DE2943431C2

DE2943431C2 - Koordinaten-Meßgerät

Info

Publication number: DE2943431C2
Application number: DE2943431A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Kawasaki Kanagawa Nakamura
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1983-08-25
Also published as: JPS5558401A; GB2035565B; GB2035565A; DE2943431A1; JPS6238641B2; US4255862A

Description

Die Erfindung betrifft ein Koordinaten-Meßgerät, mit einem auf einem Bett angeordneten und durch

5'/ Antriebsmittel in einer ersten und einer dazu senkrechten, zweiten Richtung meßbar bewegbaren Werkstückaufnahmetisch, einer fest auf dem Bett angeordneten Säule, sowie einem meßbar bewegbaren mittels eines Meßkopfes an der Säule angeordneten Tastkopf.

Ein solches Koordinaten-Meßgerät ist in der Zeitschrift »Werkstatt und Betrieb«, 1972, Heft 11, S. 807—813 dargestellt. Bei diesem Koordinaten-Meßgerät erfolgt die Bewegung des Werkstückaufnahmetisches in zwei zu einander unterschiedlichen Richtungen

durch Verdrehen zweier Knöpfe. An der auf dem Bett angeordneten Säule ist ein mit einem Tastkopf verbundener Meßkopf vorgesehen, dessen Höhe mit Hilfe eines Knopfes verstellt werden kann. Um den Tastkopf mit der Oberfläche eines zu vermessenden Werkstückes in Berührung zu bringen, ist es erforderlich, den Knopf für die Höheneinstellung des Meßkopfes und des mit diesem verbundenen Tastkopfes bei jeder Messung zu betätigen.

Bei einem aus der DE-OS 26 59 372 bekannten Koordinaten-Meßgerät ist das zu vermessende Werkstück stationär. Hingegen kann der Tastkopf in drei zu einander senkrechten Richtungen bewegt werden. Die dabei erfolgte Bewegungsstrecke wird durch Meßuhren angezeigt.

Bei diesem Koordinaten-Meßgerät ist an einer senkrechten, in einei ersten Koordinatenrichtung verschiebbaren Meßsäule ein Meßkopf angeordnet, der von dieser Säule geführt, höhenmäßig bewegbar ist und eine Meßeinrichtung für eine zweite Koordinatenrichtung trägt, an der der Tastkopf befestigt ist An dieser Säule ist ferner ein Gegengewicht angeordnet, welches an einem Ende eines Seiles hängt, das über Seilrollen geführt und mit seinem anderen Ende mit dem Meßkopf verbunden ist Das Gegengewicht ist so ausgewählt, daß es im wesentlichen das Gewicht des Meßkopfes mit den gesamten an diesem angeordneten Einrichtungen ausgleicht Auf diese Weise soll erreicht werden, daß die auf den Meßkopf wirkende, nach unten gerichtete Kraft im wesentlichen Null ist Ohne Gegengewicht würde das Gewicht des Meßkopfes auf dem Tastkopf ruhen, wenn eine Messung vorgenommen wird, wodurch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt wird. Auch tiier ist eine Bewegung des Tastkopfes nach oben oder nach unten dadurch möglich, daß der Tastkopf durch von Hand zu betätigende Drehknöpfe bewegt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koordinaten-Meßgerät der eingangs genannten Ail derart weiterzubilden, daß die Koordinaten von Punkten der Oberfläche eines Werkstückes kontinuierlich und mit großer Genauigkeit gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Meßkopf ein Führungsblock befestigt ist, J5 welcher eine sich senkrecht zur Bewegungsebene des Werkstückaufnahmetisches erstreckende Bohrung aufweist, daß in dieser Bohrung verschiebbar eine Gleitstange angeordnet ist, deren unteres dem Werkstückaufn^hmetisch gegenüberliegendes Ende den Tastkopf aufweist, daß die Gleitstange durch eine über Schnurscheiben geführte Hängeschnur mit einem Ausgleichsgewicht verbunden ist, welches etwas leichter als die Gleitstange ist, daß durch erste Druckluftzufühmittel in den von der Innenfläche der Bohrung in dem Führunjjsblock und von der Außenfläche der Gleitstange begrenzten Raum Druckluft zur Bildung eines Luftlagers für die Gleitstange einbringbar ist, daß die Schnurscheiben an auf dem Meßkopf vorgesehenen Hohlachsen drehbar gelagert sind, daß durch zweite ~>" Druckluftzuführmittel Druckluft durch die Hohlachsen und durch radial an diesen vorgesehene Austrittsöffnungen in den von der Lauffläche der Schnurscheibe und der Außenfläche der Hohlachse begrenzten Raum unter Bildung eines Lüftlagers einbringbar ist und daß durch ">'> eine Meßeinrichtung die Größe der Bewegung der Gleitstange als digitaler Wert erfaßbar ist.

Bei einem Koordinaten-Meßgerät nach der Erfindung ist es nicht erforderlich, den Meßkopf höhenmäßig von Hand zu bewegen, um den Tastkopf mit der Oberfläche bo eines zu vermessenden Werkstückes in Berührung zu bringen. Wenn das sich auf dem Werkstückaufnahmetisch befindende Werkstück unter dem Tastkopf hindurchbewegt wird, so folgt der Tastkopf dem Oberflächenprofil längs der Bewegungsrichtung des Werkstückaufnahmetisches. Der Meßdruck des Tastkopfes bestimmt sirh im wesentlichen durch den Gewichtsunterschied zwischen der Gleitstange und dem an ihr befestigten Tastkopf und dem Ausgleichgewicht Da sowohl für die Gleitlager als auch für die Schnurrollen Luftlager vorgesehen sind, ist die bei einer höhenmäßigen Bewegung des Tastkopfes zu überwindende Reibung äußerst gering, so daß die Messung mit einem sehr geringen Meßdruck des Tastkopfes vorgenommen werden kann. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Meßgenauigkeit Außerdem ist es in vorteilhafter Weise möglich, daß der Tastkopf auch großen Profilgradienten folgen kann. Es ist sogar möglich, daß der Tastkopf auch Oberflächen folgen kann, die unter einem Winkel von z. B. 83° verlaufen. Mit einem Koordinaten-Meßgerät nach der Erfindung läßt sich somit das Oberflächenprofil eines Werkstückes längsdessen Bewegungsrichtung kontinuierlich und sehr schnell messen, da der Tastkopf ohne Schwierigkeiten auch großen Änderungen der Steigung der Oberfläche folgen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Koordinaten-Meßgerät wurde ein gegenüber dem Stand der Technik vollkommen Rtuer Weg beschriften, nämlich den Tastkopf derart höhenmäßig frei verschiebbar anzuordnen, daß er sich von selbst auf der Oberfläche des Werkstückes einstellt und auf dieser Oberfläche »reitet«.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Koordinaten-Meßgerätes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Säule hohl ist und sich in ihr eine Bezugsstange hoher Biegefestigkeit im wesentlichen längs der Mittellinie der Säule erstreckt und daß an der Säule Einstellschrauben vorgesehen sind, die an die Bezugsstange anstoßen. Diese Weiterbildung ermöglicht eine genaue Justierung der Säule, so daß eine senkrechte Verschiebungsbewegung des Tastkopfes ermöglicht wird.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf an der Säule in seiner Höhe und Stellung einstellbar befestigt ist und daß mit der Meßeinrichtung die Relativbewegung zwischen der Gleitstange und dem Meßkopf erfaßbar ist Die höhenmäßige Verstellbarkeit des Meßkopfes erlaubt eine Grobeinstellung für den Tastkopf.

Eine wiederum andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,-daß die Meßeinrichtung umfaßt, eine an der Gleitstange befestigte Linearskala, eine der Linearskala gegenüberliegend an dem Führungsblock befestigte Indejcskala, eine Lichtquelle zum Durchstrahlen der Linear- und der Indexskala sowie ein Lichtempfangselement zum Empfangen des durch die beiden Skalen hindurchgegangenen Lichtes. Diese Art der Ausgestaltung der Meßeinrichtung erlaubt, die Bewegung des mit der Gleitstange verbundenen Tastkopfes durch entsprechende Verarbeitung der Ausgangssignale des Lichtempfangselementes in digitaler Form darzustellen.

Line andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstange durch einen in dem Meßkopf angeordneten Elektromotor vertikal bewegbar ist und daß ihre obere und untere Endstellung durch Endschalter festlegbar sind. Durch entsprechende Steuerung des Elektromotors kann dadurch die Gleitstange mit dem an ihr befestigten Tastkopf auf das Werkstück aufgesetzt werden.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Han.l der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels eines Koordinaten-Meßgerätes nach der Erfindung,

wobei wesentliche Teile im Schnitt dargestellt sind,

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht von rechts in F i g. 1, mit wesentlichen Teilen im Schnitt,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie IM-III in F i g. 2,
Fig.4 eine Seitenansicht des bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel benutzten Meßkopfes, mit wesentlichen Teilen im Schnitt,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4,
F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in F i g. 4,
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VI! in Fi g. 5, F i g. 8 einen Seitenschnitt des bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels benutzten Antrieb für den Tastkopf,

F i g. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in F i g. 8. wobei wesentliche Teile fortgebrochen sind.

F i g. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X in F i g. 8,
Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie Xl-Xi in Fi g. 8, und

Fig. 12 eine Ansicht in Richtung der Pfeiie von der LinieXU-XII in Fig. 11. :< >

Der allgemeine Aufbau wird anhand der F i g. 1 und 2 erläutert. Auf einem Bett 1 ist ein Tisch 3 vorgesehen, der in Fi g. 1 nach rechts und links bewegbar ist, d. h. in die durch einen Pfeil A angegebenen Richtungen. An der Unierfläche des Tisches 3 ist eine gesehliuie Mutter >5 5 vorgesehen, die in Richtung ihres Zusammenziehens durch eine Feder 4 vorgespannt ist sowie mit einer Vorschubschraubspindel 6 gewindemäßig gekoppelt ist, die drehbar auf dem Bett 1 vorgesehen ist. Die Vorschubschraubspindel 6 ist mit einem Antriebsmecha- Jn nismus 7 verbunden, der neben dem Bett 1 vorgesehen ist und anschließend im einzelnen erläutert wird. Dieser Antriebsmechanismus 7 wird angetrieben, um die Vorschubschraubspindel 6 zu drehen, wodurch die geschlitzte Mutter 5 geradlinig bewegt wird, so daß der Ji Tisch 3 in die in F i g. 1 durch den Pfeil A angegebenen Richtungen bewegt werden kann. An der geschützten Mutter 5 ist außerdem ein Handgriff 9 über einen Nockenmechanismus 8 befestigt. Die Betätigung des Handgriffes 9 bewirkt, daß der Nockenmechanismus 8 -»o die geschlitzte Mutter 5 öffnet, die damit aus ihrer Gewindekupplung mit der Vorschubschraubenspindel 6 gelöst wird, so daß der Tisch 3 in die durch den Pfeil A gezeigten Richtungen durch Hand frei bewegbar ist.

Fest mit der Unterseite des Tisches 3 ist eine -»5 Glasskala 10 verbunden, die vertikale Strich-Einteilungen hat. Eine Leseeinrichtung 11, die an dem Bett 1 vorgesehen ist. liegt der Glasskala 10 gegenüber, so daß beide einen ersten Erfassungsmechanismus bilden, der einen Bewegungswert des Tisches 3 als digitalen Wert lesen kann. Außerdem sind jeweils an den gegenüberliegenden Enden des Bettes I₁ wie dieses in F i g. 1 dargestellt ist, vier Mechanismen 12 vorgesehen, die jeweils einen Endschalter zur Begrenzung der Bewegung des Tisches 3 in die durch den Pfeil A angegebenen Richtungen aufweisen. Auf der oberen Fläche des Tisches 3 ist ein auf Rollen 13 verschiebbarer Werkstückaufnahmetisch 14 vorgesehen, auf dem ein zu vermessendes Werkstück anzuordnen ist Der Werkstückaufnahmetisch 14 ist in Richtungen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Tisches 3 bewegbar, d h. in die durch einen Pfeil B in F i g. 2 angegebenen Richtungen. Zwischen dem Werkstückaufnahmetisch 14 und dem Tisch 3 erstreckt sich eine Spannfeder 15, mit der der Werkstückaufnahmetisch 14 dauernd nach links in F i g. 2 vorgespannt ist, wobei das vordere Ende einer Spindel 17 eines Mikrokopfes 16 an dem Werkstückaufnahmetisch 14 in einer solchen Richtung anschlägt, daß sie der Vorspannkraft entgegenwirkt, wobei die Spindel 17 an dem Tisch 3 über eine Klammer 18 befestigt ist. Bei der beschriebenen Anordnung bewegt eine Drehung des Mikrokopfes 16, der die Stellungen des Werkstückaufnahmetisches 14 in einer Richtung festlegt, den Werkstückaufnahmetisch 14 im Zusammenwirken mit der Spannfeder 15 in die durch den Pfeil B angegebenen Richtungen.

Eine Säule 19 ist an dem rückwärtigen Teil des Bettes 1 errichtet und an einer an der Vorderseite der Säule 19 vorgesehenen Führung 20 ist ein Meßkopf 21 vertikal beweglich angeordnet. Die Drehung eines Handgriffes

22 bewirkt eine vertikale Bewegung des Meßkopfes 21, woraufhin der Meßkopf 21 durch eine Klemmschraube

23 festgestellt wird.

Fig.3 zeigt den Innenaufbau der Säule 19, wobei in der Mitte der Säule 19 eine Bezugsstange 24 mit einer hohen Festigkeit in vertikaler Richtung vorgesehen ist. Diese Bezugsstange 24 ist an bestimmten Sieüeri an ihren vier Seiten eben bearbeitet und hat die Form eines prismatischen Teils. Einstellschrauben 25, die geradlinig bewegbar an der Säule 19 befestigt sind, stoßen an die jeweiligen so erhaltenen Ebenen an, so daß die Krümmung und dergleichen der Säule 19 durch Einstellung der Einstellschrauben 25 korrigiert werden kann.

Die F i g. 4 bis 7 zeigen den inneren Aufbau des Meßkop5es 21. Der Meßkopf 21 weist einen Rahmen 27 auf, der eine Schwalbenschwanzausnehmung 26 hat, die mit einer Führung 20 der Säule 19 in Eingriff steht. An dem Rahmen 27 sind der Handgriff 22 und die Klemmschraube 23 befestigt, während an einer Welle 28, die im Zentrum des Handgriffes 22 vorgesehen ist, ein Ritzel 29 drehfest befestigt ist, das mit einer Zahnstange 31 kämmt, die auf der Führung 20 vorgesehen ist. Bei dieser beschriebenen Anordnung k~...:-L. j;» r\-«U..„„ Aoc UanAcrr'xftac Ύ) AcR Aar L^V TIfM XJIV l-Ί V III* I Ig W^.* » *«4tix*j^t ιι,να »~« «·-»— w~» Rahmen 27 vertikal längs der Zahnstange 31 bewegt wird, so daß die vertikale Stellung des Meßkopfes 21 in bezug auf die Säule 19 beliebig gewählt werden kann.

Die Vorderfläche des Rahmens 27 ist mit einer Abdeckung 32 abgedeckt, innerhalb der ein Führungsblock 34 an dem Rahmen 27 über einen Halterahmen 33 befestigt ist. Dieser Führungsblock 34 ist in Form eines dickwandigen Rohres mit einem viereckigen Querschnitt ausgebildet und innen von einer viereckigen Bohrung 35 durchdrungen, in die eine hohle viereckige Gleitstange 36 verschiebbar eingeführt ist. Ausnehmungen 37 sind an den Mittenteilen an allen vier Seiten des Außenumfanges der viereckigen Gleitstangen 3« in deren Längsrichtung über die gesamte Länge vorgesehen. Außerdem sind Luftzufuhröffnungen 38 in zwei Reihen und an drei Stufen an den oberen und unteren Teilen der jeweiligen Oberflächen des Führungsblockes 34 vorgesehen, wobei die äußeren Enden der Luftzuführungsöffnungen 38 mit hier nicht gezeigten Luftleitungen verbunden sind. Düsen an den inneren Enden der Luftzuführungsöffnungen 38 münden gegenüber den Gleitflächen an entgegengesetzten Seiten der Ausnehmungen 37, die an den jeweiligen Oberflächen der viereckigen Gleitstange 36 vorgesehen sind. Durch diese Anordnung wird Druckluft zu den jeweiligen Luftzuführungsöffnungen 38 geführt und die aus den Düsen an den inneren Enden der Luftzuführungsöffnungen 38 austretende Luft gelangt in einen Zwischenraum, der zwischen der viereckigen Gleitstange 36 und der viereckigen Bohrung 35 gebildet ist, so daß die viereckige Gleitstange 36 innerhalb der viereckigen

Bohrung 35 schwimmt, wodurch ein pneumatisches Lager gebildet wird.

An einem Paar von Seitenflächen, die an der viereckigen Gleitstange 36 einander gegenüberliegen, d. h. jeweils in der Mitte von gegenüberliegenden Seitenflächen, sind, wie es in F i g. 7 gezeigt ist, Schlitze 39 und 40 derart vorgesehen, daß sie sich über eine län^-rre Strecke ausdehnen als der vertikale Bewe gungsweg der viereckigen Gleitstange 36 beträgt. In dem Schlitz 39 ist an der linken Seite ein Vorsprung 42 einer Halterung 41 für ein Licht aussendjndes Element eingesetzt und an dem vorderen Ende dieses Vorsprungs 42 sind vier Licht aussendende Elemente 43 befestigt, die in vertikaler Richtung angeordnet sind. Andererseits ist an der rechten Seite im Schlitz 40 eine lineare Skala 44 angeordnet, die aus einer langen Glasstange gebildet ist und in vertikaler Richtung verlaufende Teilungen aufweist. Außerdem ist eine !üucXSkdiä 45, iTift den gleichen, iü VcfiiiCäicf mCiiiüug verlaufenden Teilungen nahe der linearen Skala 44 und den Licht aussendenden Elementen 43 gegenüberliegend angeordnet, wobei die Indexskala 45 fest an dem vorderen Ende eines Vorsprungs 47 einer Halterung 46 für ein Lichtempfangselement befestigt ist, die ihrerseits an dem Führungsblock 34 befestigt ist. Vier Lichtempfangselemente 48 sind in vertikaler Richtung angeordnet und an der Lagerung 46 für die Lichtempfangselemente in bezug auf die Licht aussendenden Elemente 43 diesen gegenüberliegend hinter der Indexskala 45 befestigt. Mit Hilfe dieser Anordnung kann die Relativbewegung zwischen der linearen Skala 44 und der Indexskala 45 bei einer vertikalen Bewegung der viereckigen Gleitstange 36 innerhalb des Führungsblokkes 34 durch die Licht aussendenden Elemente 43 und die Lichtempfangselemente 48 als ein digitaler Wert ausgelesen werden. Die Licht aussendenden Elemente 43. die lineare Skala 44. die Indexskala 45 und die Lichtempfangselemente 48 bilden einen zweiten Erfassungsmechanismus.

Ein Tastkopf 49. der mit einem zu vermessenden Werkstück in Berührung kommen soll, ist an dem unteren Ende der viereckigen Gleitstange 36 befestigt, und ein Ende eine Hängeschnur 51 ist an deren oberen Ende über eine Haltescheibe 50 befestigt. Diese Hängeschnur 51 ist hängend über zwei Schnurscheiben 52 und 53 geführt und fest an dem anderen Ende mit dem oberen Ende eines Ausgleichsgewichtes 54 verbunden, das etwas leichter ist als die viereckige Gleitstange 36. wodurch die Gleitstange 36 unter normalen Bedingungen langsam abgesenkt wird.

Die Schnurscheiben 52 und 53 sind jeweils drehbar auf je einer Hohlachse 57 gelagert, die an einem oberen Lagerrahmen 55 über ein Druckluftrohr 56 jeweils befestigt sind. Jede Hohlachse 57 ist an ihrem einen Ende geschlossen und mit ihrem anderen Ende mit einer Luftleitung 58 verbunden und außerdem an ihrem Zwischenteil, auf dem sich die jeweilige Schnurscheibe 52, 53 befindet, mit einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen 59 versehen. Die aus den Luftaustrittsöffnungen 59 ausgeblasene Luft tritt in einen Schlitz ein, der zwischen den Schnurscheiben 52,53 und der jeweiligen Hohlachse 57 gebildet ist, wodurch ebenfalls ein pneumatisches Lager gebildet wird. Außerdem sind mehrere Bohrungen 60 in dem Druckluftrohr 56 in axialer Richtung ausgebildet, wobei die Enden dieser Bohrungen 60 zu den Endflächen der Schnurscheiben 52,53 hin offen sind, während ihre anderen Enden mit Luftöffnungen 63 verbunden sind, die in dem oberen Lagerrahmen 55 durch Durchgangsbohrungen 61 und Umfangsausnehmungen 62 gebildet sind, während Luftleitungen 64 mit den Luftöffnungen 36 verbunden sind. Bei dieser Anordnung gelangt von den Luftleitungen 64 zugeführte Luft durch die Luftöffnungen 63, die Umfangsausnehmungen 26 und die Durchgangsbohrungen 61 hindurch, tritt in die Bohrungen 60 ein und wird in die Schlitze geblasen, die zwischen den Endflächen der Druckluftleitung 56 und den Endflächen der Schnurscheiben 52, 53 gebildet sind, wodurch die Reibung an den Druckflächen der Schnurscheiben 52,53 vermindert wird.

Ein Motor 65 mit einem Getriebe ist an dem oberen Lagerrahmen 55 befestigt und ein Ende eines Drahtes 67 ist fest an einer Aufwickelschnurscheibe 66 befestigt, die an einer Ausgangswelle des Motors 65 befestigt ist. Dieser Draht 67 ist um eine 2'wischenschnurscheibe 68 geführt und an seinem anderen Ende fest mit einem Führüngsici! 63 verbunden. Dieses Führüiigsieii 69 iü vertikal beweglich, auf einer Führungsstange 71 vorgesehen, die mit Keilnuten versehen ist und zwischen dem oberen Lagerrahmen 55 und einer an dem Führungsblock 34 befestigten Klammer 70 angeordnet ist. Außerdem ist der oberen Stirnfläche des Führungsteils 69 die untere Fläche des vorderen Endes der Halteplatte 50 gegenüberliegend angeordnet, die an dem oberen Ende der viereckigen Gleitstange 36 befestigt ist, so daß ein halbkugeliger Vorsprung 72, der an dieser unteren Fläche vorgesehen ist, in Berührung

jo mit der oberen Stirnfläche des Führungsteils 69 gebracht werden kann. Außerdem ist ein aus einer Stahlplatte gebildetes Arbeiisglied 73 fest an einer Seitenfläche des Führungsteils 69 befestigt. Jeweils an dem oberen und dem unteren Ende der Bewegungsstrecke, längs der das Arbeitsglied 73 infolge der vertikalen Bewegung des Führungsrohres 69 bewegbar ist, sind Fühlmechanismen 74. 7-5 vorgesehen, die jeweils durch einen Reedschalter gebildet sind. Diese Fühlmechanismen 74, 75 sind jeweils mit einer Ausnehmung ausgebildet, in der das Arbeitsglied 73 aufgenommen werden kann, vgl. F i g. 4, und der untere Fühlmechanismus 75 ist an der Klammer 70 befestigt. Bei dieser Anordnung bewirkt die Einschaltung des Motors 65 eine vertikale Bewegung des Führungsteils 69, wobei die oberen und unteren Grenzen dieser vertikalen Bewegung mit Hilfe des Arbeitsgliedes 73 durch die Fühlmechanismen 74, 75 erfaßt werden, und weiterhin die viereckige Gleitstange 36 infolge der vertikalen Bewegung des Führungsteils 69 im normalen Betriebszustand in vertikaler Richtung bewegt wird. Außerdem ist an einer mit 76 in Fig.4 bezeichneten Stelle ein Anschlag fest an den oberen Tragrahmen 55 befestigt.

Die Fig.8 bis 12 zeigen den inneren Aufbau des Antriebsmechanismus 7. Der Antriebsmechanismus 7 ist mit einer Grundklammer 77 ■versehen, die fest an dem Bett 1 befestigt ist, wobei an der Grundklammer 77 ein Antriebsmotor 78 befestigt ist. Die Ausgangswelle des Motors 78 ist mit einem ersten Getriebekasten 80 über eine Kupplung 79 verbunden, wobei der Getriebekasten 80 innen mit einer Schnecke 8H und einem Schneckenrad 82 versehen ist Der erste Getriebekasten 80 ist mit einem zweiten Getriebekasten 85 über Zwischenzahnräder 83,84 verbunden und ein Schrägzahnrad 87 sowie eine Schnecke 88 sind an dem Zwischenteil einer Eingangswelle 86 des zweiten Getriebekastens 85 befestigt und mit dem Schrägzahnrad 87 und der Schnecke 88 kämmen jeweils ein Schrägzahnrad 90, das auf einer ersten Ausgangswelle 89 befestigt ist, und ein

Schneckenrad 92 das auf einer zweiten Ausgangswelle 91 befestigt ist. Bei dieser Anordnung kann eine große Zahl von Umdrehungen an der ersten Ausgangswelle 89 des zweiten Getriebekastens 85 und eine niedrige Anzahl von Umdrehungen an der zweiten Ausgangswel-Ie 91 abgenommen werden. Außerdem sind Zahnräder 93 und 94 fest an den Ausgangsenden der ersten Ausgangswelle d9 und der zweiten Ausgangswelle 91 jeweils befestigt.

Die Zahnräder 93 und 94 an den Ausgangsenden des zweiten Getriebekastens 85 kämmen mit ersten und zweiten Zahnrädern % und 97 eines Getriebekupplungskastens. Dieser Getriebekupplungskasten 95 umfaßt erste bis zweite Kupplungen 98, 99, 100 und 101 und, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, erste bis vierte Zahnräder 96,97,102 und 103, die fest an den Enden der Kupplungen 98 bis 101 befestigt sind, d. h., an den dem zweiten Getriebekasten 85 gegenüberliegenden Enden, so daß die dritten und vierten Zahnräder !02 und 103 wirkungsmäßig einem Zwischenzahnrad 104 zugeordnet sind. Außerdem bildet das dritte Zahnrad 102 ein Zahnrad an dem Ausgangsende. Wie in F i g. 11 gezeigt ist, sind jeweils mit den anderen Enden der ersten bis vierten Kupplungen 98, 99, 100 und 101, d. h. mit den dem zweiten Getriebekasten 85 gegenüberliegenden Enden, fünfte bis achte Zahnräder 105,106,107 und 108 fest verbunden. Jeweils zwischen den fünften und sechsten Zahnrädern 105 und 106, zwischen den fünften und siebten Zahnrädern 105 und 107 und zwischen den sechsten und achten Zahnrädern 106 und 108 sind Zwischenzahnräder 109, 110 und 111 angeordnet, um mit diesen zusammenzuwirken. Bei dieser Anordnung werden die jeweiligen Kupplungen 98 bis 101 in geeigneter Weise ein- oder ausgeschaltet, so daß vier unterschiedliche Anzahlen von Umdrehungen dem ji dritten Zahnrad 102 an dem Ausgangsende erteilt werden können.

Dies bedeutet im einzelnen, daß, wenn die erste Kupplung 98 und die dritte Kupplung 100 eingeschaltet sind und die zweite Kupplung 99 und die vierte Kupplung 101 abgeschaltet sind, die Drehzahl des Zahnrades 93 an der dio hohe Drehzahl abgebenden Seite des zweiten Getriebekastens 85 an das dritte Zahnrad 102 über das erste Zahnrad 96, die erste Kupplung 98, das fünfte Zahnrad 105. das Zwischen- 4i zahnrad 110, das siebte Zahnrad 107 und die dritte Kupplung 100 übertragen wird, was durch den durchgezogenen Pfeil A in F i g. 11 angegeben ist, wodurch die höchste Drehzahl erhalten werden kann. Wenn die ersten und fünften Kupplungen 98 und 101 eingeschaltet sind und die zweiten und dritten Kupplungen abgeschaltet sind, wird die Drehzahl des Zahnrades 93, das sich mit hoher Drehzahl dreht, an das dritte Zahnrad 102 über das erste Zahnrad 96, die erste Kupplung 98, das fünfte Zahnrad 105, das Zwischenzahnrad 109, das sechste Zahnrad 106, das Zwischenzahnrad 111, das achte Zahnrad 108 und die vierte Kupplung 101 sowie das vierte Zahnrad 103 und das Zwischenzahnrad 104 übertragen, wie dieses durch den gestrichelt angegebenen Pfeil B gezeigt ist, wodurch die zweithöchste Drehzahl erreicht werden kann. Wenn die zweiten und dritten Kupplungen 99 und 100 eingeschaltet und die ersten und vierten Kupplungen 98 und 101 abgeschaltet sind, wird die Drehzahl des Zahnrades 94 an der Seite niedriger Drehzahl des zweiten Getriebe- bS kastens 85 an das dritte Zahnrad 102 über c5?s zweite Zahnrad 97, die zweite Kupplung 99, das sechste Zahnrad 106, das Zwischenzahnrad 109, das fünfte Zahnrad 105, das Zwischenzahnrad 110, das siebte Zahnrad 107 und die dritte Kupplung 100 übertragen, was durch den strichpunktierten Pfeil C angegeben ist, wodurch die dritthöchste Drehzahl erreicht wird. Wenn die zweiten und vierten Kupplungen 99 und 101 eingeschaltet und die ersten und dritten Kupplungen 98 und 100 abgeschaltet sind, wird die Drehzahl des Zahnrades 94 niedriger Drehzahl an das dritte Zahnrad 102 über das zweite Zahnrad 97, die zweite Kupplung 99, das sechste Zahnrad 106, das Zwischenzahnrad 111, das achte Zahnrad 108. die vierte Kupplung 101. das vierte Zahnrad 103 und das Zwischenzahnrad 104 übertragen, was durch den mit Strichen und zwei Punkten angegebenen Pfeil D gezeigt ist. wodurch die niedrigstmögliche Drehzahl erhalten werden kann.

Mit dem dritten Zahnrad 102 ist über eim· Verbindungsscheibe 112 und eine Kupplung 113 eine Ausgangswelle 114 verbunden. Diese Welle 114 ist über ein Lager 1!5 vor! dem zweiten Getriebekasten 85 gelagert und fest mit einem Vorsprung des Lagers 115 der Welle 114 sind ein Ausgangszahnrad 116 und eine von Hand drehbare Schnurscheibe 117 verbunden. Das Ausgangszahnrad 116 kämmt mit einem Zahnrad 118, das an dem rechten Ende der Vorschubschraubwelle 6 in F i g. 1 befestigt ist, wodurch von dem Antriebsmechanismus 7 an die Vorschubschraubwelle 6 eine Antriebskraft übertragen wird. Andererseits ist eine Gummischeibe 120 an dem anderen Ende einer von Hand drehbaren Welle 119 befestigt, die in einen an der Umfangsfläche der von Hand drehbaren Scheibe 117 anschlagenden Kontakt zu bringen ist, wie dieses in F i g. 10 gezeigt ist. Die von Hand drehbare Welle 119 ist drehbar und gleitend von einem Lager 121 gelagert, das an der oberen Fläche des zweiten Getriebekastens 85 vorgesehen ist, wobei ein von Hand betätigter Griff 122 an dem anderen Ende der von Hand drehbaren Welle 119 in einer in axialer Richtung bewegbaren und nicht drehbaren Weise vorgesehen ist und mit der Endfläche der von Hand drehbaren Welle 119 ist zur Bewegung dieser Welle eine Schraube 123 gewindemäßig gekoppelt. Diese Schraube 123 wird in Anschlagk~ntakt mit dem von Hand betätigbaren Griff 122 über ein Lager 124 gebracht und die Drehung der Schraube 123 bewirkt eine Änderung des Gewindeeingriffs zwischen der Schraube 123 und der von Hand drehbaren Welle 119, so daß die von Hand drehbare Welle 119 in dem Lager 121 sich nach rechts und links bewegen kann, wie dieses in Fig. 10 gezeigt ist. Eingeschlossen zwischen einem Endteil der von Hand drehbaren Welle 119, d. h. dem Endteil, an dem die Gummischeibe 120 ausgebildet ist, und dem Lager 121 ist eine Feder 125 vorgesehen, so daß die von Hand drehbare Welle 119 dauernd in Richtung der von Hand drehbaren Scheibe 117 vorgespannt ist Bei dieser Anordnung wird, wenn die Kupplung 113 abgeschaltet und die Schraube 123 gelöst ist, so daß die Gummischeibe 120 an der von Hand drehbaren Scheibe 117 anschlägt, wenn der von Hand betätigte Griff 122 gedreht wird, die von Hand drehbare Welle 119 durch die Wirkung einer Klemmschraube 126 gedreht, die in den Griff 122 eingeschraubt ist und gegen eine Ausnehmung der drehbaren Welle 119 drückt, wodurch die an der Gummischeibe 120 an einer exzentrischen Stelle von ihr anschlagende Scheibe 117 gedreht wird, so daß das Ausgangszahnrad 116 gedreht .werden kann, das an der Ausgangswelle 114 befestigt ist.

Außerdem bezeichnet in den Fig.8 bis 11 das Bezugszeichen 128 eine Abdeckung für den Antriebsmechanismus 7 und das Bezugszeichen 130 gibt in

F i g. 1 ein Steuerpult für die jeweiligen Antriebsieile an, mit dem verschiedene Steuerungen durchgeführt werden, wie das Ein- oder Ausschalten einer Speisequelle, das Einstellen einer Vorschubrichtung und Vorschubgeschwindigkeit des Tisches 3 sowie die vertikale Bewegung des Tastkopfes 49.

Das zuvor beschriebene Koordinaten-Meßgerät arbeitet in der folgenden Weise. Der Motor 65 mit dem Getriebe wird angetrieben, um die viereckige Gleitstange 36. mit Hilfe des Drahtes 67, des Fühmngsteils 69 und der Haltescheibe 50 anzuheben, wodurch der Tastkopf 49 von dem Werkstückaufnahmetisch 14 entfernt wird. Anschließend wird das zu vermessende Werkstück auf dem Werkstückaufnahmetisch 14 befestigt und der Mikrokopf 16 betätigt, um die zu vermessende Schnittebene bei dem Werkstück einzustellen. Dann wird der Antriebsmechanismus 7 angetrieben, um den Tastkopf 49 an einem Ende des Querschnittes des zu vermessenden Werkstückes anzuordnen, und außerdem wird der Motor 65 mit dem Getriebe in dem Meßkopf 21 angetrieben, um das Führungsteil 69 in seine tiefstmögliche Stellung abzusenken, d.h. eine Stellung, wo das Arbeitsglied 73 von dem unteren Fühlmechanismus 75 erfaßt wird. Mit dieser Absenkbewegung wird auch die viereckige Gleitstange 36 zunehmend abgesenkt. Jedoch wird das Absenken der viereckigen Gleitstange 36 beendet, wenn der Tastkopf 49 in Anlageberührung mit dem zu vermessenden Werkstück kommt. Die Feineinstellung der Meßposition wird dabei von Hand oder in ähnlicher Weise vorgenommen.

Anschließend werden, wenn eine bestimmte Geschwindigkeit des Antriebsmechanismus 7 gewählt und ein Schalter an dem Steuerpult 130 betätigt ist, der Antriebsmotor 78 des Antriebsmechanismus 7 und die jeweiligen Kupplungen 98 bis 101 nach Maßgabe eines Befehls angetrieben, wodurch die Vorschubschraubspindel 6 in einer bestimmten Richtung und mit einer voreingestellten Geschwindigkeit angetrieben wird. Bei dieser Anordnung wird der mit der Vorschubschraubspindel 6 über die geschlitzte Mutter verbundene Tisch 3 in eine bestimmte Richtung vorgeschoben. Die Bewegung des Tisches 3 bewirkt eine Bewegung des auf dem Werkstückaufnahmetisch 14 befindlichen, zu vermessenden Objektes, wodurch der Tastkopf 49 in vertikaler Richtung längs der Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes bewegt wird, so daß damit die Oberflächenkontur an einem vorbestimmten Querschnitt des zu vermessenden Werkstückes gemessen werden kann. In diesem Fall wird die viereckige Gleitstange 36 von dem Führungsblock 34 mit Hilfe des pneumatischen Lagers gelagert, die Schnurscheiben 52, 53 um die die Hängeschnur 51 hängend geführt ist, sind ebenfalls von dem pneumatischen Lager gelagert, und da außerdem der Großteil des Gewichtes der viereckigen Gleitstange 36 durch das Ausgleichsgewicht 54 ausgeglichen ist, und nur ein leichtes Gewicht auf das zu vermessende Werkstück über den Tastkopf 49 wirkt, kann dieser die Oberflächenkontur des zu vermessenden Werkstückes messen, wobei er dessen Oberflächenkontur vollständig folgt.

Außerdem wird ein Bewegungswert des Tisches 3 als ein digitaler Wert mit Hilfe der Glaskala 10 und der Leseeinrichtung 11 gemessen. Andererseits werden die Bewegungen der linearen Skala 44 und der Indexskala 45 als digitaler Wert mit Hilfe der Licht aussendender-

ίο Elemente 43 und der Lichtempfangselemente 48 gemessen, um einen Bewegungswert der viereckigen Gleitstange 36 zu messen, und die auf diese Weise gemessenen Werte werden mit Hilfe einer hier nicht gezeigten Anzeige angezeigt, von einem Aufzeich-

is nungsgerät aufgezeichnet und von einem Drucker gedruckt. Bei der Messung wird außerdem die vert'kale Einstellung des Meßkopfes 21 durch Lösen der Klemmschraube 23 und Bewegen des Handgriffes 22 ausgeführt ijnH Hie danach sich ergebende Einstellung wird mit Hilfe der Klemmschraube 23 fixiert.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Oberflächenkontur eines zu vermessenden Werkstückes durch Benutzung eines Tastkopfes 49 gemessen, der vertikal und geradlinig bewegbar ist, so

2s daß die Fehler infolge einer kreisförmigen Bogenbewegung beseitigt werden können, die bei einem herkömmlichen Koordinaten-Meßgerät des sogenannten Armtyps unvermeidbar auftreten. Außerdem ist die den Tastkopf 49 aufweisende viereckige Gleitstange 36

in durch ein pneumatisches Lager gelagert, durch ein Ausgleichsgewicht ausgeglichen, und das Gesamtgewicht wird von den Schnurscheiben 52, 53 aufgenommen, die durch pneumatische Lager gelagert sind, so daß der Tastkopf 49 sehr sanft und glatt bewegt werden kann. Ein Verhaken und Brechen des Tastkopfes bei einer steilen Steigung, das bei den herkömmlichen Meßgeräten auftreten konnte, kann vermieden werden und das Auftreten von Meßfehlern ist so gering wie möglich. So ist z. B. bei eirem herkömmlichen Meßgerät der Schwenkpunkt durch eine Blattfeder gebildet, wodurch der Winkel, mit dem der Tastkopf das zu vermessende Werkstück verfolgen kann, auf etwa 75 bis 78 Grad begrenzt ist, während bei dem erfindr, -»gsgemäßen Meßgerät das pneumatische Lager vorgesehen ist.

Es wurde festgestellt, daß der Tastkopf leicht unter einem Winkel angehoben werden kann, der so steil wie 83 Grad ist. Außerdem werden die Bewegungswerte des Tastkopfes 49 und des Tisches 3 als digitale Werte gemessen, so daß eine Präzisionsmessung erreicht

so werden kann.

Bei der Ausführung der Erfindung können nicht nur Skalen aus Glas in Verbindung mit optischen Elementen, sondern auch elektromagnetische Einrichtungen, wie induktive und magnetische Skalen als Erfassungsmechanismus zum Erfassen der digitalen Werte benutzt werden.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Koordinaten-Meßgerät, mit einem auf einem Bett angeordneten und durch Antriebsmittel in einer ersten und einer dazu senkrechten, zweiten Richtung meßbar bewegbaren Werkstückaufnahmetisch, einer fest auf dem Bett angeordneten Säule, sowie einem meßbar bewegbaren mittels eines Meßkopfes an der Säule angeordneten Tastkopf, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßkopf (21) ein Führungsblock (34) befestigt ist, welcher eine sich senkrecht zur Bewegungsebene des Werkstückaufnahmetisches (14) erstreckende Bohrung (35) aufweist, daß in dieser Bohrung (35) verschiebbar eine Gleitstange (36) angeordnet ist, deren unteres dem Werkstückaufnahmetisch (14) gegenüberliegendes Ende den Tastkopf (49) aufweist, daß die Gleitstange (36) durch eine über Schnurscheiben (53, 53) geführte Hängeschnur (51) mit einem Ausgleichsgewicht (54) verbunden ist, welches etwas leichter als die Gleitstange (36) ist, daß durch erste Druckluftzuführmittel (38) in den von der Innenfläche der Bohrung (35) in dem Führungsblock (34) und von der Außenfläche der Gleitstange (36) begrenzten Raum Druckluft zur Bildung eines Luftlagers für die Gleitstange (36) einbringbar ist, daß die Schnurscheiben (52, 53) an auf dem Meßkopf (21) vorgesehenen Hohlachsen (57) drehbar gelagert sind, daß durch zweite Druckluftzuführmittel (58) Druckluft durch die Hohlachsen (57) und durch radial an diesen vorgesehene Austrittsöffnungen (59) in den von der Lauffläche der Schnurscheibe (52,53) und der Außenfläche der Hohlachse (57) begrenzten Raum unter Bildung eines Luftlagers eindringbar ist, und daß durch eine Meßeinrichi-ng (43, 44, 45, 48) die Größe der Bewegung der Gleitstange (36) als digitaler Wert erfaßbar ist

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (19) hohl ist und sich in ihr eine Bezugsstange (24) hoher Biegefestigkeit im wesentlichen längs der Mittellinie der Säule (19) erstreckt und daß an der Säule Einstellschrauben (25) vorgesehen sind, die an die Bezugsstange (24) anstoßen.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (21) an der Säule (19) in seiner Höhe und Stellung einstellbar befestigt ist und daß mit der Meßeinrichtung (43, 44, 45, 48) die Relativbewegung zwischen der Gleitstange (36) und dem Meßkopf (21) erfaßbar ist.

4. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (43, 44 45, 48) umfaßt, eine an der Gleitstange (36) befestigte Linearskala (44), eine der Linearskala (44) gegenüberliegend an dem Führungsblock (34) befestigte htdexskala (45), eine Lichtquelle (43) zum Durchstrahlen der Linear- und der Indexskala (44 und 45) sowie ein Lichtempfangselement (48) zum Empfangen des durch die beiden Skalen hindurchgegangenen Lichtes.

5. Meßgerät nach Anspruch I, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (35) in dem Führungsblock (34) und die Gleitstange (36) einen viereckigen Querschnitt aufweisen.

6. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Druckluftzuführmittel als an der Innenfläche der in dem Führungsblock (34) ausgebildeten Bohrung (35) mündende und zu den Außenflächen der Gleitstange (36) weisende Luftzufuhröffnungen (38) ausgebildet sind, daß die auf jede Außenfläche der Gleitstange (36) gerichteten Luftaustrittsöffnungen (38) in zwei sich in Längsrichtung des Führungsblockes (34) erstreckenden Reihen angeordnet sind, und daß in jeder Außenfläche der Gleitstange (36) eine Längsnut (37) ausgebildet ist, die sich zu einem zwischen den beiden Reihen von gegenüberliegenden Luftzufuhröffnungen (S3) gelegenen Bereich der Innenfläche der Bohrung (35) öffnet.

7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstange (36) durch einen in dem Meßkopf (21) angeordneten Elektromotor vertikal bewegbar ist und daß ihre obere und untere Endstellung durch Endschalter (74, 75) festlegbar sind.

8. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Erfassungsmechanismus für die Bewegung des Werkstückaufnahmetisches in der ersten Richtung eine Skala (10) aus Glas, die an dem Werkstückaufnahmetisch befestigt ist, und eine an dem Bett (1) befestigte, digitale Leseeinrichtung (11) aufweist.

9. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückaufnahmetisch (14) in iar zweiten Richtung mittels eines Mikrokopfes (16) bewegbar und die Bewegungsstrecke mit diesem M ikrokopf (16) meßbar ist

10. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel zur Bewegung des Werkstückaufnahmetisches in die erste Richtung einen Antriebsmotor, eine Einrichtung zur Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit und eine Einrichtung zum Umkehren der Bewegungsrichtung des Werkstückaufnahmetisches umfassen.

11. Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich in Bewegungsrichtung des Werkstückaufnahmetisches erstreckende Vorschubschraubspindel (6) vorgesehen ist, die über eine geschlitzte Mutter (5) mit dem Werkstückaufnahmetisch verbunden ist.