DE3512935C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrkoordinaten-Meßmaschine mit zwei im parallelen Abstand zueinander angeordnete Führungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-AS 22 48 194 ist eine Mehrkoordinaten-Meßmaschine, insbesondere eine Längenmeßmaschine zur Bestimmung der Posi­ tion und der Größe von Öffnungen, Konturen, Vorsprüngen oder dergleichen bekannt.

Diese bekannte Meßmaschine ist nach Art einer Brückenmeßma­ schine aufgebaut und bewegt sich mit den beiden parallelen Säulen in zugehörigen Führungen. Der Meßkopf selbst ist an einem auf der Brücke verfahrbaren Träger angebracht.

Das Problem bei solchen Mehrkoordinaten-Meßmaschinen besteht darin, daß die beiden Säulen selbst bei großer Präzision wäh­ rend der Bewegung in den zugeordneten Führungen unterschied­ liche Positionen einnehmen. Dieses Problem kann auch unter Verwendung teuerer und technisch aufwendiger Präzisionsele­ mente nicht vollständig ausgeschaltet werden. Um dennoch die exakte Position des Meßkopfes in der Bewegungsrichtung X der Säulen zu erfassen, besitzt diese bekannte Mehrkoordinaten- Meßmaschine zwei Meßeinrichtungen, die jeweils längs der Füh­ rungen der Säulen eingerichtet sind.

Eine dritte Meßeinrichtung bestimmt die Position des Meß­ kopfes entlang seiner Führung auf der Brücke. Diese drei Meß­ einrichtungen sind zur Bestimmung der tatsächlichen Position des Meßkopfes mit einem elektrischen System verbunden.

Wenngleich mit dieser Mehrkoordinaten-Meßmaschine die tatsächliche X-Achsenposition des Meßkopfes aufgrund der ein­ gebauten Meßeinrichtungen und dem zugeordneten elektrischen System bestimmt werden kann, so bedeutet der technische Auf­ wand mit insgesamt drei Meßeinrichtungen doch einen erhebli­ chen Nachteil.

Es sind einerseits mehr Teile notwendig, um die jeweiligen Bezugspositionen zu messen, und andererseits bedeutet die An­ bringung von mehreren Meßeinrichtungen, deren Ergebnisse zu­ sammen der Ermittlung einer tatsächlichen Position des Meß­ kopfes dienen, eine neue und zusätzliche Fehlerquelle.

Die US 42 76 698 offenbart eine Koordinaten-Meßmaschine mit Meßsystemen zur Bestimmung der Position eines Meßtasters in bezug auf drei orthogonale Koordinatenachsen. Darüber hinaus sind weitere optische Meßsysteme zur Bestimmung der Führungs­ fehler vorgesehen, nämlich insbesondere Winkelabweichungen bei der Bewegung des Meßtasters in Richtung der Koordinaten­ achsen. Dadurch ist es möglich, solche Führungsfehler zu kom­ pensieren und die Meßgenauigkeit der Meßmaschine zu erhöhen.

Aus der DE-OS 23 18 330 ist eine Vorrichtung zur Messung von Winkelabweichungen von Werkstückflächen bekannt, bei der das Werkstück auf einer horizontal ausgerichteten Grundplatte steht. Auf der Grundplatte stützt sich ferner der Arm eines Meßtasters ab. Die zu untersuchende Werkstückfläche kann in verschiedenen Entfernungen von der Oberfläche der Grundplatte vom Taster angetastet werden, wodurch so die Abweichung der Werkstückfläche von einer zur Oberfläche der Grundplatte senkrechten Linie gemessen und daraus die gesuchte Winkelab­ weichung bestimmt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Mehrkoordinaten-Meßma­ schine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die exakte Position des Meßkopfes mit technisch einfachen und we­ nigen Mitteln bestimmt werden kann, wenn der Meßkopf entlang der zweiten Achse bewegt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Ausgestaltungen dieses Lösungsgedankens sind den Unteransprü­ chen 2 bis 5 zu entnehmen.

Diese erfindungsgemäße Koordinaten-Meßmaschine benötigt nur noch einen einzigen Längenmaßstab für die exakte Bestimmung der Position des Meßkopfes.

Die spielfrei auf die Schlitten angelenkten Stirnenden des Querarms erlauben eine Schrägstellung dieses Querarms aus seiner zu den Füh­ rungen rechtwinkligen Lage, ohne daß es dabei zu Verkantungen kommen kann. Die Bestimmung der Abweichung des Meßkopfes von seiner theo­ retischen Position erfolgt über ein denkbar einfaches Meßsystem, welches in einem Träger integriert ist, der auf einem der Schlitten fest angeordnet ist. Über dieses Meßsystem wird die Schrägstellung des Querarms wie auch seine exakt rechtwinklige Anordnung einwand­ frei erfaßt und mit Hilfe der feststehenden Position des Meßkopfes zu einem Steuerungssignal oder Anzeigesignal der Koordinaten-Meß­ maschine verarbeitet.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt.

In der schematischen Darstellung der erfindungsgemäßen Koordinaten- Meßmaschine sind im parallelen Abstand zueinander ein unterer Grund­ körper 1 und ein oberer Grundkörper 2, der auch eine Brücke sein kann, vorgesehen. Auf den beiden Grundkörpern 1 und 2 befinden sich die Führungen 3 und 4, welche wiederum exakt parallel zueinander verlaufen. An die untere Führungsschiene 3 ist ferner ein Längen­ maßstab 5 angebracht. Zwischen beide Führungen 3 und 4 ist ein rechtwinklig verlaufender Querarm 6 eingesetzt, der mit seinen Stirnenden 7 und 8 spielfrei in den Punkten 9 und 10 auf Schlitten 11 und 12 angelenkt ist. Die beiden Schlitten 11 und 12 sind in den Führungen 3 und 4 bewegbar. Ihr Antrieb erfolgt über einen hier nicht gezeigten zentralen Antriebsmotor, von dem aus ent­ sprechende Getriebeelemente mit den Schlitten 11 und 12 antriebs­ verbunden sind. Auf dem Querarm 6 befindet sich ein weiterer Schlitten 13, der in Längsrichtung des Querarms 6 bewegbar ist. Dieser Schlitten 13 trägt einen Meßkopf 14 mit zumindest einem Meßtaster 15.

Auf dem unteren Schlitten 11 ist ein Träger 16 aufgebaut, der exakt rechtwinklig zu der unteren Führung 3 ausgerichtet ist. Zu diesem Zweck ist der untere Schenkel 17 des winkelförmigen Trägers 16 auf dem unteren Schlitten 11 aufgestellt, während der senkrecht aufstehende Steg 18 den Abtastkopf 19 mit einem Meßtaster 20 auf­ nimmt. Der Meßtaster 20 befindet sich in einem Abstand A von dem Anlenkpunkt 9 des Querarms 6 auf dem unteren Schlitten 11, wobei dieser Abstand A frei bestimmbar ist.

Von dem Abtastkopf 19 führt eine Leitung 21 zu einem Verstärker 22 und einem Analog- und Digital-Wandler 23, von wo der abgegriffene Wert des Meßtasters 20 angezeigt wird. Statt dieser unmittelbaren Anzeige oder auch zusätzlich ist von dem Verstärker 22 mit Wand­ ler 23 eine Leitung 24 zu einem Rechner 25 gelegt, in welchem das Abweichungsmaß vom Meßtaster 20 gemeinsam mit dem Maß der Position des Meßkopfes 14 verarbeitet wird. Zu diesem Zweck ist der Rechner ferner mit dem Meßkopf 14 über eine Leitung 26 und einer Zwischen­ fügung eines Verstärkers 27 verbunden. Der Rechner kann seinerseits mit der Steuerung 28 oder Anzeige 29 der Koordinaten-Meßmaschine verbunden sein.

Wenn zu Meßzwecken der Querarm 6 auf den Schlitten 11 und 12 in der Koordinatenrichtung X bewegt wird, so besteht insbesondere wegen des großen Abstandes zwischen den Führungen 3 und 4 die Ge­ fahr, daß sich der Anlenkpunkt 9 gegenüber dem oberen Anlenkpunkt 10 in einer aus der senkrechten Linie verschobenen Position befindet. Dies würde bedeuten, daß der Meßkopf 14 auf seinem Verschiebeweg auf dem Querarm 6 ebenfalls eine Position einnimmt, die von der theoretischen Lage abweicht.

Ein Meßfehler wäre bei dieser Konstellation unvermeidbar. Zur Be­ stimmung des tatsächlichen Wertes des Meßkopfes 1 in der X-Bewe­ gungsposition wird nun über den Meßtaster 20 ein Korrekturmaß er­ mittelt, welches abhängig ist von seinem Abstand A vom Anlenkpunkt des Querarmes 6 auf dem Schlitten 11. Aus den gegebenen geometrischen Verhältnissen ist nun die tatsächliche Position des Meßkopfes 14 bestimmbar mit

Mit Hilfe der obengenannten zwei Meßeinrichtungen vom Meßkopf 14 und Abtastkopf 18 ist also die genaue Position des Meßkopfes fest­ stellbar, indem die von diesen Meßeinrichtungen 18 und 14 kommen­ den Signale einem elektrischen System über Leitungen 21 und 26 zu­ geführt werden.

Claims (5)

1. Mehrkoordinaten-Meßmaschine mit zwei im parallelen Abstand zu­ einander angeordneten Führungen, zwischen denen ein rechtwink­ lig eingesetzter Querarm auf endseitigen Schlitten verfahrbar ist, und der Querarm seinerseits einen weiteren, in seiner Längsachse bewegbaren Schlitten aufweist, der einen Meßkopf mit zumindest einem Meßtaster trägt, dessen tatsächliche Posi­ tion durch ein elektrisches System erfaßt und mittels eines elektrischen Ausgangssignals angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Querarm (6) mit seinen beiden Stirnenden (7, 8) spiel­ frei auf den zugeordneten Schlitten (11, 12) angelenkt ist, von denen einer einen rechtwinlig zu seiner Führung (3) ausge­ richteten Träger (16) aufnimmt, welcher in seiner frei bestimm­ baren Entfernung (A) vom Anlenkpunkt (9) am Querarm (6) einen Abtastkopf (19) besitzt, dessen Meßtaster (20) am Querarm (6) antastet und den gemessenen Wert entsprechend der Position des Querarmes (6) zur Führung (3) an das elektrische System zur Auswertung, Anzeige und Steuerung über eingerichtete Leitungen (21, 24) weitergibt.

2. Mehrkoordinaten-Meßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur an einer der Führungen (3) ein Längenmaßstab (5) in der Koordinatenrichtung (X) der Meßmaschine vorgesehen ist und die Abweichung des Querarmes (6) von der rechtwinkligen Lage zu den Führungen (3, 4) durch den Meßtaster (20) in einem frei bestimmbaren Abstand (A) von der zugeordneten Führung (3) meß­ bar ist und zur Bestimmung des tatsächlichen Koordinatenwertes dient, worin X_REF die Position des An­ lenkpunktes (9) des Querarmes (6) am Schlitten (11) nach er­ folgter Bewegung des Querarmes (6) in die Koordinatenrichtung (X), Y der rechtwinklig gemessene Abstand des Meßkopfes (14) auf dem Querarm (6) vom Anlenkpunkt (9) am Schlitten (11), A der rechtwinklig gemessene Abstand des Meßtasters (20) vom An­ lenkpunkt (9) am Schlitten (11) und ΔX_(A) die Abweichung des Querarmes (6) von der rechtwinkligen Lage zu den Führungen (3, 4) im Abstand A ist, von dem der abgenommene Wert über eine Leitung (21) zu einem Verstärker (22) und einem Analog-/Digital-Wandler (23) gegeben ist, wo der Wert anzeig­ bar und wahlweise über einen Rechner (25) zur Steuerung mit Meßauswertung (28, 29) der Meßmaschine leitbar ist.

3. Mehrkoordinaten-Meßmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (16) ein im rechten Winkel geformter Körper ist, dessen unterer Steg (17) auf dem Schlitten (11) parallel zur Führung (3) angeordnet ist und dessen senkrecht zur Füh­ rung (3) ausgerichteter Steg (18) den Meßtaster (20) trägt.

4. Mehrkoordinaten-Meßmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Führungen (3, 4) auf einem unteren und einem oberen Grundkörper (1, 2) angeordnet sind, zwischen die der Querarm (6) senkrecht stehend auf Schlitten (11, 12) spielfrei angelenkt ist, während der Meßkopf (14) senkrecht vom Querarm (6) wegführt und über eine elektrische Leitung (26) mit dem Rechner (25) verbunden ist, welcher das Korrekturmaß vom Meß­ taster (20) erhält.

5. Mehrkoordinaten-Meßmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitten (11, 12) auf den Führungen (3, 4) mit einem Doppelantrieb antriebsverbunden sind.