DE20000469U1 - Prüfkörper - Google Patents

Description

Prüfkörper 20002 G

Die Erfindung geht aus von Prüfkörpern mit einer Platte, an der eine Vielzahl von Kugelhaltern befestigt sind an denen wiederum eine Vielzahl von Kugeln angeordnet sind, wobei die Kugelmittelpunkte der Kugeln sich im wesentlichen in einer Ebene befinden.

Ein derartiger Prüfkörper ist beispielsweise in dem Buch "Koordinatenmeßtechnik" von Hans Joachim Neumann, erschienen 1993 im Expert Verlag, auf Seite 104 in einem entsprechenden Bild dargestellt. Der hierin gezeigte Prüfkörper weist eine metallische Platte auf, in der sich eine Vielzahl von runden Aussparungen befinden, wobei innerhalb der Aussparungen jeweils an mehreren Seiten Kugelhalter befestigt sind, zwischen denen die Kugeln jeweils eingeklemmt sind. Bei dem gezeigten Prüfkörper handelt es sich um ein gut funktionierendes Modell, welches in der Vergangenheit häufig zur Kalibrierung und Überprüfung von Koordinatenmeßgeräten eingesetzt wurde. Der Prüfkörper weist aufgrund der metallischen Ausführung der Platte die Besonderheit auf, daß dieser in Abhängigkeit von der Temperatur thermisch bedingten Längenänderungen unterworfen ist und sich somit die Abstände zwischen den Kugeln in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Um deshalb mit dem betreffenden Prüfkörper hochpräzise Messungen durchführen zu können, mußte der Prüfkörper zunächst über einen relativ langen Zeitraum von etwa einem Tag auf dem zu kalibrierenden Koordinatenmeßgerät gelagert werden, bis der Prüfkörper nahezu an allen Stellen die gleiche Temperatur angenommen hat, wobei dann in Abhängigkeit von der Temperatur die exakten Abstände der Kugeln zueinander berechnet werden mußten und erst hiernach eine sinnvolle Kalibrierung des Koordinatenmeßgerätes stattfinden konnte. Für Servicearbeiten an einem Koordinatenmeßgerät ist der betreffende Prüfkörper deshalb aufgrund seines relativ hohen Gewichts und der sehr langen Wartezeiten weitgehend ungeeignet.

Ähnliche Besonderheiten weist auch der in dem Artikel "Prüfkörper für Koordinatenmeßgeräte, Werkzeugmaschinen und Meßroboter", erschienen in der Zeitschrift Technisches Messen 51. Jahrgang 1984 Heft 3, Seite 83-95 auf Seite 88 im Bild 8 gezeigte Prüfkörper auf,· bei dem auf der Oberseite einer metallischen Platte eine Vielzahl

von metallischen Kugelhaltern befestigt waren, auf denen gleichfalls metallische Kugeln angebracht waren.

Auch hierbei ergaben sich bedingt durch die metallische Platte thermisch bedingte Längenänderungen durch die der Abstand zwischen den Kugeln sich in Abhängigkeit von der Temperatur veränderte. Darüber hinaus war bedingt durch den Abstand der Kugeln von der Oberfläche der besagten Platte der Abstand zusätzlich stark von der Durchbiegung der Platte abhängig.

Ein anderer Prüfkörper wurde in der Europäischen Patentschrift EP 0 362 626 Bl beschrieben, in der ebenfalls an einer Platte eine Vielzahl von Kugelhaltern befestigt waren, an deren Enden Kugeln angeordnet sind. Um den Prüfkörper weitgehend temperaturstabil herstellen zu können, wurde in der betreffenden Schrift erstmalig als Material für die Platte ein glaskeramischer Werkstoff, nämlich Zerodur vorgeschlagen, der praktisch keine thermische Längenausdehnung aufweist. Die Kugelhalter jedoch, an denen die Kugeln befestigt sind, sind derartig an der Platte befestigt, daß bei thermischer Längenausdehnung der Kugelhalter sich die Abstände der Kugeln zueinander wieder verändern, selbst wenn die Platte vollkommen temperaturstabil aus einem glaskeramischen Werkstoff hergestellt ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, einen temperaturstabilen Prüfkörper oben genannter Art vorzuschlagen, bei dem die Abstände der anzutastenden Kugeln nahezu konstant zueinander bleiben.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Prüfkörpers ist hierbei darin zu sehen, daß die Platte aus Glaskeramik hergestellt ist, wobei die Kugelhalter aller betreffenden Kugeln so an der Platte befestigt sind, daß eine thermisch bedingte Längenänderung der Kugelhalter eine Verschiebung der hieran befestigten Kugeln in dieselbe Richtung ergibt, wobei diese Richtung im wesentlichen parallel zur besagten Mittelebene ist und wobei ferner die Kugelhalter alle denselben thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Obwohl hierdurch zwar kein völlig temperaturstabiler Prüfkörper geschaffen werden kann weil die Kugelhalter aufgrund ihrer Form nicht aus einem völlig temperaturstabilen Material wie z.B. Glaskeramik hergestellt werden können, wird durch den erfindungsgemäßen Prüfkörper dennoch ein Prüfkörper geschaffen, bei dem die Abstände der abzutastenden Kugeln nahezu konstant bleiben, da sich alle Kugelhalter in ein und dieselbe Richtung und mit demselben thermischen Längenausdehnungskoeffizienten ausdehnen. Der Längenausdehnungskoeffizient der Kugelhalter wird besonders vorteilhaft jedoch auch sehr gering gehalten, was vorzugsweise durch Invar, also Stahl mit der Bezeichnung Ni36, realisiert werden kann.

Besonders vorteilhaft läßt sich der Prüfkörper ausführen, wenn die Mittelpunkte der Kugeln im wesentlichen auf der besagten Mittelebene liegen. Hierdurch ergibt sich der besondere Vorteil, daß selbst bei Verbiegung der Platte die Abstände der Kugeln zueinander nahezu konstant bleiben.

Da an ein glaskeramisches Material bedingt durch die Sprödigkeit des Glases nur sehr schlecht Bohrungen oder dergleichen angebracht werden können, sollten die Kugelhalter an der glaskeramischen Platte angeklebt werden. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise erfolgen, indem in der glaskeramischen Platte kreisförmige Aussparungen vorgesehen sind, in die die Kugelhalter dann entsprechend eingeklebt werden.

Als glaskeramisches Material für die Platte kann das bereits in der oben genannten EP 0 362 626 Bl genannte Zerodur verwendet werden. Dieses weist jedoch aufgrund seiner nahezu völlig spannungsfreien Kristallstruktur den Nachteil auf, daß dieses gegen mechanische stoßartige Belastungen sehr empfindlich ist. Besonders vorteilhaft kann der Prüfkörper deshalb auch aus schichtweise miteinander verleimten Robaxplatten hergestellt werden.

Um den Prüfkörper in unterschiedlichen Winkeln auf dem Meßtisch des Koordinatenmeßgerätes lagern zu können sollten an der Unterseite des Prüfkörpers wenigstens 3 Füße an jeweils einem an der Platte befestigten Fußaufnehmer befestigt sein. Da ein Kalibriervorgang auf einem Koordinatenmeßgerät möglichst zügig von statten

gehen sollte, kann die Befestigung der Füße an der Unterseite der Platte besonders vorteilhaft über einen Bajonettverschluß vorgesehen sein. Der Bajonettverschluß könnte hierbei besonders vorteilhaft derart ausgestaltet sein, daß entweder am Fußaufnehmer oder am Fuß ein Außengewinde vorgesehen ist, welches mit einem am jeweils anderen Teil vorgesehenen Innengewinde zusammenwirkt, wobei sowohl das Außengewinde wie auch das Innengewinde in Längsrichtung des Gewindes Nuten aufweist, die das jeweilige Gewinde in Längsrichtung unterbrechen.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Figuren.

Hierin zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Prüfkörper in der perspektivischen Ansicht;

Figur 2a den Prüfkörper gemäß Figur 1 in der Ansicht von unten;

Figur 2b einen Schnitt Hb-IIb durch einen Ausschnitt der Platte (1)

Figur 3 einen Fußaufnehmer (6a) des Prüfkörpers gemäß Figuren 1 und 2a;

Figur 4 einen Fuß (7a) des Prüfkörpers gemäß Figuren 1 und 2a; und

Figur 5 einen Schnitt durch einen auf den Fußaufnehmer (6a) gemäß Figur 3 aufgesetzten Fuß (7a) gemäß Figur 4 im nichtverriegelten Zustand.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Prüfkörper in der perspektivischen Ansicht. Der Prüfkörper soll nunmehr anhand von Figur 2a näher erläutert werden, die den Prüfkörper gemäß Figur 1 in der Ansicht von unten darstellt. Wie hierin zu sehen ist, weist der Prüfkörper eine quaderformige Platte (1) auf, die in dem hier gezeigten Fall aus massivem glaskeramischen Material besteht. Es besteht auch die Möglichkeit eine derartige Platte in Form von miteinander verleimten Glaskeramikschichten, z.B. Robaxschichten aufzubauen.

Die Platte (1) weist hierbei zylinderförmige Aussparungen (2a, 2b, 2c, 2d etc.) auf, in denen jeweils Kugelhalter (3a, 3b, 3c, 3d etc.) eingeleimt sind. Die Kugelhalter (3a, 3b, 3c, 3d) sind in dem hier gezeigten Fall aus Invar gefertigt und in die zylinderförmigen Aussparungen (2a, 2b, 2c, 2d) entsprechend eingeklebt. Am anderen Ende der Kugelhalter (3a, 3b, 3c, 3d) sind abzutastende Kugeln (4a, 4b, 4c, 4d) befestigt, die beispielsweise aus Keramik hergestellt sein können. Wie aus Figur 2b zu sehen ist, sind die Kugelhalter (3 a, 3b, 3c, 3d) derart an der Platte (1) befestigt, daß die hieran befestigten Kugeln (4a, 4b, 4c, 4d) sich bei einer thermisch bedingten Längenänderung alle in ein und dieselbe Richtung ausdehnen. Da alle Kugelhalter dieselben Abmessungen aufweisen und aus demselben Material hergestellt sind, weisen diese auch alle denselben thermischen Längenausdehnungskoeffizienten auf, so daß alle Kugeln (4a, 4b, 4c, 4d) bei einer thermischen Längenänderung in ein und derselben Richtung verschoben werden und zwar parallel zur Unterseite der Platte (1). Da die Platte (1) aus Glaskeramik gefertigt ist und somit vollkommen temperatur stabil ist, ändern sich damit die Abstände der Kugeln (4a, 4b, 4c, 4d) zueinander bei einer thermisch bedingten Längenänderung praktisch überhaupt nicht. Die Kugeln (4a, 4b, 4c, 4d) sind ferner an den Kugelhaltern (3a, 3b, 3c, 3d) derart aufgenommen, daß in den Kugeln eine Stiftbohrung vorgesehen ist, die jeweils auf einem an den Kugelhaltern vorgesehenen Stift aufgeklebt ist. Hierdurch wird die Kugeldeformation bei Temperaturänderungen minimiert. Die Kugeln (4a, 4b, 4c, 4d) sind ferner derart an den Kugelhaltern (3a, 3b, 3c, 3d) aufgenommen, daß sich die Mittelpunkte der Kugeln alle in einer Ebene (M) befinden, die mit derjenigen Ebene zusammenfällt, die sich mittig zur Ober- und Unterseite der Platte (1) befindet. Dieser Sachverhalt ist insbesondere aus Figur 2b zu sehen, in der ein Ausschnitt der Platte (1) gemäß Figuren 1 und 2b im Schnitt entlang der Linie lib - Hb gezeigt ist. Wie hier zu sehen ist befindet sich der Mittelpunkt der Kugel (4c) genau auf der Ebene (M) die sich mittig zwischen Ober- und Unterseite der Platte (1) befindet. Dies hat zusätzlich den besonderen Vorteil, daß eine Verbiegung der Platte (1) ebenfalls praktisch keinerlei Abstandsänderungen der Kugeln zueinander zur Folge hat.

Um die Platte (1) auch raumschräg, vorzugsweise in einem Winkel von 30°, aufstellen zu können, weist diese drei Füße (7a, 7b, 7c) auf, die an entsprechenden Fußaufnehmern (6a, 6b, 6c) befestigt werden können. Soll die Platte andersherum geneigt werden, als dies in

Figur 1 gezeigt ist, kann der Fuß (7a) am Fußaufnehmer (5 a) befestigt werden und die Füße (7b,7c) an den Fußaufnehmern (5b,5c)

Die Befestigung der Füße soll nunmehr im Zusammenhang mit den Figuren 3, 4 und 5 für den Fuß (7a) und den dazugehörigen Fußaufnehmer (6a) näher erläutert werden. Wie aus Figur 4 zu sehen ist, weist der Fußaufnehmer (6a) eine Basis (12) auf, an der ein Bolzen mit einem Außengewinde (14) befestigt ist. Das Außengewinde (14) ist hierbei von drei Nuten (15) in Längsrichtung des Gewindes unterbrochen. Außerdem weist der Fußaufnehmer einen Distanzring (11) auf, mit dem der geeignete Abstand des Fußes (7a) zur Basis (12) des Fußaufnehmers (6a) justiert werden kann.

Der zugehörige Fuß (7a), der in Figur 4 dargestellt ist weist passend zum Fußaufnehmer (6a) ein Innengewinde (8) auf, das ebenfalls durch drei in Längsrichtung des Gewindes verlaufende Nuten (9) entsprechend unterbrochen ist.

Die Funktionsweise dieses Verschlusses soll nunmehr anhand von Figur 5 erläutert werden. Figur 5 zeigt hierbei den Fuß (7a) in aufgesteckten Zustand auf dem Fußaufnehmer (6a), wobei der Verschluß noch nicht verriegelt ist. Wie hierbei zu sehen, wird der Fuß (7a) hierbei so auf dem Bolzen (13) des Fußaufnehmers (6a) aufgesteckt, daß das Außengewinde (14) des Bolzens (13) in den Nuten (9) des Fußes (7a) eingeführt ist und das Innengewinde (8) des Fußes (7a) in den Längsnuten (15) des Bolzens (13) zum Liegen kommt. Nachdem Fuß (7a) nun vollständig auf dem Bolzen (13) aufgesteckt und den Anschlag mit dem Distanzring (11) kommt, wird der Fuß (7a) entsprechend dem Pfeil (16) um 60° verdreht, so daß dann der Bolzen (13) die strichlinierte Position gegenüber dem Fuß (7a) annimmt und mithin das Außengewinde (14) des Bolzens (13) in das Innengewinde (8) des Fußes (7a) eingreift.

Claims (13)

1. Prüfkörper umfassend eine thermisch längenstabile Platte (1) aus Glaskeramik die mittig zwischen Ober- und Unterseite eine Mittelebene (M) definiert, wobei die Platte aufweist:

1. eine Vielzahl von Kugelhaltern (3a, 3b, 3c, 3d etc.) die an der Platte befestigt sind

2. eine Vielzahl von Kugeln (4a, 4b, 4c, 4d etc.), die an den Kugelhaltern befestigt sind und deren Kugelmittelpunkte sich im wesentlichen in einer Ebene befinden

dadurch gekennzeichnet, daß

1. die Kugelhalter aller betreffenden Kugeln so an der Platte befestigt sind, daß eine thermisch bedingte Längenänderung der Kugelhalter eine Verschiebung der hieran befestigten Kugeln in dieselbe Richtung ergibt, wobei diese Richtung im wesentlichen parallel zur besagten Mittelebene ist und wobei die Kugelhalter alle denselben thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen.

2. Prüfkörper nach Anspruch 1, wobei die Mittelpunkte der Kugeln im wesentlichen auf der besagten Mittelebene liegen.

3. Prüfkörper nach Ansprüchen 1-2, wobei alle Kugelhalter in Aussparungen (2a, 2b, 2c, 2d etc.) an der Platte befestigt sind.

4. Prüfkörper nach Anspruch 3, wobei die Aussparungen zylindrisch sind.

5. Prüfkörper nach Anspruch 4, wobei die Kugelhalter an die Wand der zylindrischen Aussparungen angeklebt sind.

6. Prüfkörper nach Anspruch 5, wobei die Kugelhalter aus Invar gefertigt sind.

7. Prüfkörper nach Ansprüchen 1-6, wobei an der Unterseite des Prüfkörpers wenigstens drei Füße (7a, 7b, 7c) jeweils an einem Fußaufnehmer (5a, 5b, 5c) befestigbar sind.

8. Prüfkörper nach Anspruch 7, wobei die Füße über einen Bajonettverschluß an den Fußaufnehmern befestigt sind.

9. Prüfkörper nach Anspruch 8, wobei als Bajonettverschluß entweder am Fußaufnehmer oder am Fuß ein Außengewinde (14) vorgesehen ist, das mit einem am jeweils anderen Teil vorgesehenen Innengewinde (8) zusammenwirkt, wobei sowohl das Außengewinde wie auch das Innengewinde in Längsrichtung des Gewindes Nuten (9, 15) aufweist, die das jeweilige Gewinde in Längsrichtung unterbrechen.

10. Prüfkörper nach Ansprüchen 7 bis 9, wobei die Füße etweder aus Invar oder aus CFK mit einem geringen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten hergestellt sind.

11. Prüfkörper nach Ansprüchen 1-10, wobei das glaskeramische Material mehrere miteinander verleimte Glaskeramikschichten sind oder massive Glaskeramik ist.

12. Prüfkörper nach Ansprüchen 1 bis 11, wobei die Kugelhalter so ausgestaltet ist, daß sich bei Temperaturänderungen eine minimale oder gar keine Deformation der Kugelform ergibt.

13. Prüfkörper nach Anspruch 12, wobei die Kugeln jeweils eine Stiftbohrung aufweisen, die jeweils auf einen an den Kugelhaltern vorgesehenen Stift aufgeklebt ist.