "in a second measuring phase, in which the aforementioned radius has the smallest value.
In der Beschreibung und in den Ansprüchen wird von parallelen oder senkrechten Achsen gesprochen. In der Realität sind diese Achsen, da mit Fehlern behaftet, mathematisch nicht exakt parallel oder senkrecht. Die Begriffe parallel oder senkrecht sind nur in Bezug auf die für vorliegenden Technikbereich sinnvolle und erreichbare Genauigkeit zu verstehen. In the description and in the claims is spoken by parallel or vertical axes. In reality, these axes, being flawed, are mathematically not exactly parallel or perpendicular. The terms parallel or perpendicular are to be understood only in relation to the reasonable and achievable accuracy for the present field of technology.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Koordinatenmessgerät (1. Ausführungsform) ' Koordinatenmessgerät (2. Ausführungsform) " Koordinatenmessgerät (3. Ausführungsform)Coordinate Measuring Machine (1st Embodiment) 'Coordinate Measuring Machine (2nd Embodiment)' Coordinate Measuring Machine (3rd Embodiment)
Bauteil component
Tragstruktur  supporting structure
1. Komponente  1st component
Führung  guide
2. Komponente  2nd component
Gelenkarm articulated arm
a 1. Endea 1st end
b 2. Ende b 2nd end
1. Drehgelenk 1st swivel
' weiteres 1. Drehgelenk 'further 1st swivel
1. Rotationsachse  1st rotation axis
Basis  Base
Sensor (1. Ausführungsform) Sensor (1st embodiment)
' Sensor (2. Ausführungsform)'Sensor (2nd embodiment)
" Sensor (3. Ausführungsform) "Sensor (3rd embodiment)
1. Arm 1st arm
' 3. Arm '3rd arm
2. Arm 2nd arm
' 2. Arm '2nd arm
2. Drehgelenk 2. Swivel
a Gelenkaugea joint eye
b Gelenkauge b joint eye
Gelenkbolzen  hinge pins
2. Rotationsachse 2nd rotation axis
' 2. Rotationsachse '2nd rotation axis
Gegengewicht  counterweight
Gegengewicht  counterweight
Verbindungsteil 3. Rotationsachse Tasterconnecting part 3. Rotation axis button
' Taster'Button
" Taster "Button
Tastkopf probe
' Tastkopf'Probe
" Tastkopf "Probe
Linearachse  linear axis

Claims

Patentansprüche claims
1. Koordinatenmessgerät mit wenigstens einem relativ zu einem zu vermessenden Bauteil (12) beweglichen Sensor (30, 30', 30"), 1. coordinate measuring machine with at least one relative to a component to be measured (12) movable sensor (30, 30 ', 30 "),
mit wenigstens einer beweglichen ersten Komponente (16), die den oder jeden Sensor (30, 30', 30") trägt und an wenigstens einer beweglichen zweiten Komponente (20) geführt ist, und  with at least one movable first component (16) which carries the or each sensor (30, 30 ', 30 ") and is guided on at least one movable second component (20), and
mit einer Tragstruktur (14), an der die zweite Komponente (20) geführt ist,  with a support structure (14) on which the second component (20) is guided,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die zweite Komponente (20) als ein Gelenkarm (22) ausgebildet ist, der  in that the second component (20) is designed as an articulated arm (22) which
- an einem ersten Ende (22a) mit einem an der Tragstruktur (14) befestigten ersten Drehgelenk (24) um eine erste Rotationsachse (26) drehbar gelagert ist,  - Is mounted rotatably about a first axis of rotation (26) at a first end (22a) with a first pivot (24) attached to the support structure (14),
- an einem zweiten, entgegengesetzten Ende (22b) die erste Komponente (16) trägt, und  - At a second, opposite end (22 b) carries the first component (16), and
- zwischen den beiden Enden (22a, 22b) ein zweites Drehgelenk (34) mit einer zu der ersten Rotationsachse (26) parallelen zweiten Rotationsachse (36) aufweist, das den Gelenkarm (22) in einen ersten und einen zweiten Arm (31 , 32) unterteilt, die unabhängig voneinander um die erste bzw. zweite Rotationsachse (26, 36) drehbar sind.  - between the two ends (22a, 22b) has a second pivot (34) with a second axis of rotation (36) parallel to the first axis of rotation (26), the articulated arm (22) in a first and a second arm (31, 32nd ), which are independently rotatable about the first and second rotational axis (26, 36).
2. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (14) stationär ist. 2. Coordinate measuring machine according to claim 1, characterized in that the support structure (14) is stationary.
3. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Sensor (30, 30', 30") an der zweiten Komponente (20) in einer zu den beiden Rotationsachsen (26, 36) parallelen Linearachse (z) geführt ist. 3. Coordinate measuring machine according to claim 1 or 2, characterized in that the or each sensor (30, 30 ', 30 ") on the second component (20) in a direction parallel to the two axes of rotation (26, 36) linear axis (z) out is.
4. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (20) an der Tragstruktur (14) rechtwinkelig zu der Linearachse (z) der ersten Komponente (16) geführt ist. 4. Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, characterized in that the second component (20) on the support structure (14) at right angles to the linear axis (z) of the first component (16) is guided.
5. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arm (32) ein auf der zu der ersten Komponente (16) entgegengesetzten Seite der zweiten Rotationsachse (36) über das zweite Drehgelenk (34) hinaus verlängert ist. 5. Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, characterized in that the second arm (32) on the one to the first component (16) opposite side of the second rotation axis (36) on the second pivot (34) is extended out.
6. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arm (32') an seinem zu der ersten Komponente (16) entgegengesetzten freien Ende mit einem Gegengewicht (38) versehen ist. 6. Coordinate measuring machine according to claim 5, characterized in that the second arm (32 ') at its to the first component (16) opposite free end with a counterweight (38) is provided.
7. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (31 ) mit einem näher bei der Tragstruktur (14) angeordneten dritten Arm (31 ') fest verbunden ist, der gemeinsam mit dem ersten Arm (31 ) um die erste Rotationsachse (26) drehbar ist und gemeinsam mit dem ersten Arm (31 ) die zweite Rotationsachse (36') trägt. 7. Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, characterized in that the first arm (31) with a closer to the support structure (14) arranged third arm (31 ') is fixedly connected to the first arm (31) around the first rotation axis (26) is rotatable and together with the first arm (31) carries the second rotation axis (36 ').
8. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Arm (31 ') und der zweite Arm (32) jeweils ein über die erste bzw. zweite Rotationsachse (26, 36) überstehendes freies Ende haben. 8. Coordinate measuring machine according to claim 7, characterized in that the third arm (31 ') and the second arm (32) each have one on the first and second rotational axis (26, 36) projecting free end.
9. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Arm (31 ') und der zweite Arm (32) an ihrem freien Ende jeweils mit einem Gegengewicht (38, 39) versehen sind. 9. coordinate measuring machine according to claim 8, characterized in that the third arm (31 ') and the second arm (32) at its free end in each case with a counterweight (38, 39) are provided.
10. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (14) ein stationäres Portal ist. 10. Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure (14) is a stationary portal.
11 . Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Sensor (30, 30', 30") um eine dritte Rotationsachse (46) drehbar gelagert ist. 11. Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, characterized in that the or each sensor (30, 30 ', 30 ") is rotatably mounted about a third axis of rotation (46).
12. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (20) aus Material mit geringer thermischer Ausdehnung aufgebaut ist. 12. Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, characterized in that the second component (20) is constructed of material with low thermal expansion.
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