DE102016201574A1 - Coordinate measuring machine with a quill, method for operating the coordinate measuring machine and method for producing the coordinate measuring machine - Google Patents
Coordinate measuring machine with a quill, method for operating the coordinate measuring machine and method for producing the coordinate measuring machine Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einer Pinole (27), an der ein Sensor zum Aufnehmen von Messwerten zur Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks anbringbar ist und deren vertikale Position durch Bewegung der Pinole (27) einstellbar ist, wobei eine nach oben weisende Oberfläche (44) der Pinole (27) und/oder eine nach oben weisende Oberfläche eines mit der Pinole verbundenen Bauteils, das sich bei einer Bewegung der Pinole mitbewegt, zumindest einen während eines Betriebes des Koordinatenmessgerätes unter Unterdruck stehenden Gasraum begrenzt, so dass die Pinole (27) eine nach oben gerichtete Kraft erfährt, die einer Differenz zwischen einem Gasdruck in einer Umgebung der Pinole (27) und dem Unterdruck entspricht.The invention relates to a coordinate measuring machine with a quill (27) to which a sensor for recording measured values for determining coordinates of a workpiece can be attached and whose vertical position is adjustable by movement of the quill (27), wherein an upwardly facing surface (44 ) of the sleeve (27) and / or an upwardly facing surface of a quill associated with the component, which moves with a movement of the quill, at least one during operation of the coordinate measuring machine under negative pressure gas space limited so that the quill (27) experiences an upward force corresponding to a difference between a gas pressure in an environment of the sleeve (27) and the negative pressure.
Description
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einer Pinole, an der ein Sensor zum Aufnehmen von Messwerten zur Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks anbringbar ist und deren vertikale Position durch Bewegung der Pinole einstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Koordinatenmessgeräts. The invention relates to a coordinate measuring machine with a quill, to which a sensor for recording measured values for determining coordinates of a workpiece can be attached and whose vertical position is adjustable by moving the quill. The invention further relates to a method of operation and a method for producing such a coordinate measuring machine.
Koordinatenmessgeräte mit einer Pinole sind seit langem bekannt. Der Sensor (z.B. ein taktiler Sensor oder ein optischer Sensor) wird oder ist meist am unteren Ende der Pinole befestigt. Während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts wird die Pinole bewegt, insbesondere um das zu vermessende Werkstück aus verschiedenen Sensorpositionen abzutasten. Pinolen werden z.B. an Koordinatenmessgeräten in Portalbauweise oder in Gantry-Bauweise eingesetzt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Typen von Koordinatenmessgeräten beschränkt. Coordinate measuring machines with a quill have long been known. The sensor (e.g., a tactile sensor or an optical sensor) is or is usually attached to the lower end of the quill. During operation of the coordinate measuring machine, the sleeve is moved, in particular in order to scan the workpiece to be measured from different sensor positions. Quills are e.g. used on coordinate measuring machines in portal construction or in gantry design. However, the invention is not limited to these types of coordinate measuring machines.
Die Pinole ist relativ zu einem tragenden Teil des Koordinatenmessgeräts beweglich und durch Bewegung der Pinole ist die vertikale Position der Pinole einstellbar. Es besteht daher das Problem, dass das Gewicht der Pinole die Vermessung des von dem Koordinatenmessgerät zu vermessenden Werkstücks beeinflussen kann. Insbesondere kann das Gewicht zu einer Verformung von tragenden Teilen des Koordinatenmessgeräts führen, insbesondere abhängig von der Position der Pinole relativ zu der Basis des Koordinatenmessgeräts. Ferner kann sich das Gewicht der Pinole störend auf die Messung der Position der Pinole auswirken. Außerdem kann das Gewicht der Pinole bei der Bewegung der Pinole störend sein. Insbesondere bewirkt das Gewicht eine Trägheit und können daher Maximalwerte für die Beschleunigung und Geschwindigkeit bei der Bewegung der Pinole vorgegeben sein. The quill is movable relative to a supporting part of the coordinate measuring machine and by moving the quill, the vertical position of the quill is adjustable. There is therefore the problem that the weight of the quill can influence the measurement of the workpiece to be measured by the coordinate measuring machine. In particular, the weight may lead to a deformation of supporting parts of the coordinate measuring machine, in particular depending on the position of the quill relative to the base of the coordinate measuring machine. Furthermore, the weight of the quill can interfere with the measurement of the position of the quill. In addition, the weight of the quill can be annoying during the movement of the quill. In particular, the weight causes inertia and can therefore be given maximum values for the acceleration and speed during the movement of the quill.
Anordnungen zum Ausgleichen der Gewichtskraft sind bereits vorgeschlagen worden. Früher wurde der Gewichtsausgleich durch Gegengewichte vorgenommen. Koordinatenmessgeräte dieser Art sind z.B. in der
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, anstelle des Gegengewichts Pneumatikzylinder vorzusehen. Ein entsprechendes Koordinatenmessgerät ist beispielsweise in der
Vorbekannte Kompensationseinrichtungen haben auch den Nachteil eines hohen Platzbedarfs. So weist z.B. das Koordinatenmessgerät (im Folgenden abgekürzt durch KMG) nach
Kompensationseinrichtungen mit mechanischen Federn haben prinzipiell den Nachteil, dass sie das Gewicht der Pinole nicht in allen vertikalen Positionen der Pinole exakt ausgleichen können. Compensation devices with mechanical springs have in principle the disadvantage that they can not exactly balance the weight of the quill in all vertical positions of the quill.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät mit einer Pinole anzugeben, deren Gewicht kompensiert werden kann, ohne zusätzliche Kräfte zu erzeugen, die bei der Bewegung der Pinole störend sind. Insbesondere soll die Gewichtskraftkompensation einstellbar sein, um unterschiedliche Gewichte von wahlweise und austauschbar an der Pinole angebrachten Gelenken, Messköpfen, und/oder Messsensoren zum Abtasten des zu vermessenden Werkstücks ebenfalls kompensieren zu können. Weitere Aufgaben der Erfindung sind es, ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts und ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Koordinatenmessgeräts anzugeben. It is an object of the present invention to provide a coordinate measuring machine with a quill, whose weight can be compensated without generating additional forces that are disturbing in the movement of the quill. In particular, the weight compensation should be adjustable to different weights of selectively and interchangeably mounted on the quill joints, measuring heads, and / or measuring sensors for scanning the workpiece to be measured can also compensate. Further objects of the invention are to specify a corresponding method for operating a coordinate measuring machine and a method for producing a corresponding coordinate measuring machine.
Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird das Gewicht der Pinole zumindest teilweise durch einen Unterdruck in zumindest einem Gasraum kompensiert, der oberhalb eines Materialbereichs liegt. Der Materialbereich ist Teil der Pinole und/oder eines fest mit der Pinole verbundenen zusätzlichen Bauteils und begrenzt den zumindest einen Gasraum. Da der Druck in dem Gasraum geringer als in der Umgebung der Pinole ist, kann er als Unterdruck bezeichnet werden und kann der Zustand des Gasraumes als Vakuum bezeichnet werden. Um das Gewicht, d.h. die Gewichtskraft, der Pinole zumindest teilweise kompensieren zu können, liegt der Gasraum oberhalb des Teils der Pinole und/oder des zusätzlichen, mit der Pinole verbundenen Bauteils. Die Erfindung ist nicht auf einen einzigen Gasraum mit Unterdruck beschränkt. Vielmehr kann die Pinole und/oder oder zumindest ein mit der Pinole fest verbundenes zusätzliches Bauteil insgesamt mehr als einen unter Unterdruck stehenden Gasraum an dessen Unterseite begrenzen. According to a basic concept of the present invention, the weight of the quill is at least partially compensated by a negative pressure in at least one gas space, which lies above a material region. The material region is part of the quill and / or an additional component fixedly connected to the quill and delimits the at least one gas space. Since the pressure in the gas space is less than in the vicinity of the quill, it can be referred to as a negative pressure and the state of the gas space can be referred to as a vacuum. In order to reduce the weight, i. the weight, to be able to compensate for the quill at least partially, is the gas space above the part of the quill and / or the additional, connected to the quill member. The invention is not limited to a single gas space with negative pressure. Rather, the quill and / or or at least one fixedly connected to the quill additional component can limit more than a total of negative pressure gas space at the bottom.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein Unterdruck in dem zumindest einen Gasraum auf einfache Weise und zu geringen Herstellungskosten erzeugt werden kann. Ferner verursacht das in dem Gasraum und dessen Zuleitung unter geringem Druck stehende Gas bei Bewegung der Pinole keine erhebliche Reibung und daher keine Reibungs- und Querkräfte, die die Dynamik der Bewegung der Pinole nachteilig beeinflussen. Dies ermöglicht insbesondere bei einer geradlinigen Bewegung der Pinole eine sehr hohe Bewegungsdynamik bei ebenfalls hoher Genauigkeit der Einstellung der vertikalen Position der Pinole. Anders ausgedrückt beeinflusst die vakuum-basierte Gewichtskompensation eine exakte Bewegungsführung der Pinole nicht negativ. The invention has the advantage that a negative pressure in the at least one gas space can be generated in a simple manner and at low production costs. Further, in the gas space and its supply line under low pressure gas causes movement of the quill no significant friction and therefore no friction and shear forces that adversely affect the dynamics of the movement of the quill. This allows a very high dynamics of movement, in particular with a straight-line movement of the sleeve, with likewise high accuracy of the adjustment of the vertical position of the sleeve. In other words, the vacuum-based weight compensation does not adversely affect exact movement of the quill.
Ein weiterer Vorteil der Nutzung von Vakuum zur Gewichtskompensation besteht darin, dass in dem Gasraum auch bei Bewegung der Pinole keine Wärme erzeugt wird, wie es bei Reibung zwischen beweglichen Teilen bekannter Kompensationseinrichtungen der Fall ist. Wärme führt zu Änderungen der Abmessungen der betroffenen Teile des Koordinatenmessgeräts und kann insbesondere zu Messfehlern beim Ablesen der Maßstäbe von Bewegungsachsen führen. A further advantage of the use of vacuum for weight compensation is that no heat is generated in the gas space even when moving the quill, as is the case with friction between moving parts of known compensation devices. Heat leads to changes in the dimensions of the affected parts of the coordinate measuring machine and can lead in particular to measurement errors when reading the scales of axes of motion.
Insbesondere können die Bewegungsmechanik und der Bewegungsantrieb der Pinole wie aus dem Stand der Technik bekannt ausgeführt sein. Z.B. kann eine Luftlagerung vorgesehen sein, die die Bewegung der Pinole relativ zu einem tragenden Teil lagert. Z.B. kann die Bewegung der Pinole über einen Reibradantrieb angetrieben werden. Es können aber auch andere Antriebe (z.B. über Zahnrad und/oder Spindel) eingesetzt werden. In particular, the movement mechanism and the movement drive of the quill can be designed as known from the prior art. For example, an air bearing can be provided which supports the movement of the quill relative to a supporting part. For example, the movement of the sleeve can be driven by a friction wheel drive. However, other drives (for example via toothed wheel and / or spindle) can also be used.
Unter einer Pinole eines Koordinatenmessgeräts wird ein bewegliches Teil verstanden, dessen vertikale Position (d.h. Position in vertikaler Richtung) einstellbar ist. An der Pinole ist ein Sensor zum Aufnehmen von Messwerten zum Zweck der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks angebracht oder anbringbar. Um das Gewicht der Pinole gering zu halten, kann die Pinole innen hohl sein. Dies ist jedoch kein für eine Pinole zwingend erforderliches Merkmal. Insbesondere kann die Pinole in der vertikalen Richtung linear beweglich sein, sodass die vertikale Position unmittelbar durch Bewegen der Pinole in der vertikalen Richtung eingestellt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die Pinole nicht oder nicht exakt in vertikaler Richtung linear beweglich ist, sondern das Koordinatenmessgerät eine Bewegungsmechanik aufweist, die die Pinole in anderer Weise von oben nach unten bewegt (und umgekehrt). Z.B. kann die Pinole an einer Parallelogramm-Bewegungsmechanik angebracht sein. Der Bewegung in vertikaler Richtung kann daher eine Bewegung in anderer Richtung und/oder um eine Drehachse überlagert sein. In jedem Fall weist das Koordinatenmessgerät ein tragendes Teil auf, relativ zu dem die Pinole von oben nach unten und umgekehrt beweglich ist. Die vertikale Position der Pinole wird z.B. relativ zu diesem tragenden Teil gemessen. Das tragende Teil kann wiederum beweglich relativ zu einem anderen Teil des Koordinatenmessgeräts sein. Bei dem tragenden Teil kann es sich z.B. um einen Querschlitten des Koordinatenmessgeräts handeln, der in horizontaler Richtung linearbeweglich ist. Sämtliche beweglichen Teile des Koordinatenmessgeräts können manuell und/oder maschinell angetrieben werden, um sie zu bewegen. Insbesondere kann der Messsensor unten an der Pinole befestigt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Meist wird der Sensor über eine mechanische Schnittstelle auswechselbar an der Pinole befestigt, z.B. über einen Wechselteller. Ferner ist es bekannt, den Sensor (z.B. taktilen oder optischen Sensor) über einen Messkopf an der Pinole zu befestigen. Ferner optional kann der Sensor über zumindest eine Bewegungsmechanik (z.B. ein Drehgelenk oder Dreh-/ Schwenkgelenk) an der Pinole befestigt sein. A quill of a coordinate measuring machine is understood to mean a movable part whose vertical position (i.e., position in the vertical direction) is adjustable. A sensor for taking measurements for the purpose of determining coordinates of a workpiece is attached or attachable to the quill. To keep the weight of the quill low, the quill can be hollow inside. However, this is not a mandatory feature for a quill. In particular, the quill may be linearly movable in the vertical direction so that the vertical position is adjusted directly by moving the quill in the vertical direction. However, it is also possible that the quill is not or not exactly linearly movable in the vertical direction, but the coordinate measuring machine has a movement mechanism that moves the quill in other ways from top to bottom (and vice versa). For example, the sleeve can be attached to a parallelogram movement mechanism. The movement in the vertical direction can therefore be superimposed on a movement in another direction and / or about an axis of rotation. In any case, the coordinate measuring machine has a supporting part, relative to which the quill is movable from top to bottom and vice versa. The vertical position of the quill is e.g. measured relative to this supporting part. The supporting part may in turn be movable relative to another part of the coordinate measuring machine. The supporting part may be e.g. to act a cross slide of the coordinate measuring machine, which is linearly movable in the horizontal direction. All moving parts of the CMM can be manually and / or mechanically driven to move them. In particular, the measuring sensor may be attached to the bottom of the quill. However, this is not mandatory. Mostly the sensor is replaceably attached to the sleeve via a mechanical interface, e.g. over a change plate. It is also known to attach the sensor (e.g., tactile or optical sensor) to the quill via a gauge head. Further optionally, the sensor may be attached to the quill via at least one motion mechanism (e.g., a pivot or pivot).
Wie bereits erwähnt ist der Begriff Koordinatenmessgerät nicht auf Koordinatenmessgeräte in Portalbauweise beschränkt, sondern schließt z. B. insbesondere auch Geräte in Gantrybauweise mit ein. Auch können von dem Begriff optional Maschinen mit erfasst sein, die zwar nicht primär als Koordinatenmessgeräte konzipiert sind, die aber so eingerichtet sind, wie ein Koordinatenmessgerät zu arbeiten. Z. B. gehören dazu Werkzeugmaschinen, an denen anstelle eines Bearbeitungswerkzeuges ein Sensor zur Erfassung der Werkstückoberfläche (beispielsweise ein taktiler Sensor) an einer Pinole befestigt ist. Bezüglich der Bewegungsmechanik sind außer Portalmechaniken mit zueinander kaskadierten linearen Bewegungsachsen beispielsweise Hexapodenmechaniken mit einer Pinole möglich. As already mentioned, the term coordinate measuring machine is not limited to coordinate measuring machines in gantry design, but includes z. B. especially with devices in gantry design one. Also, the term can optionally include machines that are not primarily designed as coordinate measuring machines, but which are set up to work like a coordinate measuring machine. For example, this includes machine tools, in which instead of a machining tool, a sensor for detecting the workpiece surface (for example, a tactile sensor) is attached to a quill. With regard to the movement mechanics, apart from portal mechanisms with cascaded linear movement axes, hexapod mechanisms with a quill, for example, are possible.
Insbesondere wird ein Koordinatenmessgerät mit einer Pinole vorgeschlagen, an der ein Sensor zum Aufnehmen von Messwerten zur Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks anbringbar ist und deren vertikale Position durch Bewegung der Pinole einstellbar ist. Eine nach oben weisende Oberfläche der Pinole und/oder eine nach oben weisende Oberfläche eines mit der Pinole verbundenen Bauteils, das sich bei einer Bewegung der Pinole mitbewegt, begrenzt zumindest einen während eines Betriebes des Koordinatenmessgerätes unter Unterdruck stehenden Gasraum, so dass die Pinole eine nach oben gerichtete Kraft erfährt, die einer Differenz zwischen einem Gasdruck in einer Umgebung der Pinole und dem Unterdruck entspricht. In particular, a coordinate measuring machine with a quill is proposed, to which a sensor for recording measured values for determining coordinates of a workpiece can be attached and whose vertical position can be set by moving the quill. An upwardly facing surface of the quill and / or an upwardly facing surface of a quill associated with the component, which moves with a movement of the quill limits at least one during operation of the coordinate measuring machine under negative pressure gas space, so that the quill one after Above directed force experiences, which corresponds to a difference between a gas pressure in an environment of the quill and the negative pressure.
Ferner wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts mit einer Pinole, an der ein Sensor zum Aufnehmen von Messwerten zur Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks angebracht ist und deren vertikale Position durch Bewegung der Pinole eingestellt wird, wobei an einer nach oben weisenden Oberfläche der Pinole und/oder an einer nach oben weisenden Oberfläche eines mit der Pinole verbundenen Bauteils, das sich bei einer Bewegung der Pinole mitbewegt, ein Unterdruck erzeugt wird, so dass die Pinole eine nach oben gerichtete Kraft erfährt, die einer Differenz zwischen einem Gasdruck in einer Umgebung der Pinole und dem Unterdruck entspricht. Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Koordinatenmessgeräts. Furthermore, a method is proposed for operating a coordinate measuring machine with a quill on which a sensor for taking measurements for determining coordinates of a workpiece is mounted and whose vertical position is adjusted by movement of the sleeve, wherein on an upwardly facing surface of the quill and A negative pressure is generated on an upwardly facing surface of a quill-associated component that moves with movement of the quill, so that the quill experiences an upward force equal to a difference between a gas pressure in an environment of Quill and the negative pressure corresponds. Embodiments of the operating method will become apparent from the description of embodiments of the coordinate measuring machine.
Außerdem wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Herstellen eines Koordinatenmessgeräts, insbesondere des Koordinatenmessgeräts nach einer der beschriebenen Ausgestaltungen, mit folgenden Schritten:
- • Anordnen einer Pinole an einer tragenden Konstruktion des Koordinatenmessgeräts, sodass eine vertikale Position der Pinole durch Bewegung der Pinole einstellbar ist, wobei an der Pinole ein Sensor zum Aufnehmen von Messwerten zur Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks anbringbar ist,
- • Ausbilden zumindest eines Gasraumes oberhalb einer nach oben weisenden Oberfläche der Pinole und/oder oberhalb einer nach oben weisende Oberfläche eines mit der Pinole verbundenen Bauteils, das sich bei einer Bewegung der Pinole mitbewegt, wobei der Gasraum während eines Betriebes des Koordinatenmessgerätes unter Unterdruck steht, so dass die Pinole während des Betriebes eine nach oben gerichtete Kraft erfährt, die einer Differenz zwischen einem Gasdruck in einer Umgebung der Pinole und dem Unterdruck entspricht.
- Arranging a quill on a supporting structure of the coordinate measuring machine, so that a vertical position of the quill is adjustable by movement of the quill, wherein the quill a sensor for recording measurements for determining coordinates of a workpiece is attachable
- Forming at least one gas space above an upwardly facing surface of the quill and / or above an upwardly facing surface of a component connected to the quill, which moves with a movement of the quill, wherein the gas space is under negative pressure during operation of the coordinate measuring machine, so that the quill during operation undergoes an upward force corresponding to a difference between a gas pressure in a quill environment and the negative pressure.
Der zumindest eine Gasraum kann über eine Verbindungsleitung mit einer Unterdruck-Erzeugungseinrichtung verbunden sein. Vorzugsweise ist/wird die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung separat und entfernt von dem Koordinatenmessgerät angeordnet. Die Verbindungsleitung verbindet daher den Gasraum, der durch die nach oben weisende Oberfläche begrenzt wird/ist mit der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung, wenn das Koordinatenmessgerät betrieben wird. Die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung ist jedoch nicht Teil des Koordinatenmessgeräts. Z.B. kann die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung zumindest eine Vakuumpumpe aufweisen, die zumindest den Innenraum der Verbindungsleitung und optional auch einen Gasbehälter teilweise evakuiert, der vorzugsweise ebenfalls separat und entfernt von dem Koordinatenmessgerät angeordnet ist/wird. Ein solcher Gasbehälter stellt ein Puffervolumen zur Verfügung, um den Gasdruck innerhalb der Verbindungsleitung und damit auch in den Gasraum in der nach oben weisenden Oberfläche konstant zu halten. The at least one gas space may be connected via a connecting line with a negative pressure generating device. Preferably, the vacuum generating means is arranged separately and remotely from the coordinate measuring machine. The connecting pipe therefore connects the gas space bounded by the upwardly facing surface with the negative pressure generating means when the coordinate measuring machine is operated. However, the vacuum generating device is not part of the coordinate measuring machine. For example, For example, the negative pressure generating device may comprise at least one vacuum pump which partially evacuates at least the interior of the connecting line and optionally also a gas container, which is preferably also arranged separately and remote from the coordinate measuring machine. Such a gas container provides a buffer volume in order to keep the gas pressure within the connecting line and thus also in the gas space in the upwardly facing surface constant.
Insbesondere weist das Koordinatenmessgerät eine Verbindungsleitung auf, die gemeinsam mit der nach oben weisenden Oberfläche den Gasraum begrenzt und eine Verbindung des Gasraums mit einer Unterdruck-Erzeugungseinrichtung ermöglicht. Bei der Verbindungsleitung, die Teil des Koordinatenmessgeräts ist, kann es sich um die gesamte Verbindungsleitung oder um einen Abschnitt der gesamten Verbindungsleitung handeln, die zu der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung führt, während das Koordinatenmessgerät betrieben wird. Ein Verlauf, eine Form und/oder eine Größe der Verbindungsleitung des KMG ist variabel und passt sich bei Bewegung der Pinole an eine vertikale Position der Pinole an, so dass die nach oben weisende Oberfläche den unter Unterdruck stehenden Gasraum jeweils in verschiedenen vertikalen Positionen der Pinole begrenzt und die Pinole daher in den verschiedenen vertikalen Positionen jeweils eine nach oben gerichtete Kraft erfährt. In particular, the coordinate measuring machine has a connecting line which, together with the surface facing upwards, delimits the gas space and allows a connection of the gas space to a vacuum generating device. The connection line that is part of the coordinate measuring machine may be the entire connection line or a portion of the entire connection line leading to the negative pressure generating device while the coordinate measuring machine is being operated. A course, a shape and / or a size of the connection line of the CMM is variable and adapts to a vertical position of the sleeve when the quill is moving, so that the upward-facing surface the under negative pressure gas space in each case in different vertical positions of the quill limited and therefore the quill in each of the various vertical positions undergoes an upward force.
Dem entspricht bei dem Betriebsverfahren die Verwendung einer derartigen Verbindungsleitung, die zumindest Teil einer Verbindung des Gasraums mit einer Unterdruck-Erzeugungseinrichtung ist. In the operating method, this corresponds to the use of such a connecting line, which is at least part of a connection of the gas space to a negative pressure generating device.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens entspricht dem, eine derartige Verbindungsleitung zu der nach oben weisenden Oberfläche zu führen, sodass die Verbindungsleitung gemeinsam mit der nach oben weisenden Oberfläche den Gasraum begrenzt und eine Verbindung des Gasraums mit einer Unterdruck-Erzeugungseinrichtung ermöglicht. As for the manufacturing method, it corresponds to guiding such a connection line to the upwardly facing surface, so that the connection line, together with the upwardly facing surface, confines the gas space and allows communication of the gas space with a negative pressure generating means.
Da der Verlauf, die Form und/oder die Größe der Verbindungsleitung des KMG variabel ist/sind, kann die Pinole bewegt werden und herrscht während des Betriebes des KMG an der nach oben weisenden Oberfläche der Unterdruck. In Bezug auf eine Verbindungsleitung mit variablem Verlauf bedeutet dies, dass sich der Verlauf der Verbindungsleitung oder zumindest eines Abschnitts der Verbindungsleitung von der nach oben weisenden Oberfläche zu der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung ändert, wenn die Pinole bewegt wird und sich daher die vertikale Position der Pinole verändert. Wenn sich lediglich der Verlauf der Verbindungsleitung durch die Bewegung der Pinole ändert, hat dies den Vorteil, dass sich das Volumen innerhalb der Verbindungsleitung nicht ändert und daher auch der Unterdruck nicht durch die Bewegung der Pinole verändert wird. Since the course, shape and / or size of the connecting line of the CMM is / are variable, the quill can be moved and prevails during operation of the CMM on the upward facing surface of the vacuum. With respect to a variable path connecting line, this means that the course of the connecting line or at least a portion of the connecting line changes from the upwardly facing surface to the negative pressure generating device when the quill is moved and therefore the vertical position of the quill changes , If only the course of the connecting line changes due to the movement of the quill, this has the advantage that the volume within the connecting line does not change and therefore the negative pressure is not changed by the movement of the quill.
Allerdings kann es verhältnismäßig aufwendig sein, die Erzeugung von Zwangskräften auf die Pinole zu vermeiden, wenn sich lediglich der Verlauf der Verbindungsleitung bei Bewegung der Pinole ändert. However, it can be relatively expensive to avoid the generation of constraining forces on the quill, if only changes the course of the connecting line during movement of the quill.
Daher wird bevorzugt, dass sich die Form und/oder die Größe der Verbindungsleitung des KMG ändern, wenn die vertikale Position der Pinole verändert wird. Insbesondere wird in diesem Fall eine Längenänderung der Verbindungsleitung des KMG bevorzugt. Z.B. können in diesem Fall Vakuumschläuche als Verbindungsleitung verwendet werden, die aus der Handhabungstechnik zum Heben und Tragen von Gegenständen bekannt sind. Bei der Anwendung dieser Handhabungstechnik werden zumeist hochgewichtige Gegenstände angehoben und in dem gehobenen Zustand transportiert, wobei an einer nach oben weisenden Oberfläche des gehobenen Gegenstandes ein Gasraum mit Unterdruck vorhanden ist. Therefore, it is preferable that the shape and / or the size of the connection line of the CMM change when the vertical position of the quill is changed. In particular, a change in length of the connecting line of the CMM is preferred in this case. For example, In this case, vacuum hoses can be used as a connecting line, which are known from the handling technique for lifting and carrying objects. In the application of this handling technique mostly high-weight objects are lifted and transported in the raised state, wherein on an upwardly facing surface of the lifted object, a gas space with negative pressure is present.
Es wird daher in Bezug auf die Verbindungsleitung des KMG bevorzugt, dass sich die Verbindungsleitung ausgehend von der nach oben weisenden Oberfläche nach oben erstreckt. Dies ermöglicht bei Veränderung der vertikalen Position der Pinole, dass sich die Länge der Verbindungsleitung in vertikaler Richtung an die veränderte oder sich verändernde vertikale Position der Pinole anpasst. Insbesondere bleibt das Ende der Verbindungsleitung an der nach oben weisenden Oberfläche während der Bewegung der Pinole permanent in Kontakt mit dem Teil, das die nach oben weisende Oberfläche bildet. Dadurch ist der Gasraum, den die nach oben weisende Oberfläche gemeinsam mit der Verbindungsleitung begrenzt, jedenfalls im Bereich der Pinole permanent während der Bewegung nach außen abgeschlossen. Sehr geringe Gas-Undichtigkeiten im Bereich der Pinole können auf einfache Weise durch den Betrieb der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (z.B. der zumindest einen Vakuumpumpe) ausgeglichen werden, sodass der Unterdruck z.B. permanent während der Bewegung der Pinole konstant bleibt. Therefore, with respect to the connection line of the CMM, it is preferable that the connection line extends upward from the upwardly facing surface. This allows, when changing the vertical position of the sleeve, that the length of the connecting line in the vertical direction adapts to the changed or changing vertical position of the quill. In particular, the end of the connecting line at the upwardly facing surface during the movement of the quill permanently remains in contact with the part which forms the upwardly facing surface. As a result, the gas space, which defines the upward-facing surface together with the connecting line, at least in the area of the quill is permanently closed during the movement to the outside. Very small gas leaks in the quill can easily be compensated for by the operation of the vacuum generating means (e.g., the at least one vacuum pump) so that the negative pressure e.g. permanently constant during the movement of the quill.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verbindungsleitung einen Vakuumschlauch auf, dessen Länge veränderbar ist, wobei sich die Länge des Vakuumschlauchs mit einer Bewegung der Pinole nach unten vergrößert und umgekehrt (d.h. mit einer Bewegung der Pinole nach oben verkleinert sich die Länge). Eine Verbindungsleitung (insbesondere ein Vakuumschlauch), deren Länge veränderbar ist, hat den Vorteil, dass die Verbindungsleitung die Positionsänderung ihres Endes an der Pinole zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig ausgleichen kann. Es ist daher keine aufwendige zusätzliche mechanische Konstruktion erforderlich, die die Position des Endes der Verbindungsleitung an die veränderte vertikale Position der Pinole anpasst und/oder Zwangskräfte durch die Umlenkung von Leitungsabschnitten der Verbindungsleitung reduziert. According to an advantageous embodiment, the connecting line has a vacuum hose whose length is variable, whereby the length of the vacuum hose increases with a movement of the sleeve downward and vice versa (i.e., with a movement of the sleeve up the length decreases). A connecting line (in particular a vacuum hose), the length of which is variable, has the advantage that the connecting line can at least partially and preferably completely compensate for the change in position of its end at the quill. There is therefore no complicated additional mechanical construction is required, which adapts the position of the end of the connecting line to the changed vertical position of the quill and / or reduces constraining forces by the deflection of line sections of the connecting line.
Zwar können auch aufgrund einer Längenänderung der Verbindungsleitung Kräfte auf die Pinole ausgeübt werden. Diese Kräfte können jedoch bei geeigneter Wahl der Verbindungsleitung eine sehr geringe Stärke haben. Z.B. kann die Verbindungsleitung einen teleskopartig längenveränderbaren Körper aufweisen, dessen Länge sich mit einer Bewegung der Pinole nach unten vergrößert und umgekehrt. Die zwischen den einzelnen Elementen des teleskopartig längenveränderbaren Körpers wirkenden Reibungskräfte können durch geeignete Wahl des Materials oder der Materialien insbesondere an den aneinander angrenzenden Oberflächen der Segmente minimiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindungsleitung wie bereits erwähnt einen Vakuumschlauch aufweisen, dessen Länge veränderbar ist. Aus der bereits genannten Handhabungstechnik sind geeignete Vakuumschläuche bekannt, deren Länge ebenfalls veränderbar ist. Although forces can be exerted on the quill also due to a change in length of the connecting line. However, these forces can have a very low strength with a suitable choice of the connecting line. For example, the connecting line can have a telescopically length-variable body whose length increases with a movement of the quill downwards and vice versa. The frictional forces acting between the individual elements of the telescopically length-variable body can be minimized by suitable choice of material or materials, in particular on the adjoining surfaces of the segments. Alternatively or additionally, the connecting line may, as already mentioned, have a vacuum hose whose length is variable. From the aforementioned handling technique suitable vacuum hoses are known whose length is also variable.
Vorzugsweise verläuft entlang einer Wand des Vakuumschlauchs zumindest ein elastisch verformbares Stabilisierungselement, das die Wand gegen Kräfte stabilisiert, welche aufgrund des Unterdrucks auf die Wand einwirken. Bereiche der Wand zwischen Abschnitten des Stabilisierungselements können z.B. von einem tuchförmigen Material gebildet sein, z.B. einem Gewebe oder Vlies mit luftdichter Beschichtung oder Imprägnierung, oder einer oder mehreren Lagen Kunststoff (in welchem Fall auf ein Gewebe verzichtet werden kann). Das elastisch verformbare Stabilisierungselement ist insbesondere so ausgestaltet und mit sonstigen Bestandteilen der Wand des Vakuumschlauchs kombiniert, dass bei Längenänderung des Vakuumschlauchs eine Rückstellkraft erzeugt wird, die bei Fehlen anderer Kräfte dazu führen würde, dass die Längenänderung rückgängig gemacht wird. Umgekehrt kann sich der Vakuumschlauch bereits zu Beginn einer Bewegung der Pinole in einem Zustand befinden, in dem das zumindest eine elastisch verformbare Stabilisierungselement vorgespannt ist, d.h. die Vorspannungskräfte unterstützen die Längenänderung, die bei Bewegung der Pinole stattfindet. Preferably, at least one elastically deformable stabilizing element runs along a wall of the vacuum hose, which stabilizes the wall against forces which act on the wall due to the negative pressure. Regions of the wall between sections of the stabilizing element may be formed, for example, by a cloth-like material, eg a fabric or fleece with airtight coating or impregnation, or one or more layers of plastic (in which case a fabric may be dispensed with). That elastic deformable stabilizing element is in particular designed and combined with other components of the wall of the vacuum hose, that when a change in length of the vacuum hose, a restoring force is generated, which would result in the absence of other forces, that the change in length is reversed. Conversely, the vacuum hose can already be at the beginning of a movement of the quill in a state in which the at least one elastically deformable stabilizing element is biased, ie the biasing forces support the change in length, which takes place during movement of the quill.
Vorzugsweise ist der Unterdruck in der Verbindungsleitung auf die durch das zumindest eine elastisch verformbare Stabilisierungselemente erzeugten Kräfte abgestimmt und kompensieren die durch die Druckunterschiede zwischen der Umgebung der Pinole und dem Gasraum bewirkten Differenzdruckkräfte und die elastischen Verformungskräfte des oder der Stabilisierungselemente gemeinsam das Gewicht bzw. die Gewichtskraft der Pinole (und optional der daran befestigten Teile, wie z. B. Messensor und Drehgelenk). Preferably, the negative pressure in the connecting line is matched to the forces generated by the at least one elastically deformable stabilizing elements and compensate the caused by the pressure differences between the environment of the quill and the gas space differential pressure forces and the elastic deformation forces of the stabilizing elements or together the weight or the weight the quill (and optionally the attached parts, such as measuring sensor and swivel joint).
Falls die elastischen Verformungskräfte des oder der Stabilisierungselemente sich mit der Längenänderung des Vakuumschlauchs verändern, wird es bevorzugt, dass eine Steuerung der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung diese derart steuert, dass der Unterdruck und damit die Differenzdruckkräfte an die geänderten elastischen Kräfte angepasst werden, sodass die Summe der beiden Kräfte trotz Längenänderung konstant bleibt. Zumindest wird bevorzugt, dass ein Teil der Änderung der elastischen Kräfte mit Längenänderung des Vakuumschlauchs durch Änderung des Unterdrucks ausgeglichen wird. If the elastic deformation forces of the stabilizing element or elements change with the change in length of the vacuum hose, it is preferred that a control of the negative pressure generating means controls it so that the negative pressure and thus the differential pressure forces are adapted to the changed elastic forces, so that the sum of both forces remain constant despite the change in length. At least it is preferred that a portion of the change in the elastic forces with the change in length of the vacuum hose is compensated by changing the negative pressure.
Unabhängig von der Frage, ob das elastisch verformbare Stabilisierungselement eine in Längsrichtung des Vakuumschlauchs wirkende Kraft erzeugt oder nicht, hat ein Vakuumschlauch mit Stabilisierungselement den Vorteil, dass er seinen Außendurchmesser bei Längenänderung lediglich geringfügig oder nicht wesentlich ändert. Auch hat die Konstruktion des Vakuumschlauchs mit elastisch verformbarem Stabilisierungselement und tuchförmigen Wandbereichen den Vorteil, dass er auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar ist. Im Unterschied zu Verbindungsleitungen mit Teilelementen, die sich bei Längenänderung relativ zueinander bewegen und dabei miteinander in Kontakt sind (wie z.B. bei dem teleskopartig längenveränderbaren Körper), treten bei einem solchen Vakuumschlauch lediglich vernachlässigbar kleine Reibungskräfte bei Längenänderung auf. Z.B. kann das zumindest eine elastisch verformbare Stabilisierungselement die Form einer Helix-Feder haben. Regardless of the question of whether the elastically deformable stabilizing element generates a force acting in the longitudinal direction of the vacuum hose or not, a vacuum hose with stabilizing element has the advantage that it changes its outer diameter only slightly or not significantly when length is changed. Also, the construction of the vacuum hose with elastically deformable stabilizing element and cloth-shaped wall regions has the advantage that it can be produced in a simple manner and inexpensively. In contrast to connecting lines with partial elements which move relative to one another during a change in length and are in contact with one another (as in the case of the telescopically length-adjustable body, for example), only negligible friction forces occur in the case of such a vacuum hose. For example, For example, the at least one elastically deformable stabilizing element may have the form of a helical spring.
Die Erfindung hat insbesondere bei motorischem Antrieb der Bewegung der Pinole den Vorteil, dass der Antrieb lediglich eine sehr geringe Antriebsleistung benötigt, da das Gewicht der Pinole zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig kompensiert ist. Da ferner Querkräfte aufgrund der Gewichtskompensation vermieden werden, kann der Antrieb insbesondere eine Linearbewegung der Pinole in geradliniger Richtung erzeugen (insbesondere in vertikaler Richtung), die sehr präzise ausschließlich in der geradlinigen Richtung verläuft. Da ferner auf Gegengewichte verzichtet werden kann, ist die bei Bewegung der Pinole insgesamt bewegte Masse gering. Die Verbindungsleitung kann eine sehr geringe Masse habe. The invention has the advantage, in particular with motor drive of the movement of the quill, that the drive requires only a very low drive power, since the weight of the quill is at least partially and preferably completely compensated. Further, since lateral forces are avoided due to the weight compensation, the drive can in particular produce a linear movement of the sleeve in the rectilinear direction (in particular in the vertical direction), which runs very precisely exclusively in the rectilinear direction. Furthermore, since counterweights can be dispensed with, the mass moving in total as the quill moves is small. The connecting line can have a very low mass.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen schematisch: Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. The individual figures of the drawing show schematically:
Entlang der den Messtisch
An dem zweiten Schlitten
Auf dem Messtisch
Über eine Anschlussleitung
Unter dem Begriff tragender Teil ist in Bezug auf die Pinole eines KMG zu verstehen, dass der tragende Teil bei Fehlen einer Gewichtskompensation der Pinole das Gewicht der Pinole trägt. Bei konventionellen Gewichtskraft-Kompensationseinrichtungen würde der tragende Teil auch bei Vorhandensein der Gewichtskraft-Kompensationseinrichtung zumindest einen Teil des Gewichts der Pinole tragen, je nach Ausführungsform der Gewichtskraft-Kompensationseinrichtung. Bei der erfindungsgemäßen Gewichtskraftkompensation trägt der tragende Teil jedoch denjenigen Teil des Gewichts der Pinole nicht, der durch den Unterdruck in dem Gasraum oder den Gasräumen kompensiert wird. Bevorzugter Maßen wird das Gewicht und damit auch die Gewichtskraft vollständig durch Unterdruck kompensiert. The term load-bearing part is to be understood in relation to the quill of a CMM that the load-bearing part bears the weight of the quill in the absence of weight compensation of the quill. In conventional weight-force compensation devices, the supporting part would carry at least a part of the weight of the sleeve, even in the presence of the weight force compensation device, depending on the embodiment of the weight force compensation device. In the weight force compensation according to the invention, however, the supporting part does not bear that part of the weight of the quill, which is compensated by the negative pressure in the gas space or the gas spaces. Preferred dimensions, the weight and thus the weight is completely compensated by negative pressure.
Anhand von
Der tragende Teil der in
Auch die Darstellung des Antriebsmotors
Bei dem in
Am oberen Ende der Verbindungsleitung
Im Ausführungsbeispiel der
Wenn der Innenraum der Verbindungsleitung
Die nach oben weisende Oberfläche muss sich nicht, wie in
In allen Fällen ist jedoch eine nach oben weisende Oberfläche der Pinole vorhanden, oberhalb der sich ein Gasraum mit geringerem Druck als unterhalb der Pinole befindet, wenn die Gewichtskraftkompensation während des Betriebes des KMG aktiv ist. In all cases, however, there is an upwardly facing surface of the sleeve above which there is a lower pressure gas space than below the sleeve when the weight compensation is active during operation of the CMM.
Bei der nach oben weisenden Oberfläche muss es sich nicht um eine ebene Oberfläche handeln. Z.B. kann die Oberfläche gekrümmt sein. Es kann sich bei der nach oben weisenden Oberfläche auch um eine verteilte Oberfläche handeln. Die nach oben weisende Oberfläche wird im Allgemeinen durch alle Teil-Oberflächen der Pinole und der zumindest einen Verbindungsleitung gebildet, oberhalb von der oder oberhalb von denen sich ein Gasraum mit geringerem Druck als außerhalb der Verbindungsleitung befindet. Dabei wird die für die Gewichtskraftkompensation durch Druckdifferenz bzw. Unterdruck wirksame nach oben weisende Oberfläche durch die Summe aller Flächen gebildet, die einen unter Unterdruck stehenden Gasraum nach unten begrenzen. Jede derartige Teilfläche liefert einen Beitrag zu der wirksamen Gesamtfläche, wobei der Beitrag durch vertikale Projektion auf eine senkrecht zur vertikalen Richtung, also in horizontale Richtung verlaufende ebene Projektionsfläche berechnet werden kann. The top surface does not have to be a flat surface. For example, the surface may be curved. The upwardly facing surface may also be a distributed surface. The upwardly facing surface is generally formed by all part surfaces of the quill and the at least one connecting duct, above or above which there is a gas chamber with lower pressure than outside the connecting duct. In this case, the effective for the weight force compensation by pressure difference or negative pressure upwardly facing surface is formed by the sum of all areas that limit a negative pressure gas space down. Each such sub-area provides a contribution to the effective total area, wherein the contribution can be calculated by vertical projection in a perpendicular to the vertical direction, ie in the horizontal direction extending planar projection surface.
Im Fall des Ausführungsbeispiels der
Aufgrund des helixförmigen Verstärkungselements
Die obigen Überlegungen zu der wirksamen, nach oben weisenden Oberfläche der Pinole gehen von einer Verbindungsleitung mit konstantem Querschnitt aus, die sich in vertikale Richtung erstreckt. Es sind jedoch auch Fälle denkbar, in denen sich der Querschnitt der Verbindungsleitung in ihrem Verlauf von unten nach oben verjüngt oder erweitert. Da die Verbindungsleitung an der Pinole befestigt ist, wirken sich die auf die Verbindungsleitung einwirkenden Kräfte zumindest teilweise auch auf die Pinole und damit auf die Gewichtskompensation aus. Wenn sich die Verbindungsleitung von unten nach oben verjüngt, reduziert sich die für die Gewichtskompensation wirksame horizontale Fläche auf den kleinsten horizontalen Querschnitt der Verbindungsleitung, da der Druck außerhalb der Verbindungsleitung eine nach unten gerichtete Kraft auf die Wand der Verbindungsleitung ausübt. Wenn sich der Querschnitt der Verbindungsleitung in ihrem Verlauf von unten nach oben vergrößert, gilt entsprechendes. In diesem Fall übt der Umgebungsdruck eine zusätzliche nach oben gerichtete Kraft auf die Wand der Verbindungsleitung aus. The above considerations for the effective, upwardly facing surface of the quill are based on a connecting conduit of constant cross-section extending in the vertical direction. However, there are also cases conceivable in which the cross section of the connecting line tapers or widened in its course from bottom to top. Since the connecting line is fastened to the quill, the forces acting on the connecting line at least partially also affect the sleeve and thus the weight compensation. When the connection line tapers from bottom to top, the weight compensation compensated horizontal surface reduces to the smallest horizontal cross section of the connection line because the pressure outside the connection line exerts a downward force on the wall of the connection line. If the cross-section of the connecting line increases in its course from bottom to top, applies accordingly. In this case, the ambient pressure exerts an additional upward force on the wall of the connecting pipe.
Dagegen tragen die auf horizontal verlaufende Anschlussleitungen (wie z.B. auf die in
Das Ausführungsbeispiel der
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich im Inneren der Pinole
Die Abdeckung
Wie aus dem Unterschied der
Wie die vergrößerte Teildarstellung der
Die Befestigung zumindest einer Verbindungsleitung an einem zusätzlichen Bauteil, das mit der Pinole verbunden ist, hat den Vorteil, dass die wirksame Fläche der nach oben weisenden Oberfläche, welche den Gasraum nach unten begrenzt, nicht durch den innerhalb der Pinole zur Verfügung stehenden Raum beschränkt ist. Vielmehr können z.B. die beiden nach oben weisenden Oberflächen
Die z. B. in
Während
Im Folgenden wird ein Beispiel für die Dimensionierung einer nach oben weisenden Oberfläche und der entsprechenden horizontalen Querschnittsfläche einer Verbindungsleitung beschrieben. Die durch die Gewichtskraftkompensation zu erzielende Kompensationskraft FK ergibt sich aus der wirksamen Fläche A der nach oben weisenden Oberfläche multipliziert mit der Druckdifferenz ∆p des Außenraums bzw. der Umgebung der Pinole und des Gasraumes im Inneren der Verbindungsleitung:
Die Masse der Pinole beträgt z.B. m = 20 kg. Bei Berücksichtigung der Erdbeschleunigung g ≈ 9,8 m/s2 ergibt sich bei einer Druckdifferenz ∆p = 0,4 bar eine wirksame Fläche A:
Im Fall des Ausführungsbeispiels der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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