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Zinnenförmiges Stufenendmaß
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(Zusatz zu Patent 32 19 713) Die Erfindung betrifft ein zinnenförmiges
Stufenendmaß nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. nach Patent 32 19 713.
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Derartige Stufenendmaße werden zur Genauigkeitsüberprüfung von Mehrkoordinaten-Meßgeräten
benötigt, wobei diese Stufenendmaße horizontal, vertikal oder raumschräg innerhalb
des Meßvolumens der zu überprüfenden Meßgeräte angeordnet werden können. Das Stufenendmaß
gemäß Hauptpatent ist dank der Einzelanordnung der Endmaßstücke innerhalb der neutralen
Faser des Tragkörpers besonders maßstabil und weitgehend unabhängig vom Biegezustand
des Tragkörpers.
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Dessenungeachtet wird man bestrebt sein, mit möglichst geringen Tragkörperdeformationen
auszukommen, weil in durchgebogenem Zustand die Stirnseiten benachbarter ndmaßstücke
nicht mehr parallel zueinander liegen, sondern einen - wenn auch sehr kleinen -
Winkel einschließen.
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Übliclaerweise werden Walzenfüße an der Unterseite des Tragkörpers
angeklemmt, um damit das Stufenendmaß verkantungs-
sicher auf eine
Unterlage aufstellen zu können. Bei ansteigender Aufstellung des Stufenendmaßes
werden jedoch durch das Eigengewicht des Tragkörpers Biegemomente in die Auflagerungsstellen
eingeleitet, die zu einer erhöhten Durchbiegung des Tragkörpers führen.
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Aufgabe der vorliegenden Zusatzerfindung ist es, die Halterung bzw.
Auflagerung des Tragkörpers dahingehend auszugestalten, daß bei schräger Aufstellung
des Stufenendmaßes die Durchbiegung des Tragkörpers auf das unvermeidbare Mindestmaß
beschränkt bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst. Dank der niveaugleichen Anordnung der Seitenzapfen hinsichtlich
der neutralen Faser des Tragkörpers, die auch mit dessen Schwerlinie übereinstimmt,
wird der Tragkörper bei Schrägaufstellung stets im Bereich der Schwerlinie gehaltert.
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Dementsprechend werden keine Biegemomente bei der Auflagerung in den
Tragkörper eingeleitet.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand verschiedener in den Zeichungen
dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen: Figur
1 eine Längsansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Halterung eines Stufenendm.jßes
über zwei gegenüberliegende Seitenzapfen mit Zugang zu den Endmaßstücken von oben
her (Stufenendmaß aufrecht liegend),
Figur 2 eine einseitige Halterung
des Stufenendmaßes ("querliegend") mittels eines einzigen Seitenzapfens je Halterungsstelle,
Figur 3 und 4 zwei verschiedene Seitenansichten einer einseitigen schwenkbaren Halterung
eines Stufenendmaßes mit nur einer einzigen Halterungsstelle, Figur 5 die Anordnung
der Seitenzapfen an einem Groß-Stufenendmaß in Gitterbauweise, Figur 6 die kardanische
Halterung eines Stufenendmaßes auf einem Teilkopf mit Antastrichtung von oben her
und Figur 7 eine ähnliche kardanische Aufhängung wie die nach Figur 6 mit Antastrichtung
der Endmaßstücke von der Seite her.
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Die verschiedenen in den Figuren dargestellten Stufenendmaße 1 bestehen
im wesentlichen aus einem Tragkörper 3 von zumindest angenähert quadratischer Hüllkontur
und U-förmigem tragenden Querschnitt. Am Grunde des von dem U-Profil eingeschlossenen
Lichtraumes ist eine nach oben offene rechteckige Aufnahmerille 16 eingearbeitet,
in die die einzelnen Endmaßstücke 6 im Abstand hintereinander eingelegt und darin
festgeklemmt sind. Die Anordnung und Querschnittsgestaltung des Tragkörpers 3 ist
so getroffen, daß die neutrale Faser 11 des Tragkörpers zumindest angenähert mit
der Mittellinie der Endmaßstücke 6 lagemäßig übereinstimmt. Die Lage der neutralen
Faser 11 innerhalb
des Querschnittes ergibt sich durch den Schnittpunkt
der horizontalen (12) und dervertikalen Trägheitsachse 13 des Querschnittes des
Tragkörpers 3. Entsprechendes gilt auch für das in Figur 5 ausschnittsweise gezeigte
Groß-Stufenendmaß 2 mit einem Tragkörper 4, der nach Art eines Gittermastes von
etwa im Querschnitt quadratischer Grundform ausgebildet ist.
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Ein dem Tragkörper 3 der Stufenendmaße 1 vergleichbarer Körper ist
darin als innerer Längsholm 25 gestaltet; an den Eckpunkten des Querschnittprofiles
sind äußere Längsholme in Rohrform angebracht. Die Längsholme 25 und 26 sind durch
Querverstrebungen 27 in allen Richtungen hin miteinander verstrebt. Im Unterschied
zu einem normalen Gittermast ist jedoch der Tragkörper 4 dieses Stufenendmaßes an
einer Umfangsseite offen - offene Seite 28 - , so daß der Zugang zu den Endmaßstücken
über einen breitgefächerten Freiraum zugänglich ist.
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Um bei Schrägaufstellung der Stufenendmaße die Durchbiegung des Tragkörpers
auf das unvermeidbare Maß einer eigengewichtsbedingten Durchbiegung zu beschränken,
sind die zur Auflagerung bzw. Halterung der Tragkörper vorgesehenen - bei den dargestellten
Ausführungsbeispielen zylindrischen - Seitenzapfen 29 derart angeordnet, daß deren
Mittellinie 30 in der gleichen Ebene wie die neutrale Faser 11 des Tragkörpers 3
bzw. 4 liegt. Die neutrale Faser 11 stimmt lagemäßig mit der Sciiwerlinie des i'ragkörpers
überein. Deswegen können bei steil ansteigender Aufstellung der Stufenendmaße keine
Momente entstehen, die die Durchbiegung des Tragkörpers über das eigengewichtsbedingte
Maß hinaus erhöhen würden. Bei unterseitiger Anbringung von Walzen-
füllen
werden bei Schrägaufstellung derartige Momente in den Tragkörper eingeleitet, die
den Biegezustand vergrößern.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 4, 6 und 7 ist
für jede Halterungs- bzw. Auflagerungsstelle ein im wesentlichen U-förmiger, den
prismatischen Tragkörper 3 des Stufenendmaßes umgreifender Haltebügel 31 vorgesehen,
der mittels quer verlaufender Druckschrauben 33 an ihn anklemmbar ist. Und zwar
reicht der Haltebügel 31 mit Haltenasen 32 bis auf die Oberseite, an die er von
unten her mit den Druckschrauben 33 angedrückt wird. Dank der prismatischen Ausgestaltung
des Tragkörpers kann der Haltebügel an jeder beliebigen Längsposition des Stufenendmaßes
angeklemmt werden, so daß unterschiedliche Auflagerungsarten hinsichtlich der Positionierung
der Auflagerungsstellen in Längsrichtung realisierbar sind. An dem Haltebügel können
die Seitenzapfen 29 in unterschiedlichen Umfangspositionen angeschraubt werden,
wozu bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel (;ewindebohrungen 34 in den Haltebügel
31 angebracht sind, deren Achse genau auf die neutrale Faser 11 des Tragkörpers
ausgerichtet ist. Die beiden in den Seitenschenkeln des U-förmigen Haltebügels angebrachten
Gewindebohrungen fluchten genau miteinander. Die Seitenzapfen 29 weisen entsprechende
Gewindezapfen 35 auf, so daß sie austauschbar an die Haltebügel 31 anschraubbar
sind.
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Bei der in Figur 1 gezeigten Verwendungsart sind zwei Sei ttizipi'en
29 gegenüberl.icgcnd und fluchtend in den Haltebügel 31 eingeschraubt.Diese Art
der Halterung
bzw. Auflagerung ist zweckmäßig für eine Zweipunktauflage
des Stufenendmaßes, beispielsweise in den sogenannten Bessel'schen Punkten. Die
Seitenzapfen 29 der einen Auflagerungsstelle werden in entsprechende Prismen eingelegt,
wogegen die beiden Seitenzapfen der anderen Aüflagerungsstelle auf oberseitig ebene
Distanzstücke aufgelegt werden. Eine solche Art der Auflagerung des Stufenendmaßes
ist vor allen Dingen bei oberseitiger oder bei Oberkopfanordnung bei unterseitiger
Antastung der Endmaßstücke 6 angezeigt.
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Die in Figur 2 gezeigte Verwendungsart ist für seitliche Antastung
der Endmaßstücke geeignet, wodurch der zu überprüfenden Meßmaschine eine etwas modifizierte
Aufgabe gestellt ist, die - im Vergleich zur Aufstellung nach Figur 1 - andere Schwachstellen
oder Fehlerquellen bloßlegen kann. Bei dicscr ''qu.rliegenden''licllterung des Stufenendmaßes
ist lediglich ein einziger Seitenzapfen 29 je Halterungsstelle vorgesehen, wobei
dieser auf der der offenen Seite 28 des Stufenendmaßes gegenüberliegenden Seite
angeschraubt ist, so daß die Endmaßstücke 6 frei zugänglich sind. Die Seitenzapfen
29 müssen bei dieser Art der Halterung fest eingespannt sein, so daß der U-förmige
Haltebügel 31 frei abragen kann.
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Neben der bereits erwähnten 2wc>1punkt-Auflage des Stufenendmaßes
ist auch eine Halterung in nur einem Punkt möglich, wie sie beispielsweise in den
figuren 3 und 4
am I3e L spiel einer "querliegenden" Halterung
nach dem Vorbild von Figur 2 gezeigt ist.- Zwar ist bei einer Einpunkt-Halterung
die schwerkraftbedingte Durchbiegung des Tragkörpers größer als bei einer Zweipunktauflage;
jedoch ist bei einer Einpunkthalterung eine Lageveränderung des Stufenendmaßes innerhalb
des Meßvolumens leichter realisierbar als bei einer Zweipunkt-Auflage.
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Zur möglichst umfassenden Kontrolle eines Mehrkoordinaten-Meßgerätes
möchte man eine Kontrollvermessung des Stufenendmaßes in möglichst vielen unterschiedlichen
Lagen durchführen. Zu diesem Zweck ist bei der Halterung nach den Figuren 3 und
4 das Stufenendmaß nicht nur um eine horizontal liegende Schwenkachse 38, sondern
auch noch um eine vertikal stehende Schwenkachse 39 schwenkbar, wobei das Stufenendmaß
bezüglich jeder der Schwenkachsen 38 bzw. 39 in jeder beliebigen Schwenklage arretierhar
ist. Bei dem in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der lJ-förmige
Haltebügel 31 unterseitig mit einer Zapfenschraube 29'versehen, mit <1er er seitlich
an den vertikal stehenden Schenkeln eines Haltewinkels 37 angeklemmt werden kann.
Der Zapfenteil dieser Schraube dient hier als Seitenzapfen und zugleich als Schwenkzapfen,
so daß die Achse 30 der Zapfenschraube 29' zugleich die horizontale Schwenkachse
38 darstellt. Durch Anziehen der Zapfenschraube wird das Stufenendmaß in der jeweiligen
Lage arretiert.
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Ganz ähnlich ist es mit der Verschwenkungsmöglichkeit um die vertikal
stehende Schwenkachse 39 beschaffen.
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Der Haltewinkel 37 ist mit seinem horizontalen Schenkei mittels einer
weiteren Zapfenschraube 37 auf die Unterlage geschraubt; der Zapfenteil der Zapfenschraube
dient als Schwenkzapfen und zur genauen Fixierung. Die
Arretierung
erfolgt durch Anziehen der Zapfenschraube 42 Sie liegt genau vertikal unterhalb
der Achse der Zapfenschraube 29', so daß sich die beiden Achsen 38 und 39 und die
neutrale Faser 11 in einen gemeinsamen Punkt schneiden. Auf diese Weise ist eine
kardanische Aufhängung des Stufenendmaßes realisiert, bei der trotz einer Verschwenkung
des Stufenendmaßes um die eine oder andere Achse ein Punkt des Stufenendmaßes ortsfest
stehen bleibt, was bei Kontrollvermessungen mit unterschiedlichen Lagen des Stufenendmaßes
besonders zweckmäßig ist.
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Die Figuren 6 und 7 zeigen im Prinzip ähnliche Halterungen wie die
nach Figuren 3 und 4, wobei alternativ ein L-förmiger Haltewinkel 41 oder ein U-förmiger
Lagerbügel vorgesehen ist. Dieser ist auf den Drehtisch eines Teilkopfes 40 aufgespannt,
der nicht nur mit einem genauen Winkelmeßsystem zur Erfassung der Azimut-Lage -
bei der "stehenden" Drehtisch-AufsteS-lung nach Figur 6 - versehen ist, sondern
der auch für diese Schwenkbewegung mit einen entsprechenden Servoantrieb ausgerüstet
ist. Moderne Teilkäpfe dieser Art können darüber hinaus vorprogrammiert werden,
so daß sie entsprechend der Programmvorgabe nacheinander bestimmte Positionen einfahren
und diese für eine bestimmte Zeit beibehalten. Mit einer solchen Einrichtung läßt
sich gemeinsam mit einer entsprechenden Programmierung des Teilkopfes und auch des
Meßprogrammes für die zu überprüfende Meßmaschine eine selbsttätig ablaufende umfangreiche
Kontrollvermessung durchführen, die während der Nachtstunden ablaufen kann. Es ist
hierbei daran zu
denken, daß auf dem Stufenendmaß sehr viele Meßpunkte
angefahren werden müssen; darüber hinaus werden diese Meßpunkte bei ein und derselben
Aufstellungsart des StufenendmalSes in der Regel fünf mal hintereinander durchgemessen.
Figur 7 zeigt den gleichen Teilkopf 40 und die gleiche Halterung des Stufenendmaßes
1, jedoch bei "liegender" Aufstellung des Drehtisches 40 und seitlichem Zugang der
Endmaßstücke über einen gekröpften Taster. Hierbei wird vor allen Dingen die Genauigkeit
des Tastsystems hinsichtlich einer vertikalen Achse auf Genauigkeit :überprüft.
Bei der Aufstellungsart nach Figur 7 ist der Azimut-Winkel des Stufenendmaßes durch
die arretierte Schwenklage des Stufenendmaßes 1 am Haltewinkel 41 vorgegeben; durch
den Drehtisch 40 kann lediglich die Elevationslage des Stufenendmaßes variiert werden.
Denkbar wäre es auch, den liegenden Drehtisch nach Figur 7 mit dem Stufenendmaß
auf einen zweiten stehenden Drehtisch zu stellen, so daf3 auch der jeweils andere
Schwenkwinkel ferngesteuert variiert werden kann und ein noch umfassenderes Meßpgrogramm
selbsttätig abgefahren werden kann.
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Bei dem in Figur 5 gezeigten Groß-Stufenendmaß in Gitterbauweise würde
ein den ganzen Querschnitt des Tragkörpers 4 umgreifender U-förmiger Haltebügel
u.U.
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zu schwer werden, weshalb hier zwei einzelne Tragbügel 36 vorgesehen
sind, die an zwei benachbarte Längsholme 26 des Tragkörpers 4 anklemmbar sind. Zu
diesem Zweck sind im Bereich der Enden des Tragbügels jeweils mehrere Klemmschrauben
43 vorgesehen, mit denen
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