DE3720795A1 - Geraet zum messen, anreissen, antasten, bearbeiten od. dgl. von werkstuecken im raum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen, Anreißen, Antasten, Bearbeiten od. dgl. von Werkstücken im Raum der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei bekannten Geräten dieser Art (DE-OS 32 21 074, 35 06 494), ist der Arm in einem Kreuzschieber in einer Richtung, z. B. in Richtung der Y-Achse, verschiebbar. Der Kreuzschieber ist auf einer vertikalen Säule als Teil eines Gestells ebenfalls translatorisch in Richtung der anderen Achse, z. B. der Z-Achse, verschiebbar. Die Säule sitzt auf einem unteren Fußteil auf, über den das gesamte Gerät in Richtung einer dritten Achse, z. B. der X-Achse, längs einer Horizontalführung verschiebbar ist. Geräte dieser Art haben sich in hohem Maße bewährt. Durch die linearen Führungsflächen und Bewegungen bedingt, sind der Arbeitsgeschwindigkeit des Gerätes jedoch Grenzen gesetzt, ebenso der erzielbaren Genauigkeit, dem Preis und auch der Zugänglichkeit eines mittels eines solchen Gerätes z. B. zu vermessenden Werkstückes auf einer Tischfläche.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art zu schaffen, das größere Arbeitsgeschwindigkeiten, noch größere Genauigkeiten, eine Kostenreduzierung und eine bessere Zugänglichkeit zum zu beaufschlagenden Werkstück ermöglicht.

Die Aufgabe ist bei einem Gerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die Merk­ male im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät sind im Vergleich zum bekannten Gerät vorhandene lineare Führungsflächen und Führungsteile ersetzt durch um Schwenkachsen schwenkbe­ wegliche Teile. Dadurch sind größere Arbeitsgeschwindig­ keiten erzielbar, da mit geeigneten Antrieben sehr große Winkelgeschwindigkeiten zur Schwenkverstellung um die jeweiligen Schwenkachsen möglich sind. Die Verbindungs­ stellen zwischen den einzelnen Gestellteilen und die Schwenkachsen lassen sich ohne besonders große Anforde­ rungen an die Qualität der Oberfläche herstellen, da für den Einsatz der einzelnen Schwenkachsen und Schwenk­ verbindungen lediglich die Lagerstelle für das Drehlager exakt bearbeitet werden muß. Außerdem eignet sich das Gerät nun besonders gut für den Einsatz von alternativen Leichtbauwerkstoffen. Statt Linearteile können Drehteile eingesetzt werden, die kostengünstiger und dabei genauer zu fertigen sind. Da Linearteile und Führungsflächen ent­ fallen, ist auch deswegen das Gerät erheblich kosten­ günstiger herstellbar. Linearfehler entfallen ebenfalls, insbesondere die größten Fehler, die bei bekannten Ge­ räten eingangs genannter Art in Richtung der X-Achse vor­ kommen. Schon deswegen ist eine Steigerung der Genauig­ keit zu verzeichnen, wobei durch leichtere einzuhaltende Genauigkeiten bei den Lagerstellen für die Drehlager die Genauigkeit noch wesentlich gesteigert werden kann. Die Erfindung schafft ferner die Voraussetzungen dafür, daß man Werkstücke auf der Werkstückauflage mittels des er­ findungsgemäßen Gerätes jeweils in Normalenrichtung, also in Vektorrichtung, beaufschlagen kann, was bei be­ kannten Geräten bisher nicht möglich war. Dies hat den Vorteil, daß man im Vergleich zu bekannten Geräten eine sogenannte Handachse einsparen kann, was zu einer erheb­ lichen Kostenersparnis führt, da derartige Handachsen praktisch so teuer wie ein ganzes komplettes Gerät sind. Ferner schafft die Erfindung die Voraussetzungen dafür, die einzelnen Gestellarme und Schwenkachsen so zu legen, daß eine optimale Zugänglichkeit zum Werkstück von allen Seiten gegeben ist und dadurch die Handhabung des Gerätes noch weiter vereinfacht wird. Dies ermöglicht noch wei­ tere Steigerungen der Arbeitsgeschwindigkeit. Der Weg­ fall großer linearer Führungsflächen, z. B. in Richtung der X-Achse, im Vergleich zu bekannten Geräten hat außer­ dem den Vorteil, daß die sonst problembehaftete Kabel­ führung entfällt. Soweit Kabel zu den einzelnen Gestell­ armen des Gerätes zu führen sind, lassen sich diese im Inneren der Gestellarme und somit verdeckt und geschützt unterbringen. Das erfindungsgemäße Gerät kann aus ein­ zelnen Komponenten etwa baukastenartig zusammengesetzt werden und eröffnet dazu auch die Möglichkeit eines leichten späteren Ausbaus oder Umbaus, zumal das Gerät als Meßmaschine, Handhabungsgerät, Bearbeitungsmaschine oder auch als Programmiermaschine od. dgl. gestaltet und verwendet werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den An­ sprüchen 2-33.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern lediglich durch Nennung der An­ spruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus der Zeich­ nung entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Er­ findung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeich­ nungen gezeigten Ausführungsbeispielen eines Gerätes zum Messen, Anreißen, Antasten, Bearbeiten od. dgl. von Werk­ stücken näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Gerätes gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gerätes in Pfeil­ richtung II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht eines Gerätes gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Gerätes in Pfeil­ richtung IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Vorderansicht eines Tisches gemäß einem dritten Ausführungs­ beispiel,

Fig. 6 eine Seitenansicht des Tisches in Fig. 5,

Fig. 7 eine schematische Vorderansicht eines Ge­ rätes gemäß einem vierten Ausführungsbei­ spiel,

Fig. 8 eine schematische Vorderansicht eines Ge­ rätes gemäß einem fünften Ausführungsbei­ spiel,

Fig. 9 eine Seitenansicht des Gerätes in Pfeil­ richtung IX in Fig. 8.

In Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gerätes 10 schematisch gezeigt, das zum Messen, Anreißen, Antasten, Bearbeiten od. dgl. von Werkstücken im Raum dient. Das Gerät 10 weist einen geradlinig ausgerichteten Arm 11 auf, der in der augenblicklichen Stellung des Ge­ rätes 10 mit seiner Längsachse 12 gerade lotrecht ausge­ richtet ist. Der Arm 11 ist am in Fig. 1 und 2 unteren Ende mit einer Aufnahme 13 versehen, die z. B. als Würfel­ kopf bekannter Art ausgebildet ist und in der die jeweils benötigten Meß-, Anreiß-, Antast- bzw. Bearbeitungswerk­ zeuge aufgenommen werden. Das Gerät 10 kann dabei als Meßmaschine oder als Handhabungsgerät oder auch als Be­ arbeitungsmaschine ausgebildet sein. Demgemäß sind die jeweiligen in der Aufnahme 13 auswechselbar aufzunehmenden Werkzeuge beschaffen. Bei der Ausbildung des Gerätes 10 als Handhabungsgerät kann in der Aufnahme 13 das erfor­ derliche Greifersystem auswechselbar aufgenommen werden. Bei dieser Ausgestaltung kann es von Vorteil sein, wenn die Aufnahme 13 relativ zum Arm 11 um die Längsachse 12 drehbar gelagert und drehbetätigbar ist. Gleiches kann auch dann von Vorteil sein, wenn das Gerät 10 als Bear­ beitungsmaschine ausgebildet ist. In diesem Fall kann an der Aufnahme 13 z. B. eine Bohreinheit, Fräseinheit od. dgl. Bearbeitungseinheit angebracht werden.

Der Arm 11 ist mittels eines nur schematisch angedeute­ ten Schlittens 14 in Richtung der Längsachse 12 ver­ schiebbar gehalten und geführt. Diese Bewegungsrichtung ist durch Pfeil 15 angedeutet. Der Schlitten 14 enthält z. B. im Inneren eine dem Querschnitt des Armes 11 ent­ sprechend gestaltete Öffnung und ist vom Arm 11 durch­ setzt, so daß der Arm 11 mit dem die Aufnahme 13 tragen­ den Ende in Fig. 1 und 2 nach unten über den Schlitten 14 hinaus den Bedürfnissen entsprechend in Pfeilrichtung 15 verschiebbar ist.

Der Schlitten 14 ist seinerseits ortsfest, jedoch um eine erste Schwenkachse 16 schwenkverstellbar und feststell­ bar an einem ersten Gestellarm 17 gehalten. Die Schwenk­ barkeit des Schlittens 14 mitsamt dem darin geführten Arm 11 um die erste Schwenkachse 16 relativ zum ersten Ge­ stellarm 17 ist durch den Bogenpfeil 18 angedeutet. In der gezeigten augenblicklichen Stellung der einzelnen Elemente des Gerätes 10 verläuft die erste Schwenkachse 16 etwa horizontal und der erste Gestellarm 17 ebenfalls etwa horizontal. Die erste Schwenkachse 16 ist unab­ hängig von der jeweiligen Stellung der Geräteelemente immer im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse 12 des Armes 11 und zur Längsachse 19 des ersten Gestellarmes 17 ausgerichtet. Diese Längsachse 19 bildet eine zweite Schwenkachse, um die der erste Gestellarm 17 schwenk­ verstellbar und feststellbar an zwei beidseitig daran angreifenden, dazu etwa rechtwinklig verlaufenden zwei­ ten Gestellarmen 20, 21 gelagert ist. Die Schwenkrichtung des ersten Gestellarmes 17 um die zweite Schwenkachse 19 ist durch einen Bogenpfeil 22 verdeutlicht. Die erste Schwenkachse 16 und die zweite Schwenkachse 19 kreuzen sich rechtwinklig und schneiden sich in einem Punkt, durch den auch die Längsachse 12 des Armes 11 hindurchgeht. Jeder zweite Gestellarm 20, 21 erstreckt sich innerhalb einer vertikal verlaufenden Ebene, die zur zweiten Schwenk­ achse 19 und bei der Darstellung gemäß Fig. 2 auch zur Zeichenebene etwa rechtwinklig ausgerichtet ist. Dabei ist jeder zweite Gestellarm 20, 21 am Ende des ersten Gestellarmes 17 angeschlossen. In Abstand davon und von der zweiten Schwenkachse 19 sind beide zweite Gestellarme 20, 21 an einem jeweils zugeordneten dritten Gestellarm 23 bzw. 24 um eine dritte Schwenkachse 25 schwenkver­ stellbar und feststellbar gelagert. Die Schwenkrichtung beider zweiter Gestellarme 20, 21 um diese dritte Schwenk­ achse 25 ist durch den Bogenpfeil 26 verdeutlicht. Wie ersichtlich, verläuft diese dritte Schwenkachse 25 in Abstand und dabei bei der gezeigten Position der Geräte­ elemente unterhalb der zweiten Schwenkachse 19, wobei die dritte Schwenkachse 25 zumindest im wesentlichen parallel zur zweiten Schwenkachse 19 ausgerichtet ist und diese Ausrichtung in jeder Schwenkstellung auch beibehalten bleibt. Dabei spannen die zweite Schwenkachse 19 und die dritte Schwenkachse 25 eine gemeinsame Ebene auf, inner­ halb der auch die beiden zweiten Gestellarme 20, 21 ver­ laufen. Die Längsachse 12 des Armes 11 kreuzt etwa recht­ winklig die erste Schwenkachse 16 und außerdem in gleicher Weise die zweite Schwenkachse 19. Ferner kreuzt die ge­ dachte Verlängerung der Längsachse 12 des Armes 11 auch die dritte Schwenkachse 25.

Wie insbesondere Fig. 2 erkennen läßt, bildet der erste Gestellarm 17 zusammen mit den beidseitigen zweiten Ge­ stellarmen 20, 21 ein umgekehrt etwa U-förmiges Portal, das im Fußbereich um die dritte Schwenkachse 25 relativ zu den jeweiligen dritten Gestellarmen 23, 24 schwenkbar und feststellbar ist, wobei das vom ersten Gestellarm 17 gebildete Querhaupt dieses Portales zusätzlich noch für sich allein relativ zum übrigen Portalteil, also den zwei­ ten Gestellarmen 20, 21, um die zweite Schwenkachse 19 schwenkbar ist.

Die beidseitigen dritten Gestellarme 23, 24 sind ihrer­ seits an einem Sockel 27, der zumindest aus zwei in Ab­ stand voneinander plazierten Fußstreben 28, 29 besteht, um eine horizontale vierte Schwenkachse 30 schwenkver­ stellbar und feststellbar gelagert. Die Schwenkrichtung um diese vierte Schwenkachse 30 ist durch einen Bogen­ pfeil 31 verdeutlicht. Die vierte Schwenkachse 30 und die dritte Schwenkachse 25 kreuzen sich etwa rechtwinklig.

Die beiden dritten Gestellarme 23, 24 können über eine dazu etwa rechtwinklige Verbindungsstrebe 32 verbunden sein und somit einen etwa U-förmigen Halbrahmen bilden, der über eine weitere Verbindungsstrebe gleicher Art auch zu einem Viereckrahmen geschlossen sein kann.

Im Bereich zwischen den dritten Gestellarmen 23 und 24 mit Verbindungsstrebe 32 ist eine Werkstückauflage 33 angeordnet, die hier aus einem Auflagetisch 34 auf einem Tischfuß 35 besteht. Der Auflagetisch 34 ist von dem dritten Gestellarm 23, 24 und der mindestens einen Ver­ bindungsstrebe 32 unter Belassung eines seitlichen Ab­ standes umgeben. Die Tischfläche 36 des Auflagetisches 34 ist eben und verläuft horizontal und enthält die vierte Schwenk­ achse 30. Beim gezeigten ersten Ausführungsbeispiel steht die Werk­ stückauflage 33 relativ zum Gerät 10 fest.

Zwischen dem ersten Gestellarm 17 und den jenen um die zweite Schwenkachse 19 schwenkbar lagernden zweiten Ge­ stellarmen 20, 21 ist zumindest ein nur schematisch ange­ deuteter Antrieb 37 angeordnet, der zur relativen Schwenk­ verstellung und Feststellung des ersten Gestellarmes 17 um die zweite Schwenkachse 19 dient. In entsprechender Weise ist zwischen dem ersten Gestellarm 17 und dem Schlitten 14 ein Antrieb 38 vorgesehen, der zur relativen Schwenkverstellung und Feststellung des Schlittens 14 mit­ samt dem Arm 11 darin um die erste Schwenkachse 16 dient. Auch zwischen den beiden zweiten Gestellarmen 20, 21 einerseits und beiden dritten Gestellarmen 23, 24 anderer­ seits ist ein Antrieb 39 angeordnet, der zur relativen Schwenkverstellung und Feststellung der beiden zweiten Gestellarme 20, 21 um die dritte Schwenkachse 25 dient. Auch zwischen den beiden dritten Gestellarmen 23, 24 und dem Sockel 27 mit den Fußstreben 28, 29 ist ein Antrieb 40 angeordnet. Der Antrieb 40 dient zur relativen Schwenk­ verstellung und Feststellung der dritten Gestellarme 23, 24, verbunden über mindestens eine Verbindungsstrebe 32, relativ zum örtlich feststehenden Sockel 27. Jeder An­ trieb 37-40 ist aus einer Motor-Getriebe-Einheit ge­ bildet, die mit einem Drehgeber versehen ist.

Nicht weiter herausgestellt ist in der Zeichnung ein be­ sonderer Translationsantrieb, der dem Arm 11 zugeordnet ist und zu dessen Translationsbewegung in Pfeilrichtung 15 dient. Im Betrieb des Gerätes 10 sind sämtliche An­ triebe 37-40 und auch der Translationsantrieb des Armes 11 so angesteuert, daß der Arm 11 mit dem in dessen Auf­ nahme 13 eingesetzten Werkzeug das auf der Tischfläche 36 aufliegende Werkstück jeweils in Richtung der Längsachse 12 des Armes 11 und somit jeweils in Normalenrichtung be­ aufschlagt.

Das Gerät 10 kann im übrigen je Schwenkachse 16, 19, 25 und 30 zumindest ein Gewichtsausgleichselement aufweisen, so daß bei der jeweiligen Schwenkbewegung um die genannte Schwenkachse eine Gewichtskompensation erfolgt. Derartiges ist beim ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2 le­ diglich für die zweiten Gestellarme 20, 21, die um die dritte Schwenkachse 25 mittels des Antriebes 39 schwenk­ betätigbar sind, angedeutet. Jeder zweite Gestellarm 20, 21 trägt in Radialabstand von der dritten Schwenkachse 25 und auf der dem ersten Gestellarm 17 gegenüberliegenden Seite ein schematisch angedeutetes Ausgleichsgewicht 41, 42. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das Gewichtsausgleichselement statt dessen aus einer Feder.

Ist das Gerät 10 z. B. als Meßmaschine ausgestaltet, so ist es im Bereich der Aufnahme 13 für den auswechselbaren Einsatz unterschiedlichster Abtastwerkzeuge und/oder An­ reißwerkzeuge ausgebildet. Dem Gerät 10 ist ein Rechner zugeordnet, über den mit entsprechender Software die Aus­ wertung erfolgt. Ein auf der Tischfläche 36 aufliegendes und festgespanntes Werkstück wird dabei wie folgt ver­ messen. Soll ein bestimmter Meßpunkt des Werkstückes mittels eines in der Aufnahme 13 befindlichen Antast­ werkzeuges angetastet werden, so werden, soweit erforder­ lich, sämtliche Antriebe 37-40 vom Rechner her so ange­ steuert, daß die erforderliche Schwenkbewegung der ein­ zelnen Geräteelemente um die erste Schwenkachse 16 und/ oder zweite Schwenkachse 19 und/oder dritte Schwenkachse 25 und/oder vierte Schwenkachse 30 erfolgt, und zwar so, daß der Arm 11 mit seiner Längsachse 12 hiernach in Be­ zug auf das Werkstück und dessen Meßpunkt in Normalen­ richtung ausgerichtet ist. Daraufhin wird der nicht dar­ gestellte Translationsantrieb des Armes 11 eingeschaltet, über den der Arm 11 relativ zum Schlitten 14 in Richtung der Längsachse 12, also des Pfeiles 15, zum Werkstück hin verschoben wird, bis das Antastwerkzeug in der Auf­ nahme 13 mit seiner Antastspitze den Meßpunkt des Werk­ stückes in Vektorrichtung antastet. Der sich ergebende Meßwert wird über die jeweilige Schwenklage der einzelnen Geräteelemente und deren Drehgeber in Komponenten zerlegt und im Rechner gespeichert sowie mit Istwerten verglichen.

Soweit die einzelnen Gestellarme z. B. beim Messen Schwenkbewegungen um Schwenkachsen vollführen, arbeitet das Gerät 10 mit Polarkoordinaten. Statt sonst bekannter linearer Verschiebebewegungen werden also beim Gerät 10 Schwenkbewegungen um einzelne Schwenkachsen durchgeführt, und zwar so, daß der Arm 11 mit seiner Längsachse 12 immer in Meßrichtung und damit in Vektorrichtung steht. Da statt linearer Verschiebebewegungen, abgesehen vom Arm 11, ansonsten Schwenkbewegungen um Schwenkachsen er­ folgen, werden bei bekannten Geräten sonst vorhandene Linearfehler vermieden. Statt linearer Führungsbahnen und Führungselemente ist das Gerät 10 überwiegend mit die je­ weiligen Schwenkbewegungen um die jeweiligen Schwenkachsen ermöglichenden Drehteilen versehen. Derartige Drehteile lassen sich präziser fertigen, so daß sonst bei Linear­ führungen und Teilen zwangsläufig vorhandene, geräte­ seitige Fehler wesentlich reduziert werden, insbesondere solche Fehler, die bei Messung im kartesischen Koordina­ tensystem in Richtung der X-Achse sonst bei bekannten Geräten vorkommen. Das Gerät 10 ist im übrigen nicht nur wesentlich genauer sondern auch kostengünstiger und kom­ pakter. Da abgesehen vom Arm 11 sonst keine Linearteile und linearen Führungsflächen notwendig sind, die in der Herstellung sehr kostenaufwendig sind, ist das Gerät 10 kostengünstiger herstellbar. Von Vorteil ist ferner, daß man im Vergleich zu sonst bekannten dreidimensionalen Meßgeräten eine Handachse einspart, da man beim Gerät 10 immer direkt in Vektorrichtung antasten und in sonstiger Weise das Werkstück beaufschlagen kann. Dies ist insbe­ sondere zum Antasten von Freiformflächen vorteilhaft. Die Ersparnis einer Handachse schlägt außerordentlich günstig zu Buche, da eine Handachse praktisch so teuer wie eine gesamte Maschine ist. Vorteilhaft ist ferner, daß durch die Schwenkbeweglichkeit der einzelnen Gestellarme um die je­ weiligen Schwenkachsen die Zugänglichkeit zum Werkstück, das auf der Tischfläche 36 liegt, wesentlich gesteigert und verbessert ist. Es lassen sich die einzelnen Gestell­ arme so weit wegschwenken, daß man jeweils gut an das Werkstück herankommt. Dies vereinfacht die Handhabung und das Arbeiten mit dem Gerät 10. Da eine relativ lange lineare Führung mit Führungsfläche z. B. in Richtung der X-Achse eines kartesisichen Koordinatensystems entfällt, ist auch die Kabelführung zum Gerät 10 hin vereinfacht und verbilligt. Soweit zu den einzelnen Komponenten des Gerätes 10 Kabel zu führen sind, lassen sich diese im Inneren des Gerätes 10, z. B. im Inneren der jeweiligen Gestellarme, versteckt und geschützt unterbringen und führen. Das Gerät 10 zeichnet sich außerdem durch eine außerordentlich stabile Ausbildung der einzelnen Gestell­ arme und durch jeweils hohe Genauigkeit aus. Es läßt sich bedarfsweise von einer Meßmaschine zu einem Handhabungs­ gerät (Industrieroboter) oder auch zu einer Bearbeitungs­ maschine umbauen oder ausbauen. Bei der Gestaltung als Bearbeitungsmaschine kann z. B. mittels eines in Richtung der Längsachse 12 des Armes 11 ausgerichteten Werkzeuges, z. B. Bohrers, direkt in Vektorrichtung gearbeitet werden. Das Gerät 10 läßt sich im übrigen auch als Programmier­ maschine für CNC-gesteuerte Bearbeitungsmaschinen einsetzen.

Dank der Schwenkbarkeit der einzelnen Gestellarme um die jeweiligen Schwenkachsen können im übrigen größere Ar­ beitsgeschwindigkeiten erzielt werden, da mit ent­ sprechenden Antrieben 37-40 sehr große Winkelge­ schwindigkeiten erzielt werden können. Mit dem Gerät 10 kann auch eine pendelnde Antastung bei einem Meßvorgang innerhalb einer Bohrung erfolgen. Da das Gerät 10 ein je­ weiliges Arbeiten senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes ermöglicht, ist es besonders zum Vermessen oder Bearbei­ ten von beliebig im Raum gekrümmten Flächen geeignet, z. B. im Formenbau, Modellbau od. dgl. Bei allem ist eine optimale Zugänglichkeit zum Werkstück von allen Seiten her gewährleistet.

Während bei bekannten dreidimensionalen Meß- und/oder Anreißmaschinen mit beweglichen Elementen in Richtung der Achsen eines kartesischen Koordinantensystems jeweils aufwendige Führungsleisten erforderlich sind, die wegen geforderter Mindestfestigkeit sehr schwer sind und im übrigen, bei angestrebter Leichtbauweise, noch hart genug sein müssen, sind bekannte Maschinen deswegen sehr auf­ wendig und sehr teuer. Beim Gerät 10 dagegen, das die einzelnen um die jeweiligen Schwenkachsen schwenkverstell­ baren Gestellarme aufweist, müssen lediglich die Lager­ stellen für die jeweiligen Drehlager exakt bearbeitet sein. Die Verbindungen zwischen den Gestellarmen und die Lagerachsen können daher ohne besondere Anforde­ rungen an die Qualität der Oberfläche hergestellt werden und sind daher hervorragend für den Einsatz von alter­ nativen Leichtbauwerkstoffen geeignet. Das Gerät 10 ist im übrigen so konzipiert, daß die einzelnen Gestellarme, deren Lager und die einzelnen Antriebe jeweils aus je­ weils identischen Modulen gebildet werden können, so daß sich die Anzahl der einzelnen Fertigungsteile reduziert und mit wenigen jeweils identischen Elementen das gesamte Gerät 10 baukastenmäßig aufgebaut werden kann. Dies schafft zugleich die Voraussetzungen dafür, daß das Gerät bedarfsweise schnell, einfach und kostengünstig umgebaut werden kann. Durch Gewichtsausgleichselemente lassen sich etwaige um die jeweilige Schwenkachse auftretende Mo­ mente auf den Antrieb kompensieren, so daß vermieden ist, daß derartige Momente zu etwaiger einseitiger Vorspannung der Lager und der Antriebe führen können.

Bei dem in Fig. 3 und 4 gezeigten zweiten Ausführungs­ beispiel sind für die Teile, die dem ersten Ausführungs­ beispiel entsprechen, um 100 größere Bezugszeichen ver­ wendet, so daß dadurch zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels in Fig. 1 und 2 Bezug genommen ist.

Das zweite Ausführungsbeispiel in Fig. 3 und 4 unter­ scheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel zunächst dadurch, daß die vierte Schwenkachse 30 entfällt und die beiden zweiten Gestellarme 120, 121 um die dritte Schwenk­ achse 125 an einem raumfest angeordneten Sockel 127 mit Fußstreben 128, 129 als Gestellarme schwenkverstellbar und feststellbar gelagert sind. Die Schwenkbarkeit der zweiten Gestellarme 120, 121 um die dritte Schwenkachse 125 ist durch den Bogenpfeil 126 angedeutet. In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist am oberen Ende beider zweiter Gestellarme 120, 121 der erste Gestellarm 117 um die zweite Schwenkachse 119 schwenkbeweglich und fest­ stellbar gelagert. Der Schlitten 114 ist um die erste Schwenkachse 116 am ersten Gestellarm 117 schwenkbar und feststellbar gelagert, wobei im Schlitten 114 der Arm 111 in Pfeilrichtung 115 verschiebbar ist. Der Auflage­ tisch 134 ist hier um eine lotrechte Tischachse 151 dreh­ bar und feststellbar gehalten. Diese Verstellrichtung ist durch den Bogenpfeil 152 verdeutlicht. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Auflagetisch 134 relativ zum Tischfuß 135 in beschriebener Weise drehbar. Es versteht sich jedoch, daß bei einem abgewandelten Ausführungsbei­ spiel auch die aus Auflagetisch 134 und Tischfuß 135 be­ stehende Tischeinheit um die Tischachse 151 in beiden Richtungen schwenkbar und feststellbar sein kann.

Eine Alternative dazu zeigt das dritte Ausführungsbei­ spiel in Fig. 5 und 6. Hier ist der Auflagetisch 234 um eine horizontale Tisch-Schwenkachse 253 in Richtung des Bogenpfeiles 254 kippbar und feststellbar gehalten.

Beim vierten Ausführungsbeispiel in Fig. 7 ist die Werk­ stückauflage nicht gezeigt. Das Gerät 310 entspricht dem­ jenigen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 3 und 4, jedoch mit folgender Variante. Der Schlitten 314 ist in zwei Teile geteilt. Ein Schlittenteil 355 enthält den in Pfeilrichtung 315 verschiebbaren Arm 311. Der andere Schlittenteil 356 ist am ersten Gestellarm 317 in dessen Längsrichtung, die mit der zweiten Schwenkachse 313 zusammenfällt, in Pfeilrichtung 357 längsverschiebbar und feststellbar gehalten. Der eine, den Arm 311 ent­ haltende Schlittenteil 355 ist außerdem am anderen Schlittenteil 356 um die erste Schwenkachse 316 schwenk­ verstellbar und feststellbar gehalten, so daß insoweit die gleiche Verstellmöglichkeit in Richtung des Bogen­ pfeiles 318 wie beim ersten und zweiten Ausführungsbei­ spiel gegeben ist. Durch die Längsverschieblichkeit in Pfeilrichtung 357 ist erreicht, daß die nicht gezeigte Werkstückauflage undrehbar und ortsfest sein kann, wie beim ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2.

Beim fünften Ausführungsbeispiel in Fig. 8 und 9 ver­ läuft der Arm 411 horizontal wie ein Querarm bekannter dreidimensionaler Meß- und/oder Anreißmaschinen. Der Schlitten 414 ist als Kreuzschlitten ausgebildet und seinerseits in Pfeilrichtung 458 auf dem ersten Gestell­ arm 417 längsverschiebbar, der hier als etwa vertikale Säule ausgebildet ist. Die Besonderheit liegt darin, daß dieser erste Gestellarm 417 um eine zur Längsrichtung des Armes 411 etwa parallele und zur Längsrichtung des ersten Gestellarmes 417 etwa rechtwinklige Schwenkachse 419 schwenkbar und feststellbar an einem Fußteil 420 als zweiten Gestellarm gelagert ist. Zur Schwenkverstellung und Feststellung dient ein dazwischen wirksamer Antrieb 439. Die Schwenkbewegung um diese Schwenkachse 419 ist durch den Bogenpfeil 422 verdeutlicht. Der Fußteil 420 ist relativ zu einer z. B. horizontalen oder statt dessen auch vertikalen Führung 459 in Pfeilrichtung 460 ver­ schiebbar und feststellbar gehalten. Die Führung 459 bildet vom gesamten Gestell einen dritten Gestellarm und verläuft in Richtung einer horizontalen Achse, z. B. der X-Achse, die z. B. zur Längsrichtung des Armes 411 und zur Schwenkachse 419 und ferner zur Ausrichtung des ersten Gestellarmes 417 in Gestalt der Säule jeweils rechtwinklig verläuft.

Auch mit Geräten gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel in Fig. 7 und dem fünften Ausführungsbeispiel in Fig. 8 und 9 ist es möglich, ein Werkstück mittels eines in der Aufnahme des Armes 411 befindlichen Antastwerkzeuges je­ weils in Normalenrichtung anzutasten.

Claims (32)

1. Gerät zum Messen, Anreißen, Antasten, Bearbeiten od. dgl. von Werkstücken im Raum, mit einem eine Aufnahme für darin aufnehmbare Meß-, Anreiß-, Antast- bzw. Bearbeitungswerk­ zeuge tragenden Arm, der mittels eines Schlittens in Arm­ längsrichtung verschiebbar gehalten und geführt ist, wobei der Schlitten mittels eines Gestells zumindest in zwei Koordinatenrichtungen beweglich gehalten und geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell zumindest zwei um zumindest eine Schwenkachse (16, 19, 25, 30; 116, 119, 125; 316, 319, 325; 419) schwenkbeweglich miteinander verbundene und schwenkverstellbare sowie in der jeweiligen Schwenkstellung feststellbare Gestellarme (17, 20, 21, 23, 24, 27-29; 117, 120, 121, 128, 129; 317, 320, 321, 328, 329; 417, 420) aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schlitten (314; 414) als Kreuzschlitten aus­ gebildet ist und einerseits den darin in Armlängsrichtung verschiebbaren und feststellbaren Arm (311; 411) aufweist und andererseits an einem zum Arm (311; 411) rechtwinklig verlaufenden ersten Gestellarm (317; 417) in dessen Längs­ richtung (357; 458) längsverschiebbar und feststellbar gehalten ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Gestellarm (417) als etwa vertikale Säule ausgebildet ist und um eine zur Armlängs­ richtung etwa parallele und zur Säulenlängsrichtung etwa rechtwinklige Schwenkachse (419) schwenkbar und fest­ stellbar an einem Fußteil (420) als zweiten Gestellarm gelagert ist, der relativ zu einer horizontalen oder vertikalen Führung (459) als dritten Gestellarm in Rich­ tung einer linearen Achse verschiebbar gehalten ist, die vorzugsweise zur Längsrichtung des Armes (411) und zur Schwenkachse (419) rechtwinklig verläuft.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlitten (14; 114) oder zu­ mindest ein den Arm (311) führender Teil (355) des Schlittens (314) um eine erste Schwenkachse (16; 116; 316), die etwa rechtwinklig zur Armlängsrichtung sowie zur Längsachse des ersten Gestellarmes (17; 117; 317) ausgerichtet ist, schwenkverstellbar und feststellbar am ersten Gestellarm (17; 117) oder am übrigen Teil (356) des Schlittens (314) gehalten ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Gestellarm (17; 117; 317) etwa horizontal ausgerichtet ist und in Abstand oberhalb einer Werkstückauflage (33; 133; 233) und dazu etwa querhauptähnlich angeordnet ist.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Gestellarm (17; 117; 317) um seine Längsachse als zweite Schwenkachse (19; 119; 319) schwenkverstellbar und feststellbar an einem dazu etwa rechtwinklig verlaufenden zweiten Ge­ stellarm (20, 21; 120, 121; 320, 321) gelagert ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (12) des Armes (11; 111; 311), längs der dieser im Schlitten (14; 114; 314) verschiebbar und feststellbar geführt ist, die erste Schwenkachse (16; 116; 316) etwa recht­ winklig kreuzt.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schwenkachse (16; 116; 316) und die zweite Schwenkachse (19; 119; 319) sich rechtwinklig kreuzen und in einem Punkt schneiden.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (12) des Armes (11; 111; 311) durch den Schnittpunkt der ersten Schwenkachse (16; 116; 316) mit der zweiten Schwenkachse (19; 119; 319) hindurchgeht.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Gestell­ arm (20, 21; 120; 121; 320, 321) innerhalb einer zur zweiten Schwenkachse (19; 119; 319) des ersten Gestell­ armes (17; 117; 317) etwa rechtwinkligen und vertikal verlaufenden Ebene erstreckt.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Gestellarm (20, 21; 120, 121; 320, 321) an einem Ende des ersten Gestellarmes (17; 117; 317) angeschlossen ist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 4-11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gestellarm (20, 21; 120, 121; 320, 321) in Abstand von der zweiten Schwenkachse (19; 119; 319) des ersten Gestellarmes (17; 117; 317) um eine dritte Schwenkachse (25; 125; 325) an einem dritten Gestellarm (23, 24; 128, 129; 328, 329) schwenkverstellbar und feststellbar gelagert ist.

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dritte Schwenkachse (25; 125; 325) in Abstand von und z. B. unterhalb der zweiten Schwenkachse (19; 119; 319) verläuft.

14. Gerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dritte Schwenkachse (25; 125; 325) etwa parallel zur zweiten Schwenkachse (19; 119; 319) ausgerichtet ist.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 7-14, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schwenk­ achse (25; 125; 325) und die zweite Schwenkachse (19; 119; 319) innerhalb einer gemeinsamen Ebene verlaufen.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 11-15, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachte Ver­ längerung der Längsachse (12) des Armes (11; 111; 311) die dritte Schwenkachse (25; 125; 325) rechtwinklig kreuzt und in einem Punkt schneidet.

17. Gerät nach einem der Ansprüche 6-16, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des ersten Gestellarmes (17; 117; 317) jeweils ein zweiter Gestellarm (20, 21; 120; 121; 320, 321) um die zweite Schwenkachse (19; 119; 319) schwenkbeweglich ange­ schlossen ist, der seinerseits in Abstand davon am dritten Gestellarm (23, 24; 128, 129; 328, 329) um die dritte Schwenkachse (25; 125; 325) schwenkverstellbar und feststellbar gelagert ist.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Gestellarm (17; 117; 317) zusammen mit den beidseitigen zweiten Gestellarmen (20, 21; 120, 121; 320, 321) ein umgekehrt etwa U-förmi­ ges Portal bildet, das im Fußbereich um die dritte Schwenkachse (25; 125; 325) schwenkbar und dessen vom ersten Gestellarm (17; 117; 317) gebildetes Querhaupt für sich relativ zum übrigen Portalteil um die zweite Schwenkachse (19; 119; 319) schwenkbar ist.

19. Gerät nach einem der Ansprüche 6-18, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Gestellarm (23, 24) an einem Sockel (27-29) um eine horizontale vierte Schwenkachse (30) schwenkverstellbar und fest­ stellbar gelagert ist, die etwa rechtwinklig zur dritten Schwenkachse (25) verläuft.

20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der dritte Gestellarm (23, 24) als etwa U-förmiger Halbrahmen oder als geschlossener, z. B. viereckiger, Rahmen ausgebildet ist, an dessen gegen­ überliegenden Seitenschenkeln (23, 24) jeweils ein zweiter Gestellarm (20, 21) um die dritte Schwenkachse (25) schwenkbar gelagert ist und der mit dem zumindest einen zwischen den Seitenschenkeln verlaufenden Rahmen­ teil (23, 24) um die vierte Schwenkachse (30) am Sockel (27) schwenkbar und feststellbar gelagert ist.

21. Gerät nach einem der Ansprüche 6-20, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Gestellarm (23, 24; 128, 129; 328, 329) sich mit seitlichem Abstand von der Werkstückauflage (33; 133; 233), z. B. eines Auflagetisches (34; 134; 234), erstreckt.

22. Gerät nach einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückauflage (33; 133; 233) eine ebene und z. B. horizontale Tisch­ fläche (34, 36; 134; 234) aufweist, innerhalb der sich die vierte Schwenkachse (30) und/oder dritte Schwenk­ achse (25; 125; 325) erstreckt.

23. Gerät nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tischfläche (134) um eine lotrechte Tischachse (151) drehbar und feststellbar gehalten ist.

24. Gerät nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tischfläche (234) um eine horizontale Tisch-Schwenkachse (253), die etwa recht­ winklig zur vierten Schwenkachse (30) und/oder dritten Schwenkachse (25; 125; 325) verläuft, kippbar und feststellbar gehalten ist.

25. Gerät nach einem der Ansprüche 6-24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Gestellarm (17; 117; 317) und dem zweiten Gestellarm (20, 21; 120, 121; 320, 321) zumindest ein Antrieb (37; 137; 337) zur relativen Schwenkverstellung und Feststellung um die zweite Schwenkachse (19; 119; 319) angeordnet ist.

26. Gerät nach einem der Ansprüche 6-25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Gestellarm (20, 21; 120, 121; 320, 321) und dem dritten Gestellarm (23, 24; 128, 129; 328, 329) zumindest ein Antrieb (39; 139;339) zur relativen Schwenkverstellung und Feststellung um die dritte Schwenkachse (25; 125; 325) angeordnet ist.

27. Gerät nach einem der Ansprüche 19-26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dritten Gestellarm (23, 24) und dem Sockel (27-29) zumindest ein Antrieb (40) zur relativen Schwenkverstellung und Feststellung um die vierte Schwenkachse (30) angeordnet ist.

28. Gerät nach einem der Ansprüche 19-27, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Gestellarm (17; 117; 317) und dem Schlitten (14; 114; 314) ein Antrieb (38; 138; 338) zur relativen Schwenk­ verstellung und Feststellung um die erste Schwenkachse (16; 116; 316) angeordnet ist.

29. Gerät nach einem der Ansprüche 25-28, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Antrieb (37-40; 137-139; 337-339) aus einer Motor-Getrie­ be-Einheit, die mit einem Drehgeber versehen ist, ge­ bildet ist.

30. Gerät nach einem der Ansprüche 1-29, gekenn­ zeichnet durch einen den Arm (11; 111; 311) translatorisch in Armlängsrichtung betätigenden Trans­ lationsantrieb.

31. Gerät nach einem der Ansprüche 25-30, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Antriebe (37-40; 137-139; 337-339) jeweils derart ange­ steuert sind, daß der Arm (11; 111; 311) mit dem in dessen Aufnahme eingesetzten Werkzeug das Werkstück je­ weils in Armlängsrichtung und dabei jeweils in Normalen­ richtung beaufschlagt.

32. Gerät nach einem der Ansprüche 1-31, gekenn­ zeichnet durch die Ausbildung als Meßma­ schine, als Handhabungsgerät, als Bearbeitungsmaschine od. dgl. 33. Gerät nach einem der Ansprüche 1-32, dadurch gekennzeichnet, daß je Schwenkachse (16, 19, 25, 30; 116, 119, 125; 316, 319, 325) zumindest ein Gewichtsausgleichselement, z. B. ein Ausgleichsgewicht (41, 42), eine mit zumindest einer Feder versehene Ge­ wichtsausgleichseinrichtung od. dgl., vorgesehen ist.