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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Halterung einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Eigenschaften eines Messobjekts an einer Trägereinrichtung. Weiter betrifft die Erfindung eine Anordnung aus der Erfassungseinrichtung und der vorgeschlagenen Vorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik bekannt sind Rauheitssensoren, die zur Erfassung einer Rauheit und/oder eines Profils einer Oberfläche eines Messobjekts dienen.
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Die
DE 20 2008 011 629 U1 beschreibt eine Rauheits- und/oder Profilmessvorrichtung mit einem Messtaster mit einem Tasthebel, der eine Tastnadel mit einer Tastspitze zur Erfassung mikroskopischer Oberflächenprofile von Werkstücken aufweist. Die Vorrichtung umfasst eine Antriebsvorrichtung, mittels derer die Tastnadel entlang dem Oberflächenprofil eines Werkstücks bewegbar ist. Weiter offenbart ist ein den Messtaster tragender Schlitten. Weiter beschrieben ist eine Gleitkufe des Messtasters, die eine Bezugsebene berührt. Die Druckschrift offenbart hierbei eine Antriebsvorrichtung, die einen Motor aufweist, welcher mittels einer Spindel den Schlitten antreibt. Alternativ ist offenbart, dass die Antriebsvorrichtung einen Seil- bzw. Bandantrieb mit einem Antriebsseil bzw. Antriebsband umfasst, an dem der Messtaster bzw. der den Messtaster tragende Schlitten befestigt ist.
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Weiter bekannt ist die
DE 20 2013 102 043 U1 . Auch diese offenbart ein Rauheits- oder Oberflächenmikrostrukturprofil-Messgerät zur Messung der Rauheit oder eines Oberflächenmikrostrukturprofils einer Messobjekt-Oberfläche eines Messobjekts. Hierin wird die Tastnadel mittels eines Motors über die Werkstückoberfläche gezogen, wobei der Motor z.B. über eine Spindel, einen Seilzug, ein Band oder dergleichen einen beweglichen Teil schiebt.
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Auch die
DE 20 2013 102 045 U1 offenbart ein derart ausgebildetes Rauheits- oder Oberflächenmikrostrukturprofil-Messgerät.
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Weiter bekannt ist die
DE 10 2006 011 904 A1 , wobei diese Druckschrift ein Messsystem zum Messen einer Werkstückoberfläche an einem Werkstück mit mindestens einer an das Werkstück heranführbaren Messsonde offenbart, wobei die Messsonde einen Sondenkörper und mindestens einen an dem Sondenkörper angebrachten Messsensor aufweist. Weiter offenbart ist eine dem Messsensor zugeordnete Abstützeinrichtung mit mindestens einem, mit Hilfe eines Zustellantriebs in Richtung auf die Werkstückoberfläche zustellbaren, Abstützorgan zur Fixierung des Sondenkörpers an dem Werkstück in einer Messposition durch Abstützung des Sondenkörpers an der Werkstückoberfläche. Auch diese Druckschrift offenbart, dass eine Tastspitze mit Hilfe eines Sensorantriebs über eine gewünschte Messstrecke verfahren und dabei ein Rauheitsprofil aufgenommen wird.
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Die
DE 10 2006 050 838 A1 offenbart ein Messsystem zum Messen einer Werkstückoberfläche an einem Werkstück mit mindestens einer an das Werkstück heranführbaren Messsonde, die einen Sondenkörper und mindestens einen an dem Sondenkörper angebrachten Messsensor aufweist, worin mindestens ein Messsensor ein optischer Messsensor ist und eine Einrichtung zum Füllen eines Zwischenraums zwischen dem Messsensor und der zu messenden Werkstückoberfläche im Messbereich mit einer für Messstrahlung transparenten Flüssigkeit vorgesehen ist.
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Die
DE 10 2009 035 747 A1 offenbart eine Rauheits- und/oder Profilmessvorrichtung mit einem Messtaster mit einem Tasthebel, der eine Tastnadel mit einer Tastspitze zur Erfassung bzw. Messung mikroskopischer Oberflächenprofile von Werkstücken aufweist. Weiter offenbart ist eine, vorzugsweise als Vorschubeinrichtung gestaltete, Antriebsvorrichtung, mittels derer die Tastnadel entlang dem Oberflächenprofil eines Werkstücks bewegbar ist. Hierbei kann die Antriebsvorrichtung ein Antriebsseil oder ein Antriebsband umfassen, an dem der Messtaster bzw. der den Messtaster tragende Schlitten befestigt ist. Alternativ weist die Antriebsvorrichtung einen Motor auf, welcher mittels einer Spindel den Schlitten antreibt.
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Rauheitssensoren werden in der Regel auf einer Oberfläche eines zu erfassenden Werkstücks abgesetzt, wobei nach dem Absetzen ein beweglicher Teil, z.B. mit einem Tastelement, entlang einer Messstrecke entlang der Oberfläche verfahren wird. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit von Rauheitssensoren ist es wünschenswert, das Absetzen derart durchzuführen, dass in einer gewünschten Position und/oder mit einer gewünschten Orientierung eine gewünschte Antastkraft eingestellt, der Sensor jedoch nicht beschädigt wird.
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Weiter bekannt sind Koordinatenmessgeräte, die z.B. mittels eines Tastelements Koordinaten eines Werkstückes taktil erfassen. So beschreibt die
DE 10 2008 038 599 A1 ein Sensorgelenk zum Drehen eines Sensors, wobei das Sensorgelenk einen um eine Drehachse drehbaren Teil aufweist, mit dem der Sensor verbindbar oder verbunden ist. Weiter weist das Sensorgelenk einen feststehenden Teil auf, zu dem der drehbare Teil relativ um die Drehachse drehbar ist. Weiter offenbart die Druckschrift Sensoren, die zu vermessende Gegenstände mechanisch antasten, und Sensoren, die als optische Sensoren ausgebildet sind, wobei diese z.B. mittels elektromagnetischer Strahlung Oberflächen abtasten oder invasive Messstrahlung erzeugen, die in das Messobjekt eindringen. Weiter offenbart die Druckschrift kapazitive Sensoren.
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Die
DE 101 31 160 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts mit einem Dreh-Schwenk-Gelenk. Das Dreh-Schwenk-Gelenk weist eine Tasterwechseleinrichtung auf, die zur Aufnahme eines Aufnahmetellers mit einem Taststift dient, mit dessen Hilfe das Werkstück angetastet wird. Hierbei sind jedoch keine näheren Einzelheiten zum Aufnahmeteller offenbart.
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Die
DE 10 2010 018 250 A1 offenbart ein Verfahren zur Koordinatenmessung an Werkstücken auf einem Koordinatenmessgerät mit einem Tastkopf, der einen Taster und einen dem Taster zugeordneten Tastsensor enthält. Die Druckschrift offenbart weiter einen Beschleunigungssensor, der als Feder-Masse-System ausgebildet sein kann, wobei durch die Auslenkung bei Beschleunigung zwischen einem gefedert aufgehängten Teil und einer festen Bezugselektrode eine Änderung einer elektrischen Kapazität gemessen werden kann. Die Erfassung der Beschleunigung dient der Minimierung von Fehlantastungen.
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Weiter bekannt ist die
DE 10 2010 054 973 A1 , die ein Verfahren zur Vermessung eines Messobjekts offenbart. Hierbei wird ein Messaufnehmer auf das Messobjekt zugeführt und eine Entität des Messobjekts angetastet. An einem Ende einer Pinole ist ein Messaufnehmer angeordnet, der beispielsweise einen Tastschaft sowie an dessen Ende einen Tastkopf aufweisen kann. Weiter ist ein Messaufnehmer mit Dreh-Schwenk-Funktionalität offenbart.
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Die
DE 10 2010 017 119 A1 offenbart zerstörungsfreie Prüfsysteme, insbesondere Prüfsysteme, die selbstausrichtende Sondenanordnungen aufweisen.
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Die
DE 27 12 181 A1 offenbart einen Messkopf zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten beliebiger Punkte eines relativ zum Messkopf bewegten Werkstücks, bestehend aus einem gehäusefesten und einem relativ zu diesem beweglichen,einen oder mehrere Taststifte tragenden Teil.
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Die
US 5,491,904 A offenbart einen Tastsensor für eine Positionsbestimmungseinrichtung.
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Die
DE 20 2008 011 629 U1 offenbart eine Rauheits- und/oder Profilmessvorrichtung mit einem Messtaster mit einem Tasthebel, der eine Tastnadel zur Erfassung bzw. Messung mikroskopischer Oberflächenprofile aufweist.
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Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Halterung einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Eigenschaften eines Messobjekts an einer Trägereinrichtung sowie eine Anordnung einer Erfassungseinrichtung und einer derartigen Vorrichtung zur Halterung zu schaffen, die ein verbessertes Absetzen der Erfassungseinrichtung auf einer Oberfläche des Messobjekts ermöglichen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 9 und 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es ist eine Grundidee der Erfindung, eine Halterung zu schaffen, die mindestens ein Federelement umfasst, wobei diese Halteanordnung ein abgefedertes Absetzen der Erfassungseinrichtung auf der zu erfassenden Oberfläche ermöglicht.
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Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Halterung einer Erfassungseinrichtung an einer Trägereinrichtung.Somit dient die vorgeschlagene Vorrichtung zur Befestigung oder Aufhängung der Erfassungseinrichtung an der Trägereinrichtung.
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Die Erfassungseinrichtung ist eine Einrichtung zur Erfassung von Eigenschaften eines Messobjekts, insbesondere von Eigenschaften einer Oberfläche des Messobjekts. Das Messobjekt kann auch als Prüfkörper bezeichnet werden. Die Erfassungseinrichtung kann auch als Sensor bezeichnet werden und kann eine beliebige Einrichtung sein, mittels derer Messsignale erzeugbar sind. Somit kann die Erfassungseinrichtung mindestens einen Messsignalgeber umfassen.
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Vorzugsweise ist die Erfassungseinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung einer Rauheit und/oder eines Profils der Oberfläche des Messobjekts (Rauheitssensor).
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Die Erfassungseinrichtung kann eine Absetzrichtung und/oder Antastrichtung aufweisen. Die Absetzrichtung beschreibt eine Richtung, in der die Erfassungseinrichtung, insbesondere ein Abstützelement der Erfassungseinrichtung, auf dem Messobjekt abzusetzen ist. Die Absetzrichtung kann z.B. eine Richtung in einem Referenzkoordinatensystem der Erfassungseinrichtung beschreiben, die relativ zum Messobjekt, insbesondere relativ zu einer Oberfläche des Messobjekts, auf eine gewünschte Richtung oder eine Richtung aus einem vorbestimmten Richtungsintervall auszurichten ist, um die Erfassung der Eigenschaften durch die Erfassungseinrichtung zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Absetzrichtung derart festgelegt sein, dass eine vertikale Symmetrieachse der Erfassungseinrichtung orthogonal zu zumindest einem Abschnitt einer Oberfläche des Messobjekts orientiert ist, wenn die Erfassungseinrichtung mit der vorbestimmten Absetzrichtung auf dem zumindest einen Abschnitt des Messobjekts abgesetzt ist. Die Absetzrichtung kann auch in Abhängigkeit einer gewünschten Ausrichtung der auf dem Messobjekt abgesetzten Erfassungseinrichtung, insbesondere einer gewünschten Ausrichtung eines Abstützelements oder eines Tastelements der Erfassungseinrichtung, relativ zum Messobjekt bestimmt werden.
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Die Antastrichtung beschreibt eine Richtung, in der die Erfassungseinrichtung, insbesondere ein Tastelement der Erfassungseinrichtung, relativ zum Messobjekt auszurichten ist. Die Antastrichtung kann z.B. eine Richtung in einem Referenzkoordinatensystem der Erfassungseinrichtung beschreiben, die relativ zum Messobjekt, insbesondere relativ zu einer Oberfläche des Messobjekts, auf eine gewünschte Richtung oder eine Richtung aus einem vorbestimmten Richtungsintervall auszurichten ist, um die Erfassung der Eigenschaften durch die Erfassungseinrichtung zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Antastrichtung derart festgelegt sein, dass eine Tastrichtung der Erfassungseinrichtung, insbesondere eine Tastrichtung eines Tastelements einer Erfassungseinrichtung, orthogonal zu zumindest einem Abschnitt einer Oberfläche des Messobjekts orientiert ist, wenn die Erfassungseinrichtung mit der vorbestimmten Antastausrichtung relativ zu dem zumindest einen Abschnitt der Oberfläche des Messobjekts ausgerichtet ist. Die Antastrichtung kann auch in Abhängigkeit einer gewünschten Ausrichtung der Erfassungseinrichtung, insbesondere einer gewünschten Ausrichtung eines Tastelements der Erfassungseinrichtung, relativ zum Messobjekt bestimmt werden.
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Insbesondere können Absetzrichtung und Antastrichtung gleich orientiert sein.
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Die Erfassungseinrichtung kann insbesondere eine Einrichtung zur berührenden Antastung der Oberfläche des Messobjekts sein. Hierfür kann die Erfassungseinrichtung zumindest ein Tastelement, beispielsweise ein mit einer Tastspitze ausgebildetes Tastelement, umfassen. Die Antastrichtung kann in diesem Fall beispielsweise parallel zu einer zentralen Mittellinie, beispielsweise einer zentralen Symmetrieachse, eines die Antastspitze ausbildenden Abschnitts des Tastelements orientiert sein.
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Auch kann die Erfassungseinrichtung zur berührungslosen, insbesondere optischen, Antastung der Oberfläche des Messobjekts dienen. In diesem Fall kann die Antastrichtung entlang einer zentralen Strahlrichtung einer Lichtquelle eines optischen Sensors und/oder entlang einer zentralen Erfassungsrichtung eines optischen Detektors des optischen Sensors orientiert sein.
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Auch kann die Erfassungseinrichtung einen kapazitiver Sensor zur Erfassung der Oberfläche des Messobjekts umfassen. In diesem Fall kann die Antastrichtung parallel zu einer Hauptrichtung eines vom kapazitiven Sensor erzeugten elektrischen Feldes orientiert sein.
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Existieren mehrere mögliche Absetz- oder Antastrichtungen der Erfassungseinrichtung, so kann die Absetz- oder Antastrichtung eine Referenzantast- oder Referenzabsetzrichtung sein. Z.B. kann in die Referenzabsetzrichtung oder Referenzantastrichtung eine Richtung sein, mit der eine optimale Erfassung der Eigenschaften des Messobjekts durch den Sensor möglich ist. Somit kann die Referenzantast- oder Referenzabsetzrichtung eine in Abhängigkeit von Erfassungseinrichtungsspezifikationen vorbestimmte Richtung sein. Auch kann die Referenzantast- oder Referenzabsetzrichtung eine vorbestimmte Richtung aus einem Intervall von möglichen Richtungen sein, insbesondere eine zentrale oder mittlere Richtung aus einem solchen Intervall.
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Die Vorrichtung weist mindestens einen Trägerbefestigungsabschnitt zur Befestigung der Vorrichtung an der Trägereinrichtung auf. Hierbei kann der Trägerbefestigungsabschnitt mindestens ein Befestigungsmittel zum Befestigen der Vorrichtung an der Trägereinrichtung aufweisen, wobei die Trägereinrichtung beispielsweise ein korrespondierendes Befestigungsmittel aufweist. Der Trägerbefestigungsabschnitt kann vorzugsweise lösbar an der Trägereinrichtung befestigt werden. Hierbei sind verschiedene Verbindungsarten vorstellbar, insbesondere eine zumindest teilweise formschlüssige Verbindung, zumindest teilweise kraftschlüssige Verbindung. Vorzugsweise ist die vorgeschlagene Vorrichtung im Bereich des Trägerbefestigungsabschnitts mit der Trägereinrichtung verschraubt.
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Weiter weist die Vorrichtung mindestens einen Sensorbefestigungsabschnitt zur Befestigung der Vorrichtung an der Erfassungseinrichtung bzw. zur Befestigung der Erfassungseinrichtung an der Vorrichtung auf. Bezüglich des Sensorbefestigungsabschnitts und der Befestigung der Vorrichtung an der Erfassungseinrichtung wird auf die vorhergehend getätigten Ausführungen zum Trägerbefestigungsabschnitt verwiesen.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung mindestens ein Federelement auf. Das Federelement ist derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass der mindestens eine Trägerbefestigungsabschnitt relativ zum mindestens einen Sensorbefestigungsabschnitt zumindest in oder entgegen einer Relativbewegungsrichtung beweglich ist. Die Relativbewegung kann hierbei entgegen einer von dem mindestens einen Federelement erzeugten Federkraft erfolgen. Die Relativbewegungsrichtung kann auch als Einfeder- oder Ausfederrichtung beschrieben werden.
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Somit ist also eine Vorrichtung zur Halterung beschrieben, die einen Trägerbefestigungsabschnitt und einen Sensorbefestigungsabschnitt sowie ein Federelement aufweist, wobei das Federelement derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass der Trägerbefestigungsabschnitt relativ zum Sensorbefestigungsabschnitt zumindest in oder entgegen einer Relativbewegungsrichtung beweglich ist.
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Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in Relativbewegungsrichtung ein abgefedertes Absetzen und/oder Antasten des Messobjekts möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Relativbewegungsrichtung parallel zu der vorhergehend erläuterten Absetzrichtung und/oder Antastrichtung einer an dem Sensorbefestigungsabschnitt zu befestigenden Erfassungseinrichtung orientiert.
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So kann z.B. der Sensorbefestigungsabschnitt derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass eine Absetzrichtung und/oder Antastrichtung einer an dem Sensorbefestigungsabschnitt befestigten oder zu befestigenden Erfassungseinrichtung parallel zur Relativbewegungsrichtung ist.
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Durch den Sensorbefestigungsabschnitt, insbesondere durch die Ausbildung des Sensorbefestigungsabschnitts, kann eine Ausrichtung einer an dem Sensorbefestigungsabschnitt zu befestigenden oder befestigten Erfassungseinrichtung relativ zu der Vorrichtung, insbesondere relativ zum Sensorbefestigungsabschnitt, festgelegt sein. Dies bedeutet, dass eine Erfassungseinrichtung nur mit einer vorbestimmten Ausrichtung relativ zu der vorgeschlagenen Vorrichtung, insbesondere relativ zum Sensorbefestigungsabschnitt, an dieser befestigt werden kann. Durch den Sensorbefestigungsabschnitt kann also eine Ausrichtung einer an der Vorrichtung befestigten oder zu befestigenden Erfassungseinrichtung relativ zu der vorgeschlagenen Vorrichtung, insbesondere relativ zum Sensorbefestigungsabschnitt, derart festgelegt werden, dass die Absetzrichtung und/oder Antastrichtung einer an dem Sensorbefestigungsabschnitt befestigten oder zu befestigenden Erfassungseinrichtung parallel zur Relativbewegungsrichtung ist.
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Selbstverständlich kann das Federelement auch derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass eine Relativbewegung zwischen dem Trägerbefestigungsabschnitt und dem Sensorbefestigungsabschnitt auch in weitere, von der Antastrichtung verschiedene, Richtungen möglich ist.
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Insbesondere der Sensorbefestigungsabschnitt kann derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass die Erfassungseinrichtung derart, insbesondere ausschließlich derart, an der vorgeschlagenen Vorrichtung befestigt werden kann, dass die Relativbewegungsrichtung parallel zur Antastrichtung der Erfassungseinrichtung orientiert ist.
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Durch die vorgeschlagene Vorrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Erfassungseinrichtung zumindest in oder entgegen seiner Absetz- und/oder Antastrichtung angefedert an der Trägereinrichtung befestigt werden kann. Dies ermöglicht z.B. in vorteilhafter Weise das Absetzen der Erfassungseinrichtung auf einer Oberfläche des Messobjekts mit einer höheren Positionierungs- und/oder Orientierungstoleranz, da Abweichung von einer idealen Positionierung und/oder Orientierung, in der z.B. die Erfassungseinrichtung die Oberfläche kraftlos oder annähernd kraftlos berührt, durch die Relativbewegung ausgeglichen werden können.
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Weiter ermöglicht die vorgeschlagene Vorrichtung, dass die Erfassungseinrichtung mit einer gewünschten Absetz- und/oder Antastkraft auf der Oberfläche abgesetzt werden kann. Hierbei bezeichnet die Absetzkraft eine in Absetzrichtung wirkende Kraft, die von der Erfassungseinrichtung, beispielsweise über zumindest ein Abstützelement der Erfassungseinrichtung, auf die Oberfläche des Messobjekts ausgeübt wird, wenn die Erfassungseinrichtung durch die Trägereinrichtung in einer gewünschten Absetzposition und/oder mit einer gewünschten Absetzorientierung auf dem Messobjekt abgesetzt oder angeordnet ist.
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Entsprechend bezeichnet die Antastkraft eine in Antastrichtung wirkende Kraft, die von der Erfassungseinrichtung, beispielsweise einem Tastelement der Erfassungseinrichtung, auf die Oberfläche des Messobjekts ausgeübt wird, wenn die Erfassungseinrichtung durch die Trägereinrichtung in einer gewünschten Antastposition und/oder mit einer gewünschten Antastorientierung relativ zur Oberfläche positioniert ist. Die Absetz- oder Antastkraft kann hierbei zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durch eine Federkraft des mindestens einen Federelements bereitgestellt werden. Diese Federkraft kann beispielsweise erzeugt werden, falls das Federelement in der gewünschten Position und/oder Orientierung der Erfassungseinrichtung eingefedert ist. Die Absetz- und/oder Antastkraft kann hierbei insbesondere abhängig von einer Auslenkung des Federelements sein. Eine Auslenkung bezeichnet hierbei eine relative Translationsbewegung oder relative Rotationsbewegung zwischen Enden des Federelements.
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Die Absetzkraft kann hierbei gleich der Antastkraft sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung einer Absetz- und/oder Antastkraft. Die Einrichtung kann hierbei ein elektrisches Signal erzeugen, welches eine Absetz- und/oder Antastkraft, insbesondere eine Richtung und eine Größe der Absetz- und/oder Antastkraft, repräsentiert. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Kraftsensor ausgebildet sein. Alternativ kann die Vorrichtung jedoch auch einen (Winkel-)Positionssensor umfassen, wobei mittels des (Winkel-)Positionssensors eine relative Translationsbewegung oder relative Rotationsbewegung zwischen Enden des Federelements erfassbar ist. Diese relative Translations- oder Rotationsbewegung kann auch als Einfederung bzw. Ausfederung beschrieben werden. In diesem Fall kann die Vorrichtung weiter eine Auswerteeinrichtung umfassen, die in Abhängigkeit der relativen Translationsbewegung oder relativen Rotationsbewegung und Eigenschaften des Federelements, insbesondere einer Federkonstanten, die Federkraft bestimmt (bewegungsabhängige Erfassung der Absetz- und/oder Antastkraft). In Abhängigkeit dieser Federkraft kann wiederum die Absetz- und/oder Antastkraft bestimmt werden.
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Die Vorrichtung kann hierbei signal- und/oder datentechnisch mit weiteren Einrichtungen verbindbar sein. Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise geeignete Schnittstellen aufweisen. Somit kann die Absetz- und/oder Antastkraft oder ein Signal, in dessen Abhängigkeit die Absetz- und/oder Antastkraft bestimmbar ist, an interne Auswerteeinrichtungen übertragen werden.
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Beispielsweise kann in Abhängigkeit der Absetz- und/oder Antastkraft eine Position und/oder Orientierung der Trägereinrichtung eingestellt, insbesondere geregelt, werden.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Erfassungseinrichtung mit einer möglichst genau eingestellten Absetz- und/oder Antastkraft auf der Oberfläche des Messobjekts abgesetzt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Einrichtung zur Erfassung einer Absetz- und/oder Antastkraft eine Einrichtung zur Erfassung einer Einfederung in oder entgegen der Relativbewegungsrichtung. Die Einfederung bezeichnet hierbei eine relative Translationsbewegung zwischen Enden des Federelements. Die bewegungsabhängige Erfassung der Absetz- und/oder Antastkraft wurde vorhergehend bereits beschrieben. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache Erfassung der Absetz- und/oder Antastkraft.
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Weiter umfasst die Vorrichtung zumindest einen Verbindungsabschnitt, wobei der Trägerbefestigungsabschnitt und der Sensorbefestigungsabschnitt über den Verbindungsabschnitt, insbesondere mechanisch, verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt kann auch als Verbindungselement bezeichnet werden.
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Der Verbindungsabschnitt kann sich in einem Ausgangzustand des Verbindungsabschnitts orthogonal zur Relativbewegungsrichtung, insbesondere zur Antastrichtung, erstrecken. Der Ausgangszustand liegt insbesondere dann vor, wenn sich das mindestens eine Federelement in einer Ausgangslage befindet, also nicht ein- oder ausgefedert ist. Somit liegt der Ausgangzustand insbesondere dann vor, falls eine Erfassungseinrichtung an der vorgeschlagenen Vorrichtung befestigt ist, jedoch keine Absetz- und/oder Antastkraft erzeugt wird. In diesem Fall kann das mindestens eine Federelement derart ausgebildet, insbesondere vorgespannt, sein, dass sich auch bei einer durch die Erfassungseinrichtung auf die vorgeschlagene Vorrichtung ausgeübten Gewichtskraft die orthogonale Ausrichtung des Verbindungsabschnitts zur Relativbewegungsrichtung ergibt. Der Ausgangszustand des mindestens einen Federelements kann somit einen vorgespannten Zustand oder einen nicht vorgespannten Zustand bezeichnen.
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Der Verbindungsabschnitt weist zumindest einen Drehfederabschnitt auf. In diesem Fall kann das mindestens eine Federelement z.B. als Drehfederelement oder Torsionsfederelement ausgebildet sein. Der Drehfederabschnitt weist hierbei eine Rotationsachse auf. Z.B. können entgegengesetzte Enden des Drehfederabschnitts relativ zueinander um die Rotationsachse verdrehbar sein.
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Die Rotationsachse ist orthogonal zur Relativbewegungsrichtung, insbesondere zur Absetz- und/oder Antastrichtung, orientiert. Auch kann die Rotationsachse orthogonal zu einer Ebene orientiert sein, in der eine durch die Relativbewegungsrichtung definierte Gerade und eine zentrale Mittellinie, z.B. eine zentrale Symmetrieachse, des Verbindungsabschnitts angeordnet sind oder verlaufen.
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Auch kann die Rotationsachse orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Verbindungsabschnitts im Ausgangszustand orientiert sein. Die Erstreckungsrichtung kann hierbei insbesondere eine Richtung beschreiben, entlang derer sich eine zentrale Mittellinie, beispielsweise eine zentrale Symmetrieachse, des Verbindungsabschnitts im Ausgangszustand erstreckt. Der Verbindungsabschnitt kann hierbei im Ausgangszustand insbesondere einen geradlinigen Verlauf aufweisen.
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In diesem Fall wird also die vorhergehend erläuterte Relativbewegung des Trägerbefestigungsabschnitts und des Sensorbefestigungsabschnitts in oder entgegen der Relativbewegungsrichtung durch eine Rotation um die Rotationsachse und somit durch den Drehfederabschnitt ermöglicht. In der vorgeschlagenen Ausführungsform kann der mindestens eine Verbindungsabschnitt also parallel zu der abzutastenden Oberfläche oder annähernd parallel zur Oberfläche orientiert sein. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst geringe Beeinträchtigung einer Positionierbarkeit der Erfassungseinrichtung durch die vorgeschlagene Vorrichtung.
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Erfindungsgemäß weist der Verbindungsabschnitt zwei Drehfederabschnitte mit parallelen Rotationsachsen auf. Die Drehfederabschnitte können hierbei entlang der Mittellinie des Verbindungsabschnitts benachbart, insbesondere mit einem vorbestimmten Abstand benachbart, zueinander angeordnet sein.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass sich beim Absetzen der Erfassungseinrichtung auf der Oberfläche des Messobjekts, insbesondere mit einer gewünschten Absetz- und/oder Antastkraft, keine oder nur eine geringe Veränderung der relativen Orientierung zwischen Trägerbefestigungsabschnitt und Sensorbefestigungsabschnitt ergibt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zwei in Relativbewegungsrichtung übereinander angeordnete Verbindungsabschnitte, wobei Rotationsachsen der Drehfederabschnitte der mindestens zwei Verbindungsabschnitte parallel orientiert sind. Somit kann die Vorrichtung also zwei Tragarme mit jeweils mindestens einem, vorzugsweise jedoch jeweils mindestens zwei, Drehfederabschnitten aufweisen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Befestigung der Erfassungseinrichtung an der Trägereinrichtung, wobei insbesondere eine Veränderung der relativen Orientierung zwischen Trägerbefestigungsabschnitt und Sensorbefestigungsabschnitt beim Absetzen auf dem Werkstück, insbesondere mit einer vorbestimmten Absetz- und/oder Antastkraft, verhindert oder minimiert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens zwei entlang einer Rotationsachse eines Drehfederabschnitts nebeneinander angeordnete Verbindungsabschnitte, wobei Rotationsachsen der Drehfederabschnitte der mindestens zwei Verbindungsabschnitte parallel orientiert sind. In dieser Ausführungsform kann die Erfassungseinrichtung zwischen den entlang der Rotationsachse benachbarten Verbindungsabschnitten angeordnet werden. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zwei Sensorbefestigungsabschnitte auf, wobei jeder Sensorbefestigungsabschnitt jeweils über zwei in Relativbewegungsrichtung übereinander angeordnete Verbindungsabschnitte mit einem gemeinsamen Trägerbefestigungsabschnitt oder jeweils einem Trägerbefestigungsabschnitt verbunden sind. In diesem Fall kann die Erfassungseinrichtung zwischen den beiden Sensorbefestigungsabschnitten angeordnet werden.
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Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst stabile Aufhängung der Erfassungseinrichtung an einer Trägereinrichtung. Die mindestens zwei Sensorbefestigungsabschnitte, der mindestens eine Trägerbefestigungsabschnitt und die Verbindungsabschnitte bilden somit einen Aufhängerahmen, der eine angefederte Aufhängung der Erfassungseinrichtung an der Trägereinrichtung ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Drehfederabschnitt als Festkörpergelenk ausgebildet. Das Festkörpergelenk kann hierbei eine Relativbewegung, insbesondere eine relative Drehbewegung, zwischen zwei Starrkörperbereichen durch eine Biegung erlauben.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache Ausbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Halterung der Erfassungseinrichtung.
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Weiter vorgeschlagen wird eine Anordnung, umfassend eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Eigenschaften eines Messobjekts, insbesondere von Eigenschaften einer Oberfläche des Messobjekts. Die Anordnung umfasst weiter eine Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen.
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Die Erfassungseinrichtung kann eine Absetz- und/oder Antastrichtung aufweisen. Die Vorrichtung ist über mindestens einen Trägerbefestigungsabschnitt an einer Trägereinrichtung befestigbar. Weiter ist die Vorrichtung über mindestens einen Sensorbefestigungsabschnitt an der Erfassungseinrichtung befestigt.
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Weiter weist die Vorrichtung mindestens ein Federelement auf, wobei das Federelement derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass der mindestens eine Trägerbefestigungsabschnitt relativ zum mindestens einen Sensorbefestigungsabschnitt zumindest in oder entgegen einer Relativbewegungsrichtung beweglich ist. Insbesondere kann die Relativbewegungsrichtung parallel zu einer Absetz- und/oder Antastrichtung der Erfassungseinrichtung orientiert sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anordnung eine Trägereinrichtung, wobei die Vorrichtung über den mindestens einen Trägerbefestigungsabschnitt an der Trägereinrichtung befestigt ist.
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Die Trägereinrichtung kann hierbei eine Einrichtung zur Einstellung einer Position und/oder Orientierung der Erfassungseinrichtung bezeichnen.
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Die Trägereinrichtung kann beispielsweise ein Roboter, eine Werkzeugmaschine oder eine sonstige Trägereinrichtung, die vorzugsweise in Produktionsverfahren verwendet wird, sein. Die Trägereinrichtung kann auch als Positioniervorrichtung bezeichnet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Trägereinrichtung ein Dreh-Schwenk-Gelenk auf, wobei die Vorrichtung über den mindestens einen Trägerbefestigungsabschnitt an dem Dreh-Schwenk-Gelenk befestigt ist. Somit wird ein Dreh-Schwenk-Messkopfsystem bereitsgestellt.
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Wie eingangs bereits näher erläutert, kann das Dreh-Schwenk-Gelenk einen um eine Drehachse drehbaren Teil aufweisen, wobei die Vorrichtung über den mindestens einen Trägerbefestigungsabschnitt an diesem drehbaren Teil befestigt ist. Weiter kann das Dreh-Schwenk-Gelenk einen feststehenden Teil aufweisen, relativ zu dem der drehbare Teil um die Drehachse drehbar ist. Auch das feststehende Teil kann um eine weitere Drehachse drehbar sein.
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Das Dreh-Schwenk-Gelenk bezeichnet somit ein Gelenk, welches eine relative Verdrehung zwischen Enden des Gelenks um mindestens eine Drehachse ermöglicht. Vorzugsweise ermöglicht das Gelenk eine relative Verdrehung um mindestens zwei, vorzugsweise drei, weiter vorzugsweise orthogonal zueinander orientierten, Drehachsen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Trägereinrichtung als Koordinatenmessgerät ausgebildet. Hierbei kann das Koordinatenmessgerät ein Koordinatenmessgerät in Ständer- oder Portalbauweise sein. Die vorgeschlagene Vorrichtung kann an einer oder einem Dreh-Schwenk-Gelenk des Koordinatenmessgeräts befestigt werden. Die Befestigung kann hierbei eine starre Befestigung sein. Auch kann die Befestigung über eine geeignete Wechselschnittstelle erfolgen.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Halterung einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Eigenschaften eines Messobjekts an einer Trägereinrichtung mittels einer Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen. Hierbei wird mindestens ein Trägerbefestigungsabschnitt der Vorrichtung an der Trägereinrichtung befestigt. Weiter wird mindestens ein Sensorbefestigungsabschnitt der Vorrichtung an der Erfassungseinrichtung befestigt. Weiter erfolgt die Befestigung derart, dass der mindestens eine Trägerbefestigungsabschnitt relativ zum mindestens einen Sensorbefestigungsabschnitt zumindest in oder entgegen einer Relativbewegungsrichtung beweglich ist. Insbesondere kann die Relativbewegungsrichtung parallel zu einer Absetz- und/oder Antastrichtung der Erfassungseinrichtung orientiert sein. Weiter kann die Befestigung derart erfolgen, dass die Relativbewegung durch das mindestens eine Federelement ermöglicht wird.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Befestigung der Erfassungseinrichtung an der Trägereinrichtung derart, dass ein Absetzen der Erfassungseinrichtung auf einer Oberfläche des zu erfassenden Werkstücks mit einer gewünschten Ausrichtung und einer gewünschten Antastkraft möglich ist.
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Weiter beschrieben wird auch ein Verfahren, wobei eine Antastkraft erfasst wird, mit der die Erfassungseinrichtung auf der Oberfläche positioniert wird. Die Antastkraft kann hierbei für eine Positions- und/oder Orientierungsregelung, z. B. der Trägereinrichtung, verwendet werden.
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Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung eine Vorrichtung zur Erfassung einer Rauheit und/oder eines Profils einer Oberfläche eines Messobjekts sein. Die Rauheit kann hierbei eine Unebenheit einer Oberflächenhöhe bezeichnen.
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Die Erfassungseinrichtung kann einen statischen Teil umfassen. Der statische Teil bezeichnet hierbei einen Teil der Erfassungseinrichtung, der während der Erfassung ortsfest angeordnet ist, insbesondere auf einer Oberfläche des Messobjekts angeordnet ist. Der statische Teil kann wiederum an dem Sensorbefestigungsabschnitt befestigt sein Weiter kann die Erfassungseinrichtung einen beweglichen Teil umfassen. Der bewegliche Teil bezeichnet hierbei einen Teil, der zur Erfassung der Rauheit und/oder des Profils entlang der Oberfläche bewegt wird, insbesondere mit einer Linearbewegung bewegt wird. Nachfolgend wird für den statischen Teil auch der Begriff Stator und für den beweglichen Teil der Begriff Läufer verwendet.
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Weiter kann die Erfassungseinrichtung mindestens eine Führungseinrichtung zur Führung einer Linearbewegung des beweglichen Teils und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie zum Antrieb des beweglichen Teils in oder entgegen einer gewünschten Bewegungsrichtung umfassen. Die mindestens eine Führungseinrichtung kann hierbei statorseitige Führungsmittel oder -elemente und läuferseitige Führungsmittel oder - elemente umfassen. Insbesondere kann die mindestens eine Führungseinrichtung eine Linearführung ausbilden, wobei eine Linearführung eine möglichst reibungsfreie Translationsbewegung des Läufers unter Einhaltung einer geraden Bewegungsrichtung, also entlang einer linearen Bahn, gewährleistet. Vorzugsweise ist die mindestens eine Führungseinrichtung als Gleitführung ausgebildet. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Formen der Linearführung, z.B. Linearwälzführungen oder Laufrollenausführungen vorstellbar. Die Führungseinrichtung ist hierbei vorzugsweise derart ausgebildet, das das Abbe-Prinzip eingehalten wird.
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Die Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie bezeichnet hierbei jede Einrichtung, die über ein nachfolgend noch näher erläutertes Energieübertragungsmittel Antriebsenergie zum beweglichen Teil übertragen kann. Insbesondere kann die Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie als eine Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft ausgebildet sein. Die Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie kann hierbei zumindest teilweise am Stator angeordnet sein.
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Zumindest ein Teil eines Tastersystems zur Erfassung der Rauheit und/oder des Profils ist an dem beweglichen Teil angeordnet. Das Tastersystem bezeichnet eine Gesamtheit von Elementen zur Erzeugung eines die Rauheit und/oder das Profil repräsentierenden Ausgangssignals, insbesondere elektrischen Ausgangssignals.
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Das Tastersystem kann hierbei mindestens ein Tastelement zur Abtastung der Oberfläche umfassen. Das Tastersystem kann hierbei als berührendes Tastersystem ausgebildet sein. Das Tastersystem kann z. B. einen Taster und/oder ein Tastelement, beispielsweise eine Tastkugel, Tastspitze oder-nadel, umfassen. In diesem Fall berührt ein Teil des Tastersystems die Oberfläche während der Erfassung der Rauheit und/oder des Profils.
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Alternativ kann das Tastersystem auch als berührungloses Tastersystem ausgebildet sein, welches eine berührungslose, insbesondere optische, Erfassung der Rauheit und/oder des Profils ermöglicht.
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Vorzugsweise umfasst das Tastersystem das Tastelement und einen Tastarm, wobei das Tastelement an dem Tastarm befestigt oder gelagert ist, insbesondere an einem freien Ende des Tastarms. Der Tastarm kann auch als Tasthebel bezeichnet werden.
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Im Falle eines berührenden Tastersystems kann der Tastarm beweglich am Läufer befestigt sein, insbesondere um eine Rotationsachse schwenkbar gelagert sein.
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Weiter kann das Tastersystem einen Messwertgeber oder Messwerterzeuger umfassen, der ein Ausgangssignal erzeugt, in dessen Abhängigkeit die Rauheit und/oder das Profil bestimmt werden kann. Im Falle eines berührenden Tastelements kann der Messwertgeber beispielsweise ein Ausgangssignal in Abhängigkeit einer Auslenkung des Tastelements erzeugen. Hierzu kann der Messwertgeber beispielsweise als Bewegungs- oder Positionssensor ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Messwertgeber als optischer, kapazitiver, induktiver oder magnetischer Geber ausgebildet sein, wobei mittels des Gebers die Bewegung und/oder Position des Tastelements direkt oder indirekt erfassbar ist. Ein magnetischer Geber kann hierbei als Magnetresonanzgeber ausgebildet sein. Auch ist vorstellbar, dass der Messwertgeber eine Rotation des schwenkbar gelagerten Tastarmes erfasst, wobei in Abhängigkeit einer Länge des Tastarms und des erfassten Rotationswinkels die Auslenkung des Tastelements erfasst werden kann.
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Vorzugsweise ist das gesamte Tastersystem, insbesondere aber das Tastelement, an dem beweglichen Teil, also dem Läufer, angeordnet.
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Weiter ist über mindestens ein Energieübertragungsmittel die vorhergehend erläuterte Antriebsenergie auf das bewegliche Teil übertragbar. Das mindestens eine Energieübertragungsmittel bezeichnet hierbei das Mittel, durch welche die auf den beweglichen Teil wirkende Antriebskraft bereitgestellt wird. Eine Energieübertragung von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie hin zum beweglichen Teil erfolgt somit zumindest teilweise über das Energieübertragungsmittel. Die Energieübertragung von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie hin zum beweglichen Teil kann rein mechanisch, zumindest teilweise mechanisch oder auch rein nicht-mechanisch erfolgen. Das Energieübertragungsmittel als Teil der Übertragungsstrecke kann jedoch ausschließlich eine mechanische Übertragung oder eine nicht-mechanische Übertragung ermöglichen. Das mindestens eine Energieübertragungsmittel bildet somit einen Teil einer Übertragungsstrecke für die Antriebsenergie von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie zum beweglichen Teil aus, insbesondere den in einer Richtung von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie hin zum beweglichen Teil letzten Teil der Übertragungsstrecke aus. Das mindestens eine Energieübertragungsmittel umfasst hierbei alle Elemente, die zur Übertragung der von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie erzeugten Antriebsenergie auf den beweglichen Teil und/oder zur Bereitstellung einer auf den beweglichen Teil wirkenden Antriebskraft dienen. Somit kann ein Energieübertragungsmittel auch ein Energieumwandlungselement umfassen, das z.B. eine erzeugte und gegebenenfalls übertragene Antriebsenergie in eine Antriebskraft umwandelt. Hierbei kann das mindestens eine Energieübertragungsmittel zwischen einem beweglichen Element der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie, beispielsweise einer Abtriebswelle eines Aktors, und dem beweglichen Teil angeordnet sein.
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Das mindestens eine Energieübertragungsmittel kann z.B. als Kraftübertragungsmittel ausgebildet sein.
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Weiter ist das Energieübertragungsmittel ein mechanisches oder ein nicht-mechanisches Energieübertragungsmittel, wobei ein mechanisches Energieübertragungsmittel derart ausgebildet ist, dass während einer Energieübertragung auf das bewegliche Teil zumindest in eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung keine Kraft auf das bewegliche Teil wirkt oder wirken kann. Durch ein mechanisches Energieübertragungsmittel erfolgt eine mechanische Energieübertragung, durch ein nicht-mechanisches Energieübertragungsmittel erfolgt eine nicht-mechanische Energieübertragung.
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Bei einer mechanischen Energieübertragung können z.B. die Energieübertragungsmittel als Mittel zur mechanischen Kraftübertragung, z.B. Wellen, Getriebe, ausgebildet sein. Mittel zur mechanischen Kraftübertragung können insbesondere mechanische Bauteile sein. Bei einer rein mechanischen Energieübertragung können z.B. ausschließlich Mittel zur mechanischen Kraftübertragung verwendet werden. In diesem Fall kann das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet sein, dass eine rein mechanische Übertragung von Kräften in mindestens eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung nicht möglich ist. Dies kann bedeuten, dass über das mindestens eine Energieübertragungsmittel eine Kraft, die in die mindestens eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung gerichtet ist, nicht mechanisch übertragbar ist. Wird also zumindest ein Teil der Antriebsenergie oder die gesamte Antriebsenergie mechanisch übertragen, so wirkt auf das bewegliche Teil zumindest in eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung keine Kraft.
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Zusammenfassend ergibt sich also, dass bei einer, insbesondere einer rein, mechanischen Energieübertragung keine Kraft in mindestens einer von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung übertragen wird und/oder auf das bewegliche Teil wirkt.
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Vorzugsweise ist bei einer zumindest teilweisen mechanischen Übertragung der Antriebsenergie das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet, dass bei einer Übertragung von Antriebsenergie eine Kraft ausschließlich in oder entgegen einer Bewegungsrichtung übertragen wird und/oder auf das bewegliche Teil wirkt.
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In anderen Worten bedeutet dies, dass bei einer Erzeugung der Antriebsenergie, insbesondere bei Erzeugung einer Antriebskraft, durch die Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie, eine, insbesondere rein, mechanische Übertragung der Energie, insbesondere der Kraft, nicht möglich ist oder nur derart möglich ist, dass in die mindestens eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung keine Kraft auf den Läufer wirkt. Bei einer, insbesondere rein, mechanischen Übertragung kann z. B. ein Kraftanteil, der in die von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung gerichtet ist, herausgefiltert werden.
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Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise bei einer zumindest teilweisen, insbesondere aber rein, mechanischen Übertragung der Antriebsenergie eine Reduktion von Kräften, die nicht in Bewegungsrichtung orientiert sind. Beispielsweise können somit Querkräfte wirkungsvoll minimiert werden. Dies wiederum erhöht eine Genauigkeit der Erfassung, da durch die vorhergehend erläuterte Kraftminimierung keine Abweichung von der gewünschten Linearbewegung und somit von einer gewünschten Messstrecke auftritt.
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Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung kann aber auch eine nicht-mechanische, insbesondere ein rein nicht-mechanische, Energieübertragung erfolgen. Dies bedeutet z.B., dass eine magnetische oder elektromagnetische Übertragung von Kräften möglich ist. Hierbei kann das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet sein, dass eine derart nicht-mechanisch übertragene Antriebsenergie in eine auf den beweglichen Teil wirkende Antriebskraft umgewandelt wird, die in oder entgegen der Bewegungsrichtung wirkt.
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Bei einer zumindest teilweisen nicht-mechanischen Energieübertragung kann das Energieübertragungsmittel als Mittel zur nicht-mechanischen Energie- bzw. Kraftübertragung ausgebildet sein. Das Energieübertragungsmittel kann in diesem Fall beispielsweise eine magnetische oder elektromagnetische Übertragung von Kräften ermöglichen. Hierbei kann das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet sein, dass eine derart nicht-mechanisch übertragene Antriebsenergie in eine auf den beweglichen Teil wirkende Antriebskraft umgewandelt wird, die in oder entgegen der Bewegungsrichtung wirkt.
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Auch das nicht-mechanische Energieübertragungsmittel kann derart ausgebildet sein, dass während einer Energieübertragung auf das bewegliche Teil zumindest in eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung keine Kraft wirkt. Allerdings ist dies nicht zwingend. So kann im Falle der nicht-mechanischen Energieübertragung nicht ausgeschlossen werden, dass während der Energieübertragung auch Kräfte, die in einer oder mehreren, insbesondere allen, von der Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung(en) wirken, auf den beweglichen Teil wirken und/oder übertragen werden.
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Somit sind auch Ausführungsformen vorstellbar, in denen eine Antriebsenergie teilweise mechanisch, z.B. über mechanische Energieübertragungselemente, als auch nicht-mechanisch, z.B. über nicht-mechanische Energieübertragungselement, übertragen wird.
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Wird die Antriebsenergie nicht oder nicht vollständig mechanisch übertragen, so werden von der Bewegungsrichtung abweichend orientierte Kräfte mechanisch nicht übertragen, wobei dies ebenfalls eine Bewegung des beweglichen Teils entlang der gewünschten Messstrecke verbessert.
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Selbstverständlich kann die Erfassungseinrichtung auch ein Gehäuse umfassen, wobei zumindest ein Teil der Erfassungseinrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet sein kann. Das Gehäuse kann beispielsweise Teil des Stators sein oder am Stator befestigt sein.
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Wie vorhergehend erläutert, kann die Erfassungseinrichtung mindestens ein Abstützelement zum Absetzen des statischen Teils auf einem Messobjekt aufweisen. Im abgesetzten Zustand ist der statische Teil über das mindestens eine Abstützelement auf dem Messobjekt gelagert. Somit kann der statische Teil über das mindestens eine Abstützelement in mechanischem Kontakt mit dem Messobjekt, insbesondere einer Oberfläche des Messobjekts, stehen. Hierbei kann die Erfassungseinrichtung ausschließlich ein Abstützelement zur Lagerung des statischen Teils auf einem Werkstück umfassen.
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Das Abstützelement kann zur Einstellung eines Referenzabstandes zwischen der Erfassungseinrichtung, insbesondere einem Taster und/oder Tastelement der Erfassungseinrichtung, und der Oberfläche dienen. Das mindestens eine Abstützelement kann hierbei mechanisch lösbar an der Erfassungseinrichtung, insbesondere an dem statischen Teil, befestigt sein. Hierdurch können in vorteilhafter Weise Abstützelemente mit verschiedenen Geometrien an dem statischen Teil angebracht werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine an verschiedene Oberflächentopologien angepasste Lagerung des statischen Teils auf dem Werkstück. Beispielsweise kann das Abstützelement eine ebene Abstützfläche aufweisen. Alternativ kann ein Abstützelement eine konvexe oder konkave Abstützfläche aufweisen. Weiter alternativ kann ein Abstützelement eine gestufte Abstützfläche aufweisen. Somit wird allgemein ein Abstützelement beschrieben, das eine Abstützfläche aufweist, die an eine Oberflächentopologie des Werkstückes mit der zu erfassenden Oberfläche angepasst ist. Die Abstützfläche beschreibt hierbei einen Teil einer Oberfläche des Abstützelements, der im abgesetzten Zustand in mechanischem Kontakt mit dem Messobjekt, insbesondere einer Oberfläche des Messobjekts, steht. So kann das Abstützelement mit einer konvexen Abstützfläche bevorzugt zur Abstützung auf einer äußeren Mantelfläche eines Zylinders dienen. Eine konkave Abstützfläche kann zur Abstützung auf inneren Mantelflächen eines Hohlzylinders genutzt werden. Somit kann das mindestens eine Abstützelement auch als Zentrier- oder Positionierhilfe in Bezug auf das zu erfassende Werkstück genutzt werden, insbesondere gemeinsam mit dem verwendeten Tastersystem.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung,
- 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung,
- 3 eine Seitenansicht der in 2 dargestellten Anordnung und
- 4 eine Draufsicht auf die in 2 dargestellte Anordnung.
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1 stellt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 dar. Die Anordnung umfasst eine als Sensor 2 bezeichnete Erfassungseinrichtung. Der Sensor 2 umfasst einen Tastarm 3 und eine Tastspitze 4, die an einem freien Ende des Tastarms 3 angeordnet ist. Die Tastspitze 4 ist hierbei kegelförmig ausgebildet. In 1 ist dargestellt, dass der Sensor 2 ein Abstützelement 5 aufweist und auf eine Oberfläche 6 eines Messobjekts (nicht dargestellt) abgesetzt ist. Hierbei liegt die Tastspitze 4 auf der Oberfläche 6 auf.
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Die Tastspitze 4 kann hierbei entlang einer longitudinalen Achse x entlang einer vorzugsweise linearen Messstrecke bewegt werden. Hierbei kann die Tastspitze 4 und somit auch der Tastarm 3 ausgelenkt werden. Die Auslenkung erfolgt hierbei zumindest anteilsmäßig in einer vertikalen Richtung, die durch eine Pfeilspitze einer vertikalen Achse z angedeutet ist. Dargestellt ist weiter eine Mittellinie 7 der Tastspitze 4, wobei eine Antastrichtung AR des Sensors 2 in einem unausgelenkten Zustand des Sensors 2 entlang der Mittellinie 7 und entgegengesetzt zur vorhergehend erläuterten vertikalen Richtung orientiert ist. Die Antastrichtung AR kann auch senkrecht zu der zu erfassenden Oberfläche 6 orientiert sein.
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Die Antastrichtung AR entspricht hierbei einer Absetzrichtung des Sensors 2, wobei die Absetzrichtung senkrecht zu einer Kontaktfläche 19 des Sensors 2 orientiert ist. Die Kontaktfläche 19 bezeichnet hierbei eine Fläche, die beim Absetzen des Sensors 2 in Kontakt mit der Oberfläche 6 des Messobjekts steht.
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Weiter umfasst die Anordnung 1 eine Vorrichtung 8 zur Halterung des Sensors 2. Die Vorrichtung 8 weist einen Sensorbefestigungsabschnitt 9 auf, wobei der Sensor 2, insbesondere ein Gehäuse des Sensors 2, an dem Sensorbefestigungsabschnitt 9 befestigt ist. Weiter weist die Vorrichtung 8 einen Trägerbefestigungsabschnitt 10 auf, wobei eine Trägereinrichtung 11 an dem Trägerbefestigungsabschnitt 10 befestigt ist.
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Schematisch dargestellt sind ein erstes Federelement, welches als erster Drehfederabschnitt 12a ausgebildet ist und ein weiteres Federelement, welches als zweiter Drehfederabschnitt 12b ausgebildet ist, die in einem Verbindungsabschnitt 13 des Trägerbefestigungsabschnitts 10 und des Sensorbefestigungsabschnitts 9 angeordnet sind. Die Federelemente sind hierbei als Festkörpergelenke ausgebildet. Die Drehfederabschnitte 12a, 12b sind insbesondere jeweils als Verjüngung des Verbindungsabschnitts 13 ausgebildet
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Die Federelemente ermöglichen hierbei, dass der Trägerbefestigungsabschnitt 10 relativ zum Sensorbefestigungsabschnitt 9 in oder entgegen einer Relativbewegungsrichtung beweglich ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Relativbewegungsrichtung parallel zu der Antastrichtung AR des Sensors 2 orientiert. Insbesondere ermöglichen die Federelemente 12a, 12b somit eine Relativbewegung mit einer Relativbewegungsrichtung entlang der vertikalen Richtung z.
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In 1 ist dargestellt, dass die Trägereinrichtung 11 ein Dreh-Schwenk-Gelenk 14 und ein Koordinatenmessgerät 15 umfasst. Das Dreh-Schwenk-Gelenk 14 kann beispielsweise an einem freien Ende einer Pinole (nicht dargestellt) des Koordinatenmessgeräts 15 befestigt sein.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 dargestellt. Die Anordnung 1 umfasst einen Sensor 2, wobei ausschließlich ein Sensorgehäuse 16 und keine weiteren Elemente des Sensors 2 dargestellt sind. Weiter dargestellt ist eine vertikale Achse z, eine longitudinale Achse x und eine zu beiden Achsen x, z orthogonal orientierte laterale Achse y. Eine Vorrichtung zur Halterung des Sensors 2 weist einen ersten Verbindungsabschnitt 17a und einen weiteren Verbindungsabschnitt 17b auf. Über die Verbindungsabschnitte 17a, 17b ist ein erster Sensorbefestigungsabschnitt 9a mit einem Trägerbefestigungsabschnitt 10 verbunden. Jeder Verbindungsabschnitt 17a, 17b weist hierbei einen ersten Drehfederabschnitt 12a und einen weiteren Drehfederabschnitt 12b auf, die jeweils als Festkörpergelenke ausgebildet sind. Über den ersten Drehfederabschnitt 12a ist der erste Sensorbefestigungsabschnitt 9a mit einem starr ausgebildeten Zwischenabschnitt 18a, 18b verbunden. Über den jeweils zweiten Drehfederabschnitt 12b ist der starre Zwischenabschnitt 18a, 18b mit dem Trägerbefestigungsabschnitt 10 verbunden. Die Verbindungsabschnitte 17a, 17b sind hierbei in Antastrichtung AR (siehe 1) und somit insbesondere in der vertikalen Richtung übereinander angeordnet. Rotationsachsen der Drehfederabschnitte 12a, 12b erstrecken sich parallel zur lateralen Achse y.
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Beim Absetzen des Sensors 2 auf der Oberfläche 6 wird durch die dargestellten Verbindungsabschnitte 17a, 17b eine Relativbewegung zwischen dem Sensor 2 und einem Dreh-Schwenk-Gelenk 14 ermöglicht. Hierbei ist nur ein Befestigungsteller des Dreh-Schwenk-Gelenks 14 dargestellt.
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Das Dreh-Schwenk-Gelenk 14 ermöglicht hierbei eine Rotation um die longitudinale Achse x und die vertikale Achse z. Bevorzugt kann das Dreh-Schwenk-Gelenk auch eine Rotation um die laterale Achse y ermöglichen.
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In 3 ist eine Seitenansicht der Anordnung 1 aus 2 dargestellt. Im Unterschied zu 2 ist hierbei ein Abstützelement 5 des Sensors 2 dargestellt, wobei ein statischer Teil des Sensors 2 mittels des Abstützelements 5 auf der Oberfläche 6 angeordnet oder abgesetzt ist. Weiter dargestellt ist ein als Tastspitze 4 ausgebildetes Tastelement, das entlang der longitudinalen Achse x beweglich ist und zur berührenden Erfassung oder Abtastung der Oberfläche 6 dient. Wie auch in 2 sind ein erster und ein zweiter Verbindungsabschnitt 17a, 17b dargestellt, die jeweils ein erstes und einen weiteren Drehfederabschnitt 12a, 12b sowie einen starren Zwischenabschnitt 18a, 18b umfassen. Über Verbindungsabschnitte 17a, 17b ist ein gemeinsamer Sensorbefestigungsabschnitt 9a mit einem Trägerbefestigungsabschnitt 10 mechanisch verbunden.
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4 zeigt eine Draufsicht auf die in 2 dargestellten Anordnung 1. Hierbei ist insbesondere ein dritter Verbindungsabschnitt 17c dargestellt, der ebenfalls einen ersten Drehfederabschnitt 12a, einen zweiten Drehfederabschnitt 12b und einen starren Zwischenabschnitt 18c umfasst. Über den dritten Verbindungsabschnitt 17c ist ein zweiter Sensorbefestigungsabschnitt 9b mit dem gemeinsamen Trägerbefestigungsabschnitt 10 verbunden. Hierbei ist dargestellt, dass der erste Verbindungsabschnitt 17a entlang der lateralen Achse y und somit auch entlang der Rotationsachsen der Drehfederabschnitte 12, 12b beabstandet von dem dritten Verbindungsabschnitt 17c angeordnet ist. Somit ist der dritte Verbindungsabschnitt 17c entlang der Rotationsachsen der Drehabschnitte 12a, 12b benachbart zu dem ersten Verbindungsabschnitt 17a angeordnet. Der Sensor 2 ist hierbei zwischen dem ersten Sensorbefestigungsabschnitt 9a und dem zweiten Sensorbefestigungsabschnitt 9b angeordnet.
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In 4 nicht dargestellt ist ein vierter Verbindungsabschnitt, der wiederum einen ersten und einen zweiten Drehfederabschnitt und einen starren Zwischenabschnitt aufweisen kann und in vertikaler Richtung unterhalb des dritten Verbindungsabschnitts 17c angeordnet sein kann. Hierbei verbindet der vierte Verbindungsabschnitt ebenfalls den zweiten Sensorbefestigungsabschnitt 9b mit dem gemeinsamen Trägerbefestigungsabschnitt 10. Somit ist der Sensor 2 in einem gefederten Rahmen aufgehängt, der eine Relativbewegung zwischen Sensor 2 und Trägereinrichtung 14 entlang der vertikalen Achse z (siehe 2) zulässt.
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Mittels der Drehfederabschnitte 12a, 12b der Verbindungsabschnitte 17a, 17b, 17c kann auch eine Antastkraft des Sensors 2 auf die Oberfläche 6 eingestellt werden.
