DE19648864A1 - Positionierverfahren und Positioniersystem - Google Patents
Positionierverfahren und PositioniersystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionierung einer
Spannvorrichtung für Werkstücke innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsraumes.
Die Erfindung wird im folgenden im wesentlichen anhand einer Meßmaschine und
ein dafür vorgesehenes Positionier- und Spannsystem beschrieben, ist jedoch
nicht auf derartige Meßmaschinen beschränkt, sondern in gleicher Weise
verwendbar für Positioniersysteme mit Hilfe dreiachsig ansteuerbarer
Robotersysteme für ein Werkzeug. Insoweit ist das System sowohl für
Meßmaschinen als auch Bearbeitungsmaschinen geeignet.
Werkstücke beliebiger Kontur müssen für deren exakte Vermessung oder
Bearbeitung innerhalb eines bestimmten dreidimensionalen Raumes, welches der
Reichweite des Meßsystemes bzw. der Bearbeitungseinrichtung entspricht
temporär fixiert werden.
Bei Meßmaschinen wird dieser Raum von einer Meßplatte, einem Meßtisch oder
einer Aufspannplatte in der Ebene begrenzt und die dritte Dimension von der
Reichweite des Meßtasters an einer Meßbrücke oder einem Meßgalgen bestimmt
(DE-AS 22 32 858 und DE 37 17 541 A1).
Als Spannvorrichtungen oder Auflagesäulen für das Werkstück dienen
verstellbare Säulen, die auf der Aufspannplatte punktgenau arretiert werden
können. Dazu gehören Vorrichtungen, wie sie z. B. aus der DE 44 24 765 A1 oder
US 4 848 005 bekannt sind.
Eine komplette von Software gesteuerte Meßmaschine "TYPHOON" mit "Five-
Unique"-Aufspannvorrichtung ist in einem gleichnamigen Prospekt der Firma
DEA-Brown-Sharpe SpA. Moncalieri, IT veröffentlicht worden.
Mit Hilfe der Meßmaschinen oder des Meßroboters wird ein Referenzpunkt
entsprechend einem Aufspannpunkt des Werkstückes in dem das Werkstück
umgebenden dreidimensionalen Meßraum angefahren. Unter diesen
Aufspannpunkt wird dann eine Stütze oder Spannsäule, die auf dem Meßtisch
fixierbar ist, gesetzt, in der Regel durch möglichst exaktes manuelles oder
maschinelles (US 4 848 005) Verschieben der Säule in horizontaler Ebene (XY-Achse)
und vertikales Justieren von deren Höhe (Z-Achse). In gleicher Weise
werden die anderen Aufspannpunkte gefunden und fixiert.
Als Hilfsmittel dient ein CAD-Programm oder eine Zeichnung des Werkstückes,
welche für die Softwareverarbeitung in der Meßmaschine aufbereitet werden.
Additiv wird der Meßstab oder Taster der Meßmaschine durch eine abnehmbare
Zentriervorrichtung ersetzt, die am Aufspannpunkt der zu positionierenden Säule
als komplementärer, simulierter Werkstückpunkt dient. Die Zentriervorrichtung
weist ein Koppelelement, z. B. einen Greifer oder eine Kugelfalle auf, um die zu
positionierende Säule formschlüssig ankoppeln zu können. Dieses aufwendige
Positionierverfahren ist detailliert in DE 195 10 456 A1 beschrieben, ebenso
einige für die Fixierung der Werkstücke verwendbare Spanneinrichtungen.
Für die Positionierung von Bauteilen unter definierten Winkeln in einer Ebene sind
auch Drehtische mit Positioniergenauigkeiten unter +/-0,05° absoluter
Genauigkeit bekannt, die mit Schrittmotoren oder Servomotoren ausgestattet
sind. Die Positioniergenauigkeit wird mittels Endschaltern erreicht, die den Hall-
Effekt nutzen. Derartige Drehtische mit der Typenbezeichnung RTM offeriert die
Firma Spindler & Hoyer GmbH & Co, Göttingen, DE.
Für die automatisierte Erfassung einzelner Meßpunkte auch sehr großer Teile
können auf einer Meßplatte bewegliche Meßsäulen gemäß EP-B 0 216 041
verwendet werden.
Mit den zitierten Systemen ist es nicht möglich, eine Auflagefläche beliebiger
Lage und Ausdehnung im 3-D-Meßraum, d. h. Arbeitsraum zu simulieren oder für
eine derartige Auflagefläche eine Säule mit ebener oder gekrümmter
Aufspannfläche oder sonst räumlicher Aufspannfläche bereit zu stellen;
zumindestens dann nicht, wenn die Lage der Fläche im Raum eine beliebigen
Raumwinkel einnimmt, der von den bei Rastersystemen standardisierten Winkeln,
wie 15°, 30°, 45° usw. abweicht.
Bezüglich der Einzelheiten der Spannelemente, Zentrierkugeln und sonstiger
Einzelheiten der Meßmaschine, Meßplatte und Säulen für die
Werkstückabstützungen und deren Funktion wird auf hier zitierten Publikationen
verwiesen und deren Beschreibung durch Zitat in die Offenbarung dieser
Erfindung einbezogen. Dies gilt soweit nicht andere Systeme hier vorzugsweise
beschrieben werden.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine beliebige Spannfläche
oder mehrdimensionale Aufspann- und Positioniervorrichtung innerhalb des
Arbeitsraumes bereitzustellen, um eine mehrdimensionale Aufspannfläche oder
entsprechend angeordnete Aufspannpunkte für Werkstücke auf einer
entsprechenden Positioniervorrichtung anordnen zu können.
Das Problem wird durch die Ansprüche 1, 6 und 13 gelöst. Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
Die Erfindung geht von der Oberlegung aus, daß mit den bisherigen Verfahren
und Positioniersystemen automatischer oder manueller Art nur Punktauflagen
oder konkrete Punkte zur Werkstückunterstützung exakt positionierbar sind. In
manchen Fällen ist die Fläche am Werkstück, die der Auflage des Werkstückes
dient oder mit der das Werkstück an weiteren Teilen zu befestigen ist, nicht eben
oder hat im Arbeitsraum, dessen Koordinaten bekannt sind, keine waagerechte
Ausdehnung. In diesen Fällen, z. B. bei beliebigem Raumwinkel einer
Auflagefläche ist eine punktförmige Unterstützung des Werkstückes ungenau
oder führt zu einer ungenauen temporären Einspannung des Werkstückes. Hier
galt es eine wirtschaftliche, einfache und kostengünstige Lösung zu finden unter
Verwendung der bisher üblichen Robotersysteme oder Meßmaschinen,
insbesondere eine Anordnung für das Vermessen von Werkstücken.
Nach dem Stand der Technik muß für eine räumlich angeordnete Auflagefläche
des Werkstückes eine spezielle Stützeinrichtung angefertigt werden, die auf den
punktförmigen Stützen, speziell Stützsäulen auf Basisplatten von Meßmaschinen
aufsetzbar war. Problematisch ist dabei unter anderem die exakte Fertigung
dieser Stützeinrichtung, die unter Umständen nur einmal verwendbar ist Große
Probleme bereiten auch prismatische Werkstücke oder rohrförmige Werkstücke
oder ähnlich geformte Teile an Werkstücken, die in beliebiger Achslage unter
einer nur aus dem fertigen Produkt her bekannten räumlichen Lage temporär für
das Vermessen zu Positionieren sind oder Vorrichtungen für Meßverfahren, die
einen gezielten Abstand zwischen einer Stützeinrichtung und dem Werkstück
verlangen, um mittels Spion eine gleichmäßige Außenkontur des Werkstückes
feststellen zu können.
Davon ausgehend wurde ein Verfahren zur genauen Positionierung von
Vorrichtungen, wie Stützsäulen und ähnliches zur temporären Fixierung des
Werkstückes in einem bekannten dreidimensionalen Arbeitsraum entwickelt.
Dabei wird vorausgesetzt, daß das Werkstück eine mehrdimensionale, d. h.
räumlich beliebig angeordnete Auflage benötigt und das Werkzeug oder ein
Meßkopf mit Meßtaster alle Koordinatenpunkte anfahren kann und die Maschine
mit einem Rechner ausgestattet ist, wie dies insbesondere bei 3-D-Meß
maschinen der Fall ist. Die von der Meßmaschine zu Verfügung gestellten
Einrichtungen, wie Kollisionsschutz oder Übertragung elektrischer Steuer- oder
Leistungssignale sind bei der hier vorgeschlagenen Lösung nutzbar, indem sie
über ein entsprechendes Kupplungssystem an dem Kopf der Maschine, z. B. dem
Meßkopf eingesetzt werden, beispielsweise als Austauschelement für den
Meßtaster. Gegenüber dieser Meßmaschine oder Bearbeitungsmaschine,
darunter wird z. B. eine Schleifvorrichtung oder ein Schleifwerkzeug und
ähnliches, wie z. B. auch ein Erodierwerkzeug verstanden, liegt in der Regel eine
Basisplatte z. B. der Meßplatte der Meßmaschine und darauf eine
höhenverstellbare und frei in X- und Y-Achse bewegliche Vorrichtung, meist auch
als Stützsäulen bezeichnet. Diese Stützsäulen werden bei dem Stand der
Technik in der Regel mit kugelförmigen oder ähnlichen Köpfen versehen, damit
dort das Werkstück aufgelegt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es natürlich auch möglich, derartige
Kugeln oder standardisierte Auflagepunkte zu verwenden, wenn nicht
erfindungsgemäß eine besondere Stützeinrichtung Verwendung finden soll, die
der mehrdimensionalen beliebigen Raumlage des Werkstückes Rechnung trägt.
Erfindungsgemäß wird die Stützsäule oder ähnliche Vorrichtung mit einer ersten
Kupplung und das Werkzeug, d. h. der Kopf der Maschine mit einem
entsprechenden Adapter mit einer zweiten Kupplung bestückt und rotatorisch um
360° beweglich verbunden. Jede dieser Kupplungen besteht aus mindestens zwei
Koppelteilen, welche durch feststellbare, schwenkbewegliche Zwischengelenke
verbunden sind und wobei beide Kupplungen temporär indirekt miteinander
koppelbar sind. Diese Kopplung kann durch ein Distanzstück zwischen den frei
beweglichen Koppelteilen der Vorrichtung bzw. des Werkzeuges geschehen oder
die Koppelteile bestehen an ihren freien Enden aus Magneten, z. B.
Magnetplatten, die so die Kupplungen der Vorrichtung und des Werkzeuges
indirekt miteinander koppeln können.
Es wird unterstellt, daß die Werkstückkonfiguration als Zeichnung oder CAD-Pro
gramm verfügbar ist und auch die Raumlage der Auflageflächen des
Werkstückes mit Hilfe der Maschine in Koordinatenpunkte umrechenbar sind. Die
so ermittelte mehrdimensionale Auflage wird auf das Koordinatensystem des
Arbeitsraumes transponiert und sodann zu der mehrdimensionalen Auflage eine
rechnerische Referenzebene der Auflage ermittelt. Diese Referenzebene dient
dazu, eine diese Ebene schneidende Achse zu fixieren, nach der sich das
gesamte Positioniersystem richten kann. Die äußeren Koppelteile am Werkzeug
werden dann durch Festsetzen des Zwischengelenkes in Richtung der
schneidenden Achse ausgerichtet und fixiert und das Werkzeug auf die
rechnerisch ermittelte schneidende Achse im Arbeitsraum mit definierten Abstand
zu der Referenzebene verfahren. Dieser definierte Abstand dient dazu, ein
Distanzstück für die Kopplung mit der nunmehr auf die Referenzebene
auszurichtenden Stützsäule aufzunehmen und gegebenenfalls eine
Spanneinrichtung und eine Stützeinrichtung auf der Stützsäule zu positionieren.
Nachdem eine Stützsäule grob in X-Y-Position vorjustiert wurde und sodann die
Höhenlage (Z-Achse) des entsprechenden Koppelteiles für die später zu
montierende Stützvorrichtung ausgerichtet wurde, werden die benachbarten
Koppelteile der Vorrichtung und des Werkzeuges achsengetreu ausgerichtet und
dann zu einander fixiert. Diese Fixierung kann durch Zwischenkoppeln eines
Distanzstückes bekannter Länge geschehen, wobei gleichzeitig
Winkeldifferenzen zur exakten Justierung der Stützsäulen ausgeglichen werden
können.
Andererseits ist es möglich, daß die freien Enden der Koppelteile der Kupplungen
mit Magnetelementen ausgerüstet sind, die dann in der Lage der schneidenden
Achse temporär durch Magnetkräfte miteinander gekuppelt werden.
Nachdem diese Feinjustierung und Ausrichtung der Stützsäule oder Vorrichtung
auf der Basisplatte vorgenommen wurde, wird die Vorrichtung sowohl auf der
Basisplatte, als auch in ihrer Höhenlage festgesetzt. Sodann können die
Kupplungen der Vorrichtung und des Werkzeuges vom den Distanzstück
entkuppelt werden und in das nunmehr frei gewordene Koppelteil der Vorrichtung
oder Stützsäule kann eine zur Auflage des Werkstückes komplementäre
Stützeinrichtung eingefügt und festgesetzt werden. Zu beachten ist dabei, daß
sowohl das Distanzstück als auch die Koppelteile sehr exakt gefertigt werden und
möglichst wenig Spiel aufweisen, damit eine Wiederholgenauigkeit von < als 0,1
mm absolut garantiert werden kann. Das Werkstück, z. B. ein Spritzgußteil kann in
der Regel mit derartigen engen Toleranzen gefertigt werden, so daß natürlich
auch eine entsprechende Meßmaschine oder Bearbeitungsvorrichtung mit ähnlich
engen Toleranzen fertig werden muß.
Zur Vereinfachung und Übersichtlichkeit der verwendeten Verfahrensweisen und
Vorrichtungsteile wird im folgenden bei dem Positionierverfahren und
Positioniersystem nur von einer 3-D-Meßmaschine und einem, in dem innerhalb
der Reichweite der Meßmaschine angeordneten Raum positionierten Werkstück
ausgegangen, das mit entsprechenden, für sich bekannten, Stützsäulen gehalten
wird. Bei Verwendung des Systems mit anderen Maschinen kann der Fachmann
den Vorgang und die Vorrichtungen entsprechend anpassen. Idealerweise ist die
Zahl der Bauteile, der zu verwendenden Positionierelemente so gering wie
möglich zu halten, einmal aus Kostengründen und zum anderen, um eine
Addition der Ungenauigkeiten zu größeren Positionierungenauigkeiten oder
Meßungenauigkeiten zu vermeiden.
Eine der erfindungsgemäß zu verwendenden Kupplungen sowohl am Kopf der
Meßmaschine, eingesetzt in die Vorrichtung, die für den Taster Verwendung
findet, und am Kopf der Stützsäule besteht im wesentlichen nur aus den
Elementen, Adapter für die Ankopplung an die Maschine bzw. die Basis der
Stützsäule, ein Zwischenglied, das eine Bewegung der Kupplung um 360°
ermöglicht, diesen Freiheitsgrad in der X-Y-Achse jedoch mit beliebigem
Winkeleinschlag fixieren kann, ein an diese Koppelteil der Kupplung
schwenkbeweglich anzuordnendes zweites Koppelteil, welches gegenüber dem
ersten Koppelteil in einer vertikalen Ebene zu dessen Achse um etwas mehr als
+/-90° schwenkbeweglich gehaltert wird und die dazu erforderliche
Schwenkachse ebenfalls in einer vordefinierbaren Winkelstellung festsetzbar ist.
Letztlich wird an diesem zweiten Koppelteil noch ein, an dessen freien Ende
angeordnetes, Fixierelement benötigt, um eine Ausrichtung des komplementären
Koppelteiles an der Kupplung der Stützsäule unter definierter Winkellage halten
zu können. Eine derartige Fixierung kann eine Hülse sein, die ein definiertes, von
der Länge her bekanntes Distanzstück zwischen den beiden freien Koppelteilen
erfaßt oder es kann eine Magnethalterung sein, so daß die Koppelteile
gegeneinander magnetisch koppelbar sind. Als Distanzstück kann z. B. eine
genau bemessene zylindrische Säule Verwendung finden, die beidendig mit
Ringnuten versehen ist, an der entsprechende Feststelleinrichtungen der
Koppelteile dieses Distanzstück halten können.
Idealerweise besteht das erste Koppelteil und der Adapter aus einem Schrittmotor
oder Servomotor, bei dem sich eine Scheibe gegenüber einer zweiten Scheibe
rotatorisch um einen voreinstellbaren Winkelgrad, z. B. entsprechend einem
elektrischen Signal generiert im Rechner der Meßmaschine, drehen kann. Dieser
Schrittmotor wird an seinem der Maschine abgewandten Ende mit einem
Gabelstück versehen, wobei das Gabelstück an seinen Enden eine
Schwenkachse aufweist, die einen zweiten, ähnlich wie der erste Schrittmotor
gestalteten, Motor schwenkbeweglich aufnimmt. Dieser Motor ist um die
Schwenkachse zwischen den Gabelenden schwenkbeweglich angeordnet und
trägt an seinem freien Ende eine Magnetplatte, z. B. einen Permanentmagneten
oder auch einen Elektromagneten. Wenn die Stütze in gleicher Weise
ausgerüstet ist, können die Magnete miteinander gekoppelt werden, so daß sich
die geschwenkten Motore entlang der berechneten schneidenden Achse unter
dem vordefinierten Winkel aneinander koppeln. In dieser Lage können dann die
Gelenke der Kupplungen fixiert werden und die Magnethalterung wird dann
getrennt. Da die Meßmaschine den richtigen Koordinatenpunkt angesteuert hat,
ist die Stützsäule nach dem Vorjustieren in eine Position gebracht worden, so daß
der schwenkbewegliche Motor auf der Stützsäule nach dem Koppeln mit dem
Gegenstück in der richtigen Position liegt, um ein Werkstück an der gewünschten
Stelle mit der gewünschten Lage der Auflagefläche abstützen kann.
Gegebenenfalls wird auf die Magnetplatte noch eine Stützeinrichtung gesetzt, die
der Kontur des Werkstückes angepaßt ist und eine mögliche Distanz zwischen
der Stützsäulenreichweite und dem tatsächlichen Auflagepunkt des Werkstückes
überbrückt.
Sofern für die Stützsäule und/oder für den Meßkopf keine derartigen
Schrittmotore einsetzbar sind, beispielsweise weil diese zu teuer sind oder zu
schwer sind, kann eine Hilfsvorrichtung, eine Justiervorrichtung benutzt werden,
die an einem wählbaren Referenzort oder Referenzpunkt im Arbeitsraum auf der
Basisplatte positioniert ist. Eine derartige Justiervorrichtung könnte dann, wie die
bewegliche Stützsäule mit entsprechenden Schrittmotoren ausgestattet sein
während die Stützsäulen und die Meßmaschine selbst manuelle
Kupplungssysteme haben.
In diesem Fall wird zunächst die Meßmaschine, wie zuvor beschrieben, dazu
benutzt die Lage des Werkstücks im Arbeitsraum zu ermitteln, eine
Referenzebene zu berechnen und eine die Referenzebene schneidende Achse
zu bestimmen. Nunmehr wird die Justiervorrichtung entsprechend voreingestellt,
indem die Schrittmotore auf die Winkellage komplementär zur Werkstücklage
bzw. dessen Referenzebene und der schneidenden Achse verfahren wird. In
einem weiteren Schritt wird eine der beschriebenen Kupplungen, jedoch in
manuell zu bedienender Ausführung, anstelle des Meßtasters im Meßkopf der
Meßmaschine positioniert. Dieser Meßkopf wird dann zu einem Referenzpunkt
des Arbeitsraumes verfahren, der in definiertem Abstand zu der Kopffläche des
schwenkbeweglichen Motors der Justiervorrichtung liegt. Dabei wird die Lage der
schneidenden Achse an dem Referenzpunkt angefahren und sodann die
Kupplung am Meßkopf manuell mit der Justiervorrichtung verbunden und
anschließend die Kupplung, d. h. deren Schwenk- und Drehachse fixiert, so daß
die Kupplung am Meßpunkt keine rotatorischen Freiheitsgrade mehr hat. Nach
dieser Vorjustierung der Kupplung wird dann der Meßkopf an den Sollort im
Arbeitsraum verfahren und die Stützsäule, wie zuvor beschreiben, dort
positioniert, indem die Kupplungen miteinander verbunden werden und so auch
an der Stützvorrichtung die schneidende Achse in ihrer X-Y-Z-Achsenlage fixiert
wird. Sodann werden die Kupplungen manuell entkoppelt und in das freie
Koppelende der Stützsäule die Stützeinrichtung für das Werkstück eingesetzt.
Falls eine derartige Justiervorrichtung ebenfalls nicht verwendbar ist, z. B. weil die
Basisplatte sehr klein ist oder die Schrittmotoren noch zu teuer sind, so kann
auch hier die Justiervorrichtung mit einer manuellen Kuppelvorrichtung
ausgestattet werden, entweder nach Art der Kupplungen, die auch an der
Stützsäule oder an dem Meßkopf vorhanden sind oder indem die
Justiervorrichtung lediglich aus einem Referenzsockel besteht, der in zwei oder
vier Referenzrichtungen Referenzkugeln trägt, die von einer Zentriereinrichtung
nach Art einer Überwurfverbindung mit einem anzukoppelnden Distanzstück zum
Meßkopf verbindbar sind. Dabei fährt die Meßmaschine, wie zuvor geschildert,
den Referenzpunkt zu der Justiervorrichtung an und sodann wird das, an der
Referenzkugel mit Spiel aber formschlüssig angeordnete, Zentrierelement mit der
Überwurfverbindung mittels eines Distanzstückes mit der manuellen Kupplung der
Meßmaschine gekoppelt und wiederum an der Meßmaschine durch
entsprechende Feststelleinrichtungen der rotatorische Freiheitsgrad und der
Schwenkfreiheitsgrad gesperrt. Danach kann, wie zuvor beschrieben, die
Stützsäule eingerichtet werden nach dem Muster der Achsenneigung an der
Kupplung des Meßkopfes.
Je nach gewünschtem Automatisierungsgrad oder Aufwand für derartige
erfindungsgemäße Positioniersysteme kann sowohl der Meßmaschinenkopf, die
Stützsäule und/oder eine Justiervorrichtung mit elektrisch oder manuell
verstellbarer und arretierbarer Kupplung versehen werden und die erforderlichen
Winkeleinstellungen an den Kupplungen manuell oder elektrisch gesteuert
vorgenommen werden. In allen Fällen ist jedoch zunächst eine Referenzebene
oder Fläche zu der Werkstückauflage im Abstand zu den vertikalen Achsen der
Stützsäule bzw. der Justiereinrichtung einerseits und des Meßkopfes andererseits
zu definieren, entsprechend den geometrischen Abmessungen der zu
verwendenden Stützsäulen und Stützeinrichtungen und bezogen auf die
schneidende Achse, welche im einfachsten Falle orthogonal zu der
Referenzebene liegt. Die rechtwinklige Achsenlage (zu einer Referenzebene
mittig zwischen den vertikalen Achsen) ergibt sich bei der Verwendung von
Distanzstücken mit parallelen Ringnuten und manuell zu bedienenden
Kupplungen gleicher Bauart von selbst.
Das in die Stützsäule einzusetzende Stützelement oder die Stützeinrichtung für
das Werkstück hat gegenüber der Stützsäule eine zu einer Fläche der Stützsäule
planparallele Referenzebene, z. B. die Oberseite der Stützeinrichtung, so daß bei
manueller Variation der Stützeinrichtung diese nicht aus der gewünschten
räumlichen Lage gedreht wird oder gekippt wird.
In einer besonderen Ausführungsform der Stützeinrichtung kann diese mit einer
komplementären Oberfläche zur Werkstückoberfläche versehen sein, jedoch
bekommt diese Stützeinrichtung noch einen weiteren rotatorischen Freiheitsgrad,
um eine gegenüber der Referenzebene abweichende Werkstückkontur
berücksichtigen zu können. Dies ist insbesondere sinnvoll bei der Positionierung
von Werkstücken, die Rohrleitungen oder ähnliche, nicht flächige Auflagekanten
haben und daher die Stützeinrichtung als Mehrpunktunterstützung auszuführen
ist. Gleiches könnte sein, wenn die Werkstückoberfläche an der Auflagestelle mit
einer dreidimensionalen Struktur versehen ist und die Oberfläche der
Stützeinrichtung in gleicher Weise auszurichten ist Falls die Oberfläche der
Stützeinrichtung dazu zu verschwenken ist, wird an der Stützeinrichtung selbst
ein Lager mit rotatorischem Freiheitsgrad angeordnet, gegebenenfalls mit einer
Anzeige für die Winkellage oder das Bogenmaß.
Bei der Verwendung nichtmagnetischer Koppelteile für das zuvor beschriebene
Distanzstück oder die Stützeinrichtungen ist es erforderlich, diese exakt zu
führen, was geeigneterweise mit einer entsprechenden Ausbildung des freien
Ende des Koppelteils der jeweiligen Kupplung geschieht. Da das Distanzstück
selbst ein Fixmaß haben soll, können dort keine verstellbaren Koppelelemente
angebracht werden. Aus diesem Grund muß mindestens die Kupplung der
Stützsäule oder die Kupplung am Meßkopf mit einer, das Distanzstück
übergreifenden Hülse oder ähnlich wirkenden Elementen ausgestattet sein, um
das Distanzstück ein- und auskuppeln zu können. Damit die exakten Abstände
zwischen den Kupplungsteilen wiederholgenau justierbar sind, kann das
Distanzstück vorzugsweise mit Ringnuten versehen sein, in denen
Feststelleinrichtungen der in das Distanzstück zu schiebenden Hülsen oder
Koppelteile genau fixierbar sind. In Richtung der schneidenden Achse wird das
Distanzstück durch entsprechende Zentrierungen innerhalb der Kupplungsteile
mittig gehalten.
Die weiteren Vorteile und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
des Positionierverfahrens ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand
von Ausführungsbeispielen. Mit der so ausgestatteten Meßmaschine kann eine
Meßpunkt oder eine Meßfläche mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 mm
angefahren und das Werkstück entsprechend genau positioniert werden.
Anhand einer teils schematische und teils konkretisierten Zeichnung wird die
Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Positioniervorrichtung mit Justiervorrichtung, Werkzeug und
Distanzstück;
Fig. 2 Positioniervorrichtung mit einer Stützsäule als höhenverstellbare
Vorrichtung sowie ein Werkzeug und Distanzstück gemäß Fig. 1;
Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 2 in gekuppeltem Zustand;
Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 2 nach Fixieren der Stützsäule;
Fig. 5 eine Stützsäule mit einzusetzender Stützeinrichtung;
Fig. 6 eine zweite Form der Justiervorrichtung und eine zweite Form des
Werkzeuges;
Fig. 7 eine dritte Form der Justiervorrichtung oder Stützsäule;
Fig. a eine konkretisierte Form der Justiervorrichtung gemäß Fig. 1 im
Schnitt;
Fig. b eine konkretisierte zweite Form des Positioniersystems analog Fig.
3 im Schnitt;
Fig. 9a-c eine zweite und dritte Stützeinrichtung mit Spannelementen;
Fig. 10 unterschiedliche Formen von Stützeinrichtungen.
Ein Positioniersystem gemäß Fig. 1, dessen Teile im wesentlichen aus
Leichtmetall bestehen, zeigt die Basis einer Justiervorrichtung 2, die mit einer
Kupplung 1 versehen ist, welche über ein Distanzstück 3 mit einer Kupplung 4
eines Werkzeuges/einer Maschine koppelbar ist. Ein feststehendes Teil 11 ist mit
einem Klemmring 12 versehen, mit dem eine, mit Freiheitsgrad F1 um 360°
drehbare Welle 13 in beliebigem Rotationswinkel relativ zum Fixteil 11 feststellbar
ist. Die Welle 13 ist mit einem, um die Feststelleinrichtung 17
schwenkbeweglichem, Koppelteil 14 verbunden, welches einen Freiheitsgrad von
etwa 180° hat, so daß zwischen der Welle 13 und dem Koppelteil 14 ein Winkel
von etwa +/-90° zur Längsachse des Teiles 13 einstellbar ist. Auf diesem
Koppelteil 14 ist ein nach Art einer Überwurfmutter oder Überschiebehülse
ausgebildetes Teil 15 angeordnet, welches in Richtung auf die
Feststelleinrichtung oder das Zwischengelenk 17 in Ruheposition beweglich ist,
andererseits aber über ein Distanzstück 3 überschiebbar ist und mit diesem durch
die Feststelleinrichtung 18 verbunden wird. Das Distanzstück 3 ist andererseits
mittels einer, zu Vorrichtung 18 identisch ausgebildeten, Feststelleinrichtung 48 in
einer Überschiebehülse 45, welche ähnlich ausgebildet ist wie die Hülse 15,
festgelegt. Die Hülse 45 kann wiederum auf dem Koppelteil 44 axial verschoben
werden, so daß das Distanzstück 3 zwischen den Hülsen 45 und 15 entnommen
oder eingesetzt werden kann. Das Koppelteil 44 bildet mit einem weiteren Teil 43,
verbunden in einer Schwenkachse der Feststelleinrichtung 47, einen Winkel, der
entsprechend dem Freiheitsgrad F2, welcher genau wie der gleichnamige
Freiheitsgrad an der Justiervorrichtung 1, 2 etwa +/-90° zur Achse des Teiles 43
ausgebildet sein kann. Das Teil 43 ist maschinenseitig über einen Adapter 41
gehalten, wobei sich das Teil 43 mit F1 rotatorisch um 360° zur Achse des Teiles
41 bewegen läßt, aber stillgesetzt werden kann durch Feststelleinrichtung 46 an
Klemmring 42. Das Teil 4 kann insgesamt auch als Werkzeug, Maschinenkopf
oder Meßkopf mit Kupplung bezeichnet werden.
Die in Fig. 1 dargestellten Teile des Positioniersystems gestatten es, ein
Werkzeug bzw. eine Meßvorrichtung mit Hilfe einer Meßmaschine, die an dem
Zapfen 40 mit Adapter 41 verbindbar ist, zu benutzen, um Positionen von
Stützsäulen mit Hilfe der Justiervorrichtung und des Werkzeuges räumlich exakt
zu berechnen und anschließend auszurichten. Dazu wird die Meßmaschine auf
die dargestellte Position relativ zu der Basis 2 gebracht, wobei die zuvor
errechnete räumliche Lage der Achse, einer Verbindungslinie der Achsen der
Feststelleinrichtungen 17 und 47 - zuvor auch schneidende Achse genannt -
symbolisiert ist. Die Distanz der Achsen der Bauteile 41 und 13 wird durch das
Distanzstück 3 mit fixer Länge und die Baulängen der entsprechenden
Kuppelteile 14 und 44 bestimmt.
Nachdem die Meßmaschine mit dem Werkzeug 4 in die dargestellte Position
gefahren ist, wird das Distanzstück 3 zwischen der Justiervorrichtung 2 und dem
Werkzeug 4 eingekuppelt und die Feststelleinrichtungen 48 und 18 festgezogen,
so daß eine genaue Distanz der Vertikalachsen oder eine genaue Länge des
interessierenden Abschnittes der schneidenden Achse sichergestellt ist. Sodann
wird die Feststelleinrichtung 46 betätigt, um den Freiheitsgrad F1 zu sperren,
sowie die Befestigungseinrichtung 47 festgezogen, um den Freiheitsgrad F2 zu
sperren, nachdem zuvor schon der translatorische Freiheitsgrad, dargestellt durch
die Pfeile parallel zur schneidenden Achse, durch Fixieren des Distanzstückes mit
Hilfe der Feststelleinrichtungen 18, 48 beschränkt wurde.
Fig. 2 zeigt nun, daß anschließend die Feststelleinrichtung 18 der
Justiervorrichtung (Fig. 1) bzw. des entsprechenden Koppelteiles gelöst wurde,
wobei die Ringnut 31 des Distanzstückes freigegeben wurde, so daß das
Distanzstück 3 von dem Werkzeug 4 zu einer Stützsäule mit Kupplung 6 und
Basis 5 bewegt wurde. Die Basis der Stützsäule ist in X- und Y-Richtung
vorjustiert und auf einer Basisplatte (Fig. b) derart verschoben worden, daß
innerhalb der Kupplung 6 der Stützsäule zunächst eine Höhenjustierung (Fig. 3)
in Richtung Z der Kupplungsachse 63 und anschließend die Säule mit Koppelteil
64 über das Distanzstück 3 geschoben werden kann, so daß die
Feststelleinrichtung 68 an dem Koppelteil 64 in die Nut 31 des Distanzstückes
eingreifen und die Verbindung zwischen Werkstück und Stützsäule exakt
justieren kann. Dazu ist es zunächst gleichgültig, ob die Aufnahme (Teil 64) für
das Distanzstück entlang der schneidenden Achse (Pfeil) beweglich und über das
Distanzstück schiebbar ist oder ob, gemäß Fig. 8b, die Aufnahme (Teil 65) für
das Distanzstück an der Stützsäule feststeht und nicht als Überschiebemuffe
ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, daß die Ausführung gemäß Fig. 8b exakter
ist und weniger Spiel zuläßt.
Die Stützsäule hat ein feststehendes Teil 61, einen Klemmring 62, in dem die
Welle 63 entsprechend Freiheitsgrad F1 rotatorisch beweglich ist und zugleich in
ihrer Höhe verstellbar ist, wie es der Pfeil in Fig. 3 zeigt. Die Koppelteile 63, 64
sind über das Zwischengelenk bzw. die Feststelleinrichtung 67 schwenkbar,
wobei ein Freiheitsgrad F2 von +/- etwa 90°, vorzugsweise 2 bis 5° je Richtung
mehr, beweglich ist. Nachdem die Stützsäule 5, 6 mit dem Werkzeug 4 gekoppelt
ist, dargestellt in Fig. 3, wird die Feststelleinrichtung 67 für das Zwischengelenk
und eine nicht dargestellte Feststelleinrichtung für den Klemmring 62 betätigt, so
daß die beiden Freiheitsgrade F1 und F2 gesperrt sind und das Teil 64 mit
seiner Achse, genauer: der durch die Achsen der Teile 44, 3, 64 definierten
schneidenden Achse, fixiert sind. Während der Montage der Stützsäule war die
Meßmaschine mit dem Adapter 41 genau in die Position gefahren, die sich durch
die schneidende Achse ergibt und in die durch das Distanzstück oder z. B.
dessen Endflächen definierte Referenzebene in Abstand zu der vertikalen Achse
des Adapters.
Fig. 4 zeigt, daß nunmehr die Feststelleinrichtung 68 gelöst wird, damit die
Meßmaschine mit dem Werkzeug 4 und dem Distanzstück 3 die Stützsäule
verlassen kann. Alternativ kann das Distanzstück 3 zunächst in der Stützsäule
verbleiben und später entnommen werden.
Fig. 5 zeigt dann, daß dieses Distanzstück durch eine Stützeinrichtung 100
ersetzt wird. Dieses ist mit einer zur Auflage des Werkstückes komplementären
Fläche, ihrer Oberseite 103, sowie mit einem Zapfen 102 und einer Nut 101
ausgestattet, welche von der Feststelleinrichtung 67 in der exakten Sollposition
fixiert werden kann.
Fig. 6 zeigt anstelle einer Justiervorrichtung 1, 2 eine alternative
Justiervorrichtung 7, umfassend einen Kreuzschlitten 72, angeordnet auf einer
nicht dargestellten Basisplatte. Auf dem Kreuzschlitten 72 sitzen Referenzkugeln
71 versehen mit einer Überwurfhülse 73 für ein Distanzstück 33.
Das Werkzeug 8, hier ausgebildet als Hülse 80, welche über den Meßkopf 81 mit
Taster 82 schiebbar ist. Die Hülse 80 weist einen Zapfen 83 auf, an dem eine
rotatorische Kupplungseinheit 84 mit einem Freiheitsgrad von 360° um die
Vertikalachse des Meßkopfes, sowie eine auf dem Kupplungsteil angeordnetes
Gabelstück 85, welches seinerseits wiederum eine Schwenkeinheit 86 trägt,
welche um +/-95° um Schwenkachse 87 schwenkbar ist. An dieser
Schwenkeinheit ist ein Kuppelteil 88 angeflanscht, versehen mit einer
Überwurfhülse 89 zur Verbindung dieser Kupplung mit dem Distanzstück 33. Die
um 360° und die um +/-95° Schwenkungen der Einheiten werden in diesem Fall
durch elektrisch betriebene Schrittmotore oder Servomotore ausgeführt, welche
von dem Rechner der Meßmaschine bzw. der den Meßkopf bewegenden
Maschine ansteuerbar ist, wodurch die entsprechenden Schwenkwinkel oder
Rotationswinkel direkt aus dem Softwareprogramm auf die in Fig. 7 dargestellte
Positioniereinrichtungen übertragbar sind. Da die Justiervorrichtung mit den
Kugeln 71 ausgestattet ist, ist relativ zu diesen Kugeln die Achse des Meßkopfes
in der dargestellten Weise frei beweglich und zwar mit zwei rotatorischen
Freiheitsgraden, so daß die Verbindung von Kugelmitte bis zum Gelenk 87
letztlich die schneidende Achse im Sinne der Erfindung darstellt.
Fig. 7 zeigt eine alternative Justiereinrichtung anstelle des Kreuzschlittens und
des mit Kugeln ausgestatteten Einstellkopfes, welche an einer vorgegebenen
Stelle auf einem Meßmaschinentisch oder einer Basisplatte 800 angeordnet
werden kann. Insoweit stellen die Vorrichtungsteile 800 bis 808 eine
spiegelbildliche Ausführung der zuvor geschildeten Ausführung des Werkzeuges
mit den Bezugsziffern 80 bis 88 dar. Auf dem Maschinentisch 800 ist eine
Basiseinheit 810 einer Justiereinrichtung fixiert, in der um 360° beweglich ein
programmierbarer Schrittmotor angeordnet ist, der um einen vorgebbaren Winkel,
z. B. mit Endschalterfunktion einstellbar ist. Dieser Drehkopf hält in einer Gabel
850 an Gelenk 860 einen weiteren Drehkopf mit integriertem programmierbarem
Schrittmotor, der um den Drehzapfen um +/-100° schwenkbar ist, wie dies die
Winkelskalenstriche andeuten. Der Schrittmotor 870 trägt auf seiner Kopfseite
einen Magneten 880, mit dem anstelle der zuvor beschriebenen Koppelteile für
ein Distanzstück 3 dieses Distanzstück magnetisch auf dem Justierkopf exakt
fixiert wird. Alternativ kann natürlich auch auf einem derartigen Schrittmotor oder
Schwenkgerät die bereits als Teil 1 beschriebene Koppeleinrichtung (Fig. 1)
Verwendung finden.
Fig. 8a zeigt in einer konkretisierten Form gegenüber Fig. 1 eine
Justiervorrichtung mit den Teilen 1 und 2. Das Teil 2 umfaßt hier eine Basisplatte
21 und eine Fixiereinrichtung 22 für das feststehende Teil 11 der Kupplung 1. In
einem Gehäuse 110 sind zwei Axial- und Radiallager 111 mittels Sprengring
113 sowie Mutter 132 auf dem Gewindezapfen 131 fixiert. Der Gewindezapfen
131 gehört zu der Welle 13, welche somit rotatorisch frei beweglich aber
andererseits exakt und spielfrei in der Hülse 110 gelagert ist. Ein allgemein mit
der Ziffer 12 bezeichneter Klemmring besteht aus einem geschlitzten Torus 120,
der mittels Schrauben 121 an der Hülse 110 einseitig fixiert ist, während
andererseits den Schlitz 122 eine Klemmschraube 16 durchsetzt, um die Welle
13 in ihrem rotatorischen Freiheitsgrad zu sperren. Die Welle 13 endet in der
Halbwelle oder dem Zapfen 133, welcher mit einem komplementär ausgebildeten
Zapfen 141 des Teiles 14 mittels einer Feststelleinrichtung 17 verbunden ist. Die
Feststelleinrichtung umfaßt eine Flügelmutter 171 mit Gleitzapfen 172, der in
einen Gewindezapfen 173 endet. Der Gleitzapfen sitzt in einer die beiden
Wellenteile 133, 141 überbrückenden Bohrbuchse 174, während er in eine
Gewindebohrung des Zapfenteiles 141 einschraubbar ist, so daß der
kupplungsseitige Kopf der Flügelmutter den Zapfen 133 klemmend gegen den
Zapfen 141 festspannt. Das Teil 14 endet in einem zentrischen Führungsteil 142
mit etwa dem halben Durchmesser des größten Maßes des Zapfens 14. Am Kopf
des Führungsteiles 142 ist mittels Schraube 143 eine Bundscheibe 144
festgelegt, so daß eine Hülse 15 mit ihrem an der Führung 142 gleitenden Bund
151 nicht von dem Teil 14 abfallen kann. Die Hülse 15 wird durch eine aus
Flügelmutter 181 mit Gewindezapfen 182 versehene Feststelleinrichtung in einem
nicht dargestellten Gewinde durchgriffen und kann so gemäß Fig. 1 ein
Distanzstück 3 in der Nut 31 fixieren.
Fig. 8b zeigt in ähnlichem Aufbau wie die Justiervorrichtung eine Vorrichtung,
die als Stützsäule ausgebildet ist, wobei der feste Teil 5, einen Sockel 51 mit
Innengewinde 510 umfaßt, das mit Hilfe einer Spannvorrichtung 511 bzw. 512,
513 auf einer Basisplatte 21 fixierbar ist. Bei Bedarf kann in diese Basiseinheit
eine Verlängerung 52 Außengewinde in das Gewinde der Basiseinheit 51
eingeschraubt werden. Die Stahlbleche 53, 54, welche mittels Schraube 531,
541 fixiert werden, definieren Flächen für das Ansetzen von Gabelschlüsseln, um
die Gewindeteile gegeneinander festziehen zu können. Die Verlängerung 52 kann
in beliebiger Säulenhöhe ausgebildet werden. Auch die Verlängerung 52 trägt ein
Innengewinde 521 und kann darin ein feststehendes Teil 61 mit Außengewinde
611 der Kupplung 6 aufnehmen. Der feststehende Teil 61 der Kupplung besteht
aus einer Hülse 610 mit innen liegender Führungsbuchse 612 für die Welle 63,
welche in der Führungsbuchse 612 sowohl rotatorisch als auch in Achsrichtung
der Welle beweglich ist. Die translatorische Bewegung der Welle in Z-Richtung
wird durch einen Sprengring 631 im Zusammenspiel mit der Buchse 612
begrenzt. Der Größtdurchmesser 630 der Welle 63 kann mit Hilfe eines
geschlitzten Ringes 62, sowie der Feststelleinrichtung 66 mit Flügelmutter 661
sowohl in rotatorischer als auch in translatorischer Richtung klemmend fixiert
werden. Der Zapfen 632 der Welle 63 wird mit einem ähnlich ausgebildeten
Zapfen 651 mittels einer Feststelleinrichtung 67, die mit der Feststelleinrichtung
17 identisch ist, kraftschlüssig in ihrer Schwenkwinkelposition arretiert werden.
Das Teil 65 kann ähnlich dem Teil 14 oder 64 ausgebildet sein, jedoch ist es
günstiger auf eine Überschiebehülse ähnlich der Hülse 15 zu verzichten und statt
dessen mit einer rotationssymmetrischen Innenzentrierung als Flansch des Teiles
65 ausgebildet werden. In diese Zentrierung des Flansches 652 kann ein
Distanzstück 3 mit Nuten 31 durch eine entsprechende Feststelleinrichtung 68,
welche identisch gleich zu der Feststelleinrichtung 18 ausgebildet ist, fixiert
werden. Es ist deutlich zu sehen, daß der Stift 682 mit seinem Kopf sich an eine
Flanke der Nut 31 anlegt und so dafür sorgt, daß relativ zu der
Feststellvorrichtung 48 in Nut 32 des Distanzstückes 3 dieses Distanzstück
spielfrei geklemmt wird. Die Hülse 45, das Koppelteil 44 und die
Feststelleinrichtung 47 sind in gleicher Weise ausgebildet wie die Hülse 15, das
Koppelteil 14 und die Feststelleinrichtung 17. Die Feststelleinrichtung 47 klemmt
an das Koppelteil 44, ein Wellenstück 43 in dem zentrisch eine Welle 431 mittels
Schraube 432 fixiert ist, die auf ihrem größeren Bund 433 einen Adapter 41
drehbeweglich lagert. Der Adapter 41 endet in einem Verbindungsgewinde 40 zu
einer Werkzeugmaschine oder Meßmaschine. Der Adapter 41 ist mit einem
Klemmring 42 durch eine Schraube 421 verbunden. Dieser Klemmring 41 ist
geschlitzt und kann durch die Feststelleinrichtung 46 mittels einer dargestellten
Flügelmutter gespannt werden, so daß die Rotationsbewegung der Welle 433 in
Adapter 41 gesperrt wird. Andererseits kann das Teil 43, wie bereits zuvor
beschrieben, schwenkbeweglich um die Feststelleinrichtung 47, zuvor auch
Zwischengelenk genannt, mit dem Teil 44 verbunden sein. Der Adapter 41 bzw.
das Verbindungsgewinde 40 kann gegebenenfalls so an eine Aufnahme eines
Meßmaschinenkopfes angepaßt sein, daß eine Signalverbindung vom Rechner
der Meßmaschine oder eine Elektroleitung für Antriebsenergie in das, allgemein
als Teil 4 bezeichnete, Werkzeug einkoppelbar ist.
Zweck dieser Verbindungen sind z. B. die bei Meßtastern üblichen
Kollisionssensoren weiter benutzen zu können oder eine Antriebsenergie für die
Schrittmotoren, die gemeinsam dieses Werkzeug 4 bilden oder Teile von diesem
Werkzeug sind, anzutreiben bzw. Stellbefehle an diese zu übermitteln.
Fig. 9a zeigt eine allgemein mit der Ziffer 9 versehene Spanneinrichtung, welche
an eine Stützeinrichtung 320 gekoppelt ist und die ein ähnliches Aussehen wie
ein Distanzstück 3 hat, insbesondere mit einer Ringnut R versehen ist, um die
Stützeinrichtung 320 mit Hilfe der Feststelleinrichtung 68 halten zu können. Die
eigentliche Stützfläche ist für die Auflage eines Werkstückes mit 321 bezeichnet
Fig. 9b zeigt die Spanneinrichtung 9 mit der Schelle 91 für den Umgriff um eine
Stützeinrichtung 310 bis 370 (Fig. 10), wobei die Stützeinrichtung mit der
Schraube 911 an der Stützeinrichtung fixiert wird. Ein erster Hebel 92 weist eine
Vielzahl von Lochungen für eine Säule 94 auf, die mit dem Hebel 92 durch ein
Drehgelenk 93 schwenkbeweglich verbunden ist. Der Hebel 94 seinerseits weist
an seinem freien Ende ein Schwenkgelenk 941 mit 360° rotatorischem
Freiheitsgrad auf und ist in dem Drehgelenk gekoppelt mit einer Pratze 95,
welche an ihrem freien Ende einen Klemmbolzen 96 trägt, der innerhalb des
Langloches 951 längs der Pratze 95 so verstellbar ist, daß er entsprechend des
Versatzes des Drehpunktes 93 jeweils über der Schelle 91 justierbar ist.
Fig. 9c zeigt eine weitere Möglichkeit des Spannens von Werkstücken mit Hilfe
eines Spanners 97, der auf dem Kopf 890 mittels Schraube 891 einer Vorrichtung
870 (Fig. 7) befestigt ist. Der Spanner 97 ist auf der Basis 973 aufgebaut, wobei
die Basis ihrerseits am Kopf 890 (ähnlich Fig. 7) befestigt ist. Je nach Bewegung
des Hebels 972 kann die Pratze 971 oder der Spanner 97 selbst in der durch die
Pfeile angegebenen Richtung bewegt werden und so angepaßt jeweils den
richtigen Klemmpunkt für die Pratze 971 gegenüber der Stützeinrichtung 330
finden.
Fig. 10 zeigt diverse Stützeinrichtungen 310-370, welche in das Koppelteil 652
einsetzbar sind und dort mittels der Feststelleinrichtung 68 die Stützeinrichtung
310 in ihrer Ringnut R arretieren kann. Erforderlichenfalls kann an der Ringnut
313 eine weitere Spanneinrichtung angekoppelt werden, mit deren Hilfe die
mehrdimensionale Unterstützung 311 eines nichtdargestellten Werkstückes, z. B.
einer Rohrleitung oder eines Prismas ergänzend fixieren kann. Mit 312 ist eine
Schwenklagerung mit Winkelskalierung oder Nonius bezeichnet, die es ermöglicht
die Zapfen der mehrdimensionalen Stützpunkte 311 noch nach Spannen der
Stützeinrichtung 310 an die Lage des Werkstückes additiv anzupassen.
In ähnlicher Weise zeigen die weiteren Stützeinrichtungen zur Verwendung mit
den Stützsäulen 5, 6, wobei die jeweiligen Oberflächen 331 bis 371 an die
entsprechende Kontur eines Werkstückes angepaßt sind. So können
beispielsweise mit den Oberflächen 351 und 361 ringförmige Werkstückflächen
gestützt werden, während die Fläche 341 den Einsatz einer beliebigen, der
Werkstückkontur angepaßten Stützkontur ermöglicht. Als Referenzebene kann
hierbei jeweils die kreisrunde Deckfläche oder Unterseite der Stützeinrichtung
dienen, während die vertikale Mittellinie dieser Stützeinrichtung mit der
schneidenden Achse zusammenfällt.
Claims (15)
1. Verfahren zur genauen Positionierung von Vorrichtungen zur temporären
Fixierung eines Werkstückes in einem dreidimensionalen Arbeitsraum
bekannter Koordinaten, wobei
- - das Werkstück eine mehrdimensionale Auflage benötigt,
- - eine alle Koordinaten mit einem Werkzeug anfahrbar gestaltete und
mittels Rechner geführte Maschine, insbesondere eine
Meßmaschine mit Meßkopf, und eine auf einer Basisplatte
freibewegliche höhenverstellbare Vorrichtung verwendet wird,
- die Vorrichtung mit einer ersten Kupplung und das Werkzeug mit
einer zweiten Kupplung rotatorisch beweglich verbunden sind, jede
Kupplung mindestens zwei Koppelteile umfaßt, welche durch
feststellbare, schwenkbewegliche Zwischengelenke verbunden sind
und beide Kupplungen temporär indirekt miteinander koppelbar
sind,
umfassend folgende Verfahrensschritte:- a) mit Hilfe des Rechners wird die räumliche Anordnung der mehrdimensionalen Auflage im Arbeitsraum ermittelt,
- b) eine Referenzebene der Auflage und eine die Referenzebene schneidende Achse wird festgelegt,
- c) die Koppelteile am Werkzeug werden durch Festsetzen des Zwischengelenkes in Richtung der schneidenden Achse fixiert,
- d) das Werkzeug wird auf die schneidende Achse mit definiertem Abstand zur Referenzebene verfahren,
- e) ein Koppelteil der zweiten wird mit einem Koppelteil der grob vorjustierten ersten Kupplung verbunden und das Koppelteil an der ersten Kupplung achsengetreu fixiert,
- f) sodann die Vorrichtung auf der Basisplatte und in ihrer Höhenlage festgesetzt,
- g) nach Entkoppeln der Kupplungen wird in das freie Koppelteil der ersten Kupplung eine zur Auflage am Werkstück komplementäre Stützeinrichtung eingesetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Verwendung von manuell dreh- oder schwenkbeweglichen Kupplungen in
Verfahrensschritt c) zunächst
- c1) das Werkzeug in einem Zwischenschritt zu einem Referenzpunkt des Arbeitsraumes gefahren wird, der auf einer zu der schneidenden Achse parallelen Achse in definiertem Abstand zu einer an einer definierten Stelle der Basisplatte positionierten Justiervorrichtung mit einer ersten Kupplung liegt und nach Kopplung der Justiervorrichtung mit der zweiten Kupplung das Zwischengelenk dieser Kupplung festgesetzt wird und
- e1) das Zwischengelenk der ersten Kupplung nach indirektem Verbinden der Koppelteile beider Kupplungen festgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kupplung insgesamt oder deren Koppelteile jeweils in einer zur Basisplatte
parallelen Ebene um 360° schwenkbeweglich und in der dazu vertikalen
Ebene um etwa +/-90° schwenkbeweglich gehaltert sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine elektrisch verstellbare Kupplung verwendet wird
und gemäß Verfahrensschritt c) oder e) in mindestens einer Ebene mit
Hilfe der vom Rechner ermittelten Koordinaten oder Winkelwerte mittels
elektrischer Signale auf den Raumwinkel der schneidenden Achse
positioniert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kupplungen an Vorrichtung und Werkzeug mit
einem Distanzstück bekannter Länge zum Ausgleich einer Winkeldifferenz
und/oder eines systembedingten Abstandes zur Referenzebene
vorübergehend verbunden werden.
6. Positioniersystem, insbesondere für ein Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine von einem Rechner gesteuerte
Maschine mit dreiachsig beweglichem Kopf für ein Werkzeug oder einen
Meßtaster,
eine Basisplatte,
auf der Basisplatte frei bewegliche und festsetzbare Vorrichtungen nach Art von Stützsäulen für zu behandelnde Werkstücke, sowie
ein den Kopf und die Stützsäule zur genauen Positionierung einer Stützvorrichtung an der Stützsäule unter einer Auflage des Werkstückes temporär koppelndes Kupplungssystem,
gekennzeichnet durch ein Kupplungssystem, umfassend je eine gleichwirkende Kupplung am Kopf und an der Stützsäule, wobei jede Kupplung aus zwei durch ein Zwischengelenk verbundenen Koppelteilen besteht, von denen eines einen rotatorischen Freiheitsgrad von 360° und das andere senkrecht dazu einen rotatorischen Freiheitsgrad von etwa 180° aufweist und die Koppelteile zueinander sowie relativ zu dem Kopf und der Stützsäule unter einem wählbaren Winkel mittels Feststelleinrichtungen festsetzbar sind.
eine Basisplatte,
auf der Basisplatte frei bewegliche und festsetzbare Vorrichtungen nach Art von Stützsäulen für zu behandelnde Werkstücke, sowie
ein den Kopf und die Stützsäule zur genauen Positionierung einer Stützvorrichtung an der Stützsäule unter einer Auflage des Werkstückes temporär koppelndes Kupplungssystem,
gekennzeichnet durch ein Kupplungssystem, umfassend je eine gleichwirkende Kupplung am Kopf und an der Stützsäule, wobei jede Kupplung aus zwei durch ein Zwischengelenk verbundenen Koppelteilen besteht, von denen eines einen rotatorischen Freiheitsgrad von 360° und das andere senkrecht dazu einen rotatorischen Freiheitsgrad von etwa 180° aufweist und die Koppelteile zueinander sowie relativ zu dem Kopf und der Stützsäule unter einem wählbaren Winkel mittels Feststelleinrichtungen festsetzbar sind.
7. Positioniersystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine auf der
Basisplatte positionierbare Justiervorrichtung für die Ausrichtung der
Kupplung am Kopf.
8. Positioniersystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Justiervorrichtung ebenfalls eine gleichwirkende Kupplung oder eine
Kupplung mit einer Referenzkugel mit Zentriereinrichtung nach Art einer
Überwurfverbindung zu einem anzukoppelnden Teil aufweist.
9. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Stützsäule mit einer Stützeinrichtung
ausgestattet ist, die in ihrer Sollage eine der Referenzebene der
Werkstückauflage parallele kupplungsseitige Auflagefläche aufweist.
10. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtungen mit fixierter Länge ausgebildet
ist.
11. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung werkstückseitig mit einer der
Werkstückkontur an dessen Auflage komplementär ausgebildeten
Oberfläche versehen ist.
12. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung mit einer Spanneinrichtung für
das Werkstück verbindbar gestaltet ist.
13. Kupplung, insbesondere zur Verwendung bei einem Verfahren oder einem
Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
mindestens
- - ein erstes Koppelteil mit zentrischer Führung für ein anzukoppelndes Teil, einem muffenartigen Hülsenteil und einer Arretierung für eine Verbindung des Hülsenteiles mit dem anzukoppelnden Teil,
- - ein zweites Koppelteil mit zentrischer Welle und dazu rotatorisch um 360° frei beweglich und feststellbar angeordnetem Adapter für eine Verbindung mit einer Vorrichtung oder Maschine,
- - sowie einem die Koppelteile schwenkbeweglich verbindenden Zwischengelenk mit einer Feststelleinrichtung für das Festsetzen der Koppelteile unter einem Relativwinkel zueinander im Bereich von etwa +/-90°.
14. Kupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenteil
und/oder der Adapter als über die anzukoppelnden Teile stülpbare Hülse
ausgebildet sind, wobei das Hülsenteil parallel zur Achse der zentrischen
Führung längsbeweglich ist und der Adapter relativdrehbeweglich zur
Führung ausgebildet ist.
15. Kupplung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eines der Koppelteile als Schrittmotor oder Servomotor
ausgebildet ist, der um ein vorbestimmbaren Winkelgrad rotatorisch
beweglich ist.
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