DE3605947A1 - Vorrichtung zur ueberpruefung der laengenmessunsicherheit von koordinatenmessgeraeten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung der Längenmeßunsicherheit von Koordinatenmeßgeräten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vor­ richtung so auszubilden, daß die Maßkörper des Koordina­ tenmeßgerätes in jeder räumlichen Anordnung angetastet werden können.

Die gestellte Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß gekenn­ zeichnet ist durch einen Drehtisch, eine auf dem Drehtisch angeordnete Zentriereinheit mit Verankerungsstellen für verschiedene Aufbauträger und mit einem Maßkörperträger, der an der Zentriereinheit oder einem Aufbauträger jeweils mittels zweier im gegenseitigen Abstand veränderlicher selbstzentrierender Spanneinrichtungen befestigbar ist. Der Drehtisch kann vorteilhafterweise mit Rast- und Zen­ trierorganen versehen sein, die ihn in vorgegebenen Dreh­ stellungen halten, in welchen er mittels einer Klemmein­ richtung gesichert werden kann. Als Aufbauträger können zweckmäßig auf dem Drehtisch oder der Zentriereinheit ver­ ankerbare oder lagerbare Teleskopstützen und/oder ein ver­ schwenkbarer Trägerarm und/oder ein Querträger vorgesehen sein. Mit Hilfe der Zentriereinheit und der verschiedenen Aufbauträger läßt sich ein Maßkörperträger praktisch in jeder definierten räumlichen Lage anordnen und ermöglicht damit einen automatischen CNC-gesteuerten Meßablauf. Durch die definierte Anordnung des Maßkörperträgers ist ein Meß­ ergebnisvergleich und damit auch Feststellung einer Ver­ änderung der Meßgenauigkeit des Koordinatenmeßgerätes feststellbar.

Die Bauteile der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung lassen sich exakt anordnen und festhalten, wozu erfin­ dungsgemäß die Spanneinrichtungen jeweils auf eine Keil­ fläche eines zu haltenden Aufbauträgers oder des zu hal­ tenden Maßkörperträgers selbsthemmend einwirkende Spann­ schuhe aufweisen, welche mit federbelasteten Spannhebeln an ihren Anlage- und Auflagepunkten fixiert werden können. Die Spanneinrichtungen ergeben daher sowohl in der Höhen- als auch in der Seitenlage ein selbstzentrierendes defi­ niertes Positionieren des Maßkörperträgers.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Maßkörperträgers kann erfindungsgemäß ein sphärisches Teilungsnormal mit einer Leiste mit mehreren, entlang einer geraden Linie mit Ab­ stand voneinander ausgebildeten Aussparungen als Selbst­ zentrierungssitze für sphärische Maßkörper sein, die jeweils mittels einer Zugeinrichtung in den Aussparungen anliegend gehalten sind. Vorteilhafterweise können die sphärischen Maßkörper als mit einem Gewindebolzen als Radialstiel versehene Kugeln ausgebildet sein, wobei die Gewindebolzen durch Durchgangsbohrungen der Leiste hin­ durchragen und mittels Muttern unter Zwischenlage von Federscheiben an der Leiste befestigt sind. Die Leiste und/oder die sphärischen Maßkörper des sphärischen Tei­ lungsnormals können zweckmäßig aus Glaskeramik oder einem ähnlich wärmeverzugsarmen Werkstoff bestehen. Zur exakten lagegenauen Positionierung des sphärischen Teilungsnorma­ les auf der Zentriereinheit oder auf einem Aufbauträger kann ihre Leiste mit ihrer Anlageseite auf drei ausgepräg­ ten punktförmigen Anlagestellen gespannt sein. Die auf der Leiste angeordneten kugelförmigen Maßkörper können durch an den Enden der Leiste angeordnete und über die Höhe der Maßkörper hinausragende Schutzwandungen gegen Beschädigung bei der Handhabung der Leiste gesichert sein.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäß ausgebildeten Vorrichtung und eines erfindungsgemäß ausgebildeten Maßkörperträgers anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Drehtisch, eine auf dem Drehtisch angeordnete Zentrier­ einheit und einen am Ende der Zentrier­ einheit angeordneten Querträger der Vor­ richtung;

Fig. 2 einen gegenüber der Fig. 1 vergrößerten Querschnitt durch den Drehtisch und die Zentriereinheit entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 eine Seitenansicht der mit der Zentrier­ einheit und Aufbauträgern bestückten Vor­ richtung in einer Einstellung für eine zwei- und dreidimensionale Messung und mit Schräglage und mit Umschlag;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Seiten­ ansicht der Vorrichtung, eingestellt auf eine Messung in der Z-Achse des räumlichen Koordinatensystems;

Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Seiten­ ansicht mit einem Aufbau der Vorrichtung für eine Meßüberprüfung in der X-Achse bei hochgesetztem Maßkörperträger;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines als sphärisches Teilungsnormal ausgebildeten Maßkörperträgers;

Fig. 7 einen Querschnitt durch den Maßkörperträ­ ger in Richtung der Linie VII-VII in Fig. 6 in gegenüber Fig. 6 vergrößertem Maßstab;

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Spannvorrich­ tung für Maßkörperträger entlang der Linie IX-IX in Fig. 5;

Fig. 9 einen Querschnitt durch die Spannvorrich­ tung für Maßkörperträger entlang der Linie X-X in Fig. 5.

Die Vorrichtung besteht aus einem runden Drehtisch 10, der gemäß Fig. 2 mit einem zentralen Lagerteil 11 versehen ist, das über drei Wälz- oder Kugellager 12, 13 und 14 auf dem zentralen stationären Lagerteil 15 eines Drehtischträ­ gers 16 und an einer am stationären Lagerteil 15 festge­ schraubten Haltekappe 17 abgestützt ist. Wie in Fig. 1 an­ gedeutet ist, sind am stationären Tischträger 16 in Win­ kelabständen Rastkörper 18 angeordnet, mit denen eine an der Unterseite des Drehtisches 10 angeordnete Rastrolle 19 zusammenwirkt. Der Drehtisch 10 kann sowohl in diesen Raststellungen als auch in jeder beliebigen anderen Dreh­ stellung mittels einer in der Zeichnung nicht dargestell­ ten Klemmvorrichtung gesichert werden.

Auf den Drehtisch 10 ist eine U-schienenförmige Zentrier­ einheit 20 radialgerichtet aufgesetzt und an gegenüberlie­ genden Seiten jeweils mittels einer Spannvorrichtung 21 und 22 befestigt. Der Aufbau der Spannvorrichtungen 21 und 22 ist aus der Schnittdarstellung der Fig. 2 ersichtlich. Die Spannvorrichtungen weisen eine Spannpratze 23 auf, die von einer Spannschraube 24 mit Handschraubkopf 25 beauf­ schlagt ist. Die Zentriereinheit 20 ist an vorgegebenen Stellen mit Montageöffnungen versehen, von denen in Fig. 1 obere Verankerungsstellen 26 bezeichnet sind. Am einen Ende der Zentriereinheit ist eine quer zur Längsrichtung der Zentriereinheit gerichtete Montagefläche 27 ausgebil­ det, an welcher in Fig. 1 ein Querarm 28 als Aufbauträger befestigt ist. Der Querarm 28 ist mit zwei mit Abstand voneinander angeordneten Spanneinrichtungen 29 (29.1 und 29.2) zum Halten eines Maßkörperträgers versehen, die in Verbindung mit den Fig. 6 bis 9 noch beschrieben werden.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine auf dem Drehtisch 10 ver­ ankerte andere Zentriereinheit 20 a kombiniert mit ver­ schiedenen Aufbauträgern. Bei dem Aufbau nach Fig. 3 ist auf die Zentriereinheit 20 a im Bereich ihres einen Endes eine Teleskopstütze 31 aufgesetzt, die stufenweise längen­ verstellbar ist und wobei die einzelnen Stufen durch Steckstifte bestimmt werden. Außerdem ist die Teleskop­ stütze 31 mit einem Klemmring 33 versehen, der mittels eines Handspannhebels 34 spannbar ist.

Im Bereich ihres anderen Endes ist die Zentriereinheit mit einem Spannhebel 35 versehen, mit welchem Aufbauträger an der Zentriereinheit 20 a festklemmbar sind. Beim Aufbau nach Fig. 3 ist dies eine um die Spannwelle 36 des Spann­ hebels 35 verschwenkbar angeordnete Tragschiene 37, deren Schrägstellung mittels einer Handstellschraube 38 ein­ stellbar ist, die in einem auf dem verstellbaren Teil der Teleskopstütze 31 befestigten Halter 39 angeordnet ist. Auf der Tragschiene 37 sind mit Abstand voneinander wie­ derum zwei Spannvorrichtungen 29 zum Halten eines nicht dargestellten Maßkörperträgers angeordnet. Bei dem Aufbau nach Fig. 3 läßt sich am Maßkörperträger eine Überprüfung der Maßkörper nach Raumkoordinaten, eine sogenannte Dia­ gonalmessung auf Umschlag, durchführen, also sowohl eine Messung, wenn sich die Schiene 37 in der dargestellten Stellung befindet, als auch eine Vergleichsmessung in einer Stellung, in welcher sich die Schiene 37 nach einer Drehung des Drehtisches 10 um 180° oder um einen anderen Winkel befindet.

Fig. 4 zeigt einen Aufbau, bei welchem am einen Ende der Zentriereinheit 20 a wiederum eine Teleskopstütze 31 ver­ ankert ist. Am Ende der Teleskopstütze 31 ist wieder ein Halter 39 angeordnet, an welchem hier als Aufbauträger der Schienenkörper 37 in Vertikalstellung so aufgehängt ist, daß er mit seinem unteren Ende gegen die Anlagefläche 27 des einen Endes der Zentriereinheit 20 a anliegt. Auch der Schienenkörper 37 ist wieder mit zwei Spanneinrichtungen 29 versehen.

Bei dem Aufbau nach Fig. 5 sind auf der Zentriereinheit 20 a an ihren beiden Enden je eine Teleskopstütze 31 ange­ ordnet, auf welche der Schienenkörper 37 in Horizontallage aufgesetzt ist, so daß sich ein von ihren Spanneinrichtun­ gen 29 gehaltener Maßkörperträger ebenfalls in Horizontal­ lage befindet.

Die Fig. 6 und 7 zeigen einen als sphärisches Teilungs­ normal ausgebildeten Maßkörperträger 50. Der Maßkörperträ­ ger besteht aus einer Schutzschiene 51 mit dem aus Fig. 7 ersichtlichen Querschnitt, in welche eine Leiste 52 ein­ gesetzt ist, die in gleichen Abständen a mit aus Fig. 7 ersichtlichen Vertiefungen 53 zur selbstzentrierenden Auf­ nahme von kugelförmigen Maßkörpern 54 versehen ist. Die Vertiefungen 53 sind alle entlang einer geraden Linie aus­ gebildet und enden in einer Durchgangsbohrung 55. Die Lei­ ste 52 und die kugelförmigen Maßkörper 54 sind aus Glas­ keramik gefertigt. Die kugelförmigen Maßkörper 54 weisen jeweils einen Gewindebolzen 56 als Radialstiel auf, der in die Durchgangsöffnung 55 der Leiste an den Lagerstellen 53 eingesetzt ist und mit welchem die Maßkörper 54 selbst­ zentrierend in den Vertiefungen 53 gehalten sind. Die Ge­ windebolzen 56 ragen auch durch eine zentrale Öffnung 57 der Schutzschiene 51, gegen welche sie mittels Schraub­ muttern 58 unter Zwischenlage einer Tellerfeder 59 ver­ spannt sind. An beiden Enden der Schutzschiene 51 sind Schutzwandungen 60 befestigt, die etwas über die kugelför­ migen Maßkörper 54 hinausragen, wodurch sichergestellt ist, daß das sphärische Teilungsnormal nicht mit den Maß­ körpern 54 zur Auflage kommen kann.

An zwei Bessel′schen Punkten der Schutzschiene 51 sind Fußteile 62 und 63 angeordnet, die jeweils Keilflächen 64 für Spannschuhe 43 und 45 der Spannvorrichtungen 29 auf­ weisen. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist die Unterseite des einen Fußteiles 62 zusätzlich mit einer Wölbung 67 versehen.

Die Fig. 8 und 9 zeigen die beiden Spannvorrichtungen 29 zum Halten des Maßkörperträgers 50. Sie sind zur Erzielung einer Dreipunktlagerung unterschiedlich gestaltet. Beide Spannvorrichtungen 29.1 (Fig. 8) und 29.2 (Fig. 9) weisen einen ersten feststehenden Spannschuh 43 mit einer gegen eine der Keilflächen 64 der Fußteile 62 oder 63 anliegen­ den Kugel 44 auf. Der andere Spannschuh ist als ebenfalls mit einer an einer Keilfläche 64 der Fußteile 62 oder 63 anliegenden Kugel 46 versehener Spannhebel 45 ausgebildet, der um eine Achse 47 verschwenkbar ist und von einem unter der Vorspannung einer Druckfeder 49 stehenden Schließbol­ zen 48 in die Schließstellung gedrückt wird. Fig. 8 zeigt den Spannhebel 45 in seiner Schließstellung, Fig. 9 in einer Offenstellung. Die Spannvorrichtung 29.1, die mit dem Fußteil 62 der Schutzleiste 51 des Maßkörperträgers 50 zusammenwirkt, trägt zwischen den beiden Spannschuhen 43 und 45 einen Zentrierstift 68, der in die untere Wölbung 67 des Fußteiles 62 ragt. Die Spannvorrichtung 29.2 weist zwei mit Abstand quer zur Längsrichtung des Maßkörperträ­ gers 50 mit Abstand angeordnete Kugeln 69 auf, auf welche die glatte Unterseite des Fußteiles 63 zur Auflage kommt. Der Maßkörperträger 50 erfährt also durch die beiden Spannvorrichtungen 29.1 und 29.2 eine Dreipunktauflage.

Die sphärischen Maßkörper 54 lassen sich leichter abtasten als übliche zylindrische oder plattenförmige Maßkörper. Ihre selbstzentrierende Anordnung erlaubt einen Austausch von Maßkörpern 54 in der Leiste 52. Abweichungen in den Dimensionen der kugelförmigen Maßkörper haben keinen Ein­ fluß auf den Abstand a des Teilungsnormals. Bei der Kalibrierung werden die gegenseitigen Abstände der Maß­ körper sowie die Abweichung der Mittelpunkte der Maßkörper nach Höhenlage und Seitenlage ermittelt. Die Leiste kann mindestens bereichsweise mit einer nicht dargestellten Beschichtung aus einem wärmeisolierenden Material versehen sein. Aus Glaskeramik gefertigte Leisten und Maßkörper sind korrosionsbeständig, verzugsfrei und längenstabil. Ein Einölen der Maßkörper und des Maßkörperträgers und ein Entölen vor der Benutzung der Maßkörperträger entfällt somit. Eine Temperaturangleichung vor einer Messung ist nicht erforderlich, so daß die Meßzeiten kurz werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Überprüfung der Längenmeßunsicherheit von Koordinatenmeßgeräten, gekennzeichnet durch einen Drehtisch (10), eine auf dem Drehtisch angeordnete Zentriereinheit (20, 20 a) mit Verankerungsstellen (26) für verschiedene Aufbauträger (31, 37) und durch einen Maßkörperträger (51/52), der an der Zentriereinheit (20) oder an einem Aufbauträger (28, 37) jeweils mit­ tels zweier im gegenseitigen Abstand veränderlicher selbstzentrierender Spanneinrichtungen (29) befestig­ bar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (10) mit Rast- und Zentrierorganen (18, 19) sowie mit einer Klemmeinrichtung zu seiner Arretierung versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Aufbauträger jeweils auf dem Dreh­ tisch (10) oder der Zentriereinheit (20) verankerbare oder lagerbare Teleskopstützen (31) und/oder ein ver­ schwenkbarer Tragarm (37) und/oder ein Querträger (28) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtungen (29) je­ weils auf eine Keilfläche (64) eines zu haltenden Auf­ bauträgers oder des zu haltenden Maßkörperträgers (50) einwirkende Spannschuhe (43, 45; 62, 63) aufweisen, von denen einer an einem federbelasteten Spannhebel (45) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Maßkörperträger ein sphäri­ sches Teilungsnormal (50) mit einer Leiste (52) mit mehreren, entlang einer geraden Linie mit Abstand (a) voneinander ausgebildeten Aussparungen als Selbstzen­ trierungssitze (53) für sphärische Maßkörper (54) vor­ gesehen ist, die jeweils mittels einer Zugeinrichtung (56/58) in den Aussparungen anliegend gehalten sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Maßkörper (54) als mit einem Ge­ windebolzen (56) als Radialstiel versehene Kugel aus­ gebildet sind und die Gewindebolzen (56) durch Durch­ gangsbohrungen (55) der Leiste (52) hindurchragen und mittels Muttern (58) unter Zwischenlage von Feder­ scheiben (59) an der Leiste (52) oder einer die Leiste umgebenden Schutzschiene (51) befestigt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leiste (52) und/oder die sphärischen Maßkörper (54) aus Glaskeramik bestehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiste (52) des sphärischen Teilungsnormals (50) auf ihrer Anlageseite auf drei punktförmigen Anlagestellen (Kugeln 69, Zentrierstift 68) der Spanneinrichtungen (29) ruht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiste (52) des sphärischen Teilungsnormals (50) an ihren Enden über die Höhe der Maßkörper (54) hinausragende Schutzwandungen (60) auf­ weist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiste (52) des sphärischen Teilungsnormals (50) mindestens bereichsweise mit einer Beschichtung aus einem wärmeisolierenden Mate­ rial versehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauträger (31, 37) an vor­ bestimmten Stellen Stecköffnungen für Anschlagstifte (32) aufweisen.