DE19510456C2 - Verfahren zur Konfigurierung einer Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen auf einer Maschine sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Konfigurierung einer Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen auf einer Maschine sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Konfigurierung einer Vorrichtung zur Befestigung von
Bauteilen auf einer Maschine sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens.
In der nachfolgenden Beschreibung wird auf die
Befestigung von Bauteilen auf einer Meßbank Bezug genommen,
ohne daß die Erfindung darauf beschränkt sein soll.
Für die Messung auf einer Meßbank müssen bekanntlich
die Bauteile positioniert und auf dem Meßbankbett mit Hilfe
von Befestigungsvorrichtungen festgelegt werden. Diese Vor
richtungen sind im allgemeinen an einen bestimmten Zweck
angepaßt, besitzen einen relativ komplexen Aufbau und sind
teuer, insbesondere im Fall von unter ihrem eigenen Gewicht
verformbaren Bauteilen wie z. B. von Komponenten einer Fahr
zeugkarrosserie, da sie die im Betrieb auftretenden Kräfte
bedingungen des Bauteils reproduzieren müssen.
Als eine Alternative zu den bekannten, für bestimmte
Zwecke entwickelten Befestigungsvorrichtungen wurden bereits
in Hinblick auf die Verringerung der Werkzeugkosten für die
Messung unterschiedlicher Bauteile konfigurierbare Befesti
gungsvorrichtungen entworfen. So beschreibt die Druckschrift
DE 38 03 031 A1 eine Vorrichtung zur Befestigung von
Bauteilen auf einer Meßbank. Die Bauteile sind säulenartige
Tragelemente, die im wesentlichen eine Basis, welche in
einer vorgegebenen Stellung auf der Bezugsfläche
beispielsweise mittels magnetischer Anschläge befestigt ist,
und ein in der Höhe entlang einer senkrecht zur Bezugsfläche
verlaufenden Achse verstellbare Stange enthalten. Sowohl die
Positionierung der Basis als auch die Einstellung der Höhe
der Stange erfolgen automatisch durch die Meßbank selbst,
wobei der Kopf der Meßbank mit einem Greifwerkzeug versehen
ist, das mit den säulenartigen Tragelementen zusammenwirkt.
Wenngleich diese bekannten konfigurierbaren Befesti
gungsvorrichtungen sehr wirksam sind, besitzen sie gewisse
Nachteile. An erster Stelle sind die hohen Kosten zu nennen,
die insbesondere auf dem komplexen mechanischen Aufbau und
den elektrischen Schaltungen der säulenartigen Tragelemente
und des Greifwerkzeugs beruhen, durch die die Befestigungs
vorrichtung voll automatisiert wird.
Da die Basis mittels pneumatischem Dauerdruck auf der
Bezugsfläche gehalten wird, während sie in einer beliebigen
Stellung magnetisch blockiert wird, muß die Bezugsfläche der
Meßbank aus ferromagnetischem Material bestehen und darf
keines der normalerweise in bekannten Maschinen vorgesehenen
Löcher aufweisen, d. h. daß Befestigungsvorrichtungen dieses
Typs nicht auf üblichen Meßbänken beliebigen Typs verwendet
werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten
Nachteile bekannter derartiger Vorrichtungen und Verfahren
zu überwinden.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß
Anspruch 1 bzw. die Vorrichtung Anspruch 4 gelöst. Bezüglich
von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht der Meßbank mit einer
konfigurierbaren Befestigungsvorrichtung gemäß der vorlie
genden Erfindung von oben.
Fig. 2 zeigt ein Säulenelement der erfindungsgemäßen
Befestigungsvorrichtung von oben.
Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht des Säulenelements
aus Fig. 2, das auf der Arbeitsfläche der Meßbank befestigt
ist.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Vorder- bzw. eine
Seitenansicht des oberen Endes des Säulenelements sowie ein
Positionierwerkzeug der Meßbank.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie
VI-VI in Fig. 3.
Die Fig. 7 und 8 zeigen Schnittbilder eines De
tails aus Fig. 6 in Form von Varianten.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil der
Basis der Säule in Fig. 3 sowie eine Vorrichtung zum Fest
klemmen der Säule auf der Arbeitsfläche der Meßbank.
Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht eines Details der
Klemmvorrichtung aus Fig. 9.
Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie
XI-XI in Fig. 10.
Fig. 12 zeigt in kleinerem Maßstab schematisch eine
Variante zum Säulenelement aus Fig. 2.
Fig. 13 zeigt teilweise geschnitten eine weitere
Variante zum Säulenelement aus Fig. 2.
Fig. 14 zeigt teilweise geschnitten einen Teil des
Säulenelements aus Fig. 13.
In Fig. 1 ist eine bekannte Meßbank 1 mit einem Bett
2 und einer beweglichen Meßeinheit 3 dargestellt, die bei
spielsweise brückenartig ausgebildet ist und einen Meßkopf 4
mit einer Werkzeugspindel 5 trägt. Der Meßkopf 4 kann durch
die Einheit 3 entlang dreier Koordinatenachsen X, Y, Z be
wegt werden. Insbesondere verlaufen die zueinander orthogo
nalen Achsen X und Y waagrecht und definieren eine X-Y-Be
zugsebene, die mit der flachen Oberseite 2a des Betts 2 zu
sammenfällt. Die Z-Achse verläuft vertikal und damit senk
recht zur X-Y-Ebene.
Die Meßbank 1 enthält weiter eine Signal-Verarbeitungs-
und Steuereinheit 6, die an die Meßeinheit 3 angeschlossen
ist und im Rahmen von programmierbaren Operationszyklen die
Verschiebungen der beweglichen Organe der Einheit 3 entlang
der Achsen X, Y, Z kontrolliert. Die Einheit 6 besitzt übli
cherweise eine Tastatur 8b zur Dateneingabe und einen Moni
tor 8a, über den der Bedienungsperson später erläuterte In
formationen geliefert werden.
Die Meßbank 1 enthält vorzugsweise ein Werkzeugmaga
zin P neben dem Bett 2, aus dem die Einheit 3 für jeden Meß
zyklus das richtige Werkzeug (nicht dargestellt) entnimmt.
Das Bett 2 besteht aus einem beliebigen, auch nicht
ferromagnetischem Material und besitzt eine Anzahl von Ge
windelöchern 9 (von denen nur einige gezeigt sind) in regel
mäßigen Abständen auf der Oberfläche 2a. Beispielsweise kön
nen die Löcher 9 die Ecken einer Anzahl rechtwinkliger,
gleichschenkliger Dreiecke T bilden, die die Fläche 2a be
decken, so daß mit Ausnahme der Löcher in den äußersten Rei
hen jedes Loch im Zentrum eines Quadrats liegt, dessen Ecken
von den vier benachbarten Löchern gebildet werden.
Wenn das Bett 2 aus unmetallischem Material, bei
spielsweise Granit, besteht, sind die Löcher 9 vorzugsweise
in nicht dargestellten Metalleinlagen ausgebildet, die sich
in dem Bett befinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Meßbank
1 eine konfigurierbare Befestigungsvorrichtung 10, die die
zu messenden Bauteile trägt.
Die Befestigungsvorrichtung 10 enthält eine Anzahl
von säulenartigen Trägerelementen 11 (die nachfolgend ein
fach als Säulen bezeichnet werden). Diese Säulen können in
der Höhe justiert werden und an geeigneter Stelle auf dem
Bett 2 festgeklemmt werden. Weiter enthält die Vorrichtung
eine Anzahl von Tragwerkzeugen 12, die an jeder Säule 11 zur
Befestigung und/oder zum Festklemmen des Hauteils angebracht
sind, sowie ein Positionierwerkzeug 13, das an der Spindel 5
des Meßkopfes 4 angebracht ist, um eine Bezugsposition für
die Konfigurierung der Säulen 11 zu definieren, wie dies
weiter unten erläutert wird.
Die Fig. 3 und 6 zeigen eine der Säulen 11. Die
nachfolgende Beschreibung gilt auch für die anderen Säulen,
die der beschriebenen Säule natürlich gleichen.
Die Säule 11 enthält im wesentlichen einen hohlen,
zylindrischen Körper 14 mit einer Basis 15, die mit dem Bett
2 zusammenwirkt, eine Vorrichtung 16 zum Festklemmen des
Körpers 14 auf dem Bett 2, eine vertikale Stange 17, die
teilweise in dem Körper 14 in axial gleitender Form unterge
bracht und geführt wird, um die Höhe der Säule 11 festzule
gen, sowie eine Vorrichtung 18, um die Klemmstange 17 in
einer vorbestimmten axialen Stellung festzuklemmen.
Die Basis 15 enthält eine relativ dicke kreisförmige
Platte 19, deren Unterseite 19a eine Nut 20 (siehe Fig. 9)
mit Rechteckquerschnitt besitzt. Auf jeder Seite der Nut 20
ist die Unterseite 19a der Platte 19 mit Hilfe einer Anzahl
von Senkschrauben 22 mit zwei Platten 21 in Form eines
Kreissegments (Fig. 9) versehen. Diese Platten 21 definie
ren gemeinsam drei periphere vorstehende Bereiche 23 (Fig.
2), die im wesentlichen gleiche Winkelabstände besitzen und
einen isostatischen Träger für die Basis 15 auf dem Bett 2
bilden.
Die Platte 19 besitzt zwei Paare zylindrischer Ver
tiefungen 26, die symmetrisch zu beiden Seiten der Nut 20
(Fig. 2 und Fig. 9) liegen. Jede Vertiefung 26 enthält in
gleitender Weise ein Kugellager 27 mit einem Käfig 28 und
einer teilweise nach unten vorstehenden und frei in dem Kä
fig 28 drehbaren Kugel 29. Der Käfig 28 besitzt einen ring
förmigen Flansch 30, der axial lose zwischen einer an der
Platte 19 ausgebildeten Schulter 34 und einer ringförmigen
Mutter 35 eingesetzt ist, die in ein in der jeweiligen Plat
te 21 ausgebildetes Loch 36 konzentrisch zur Vertiefung 26
eingeschraubt ist.
Die Kugellager 27 werden durch Federn 37 in den Ver
tiefungen 26 nach unten gedrückt und üben eine ausreichend
große elastische Kraft aus, um das Gewicht der Säule 11 zu
überwinden. Die Säule 11 wird also, wenn die Klemmvorrich
tung 16 gelöst ist, auf dem Bett 2 nur über die Kugeln 27
getragen und kann daher mit sehr niedriger Rollreibung über
das Bett 2 bewegt werden.
Die Klemmvorrichtung 16 (Fig. 6 und 9 bis 11)
enthält einen länglichen und parallelepipedischen Balken 40,
der gleitend in der Nut 20 der Basis 15 untergebracht ist
und auf einem am Bett 2 befestigten Ankerelement 41 ein
schnappt. Insbesondere ist das Element 41 pilzförmig und
besitzt einen Kopf 44 und einen Schaft 42, dessen mit Gewin
de versehenes Ende 43 in eines der Löcher 9 im Bett 2 einge
schraubt ist.
Der Balken 40 besitzt eine untere Längsrinne 48 mit
T-förmigem Querschnitt (siehe Fig. 11), die von einem Ende
ausgeht und sich bis im wesentlichen zur Hälfte der Länge
des Balkens erstreckt. Diese Rinne 48 besitzt einen Bereich
49 an der Oberfläche, der gleitend mit dem Schaft 42 des
Ankerelements 41 zusammenwirkt, sowie einen inneren Bereich
50, der weiter als der Bereich 49 ist und Schultern 51 mit
dem Bereich 49 bildet. In diesem weiteren Bereich liegt der
Kopf 44 des Ankerelements 41. Beide Bereiche 49 und 50 der
Rinne 48 enden axial im zentralen Bereich des Balkens 40 in
halbzylindrischen konkaven Anschlagflächen 49a, 50a.
Der Balken 40 besitzt weiter eine seitliche Längs
rinne 53, deren Endbereich mit dem inneren Bereich 50 der
Rinne 48 über eine Öffnung 54 in Verbindung steht. Am Grund
der Rinne 53 ist eine Feder 55 untergebracht, die zur Öff
nung 54 hin vorsteht, wo sie ein Ende 56 in Form einer Halb
welle bildet, deren konvexe Seite zur Rinne 48 hin gerichtet
ist und die auf dem Kopf 44 des Elements 41 einschnappt (
Fig. 11).
Die Klemmvorrichtung 16 enthält weiter einen senk
rechten Spannbolzen 57, der in dem hohlen Körper 14 der Säu
le 11 angeordnet ist und dessen Funktion weiter unten erläu
tert wird. Wie Fig. 6 zeigt, verläuft der Bolzen 57 durch
den Boden 58 eines becherförmigen Körpers 59, der in die
Deckwand 60 des Körpers 14 eingesetzt ist. Der Kopf 64 des
Spannbolzens sitzt gleitend in dem Körper 59. Mehrere Schei
benfedern 65 liegen zwischen dem Kopf 64 und dem Boden 58.
Der Bolzen 57 ist mit seinem unteren Ende 66 axial am Balken
40 befestigt.
Hierzu besitzt der Balken 40 eine obere Rinne 67
(Fig. 9 und 10) mit einem umgekehrten T-Querschnitt. Die
se Rinne verläuft entlang des ganzen Balkens und besitzt
einen Bereich 68 an der Oberfläche und einen unteren Bereich
69, wobei letzterer weiter als ersterer ist und eine Schul
ter 70 mit dem Bereich 68 bildet. Der Kopf 66 des Spannbol
zens 57 sitzt prismatisch in der Rinne 67 und wirkt axial
mit den Schultern 70 aufgrund der Kraft zusammen, die von
den Scheibenfedern 65 aufgebracht wird. Die axialen Enden
der Rinne 67 werden durch zwei Platten 71 verschlossen, die
am Balken 40 angebracht sind und verhindern, daß der Kopf 66
des Bolzens 57 in Längsrichtung herausgezogen wird.
Die Deckwand 60 des Körpers 14 ist mit einem Deckel
75 (Fig. 6) versehen, um die Oberseite des becherförmigen
Körpers 59 zu verschließen. Das Ende 77 eines Hebels 78 ist
über einen horizontalen Gelenkstift 76 gleitend mit dem
Deckel 75 verbunden, um die Vorrichtung 16 freizugeben. Das
Ende 77 hat ein Nockenprofil 79, das mit der kugelschalen
förmigen Oberseite 80 des Kopfes 64 des Spannbolzens 57 zu
sammenwirkt.
Wie im vergrößerten Detail in Fig. 6 zu sehen, be
sitzt das Nockenprofil 79 einen flachen Bereich 79a gegen
über dem Kopf 64, wenn der Hebel 78 abgesenkt ist. Dabei
wird der Spannbolzen 57 durch die Scheibenfedern angehoben,
so daß er axial mit dem Balken 40 zusammenwirkt. Außerdem
besitzt das Nockenprofil 79 einen Bereich sehr großer Exzen
trizität 79b, der mit dem Kopf 64 zusammenwirkt, wenn der
Hebel 78 angehoben ist (wie gestrichelt gezeigt), so daß der
Bolzen 57 gegen die Kraft der Federn 65 nach unten gedrückt
wird und der Kopf 66 von den Schultern 70 abhebt, wodurch
der Balken 40 freigegeben wird.
Die Stange 17 der Säule 11 enthält ein senkrechtes
Rohr 85 sowie am Ende ein (später erläutertes) Trag- und
Positionierelement 86, das am oberen Ende des Rohrs 85 ange
bracht ist. Das Rohr 85 verläuft durch eine Rohrmanschette
87, die ihrerseits an der oberen Wand 60 des Körpers 14 an
einem peripheren Loch 88 in der Wand 60 befestigt ist, und
ist in radialer Richtung in der Manschette 87 über ein
Gleitlager 89 so gelagert, daß es axial frei beweglich ist.
Um die Stange 17 in einer gegebenen axialen Stellung
festzuklemmen, besitzt die Vorrichtung 18 vorzugsweise ein
an sich bekanntes, radial expandierendes Futter, bestehend
aus einem zylindrischen Bereich 90 zwischen dem oberen Ende
der Manschette 87 und dem Rohr 85, sowie aus einem Paar von
koaxialen, elastisch verformbaren Wänden, die in radialer
Richtung einen Ringraum 91 definieren, der ein im wesentli
chen nicht komprimierbares Fluid enthält. Weiter enthält die
Vorrichtung 18 einen radialen Endflansch 94, in dem ein
Knopf 95 zur Kontrolle der Verschiebung eines nicht darge
stellten Kolbens in einer mit dem Hohlraum 91 in Verbindung
stehenden Kammer 96 kontrolliert.
Eine Gewindestange 97, die an ihrem unteren Ende auf
der Basis 15 verankert ist, erstreckt sich koaxial mit dem
Rohr 85 über die volle Höhe durch den Körper 14 und vorzugs
weise innerhalb von Gleitlagern 89 und trägt eine an sich
bekannte, leicht gleitende, nicht im einzelnen beschriebene
Ringmutter 98, die axial mit dem Rohr 85 zusammenwirkt, und
einen zusätzlichen axialen Sicherheitsanschlag bildet.
Der Körper 14 (siehe Fig. 3) besitzt vorzugsweise
eine seitliche Öffnung 99 vor der Stange 97, die sich über
fast die ganze Höhe des Körpers 14 erstreckt, um Zugang zur
Ringschraube 98 zu verschaffen. Außerdem sind zwei weitere
seitliche Öffnungen 100 im Körper 14 in einem seitlichen Bereich
104 des Körpers 14 diametral gegenüber der Öffnung 99 vor
gesehen, die als Handgriff dienen, um die Säule 11 einfach
bewegen zu können.
Das Trage- und Positionierelement 86 der Stange 17
ist im wesentlichen zylindrisch und besitzt einen unteren
Bereich 105 mit geringerem Durchmesser (siehe Fig. 6), der
starr im oberen Ende des Rohrs 85 befestigt ist. Das Element
86 besitzt zwei diametral einander gegenüberliegende radiale
Vorsprünge 106 (Fig. 5), die vorzugsweise aus den Enden
eines einzigen Querstifts bestehen. Außerdem ist eine Kugel
107 an der oberen Stirnseite des Elements 86 befestigt.
Das Element 86 besitzt weiter zwei durchgehende Lö
cher 108 (Fig. 4 und 5), die sich orthogonal in der Achse
des Elements schneiden und eine schnelle Verbindung mit
Tragwerkzeugen 12 erlauben (siehe Fig. 1).
Die Lage der Säule 11 auf dem Bett 2 und die axiale
Lage der Stange 17 werden bezüglich des Werkzeugs 13 defi
niert, das auf der Spindel 5 der beweglichen Einheit 3 ange
bracht ist (Fig. 4 und 5).
Das Werkzeug 13 ist bezüglich der Meßwerkzeuge der
Meßbank 1 austauschbar und wird automatisch aus dem Werk
zeuglager P entnommen oder dort abgelegt.
Das Werkzeug 13 besitzt einen Schaft 110, über den es
mit der Spindel 5 verbunden ist. Von diesem Schaft gehen
zwei Arme 111 in Spreizstellung aus, die einen V-förmigen
Sitz 111a definieren und wie in einer Endgabel 112 enden,
wobei die Gabeln parallel zueinander und zur Werkzeugachse
verlaufen. Die Gabeln 112 besitzen je einen länglichen End
schlitz 113, der auf je einen der Vorsprünge 106 des Ele
ments 86 der Stange 17 aufgleitet, um die Winkelstellung der
Stange 17 und außerdem einen Sitz für die Säule 11 in waag
rechter Richtung orthogonal zur Achse der Vorsprünge 106 zu
definieren. Die Arme 111 wirken mit der Kugel 107 der Stange
17 zusammen und definieren die Lage der Stange 17 vertikal
und in der waagrechten Richtung parallel zur Achse der Vor
sprünge 106.
Auf diese Weise definiert das Werkzeug 13 eine drei
dimensionale Bezugslage für die Stange 17.
Vorzugsweise weisen die Arme 111 je elektrische Kon
takte 114 auf, die mit einem nicht dargestellten, normaler
weise offenen Signalkreis verbunden sind. Dieser Kreis wird
durch die Kugel 107 geschlossen, wenn sie korrekt bezüglich
des Werkzeugs 13 angeordnet ist. Zu diesem Zweck besitzt der
Kreis beispielsweise eine akustische oder optische Kontakt
anzeige.
Schließlich enthält das Werkzeug 13 eine Lichtquelle
115 zwischen den Armen 111, die einen Lichtstrahl L entlang
der Achse des Werkzeugs 13 aussendet.
Die Befestigungsvorrichtung 10 arbeitet folgenderma
ßen:
Ist die Vorrichtung außer Betrieb, dann liegen die
Säulen 11 vorzugsweise in einem Lagerbereich 2b am Rand des
Betts 2. Gegebenenfalls enthält dieser Bereich keine Anker
löcher 9.
Die Inbetriebnahme der Befestigungsvorrichtung 10
erfordert die Positionierung einer gegebenen Anzahl von Säu
len in der X-Y-Ebene und die Justierung der Höhe der jewei
ligen Stangen 17.
Für jedes zu messende Bauteil werden die Ablauf
schritte in einer Steuereinheit 6 gespeichert, die die be
wegliche Einheit so betreibt, daß das Werkzeug 13 nachein
ander und in einer vorbestimmten Reihenfolge die verschiede
nen Bezugspositionen anfährt, um jede Säule 11 zu positio
nieren. Die Einheit 6 ist vorzugsweise auch so programmiert,
daß der Bedienungsperson über den Monitor 8a die Operations
befehle angezeigt werden, die sich beispielsweise auf die
Lage des Lochs 9 beziehen, in dem jede Säule 11 befestigt
werden soll.
Jede Säule 11 wird folgendermaßen gesetzt:
Die Steuereinheit 6 steuert die Einheit 3 so, daß das
Werkzeug 13 in die für die Säule richtige Bezugsposition
gelangt. An dieser Stelle wird die Lichtquelle 115 einge
schaltet, um auf die Fläche 2a einen Strahl zu richten, der
den Punkt bezeichnet, der durch die X-Y-Koordinaten defi
niert ist und an dem die Achse der Stange 17 liegen soll.
Die Bedienungsperson steckt dann ein Verankerungs
element 41 in ein Loch 9, das dem durch den Lichtstrahl be
zeichneten Punkt am nächsten liegt, oder ein anderes Loch 9,
das durch den Monitor 8a bezeichnet ist, um Interferenzen
mit anderen Säulen 11 zu vermeiden.
Falls nicht bereits geschehen, wird die Klemmvorrich
tung 16 der Säule 11 durch Anheben des Hebels 78 freigege
ben, so daß der Spannbolzen 57 nach unten gedrückt wird und
den Kopf 66 von den Schultern 70 der oberen Rinne 67 des
Balkens 40 abhebt. Damit kann der Balken 40 in Längsrichtung
entlang der Nut 20 gleiten.
Die Säule 11 wird dann von Hand aus dem Vorratsbe
reich 2b entnommen und wird am Bereich 104 ergriffen und
rollt über die Oberfläche 2a auf den Kugellagern 27. Die
Säule 11 wird so bewegt, daß der Balken 40 mit dem Veranke
rungselement 41 in Eingriff gelangt. Der Balken wird so be
wegt, daß das Element 41 entlang der unteren Rinne 48 in die
äußerste Stellung gleitet (Fig. 6, 11), so daß dann die
Feder 55 über dem Verankerungselement 41 einschnappt und
dieses festhält. Der Balken 40 ist am Element 41 angelenkt
und kann frei um dieses drehen.
Eine weitere kontinuierliche Verschiebung der Säule
11 ist dann nur noch in einer Kreiszone um das Verankerungs
element 41 und gemäß einem System von Polarkoordinaten mög
lich. Der Balken 40 kann um das Element 41 drehen, und die
Säule 11 gleitet entlang des Balkens 40.
Mit Hilfe des Lichtstrahls bewegt die Bedienungsper
son dann die Säule 11 in eine grob richtige X-Y-Lage. Die
Stange 17 ist unter Verwendung des Knopfs 95 auf dem Futter
18 freigegeben, wird gegen das Werkzeug 13 angehoben, von
Hand gedreht, so daß die Vorsprünge 106 in die Schlitze 113
der Gabeln 112 im Werkzeug 13 eingreifen, und wird dann wei
ter angehoben, so daß die Kugel 107 mit den Armen 111 des
Werkzeugs 13 und insbesondere mit den Kontakten 114 zusam
menwirkt. Der Anzeigeschaltkreis informiert die Bedienungs
person entweder akustisch oder optisch, daß die Stange 17
korrekt positioniert ist. Die Bedienungsperson senkt dann
den Hebel 78 und klemmt die Säule 11 auf dem Bett fest. Dann
klemmt sie, während die Stange 17 mit dem Werkzeug 13 in
Kontakt bleibt, die Stange 17 bezüglich des Körpers 14 der
Säule 11 fest, indem der Knopf 95 auf dem Futter 18 betätigt
wird. Die obige Klemmabfolge kann auch umgekehrt werden.
Die Säule 11 ist auf dem Bett aufgrund des unteren
Kopfs 66 des Spannnbolzens 57, der in Kontakt mit den Schul
tern 70 des Balkens 40 steht, wenn der Hebel 78 abgesenkt
ist, und aufgrund des Balkens 40 verankert, der durch das
Verankerungselement 41 auf dem Bett 2 befestigt ist. So bil
det der Kopf 64 des Spannbolzens 57 eine feste obere Halte
rung für die Scheibenfedern 65. Die elastische Kraft der
Scheibenfedern 65 wird durch das becherförmige Element 59
auf den Körper 14 der Säule 11 übertragen. Der Körper 14
bewegt sich gegen die elastische Kraft der Federn 37 der
Kugellager 27 nach unten und wirkt mit der Oberfläche 2a des
Betts 2 in Auflagebereichen 23 zusammen.
Zur Erhöhung der Sicherheit wird zusätzlich zum Fest
klemmen der Stange 17 mit Hilfe des Futters 18 die Ringmut
ter 98 schnell in die Klemmposition geschoben, in der sie
beinahe das untere Ende der Stange 17 berührt, und wird dann
mit der Stange verschraubt.
Sobald die Säule 11 positioniert und festgeklemmt ist
und die Bedienungsperson dies veranlaßt, geht die Verarbeitungs-
und Steuereinheit zur Positionierung der nächsten Säule 11
über.
Sobald alle Säulen wie oben beschrieben positioniert
und mit jeweils ein Bauteil tragenden Werkzeugen 12 versehen
sind, ist die Konfiguration der Befestigungsvorrichtung 10
fertig und die Meßsequenz für das Bauteil kann beginnen.
Die Vorteile der Befestigungsvorrichtung 10 gemäß der
vorliegenden Erfindung gehen aus obiger Beschreibung hervor.
Erstens sind das Werkzeug 13 und die Säulen 11 rela
tiv einfach und preiswert herzustellen und gewährleisten
doch eine mit bekannten automatisch konfigurierbaren Befe
stigungsvorrichtungen vergleichbare Positioniergenauigkeit.
Zweitens kann die Vorrichtung 10 auf einer beliebigen be
kannten Meßbank verwendet werden, selbst einer Meßbank mit
unmagnetischem Bett, vorausgesetzt, daß das Bett die übli
chen Verankerungslöcher enthält. Da die Säulen 11 positiv im
Bett 2 verankert sind, können sie relativ großen Stößen und
Kräften ohne Verlust an Positioniergenauigkeit widerstehen.
Die Erfindung ist nicht auf die Befestigungsvorrich
tung 10 in allen oben beschriebenen Einzelheiten beschränkt.
Insbesondere zeigen die Fig. 7 und 8 zwei Varianten für
die Freigabemechanik der Klemmvorrichtung 16.
Die Variante gemäß Fig. 7 besteht darin, daß der
Hebel 78 durch eine Druckschraube 118 ersetzt ist, die auf
den Kopf 64 des Spannbolzens 57 einwirkt und in den Deckel
75 eingeschraubt ist sowie einen Betätigungsknopf 119 am
oberen Ende aufweist.
In der Variante gemäß Fig. 8 ist der Hebel 78 durch
eine pneumatische Betätigungsvorrichtung 120 ersetzt, die im
Körper 14 liegt und einen am Körper 14 angelenkten Hebel 124
sowie ein pneumatisches Betätigungsorgan 125 zur Steuerung
des Hebels 124 besitzt.
Fig. 12 zeigt eine Variante im Aufbau der Säule 11
mit einer Vorrichtung 120, wobei die Säule 11 pneumatische
Kissen 126 anstelle der Kugellager 27 besitzt und wobei die
Vorrichtung 18 ein pneumatisches Freigabe-Betätigungsorgan
127 aufweist. Alle erwähnten pneumatischen Vorrichtungen
sind an eine gemeinsame Druckluft-Schnellkupplung 128 ange
schlossen, so daß für eine Bewegung der Säule 11 nur eine
Druckluftleitung 129 an die Kupplung 128 angeschlossen wird,
um in einer gemeinsamen Operation die Säule 11 vom Bett 2 zu
lösen, pneumatisch zu halten und die Stange 17 zu lösen.
Sobald die Säule und die Stange richtig positioniert sind,
werden sie einfach durch Abschalten der Druckluftversorgung
festgeklemmt.
Die Fig. 13 und 14 zeigen eine Variante der Vor
richtung 18, um die Stange 17 zu fixieren. Hier enthält die
Vorrichtung 18 eine Klaue 130, die in einem radialen Raum
131 durch die Manschette 87 hindurchragt und mit einem Ende
an der Manschette 87 über einen senkrechten Stift 132 ange
lenkt ist. Die Klaue 130 besitzt eine Aussparung 133, die
mit der Oberfläche des Rohrs 85 zusammenwirkt und einen
Reibschluß bildet. Die Vorrichtung 18 enthält weiter einen
Stift 135, der in die Manschette 87 eingeschraubt ist und
von ihr tangential vorsteht, um lose radial in ein Loch 136
einzudringen, das in der Klaue 130 entfernt vom Stift 132
ausgebildet ist. Schließlich enthält die Vorrichtung 18 ei
nen Drehhebel 134 mit einem rohrförmigen Ende 137, das auf
das Ende des Stifts 135 aufgeschraubt ist und in axialer
Richtung mit der Klaue 130 zusammenwirkt, um sie in Kontakt
mit dem Rohr 85 zu halten.
Die Lichtquelle 115 für das Werkzeug 13 kann durch
eine Anzahl von Lichtquellen ersetzt sein, die um den Raum
111a herum angeordnet sind, oder durch eine oder mehrere
Lichtquellen, die auf dem Kopf 4 der beweglichen Einheit
angebracht sind.
Claims (18)
1. Verfahren zum Konfigurieren einer Vorrichtung (10) zur
Befestigung von Bauteilen auf einer Maschine (1), insbeson
dere einer Meßbank, die eine Bezugsfläche (2a) und eine be
wegliche Einheit (3) enthält, wobei die Befestigungsvorrich
tung (10) mindestens ein konfigurierbares Trägerelement (11)
umfaßt, das einen ersten auf der Bezugsfläche (2a) positio
nierbaren Bereich (14) und einen zweiten, bezüglich des er
sten Bereichs (14) in einer Richtung (Z) senkrecht zu dieser
Bezugsfläche (2a) positionierbaren Bereich (17) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß es einen einleitenden
Verfahrensschritt aufweist, in dem ein Verankerungselement
(41) auf die Bezugsfläche (2a) in einer aus einer Anzahl
diskreter Positionen (9) ausgewählten vorbestimmten Position
angebracht wird, daß dann in einem ersten Verfahrensschritt
ein Referenzwerkzeug (13) durch die bewegliche Einheit (3)
in eine vorbestimmte Stellung gebracht wird, daß in einem
zweiten Verfahrensschritt der erste Bereich (14) des Träger
elements (11) von Hand auf der Bezugsfläche bewegt und mit
dem Verankerungselement (41) verbunden wird, worauf der
zweite Bereich (17) des Trägerelements (11) von Hand
bezüglich des ersten Bereichs (14) so verschoben wird, daß
der zweite Bereich (17) des Trägerelements (11) mit dreidi
mensionalen Referenzmitteln (111, 112) des Referenzwerkzeugs
(13) in Eingriff gelangt, und daß in einem dritten Verfah
rensschritt der erste Bereich (14) auf der Bezugsfläche (2a)
und der zweite Bereich (17) bezüglich des ersten Bereichs in
dieser Eingriffsstellung festgeklemmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im
zweiten Verfahrensschritt das Trägerelement (11) in einem
Bereich der Bezugsfläche (2a) um das Verankerungselement
(41) herum positioniert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß während des zweiten
Verfahrensschritts mindestens ein Lichtstrahl (L) erzeugt
wird, um die Positionierung des Trägerelements (11) zu
unterstützen.
4. Konfigurierbare Vorrichtung (10) zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ein Referenzwerkzeug (13) aufweist,
das durch die bewegliche Einheit (3) in eine vorbestimmte
Stellung gebracht werden kann und dreidimensional wirksame
Referenzmittel (111, 112) bildet, die mit dem zweiten
Bereich (17) des Trägerelements (11) in einer Stellung
gegenseitigen Eingriffs zusammenwirken, wobei Klemmittel
(16, 18) vorgesehen sind, die in der Stellung gegenseitigen
Eingriffs betätigt werden, um den ersten Bereich (14) auf
der Referenzfläche und den zweiten Bereich (17) bezüglich
des ersten Bereichs (14) festzuklemmen.
5. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie mindestens ein Verankerungselement (41)
zur Verankerung des Trägerelements (11) auf der Bezugsfläche
(2a) aufweist und daß das Trägerelement (11) provisorische
Verbindungsmittel (40) für die Verbindung mit dem Veranke
rungselement (41) aufweist, die eine kontinuierliche
Justierung der Lage des ersten Bereichs (14) des Trägerele
ments (11) um das Verankerungselement (41) herum auf der
Bezugsfläche (2a) erlaubt.
6. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die provisorischen Verbindungsmittel einen
Balken (40) enthalten, der Einschnappmittel (55) aufweist,
die mit dem Verankerungselement (41) zusammenwirken, um eine
Gelenkverbindung des Balkens zu definieren, wobei der Balken
(40) gleitend mit dem ersten Bereich (14) des Trägerelements
(11) verbunden ist.
7. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verankerungselement (41) einen pilzförmi
gen Kopf (44) aufweist, daß der Balken (40) eine Rinne (48)
am Boden aufweist, in die der Kopf (44) des Verankerungsele
ments (41) eingreift, und daß die Einschnappmittel eine Fe
der (55) aufweisen, um den Kopf (44) in einem vorbestimmten
Bereich der Rinne (48) festzuhalten.
8. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel (16) zum Festklemmen des er
sten Bereichs (14) auf der Bezugsfläche (2a) einen vertika
len Spannbolzen (57) aufweisen, der im ersten Bereich (14)
verläuft und mit dem ersten Bereich (14) und dem Balken (40)
verbunden werden kann, so daß er auf den ersten Bereich (14)
eine Klemmkraft ausübt, mit deren Hilfe ein Reibschluß mit
der Bezugsfläche (2a) hergestellt wird.
9. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mittel (16) zum Festklemmen des ersten
Bereichs (14) auf der Bezugsfläche (2a) erste elastische
Mittel (65) aufweisen, die zwischen den Spannbolzen (57) und
den ersten Bereich (14) eingefügt sind und die Klemmkraft
erzeugen.
10. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Trägerelement (11) Freigabemittel (78;
119; 120) zur Freigabe der Mittel (16) aufweist, die den
ersten Bereich (14) auf der Bezugsfläche (2a) festklemmen.
11. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Freigabemittel ein Steuerelement
(78; 119; 124) aufweisen, das auf den Spannbolzen (57) gegen
die Kraft der ersten elastischen Mittel (65) einwirkt, um
den Spannbolzen (57) vom Balken (40) zu lösen.
12. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (11) rei
bungsarme Trägermittel (27) aufweist, die zwischen dem ers
ten Bereich (14) und der Bezugsfläche (2a) angeordnet sind.
13. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Bereich (14) des Träger
elements (11) mindestens einen Tragbereich (23) aufweist,
über den er auf der Bezugsfläche (2a) aufliegt, daß zweite
elastische Mittel (37) zwischen den ersten Bereich (14) des
Trägerelements (11) und die reibungsarmen Tragmittel (27)
eingefügt sind, um eine zum Halten des Tragbereichs (23) in
angehobener Stellung bezüglich der Bezugsfläche (2a) aus
reichende Haltekraft unter dem Gewicht des Trägerelements
(11) selbst zu erzeugen, wobei diese Kraft aber geringer ist
als die Klemmkraft, die von den ersten elastischen Mitteln
(65) erzeugt wird.
14. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich des
Trägerelements (11) eine Stange ist, die in Längsrichtung
gleitend in radialen Tragemitteln (87, 89) untergebracht
ist, die am ersten Bereich (14) des Trägerelements (11)
angebracht sind, wobei die Mittel zum Festklemmen der Stange
(17) bezüglich des ersten Bereichs (14) ein hydraulisch
expandierendes Futter (18) enthalten.
15. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (11)
pneumatische Tragemittel (126), erste pneumatische Mittel
(120), um die Mittel (16) zum Festklemmen des ersten Be
reichs (14) auf der Bezugsfläche (2a) freizugeben, zweite
pneumatische Mittel (127), um den zweiten Bereich (17) be
züglich des ersten Bereichs (14) freizugeben, und eine ge
meinsame Kopplung (128) aufweisen, um die pneumatischen Tra
gemittel (126) sowie die ersten und zweiten pneumatischen
Freigabemittel (120, 127) mit einer Druckluftleitung (129)
zu verbinden.
16. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis
15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (17) des
Trägerelements (11) am oberen Ende einen kugelförmigen
Anschlag (107) und zwei diametral gegenüberliegende radiale
Vorsprünge (106) aufweist, und daß die dreidimensionalen
Bezugsmittel des Werkzeugs (113) einen V-förmigen Sitz (11a)
aufweisen, der mit dem kugelförmigen Anschlag (107)
zusammenwirkt, um dessen Stellung in vertikaler Richtung und
in einer Richtung parallel zu den Vorsprüngen (106) zu
definieren, und daß die Bezugsmittel des Werkzeugs (13)
weiter zwei Endgabeln (112) aufweisen, die mit den
Vorsprüngen (106) zusammenwirken, um die Lage des zweiten
Bereichs (17) in einer Richtung senkrecht zu den Vorsprüngen
sowie die Winkelstellung des zweiten Bereichs (17) des
Trägerelements (11) zu definieren.
17. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzwerkzeug (13)
Sensormittel (14) aufweist, die melden, wenn das Werkzeug
(13) und der zweite Bereich (17) des Trägerelements (11) im
gegenseitigen Eingriff stehen.
18. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis
17, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzwerkzeug (13)
Mittel (115) zur Erzeugung mindestens eines Lichtstrahls (L)
aufweist, um die Positionierung des Trägerelements (11) zu
unterstützen.
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