DE3801813A1

DE3801813A1 - Spannsystem zur aufspannung von werkstuecken fuer messaufgaben

Info

Publication number: DE3801813A1
Application number: DE19883801813
Authority: DE
Inventors: Klaus Neumann; Rudolf Zeller
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1988-01-22
Filing date: 1988-01-22
Publication date: 1989-08-03
Also published as: DE3801813C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannsystem zur Aufspannung von Werkstücken für Meßaufgaben mit mehreren auf einer Trägerplatte zu befestigenden Spannelementen.

Im Gegensatz zu Spannsystemen, die in der Fertigungstechnik Verwendung finden, müssen Spannsysteme zur Aufnahme von Werkstücken für Vermessungsaufgaben, beispielsweise zur Vermessung von Werkstücken auf einem Koordinatenmeßgerät, spezielle Anforderungen erfüllen:

- Das gesamte Werkstück muß im gespannten Zustand möglichst von allen Seiten frei zugänglich bzw. vom Taststift des Koordinatenmeßgerätes berührbar sein. Diese freie Zugänglichkeit schließt auch die Seite ein, mit der herkömmliche, für Bearbeitungsmaschinen konzipierte Spannsysteme das Werkstück gegen den Werkstückträger drücken.
- Da innere Spannungen im Werkstück die Meßgenauigkeit beeinträchtigen, darf eine für Meßaufgaben geeignete Spannvorrichtung die Werkstücke nicht verspannen, d. h. die Aufspannung muß weitgehend verwindungsfrei erfolgen.

Zur Erfüllung dieser Forderungen wurden bisher in der Meßtechnik werkstückspezifische Spannvorrichtungen benutzt. Dies ist jedoch mit einem ziemlichen Aufwand verbunden, da die vielen individuellen unterschiedlichen Spannvorrichtungen gelagert und gepflegt werden müssen. Sobald eine Änderung am Werkstück vorgenommen wird, muß auch das zugehörige Spannmittel geändert, bzw. neu erstellt werden.

Es sind bereits Spannsysteme für den Einsatz in der spanenden Fertigung bekannt, die aus mehreren, unterschiedlichen Spannelementen und einer Rasterplatte bestehen, auf der die Elemente relativ frei positionierbar sind. Ein solches System ist beispielsweise in dem Prospekt der Ferra Tools GmbH mit dem Titel "ferra V 20/III, 5 Seiten Bearbeitung - spannen und fixieren in einer Achse . . .", Druckvermerk 1/86 bekannt. Dieses System besitzt jedoch einige Nachteile, die einen Einsatz zum Spannen von Werkstücken für Meßaufgaben ausschließen:

- Werkstücke, die mit dem bekannten System gespannt sind, sind nur von fünf Seiten zugänglich. Dies liegt daran, daß das System für Bearbeitungszwecke konzipiert ist und deshalb das Werkstück mit relativ großer Kraft auf die Halteplatte, bzw. dort angeschraubte Anschläge zieht.
- Die hierbei auftretenden Formänderungen des Werkstücks sind unzulässig hoch.
- Außerdem ist das System für den Einsatz auf Meßgeräten unwirtschaftlich und teuer, denn die von dem System gegebene hohe Belastbarkeit der Spannelemente wird bei einer Aufspannung des Werkstücks für Meßaufgaben gar nicht benötigt.
- Außerdem ist das System wenig flexibel, da die Anpassung der Elemente an die Werkstückgeometrie zum Teil über auszuwechselnde Distanzscheiben erfolgt. Dies erschwert auch das Arbeiten mit der bekannten Spannvorrichtung.
- Schließlich sind der genannten Firmenschrift keine Hinweise zu entnehmen, auf welche Art und Weise ein für ein bestimmtes Werkstück einmal realisierter Aufbau der Spannvorrichtung nach deren Demontage mit einfachen Mitteln wieder reproduziert werden kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spannsystem zur Aufspannung von Werkstücken für Meßaufgaben zu schaffen, das die vorstehend genannten Nachteile vermeidet, so daß mit wenigen, möglichst gleichartigen Spannelementen eine Vielzahl verschiedener Werkstücke allseitig frei zugänglich und ohne das Werkstück zu verwinden aufgespannt werden kann. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, das ein stücklistenorientiertes Wiederaufbauen der Spannvorrichtung nach vorhergehender Demontage ermöglicht, um so Lager, Platz und Kosten zu minimieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Ausbildung des Spannsystems gemäß den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 gelöst.

Neben den vorstehend aufgabenhaft genannten Vorteilen ist bei dem erfindungsgemäßen Spannsystem besonders hervorzuheben, daß es mit wenigen Handgriffen sehr rasch aufgebaut werden kann und eine weitgehend allseitige Antastung des aufgespannten Werkstücks durch Koordinatenmeßgeräte erlaubt. Durch die stufenlose Höhenverstellbarkeit der Säule, an der der Werkstückträger und das Spannteil befestigt ist, lassen sich die Spannelemente schnell ganz unterschiedlichen Werkstückgeometrien anpassen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Werkstückträger auswechselbare Anlageelemente besitzt. Diese können dann an die Spannpunkte am Werkstück angepaßt werden. Beispielsweise läßt sich das Werkstück in seinen Bohrungen durch Spitzen bzw. Kugelspitzen oder flächig durch ebene Einsatzstücke bzw. Anlageelemente aufnehmen.

Eine Lagerhaltung für nicht benötigte Spannvorrichtungen entfällt bei dem System gemäß der Erfindung praktisch. Denn nicht benötigte Spannvorrichtungen werden einfach demontiert, nachdem die Koordinaten der verstellbaren Einzelteile der Spannelemente auf der Trägerplatte bestimmt und dokumentiert worden sind. Wird die Vorrichtung dann wieder benötigt, dann kann sie nach den dokumentierten Daten auf einen Koordinatenmeßtisch, beispielsweise mit Hilfe eines Zentrierprojektors oder eines Zentrierkonus mit wenigen Handgriffen neu aufgebaut werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 1-5 der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines mit dem Spannsystem gemäß derErfindung aufgespannten Werkstückes;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines der drei Spannelemente aus Fig. 1;

Fig. 3 stellt das Spannelement aus Fig. 2 in Aufsicht dar;

Fig. 4a bis 4c sind verschiedene Ausführungsformen für den auswechselbaren Werkstückanlagepunkt (7) aus Fig. 2;

Fig. 5 ist ein Aufspannplan zur Dokumentation der Koordinaten der einzelnen Bauteile der Aufspannvorrichtung aus Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Werkstück (13) wird zum Zwecke seiner Vermessung auf einem Koordinatenmeßgerät mit Hilfe von drei auf einer Grundplatte (10) montierten Spannelementen gehalten. Die Grundplatte (10) ist eine Lochplatte, die ein Raster aus einer Vielzahl regelmäßig angeordneter Gewindebohrungen enthält. Solche Lochplatten sind an sich bekannt. Die Platte (10) ist an einer Seite mit einer Leiste (20) versehen, an der eine weitere Lochplatte vertikal montiert werden kann, so daß die in Fig. 1 dargestellten drei Spannelemente auch in waagerechter Lage montiert werden können, wenn dies erforderlich sein sollte. Die drei in Fig. 1 gezeigten Spannelemente besitzen im wesentlichen den gleichen Aufbau.

In Fig. 2 ist eines der drei Spannelemente beispielhaft dargestellt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, besitzt das Spannelement einen Fuß (1), der mit einem Langloch (12) versehen ist. Dieser Fuß ist mit Hilfe einer Schraube (11) auf der Grundplatte (10) montiert. Die Art der Befestigung erlaubt es, die am Ende des Fußes (1) auf diesem befestigte Klemmsäule (2) unabhängig von dem vorgegebenen, starren Lochraster der Platte (10) durch Drehen und Verschieben in jede gewünschte Position zu bringen.

Von der Klemmsäule (2) ist eine darin eingesteckte Säule (3) höhenverstellbar gehalten. Diese Säule (3) trägt nun mehrere teils auswechselbare Bauteile, mit denen das Werkstück (13) geklemmt werden kann.

Hierzu gehört zum einen der eigentliche Werkstückträger (4). Der Werkstückträger (4) besteht aus einer über die Klemmschraube (14) an der Säule (3) befestigten Platte, die an ihrem vorderen Ende ein auswechselbares Anlageelement (7) enthält. Dieses Anlageelement (7) kann beispielsweise gegen eines der in den Fig. 4a bis 4c gezeigten Anlageelemente ausgetauscht werden. In Fig. 2 ist das Anlageelement (7) einfach eine Schraube mit abgeplattetem Ende, auf der das Werkstück (13) aufliegt. Ein ebenfalls am Werkstückträger (4) längsverschieblich gehaltener Anschlag (6) ist an die Stirnseite des Werkstückes (13) angelegt und fixiert dieses gegen eine Verschiebung in der Waagerechten.

Geklemmt wird das Werkstück (13) mit Hilfe eines Kniehebelspanners (5). Der Kniehebelspanner (5) ist auf einem Teil (9) am oberen Ende der Säule (3) montiert. Ein Langloch im Teil (3) ermöglicht zusätzlich ein waagerechtes Verschieben des Kniehebelspanners (5). Der Druckpunkt (8) des Kniehebelspanners kann auf diese Weise entweder zentrisch über dem Anlageelement (7) oder in der Nähe deses Punktes positioniert werden, wenn eine exakt zentrische Ausrichtung aufgrund der speziellen Werkstückgeometrie nicht möglich ist.

Infolge der Höheverschiebbarkeit der Säule (3) und des daran befestigten Werkstückträgers (4) läßt sich das in Fig. 2 dargestellte Spannelement an nahezu jede Werkstückgeometrie anpassen. Außerdem ist sichergestellt, daß immer genügend Platz unter dem Werkstück bleibt, um auch ein Antasten dieser Werkstückseite durch den Taststift eines Koordinatenmeßgerätes zu erlauben.

Das Anlageelement (7) des Spannelementes aus Fig. 2 kann gegen die in Fig. 4a bis 4c beispielhaft dargestellten Anlageelemente (17, 27 und 37) ausgetauscht werden. Das Element (17) besteht aus einer Schraube mit konischer Spitze. Mit diesem Teil läßt sich das Werkstück (13) an der Stelle von Bohrungen aufnehmen. Der Anschlag (6) ist in diesem Falle entbehrlich. Für den gleichen Zweck kann auch die Kugelspitze (27) (Fig. 4b) eingesetzt werden. Das Teil (37) aus Fig. 4c besitzt eine schwenkbare Auflagefläche (38) und paßt sich damit selbsttätig an die Form des Werkstückes am Auflagepunkt an.

Wie schon einleitend ausgeführt, kann die gesamte Vorrichtung aus Fig. 1 in ihre Einzelteile zerlegt werden, wenn sie nicht benötigt wird und später wieder zusammengebaut werden, vorausgesetzt die Lage der Einzelelemente der Vorrichtung sind ausreichend gut dokumentiert. Hierzu dient der in Fig. 5 dargestellte Aufspannplan. In diesem Aufspannplan sind die räumlichen Koordinaten X, Y und zum Teil auch Z der wesentlichen Teile der drei Säulen bzw. Spannelemente dokumentiert. In der linken Spalte ist jeweils die Teilenummer der Teile festgehalten, aus denen das jeweilige Spannelement (Säule) besteht. In der nächsten Spalte ist angegeben, in welchem Loch auf der Platte (10) der Fuß (1) der jeweiligen Säule befestigt ist. In der dritten Spalte sind die Anschlußmaße der Befestigungspunkte der in der ersten Spalte genannten Teile aufgeführt, soweit diese benötigt werden. Beispielsweise entspricht die Teilenummer 0207 der höhenverschiebbaren Säule (3) aus Fig. 2. Die in Fig. 3 mit B bezeichnete Mitte der oberen Befestigungsbohrung in der Säule (3) wird bezüglich ihrer Lage zu den übrigen Elementen der Aufspannvorrichtung durch die nebenstehenden Anschlußmaße X, Y und Höhe Z im Aufspannplan eindeutig gekennzeichnet. Gleiches gilt für die Werkstückaufnahme (4) bzw. das darin befestigte Anlageelement (7), dessen Mittelpunkt in Fig. 3 mit C bezeichnet ist. Das Anlageelement (7) besitzt im Aufspannplan nach Fig. 5 die Teilenummer 0401 und ist ebenfalls mit seinen Lagekoordinaten X, Y und Z festgehalten.

Die Teilenummern in der linken Spalte des Aufspannplans nach Fig. 5 entsprechen insgesamt folgenden Elementen der Säule II aus Fig. 2:

Teilenummer
Bezeichnung
0101
Fuß (1)
0205	Klemmsäule (2)
0207	höhenverstellbare Säule (3)
0302	Werkstückträger (4)
0401	Anlageelement (7)
0402	Anlageelement (17) - Fig. 4a
0501	Kniehebelspanner, Druckpunkt (8)
0601	Anschlag (6)

Ein solcher Aufspannplan kann beispielsweise gewonnen werden, indem die einmal mit einem Werkstück (13) aufgebaute Spannvorrichtung ähnlich der in Fig. 1 dargestellten bezüglich der genannten Teile bzw. deren charakteristischer Punkte auf einem Koordinatenmeßtisch vermessen wird. Es ist jedoch auch möglich, die Daten für den Aufspannplan aus einer Werkstückzeichnung bzw. das den CAD-Daten für das Werkstück mit Hilfe einer elektronischen Recheneinrichtung zu gewinnen. Der Zusammenbau der Spannvorrichtung erfolgt zweckmäßig ebenfalls auf dem Koordinatenmeßtisch mit Hilfe des vorher erstellten Aufspannplanes. Daneben besteht außerdem die Möglichkeit, das Werkstück samt der Aufspannvorrichtung auf dem Bildschirm des CAD-Arbeitsplatzes darzustellen und den Zusammenbau anhand des Rechnerbildes vorzunehmen.

Claims

1. Vorrichtung zur Aufspannung von Werkstücken für Meßaufgaben, mit mehreren auf einer Trägerplatte zu befestigenden Spannelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente jeweils folgenden Aufbau besitzen:

- einen gegenüber dem Befestigungsraster auf der Trägerplatte längsverstellbaren und drehbaren Fuß (1),
- eine darauf aufbauende, höhenverstellbare Säule (3),
- einen an der Säule drehbar befestigbaren Werkstückträger (4),
- ein ebenfalls drehbares sowie gegenüber dem Werkstückträger höhenverstellbares Spannteil (Kniehebelspanner 5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Werkstückträger (4) ein verstellbarer Anschlag (6) integriert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (3) in einer Klemmsäule (2) stufenlos höhenverstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (4) stufenlos höhenverstellbar an der Säule (3) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (4) auswechselbare Anlageelemente (7) trägt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei Spannelemente zur spannungsfreien Aufnahme des Werkstücks auf der Trägerplatte befestigt sind.

7. Verfahren zur reproduzierbaren Erstellung einer werkstückspezifischen Spannvorrichtung bestehend aus mehreren in unterschiedlicher Orientierung auf einer Grundplatte befestigten und aus verstellbaren Einzelteilen bestehenden Spannelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten der verstellbaren Einzelteile ermittelt und auf einem Datenträger gespeichert werden und der Wiederaufbau der Vorrichtung entsprechend den gespeicherten Daten auf einem Koordinatenmeßtisch erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Einzelteilkoordinaten durch Ausmessen eines Musterteils der Spannvorrichtung auf dem Koordinatenmeßtisch erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteilkoordinaten aus den Lagekoordinaten ausgewählter Aufnahmepunkte des zu spannenden Werkstücks abgeleitet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteilkoordinaten aus den CAD-Daten des Werkstücks berechnet werden.