DE4345093C2 - Meßeinrichtung - Google Patents
MeßeinrichtungInfo
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Description
Bei der Herstellung von mechanischen Teilen mit nicht
lediglich geringen Genauigkeitsanforderungen kann es
erforderlich sein, zwischen verschiedenen an dem Werkstück
vorzunehmenden Bearbeitungsschritten Messungen vorzuneh
men, die Aufschluß über die erzielte Bearbeitungsgenau
igkeit geben. Insbesondere wenn die Zielsetzung in einer
sehr hohen Genauigkeit liegt, sind häufig sehr viele
Einzelmessungen oder sogar die punktweise Vermessung von
ganzen Oberflächenbereichen des Werkstücks erforderlich.
Je höher jedoch der bei der Herstellung erforderliche
Meßaufwand ist, desto mehr Zeit wird für die Messungen
benötigt.
Aus der Praxis ist ein digitales Höhenmeßgerät mit einem
elektronischen Meßkopf bekannt, der an einem ortsfesten
Ständer höhenverschiebbar gelagert ist und der eine Meß- und
Anzeigeeinrichtung zur Bestimmung und Ausgabe der
Höhenverschiebung des Tastkopfes in Bezug auf den Ständer
aufweist. Der Meßkopf ist mit einer Halterung für einen
Taststift starr gekoppelt. Der an der Halterung befestigte
und endseitig mit einer Tastkugel versehene Taststift ist
in bezug auf den Tastkopf um zwei zueinander rechtwinklig
stehende Schwenkachsen schwenkbar gehalten und in ent
sprechenden Schwenkstellungen arretierbar.
Obwohl der Taststift in unterschiedliche Raumrichtungen
schwenkbar ist, wird doch in jedem Fall die Höhenverschie
bung des Tastkopfes und damit die gleiche auf das Meßgerät
bezogene Koordinate gemessen.
Darüberhinaus ist aus der Literatur (CNC-Koordinatenmeß
technik; Hans Joachim Neumann, S. 239, Expert Verlag
1988) ein Koordinatenmeßgerät bekannt, bei dem an einem
brückenartigen Portal ein Tastkopf in zwei Raumrichtungen
translatorisch verschiebbar gelagert ist, wobei die Trans
lationsbewegungen von einer Auswerteeinheit erfaßt werden.
Der Tastkopf weist einen Taststift mit einer Tastkugel
auf, der auf der Tastkopflängsachse liegt. Die Tastkopf
längsachse liegt dabei parallel bzw. rechtwinklig zu den
durch die Translationsrichtungen definierten Tastkopfkoor
dinatenrichtungen. Der Taststift ist sowohl entlang der
Tastkopflängsachse translatorisch verschiebbar als auch um
zwei dazu rechtwinklig stehende Achsen schwenkbar gela
gert. Die von einer mit der Tastkugel in Berührung stehen
den Werkstückoberfläche verursachten Auslenkungen des
Taststiftes werden von induktiven Wegaufnehmern erfaßt und
als elektrische Signale an die Auswerteeinheit geleitet.
Das Werkstück ist auf einem unterhalb des Tastkopfes
angeordneten Drehtisch gespannt.
Mit dieser Meßeinrichtung kann ein ausgewählter Punkt der
Werkstückoberfläche, der einen Tastpunkt bildet, mit einem
einzigen Taststift lediglich aus einer vorbestimmten
Raumrichtung angetastet werden. Soll ein Tastpunkt aus
einer anderen, weiteren Raumrichtung angetastet werden,
ist ein Taststiftwechsel erforderlich.
Ein flexibleres System zeigt die DE 32 08 412 A1, bei dem
ein vertikal und in seiner Längsrichtung verstellbar an
einer Säule gehaltener Arm einen um drei Achsen schwenkbar
gelagerten Meßkopf mit drei rechtwinklig zueinander ste
henden Tastern trägt. Im einzelnen ist der Meßkopf um eine
Vertikalachse, eine erste Horizontalachse und eine, mit
der Längsrichtung des Armes übereinstimmende, zweite Hori
zontalachse drehbar.
Im ganzen sind für den Tastkopf mehrere Dreheinrichtungen
erforderlich.
Aus der DE 38 27 656 C1 ist eine Meß- und Anreißvorrich
tung bekannt, bei der ein abstandsbestimmendes Antastwerk
zeug an einem Ständer um eine bezüglich der Längserstreckung
seines Tasters exzentrisch und geneigt angeordnete
Drehachse schwenkbar gelagert ist. Der Taster, der ein
Taststift oder ein Lichtstrahl ist, oder ein statt dessen
verwendetes Anreißwerkzeug, wird in einer Taumelbewegung
um die Drehachse geschwenkt.
Außerdem ist aus der US-PS 4 621 434 ein 3D-Meßkopf be
kannt, der Bewegungen einer über Federparallelogramme an
ihm befestigten Basisplatte in drei zueinander orthogona
len Raumrichtungen in elektrische Signale umsetzt. Auf der
Basisplatte ist ein Würfel mit insgesamt fünf mit Tastku
geln versehenen Taststiften befestigt. Die Taststifte sind
dabei sternförmig zueinander angeordnet und stehen unter
einander jeweils in einem Winkel von 90°.
Zur Antastung von Tastpunkten aus unterschiedlichen Raum
richtungen ist es erforderlich, den Tastkopf entsprechend
umzupositionieren, wodurch Abschnitte des Meßvolumens für
das Verschieben des Tastkopfes benötigt werden. Das nutz
bare Meßvolumen kann dadurch eingeschränkt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrich
tung zu schaffen, mit der eine Werkstückoberfläche mit
einem einzigen Taster ohne Meßvolumensverlust aus unter
schiedlichen Raumrichtungen antastbar ist und die eine
gute Genauigkeit aufweist, wobei der Taster auf einfache
Weise Signale für unterschiedliche Tastkopfkoordinaten
richtungen erzeugen soll.
Vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Meßeinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die schwenkbare Lagerung des Tastkopfes an dem
Träger kann der Taststift in unterschiedliche Ausrichtun
gen zu dem Werkstück gebracht werden. Wenn dabei alle
Tastkopfkoordinatenrichtungen, d. h. alle Koordinatenrich
tungen eines auf den Tastkopf bezogenen orthogonalen, d. h.
kartesischen Koordinatensystems mit der Drehachse den
gleichen schiefen Winkel einschließen, bewegen sich alle
Tastkopfkoordinatenrichtungen bei einer Drehung des Tast
kopfes auf der Mantelfläche eines Kegels, dessen Symme
trieachse mit der Drehachse identisch ist. Bei einer
Drehung um einen Winkel von 120° haben die Tastkopfkoor
dinaten gerade zyklisch ihre Plätze getauscht. Der für
wenigstens eine Tastkopfkoordinatenrichtung ein Signal
abgebende Tastkopf kann somit das Werkstück in mehreren
auf das Koordinatenmeßgerät bezogenen Koordinatenrichtun
gen vermessen.
Die Dreh- oder Schwenkbewegung des Tastkopfes um die Dreh
achse wird mittels einer Schwenkeinrichtung herbeigeführt.
Diese übernimmt nicht nur eine präzise Lagerung, sondern
gestattet es auch, die drei Drehstellungen, in denen die
Achsen des Tastkopfkoordinatensystems mit den Achsen des
Gerätekoordinatensystems übereinstimmen, genau einzustel
len und zu blockieren. Obgleich es auch möglich ist, die
Schwenkeinrichtung von Hand zu betätigen, ist es vorteil
haft, wenn diese elektrisch angetrieben ist.
Infolge der Anordnung der Drehachse auf der Raumdiagonalen
eines durch die Tastkopfkoordinatenrichtungen festgelegten
gedachten Würfels schneidet die Längsachse des Tastkopfes
in jeder beliebigen Drehstellung die Drehachse. Wird
dieser Schnittpunkt zum Tastpunkt gewählt, bleibt dieser
bei einer Drehung des Tastkopfes um seine Drehachse unver
ändert. Diese Bedingung kann auf einfache Weise erfüllt
werden, wenn der bei der Messung in einer Koordinatenrich
tung durch das Werkstück aus dem Schnittpunkt heraus
verschobene Tastpunkt durch eine Translationsbewegung des
Tastkopfes vor dem Verschwenken des Tastkopfes auf den
Schnittpunkt zwischen Drehachse und Längsachse gebracht
wird. Somit kann durch das Verschwenken des Tastkopfes
selbst mit Tastköpfen, die lediglich eine Koordinaten
richtung messen, eine echte 3D-Abtastung eines Werkstückes
vorgenommen werden.
Die Drehachse liegt außerdem auf der Raumdiagonalen eines
gedachten Würfels, der von auf das Koordinatenmeßgerät
bezogenen Koordinatenrichtungen festgelegt ist. Sowohl das
Tastkopfkoordinatensystem als auch das auf das Koordina
tenmeßgerät bezogene Koordinatensystem sind Orthogonalsy
steme. Es existieren genau drei Drehstellungen, in denen
die Tastkopfkoordinatenrichtungen mit Koordinatenrichtun
gen des auf das Koordinatenmeßgerät bezogenen Koordinaten
systems übereinstimmen. Damit ist in diesen Drehstellungen
die Zuordnung der von dem Tastkopf gemessenen Werte zu
Gerätekoordinaten besonders einfach.
Der zwischen der Drehachse und den Tastkopfkoordinaten
richtungen eingeschlossene schiefe Winkel ist gleich dem
Arcustangens von Wurzel aus Zwei. Das gleiche gilt für die
zwischen der Drehachse und den Gerätekoordinaten einge
schlossenen Winkel.
Der Tastkopf stimmt in einer ersten Drehstellung mit der
Längsachse mit einer ersten auf das Koordinatenmeßgerät bezo
genen Koordinatenrichtung, in einer zweiten Drehstellung
mit einer zweiten Koordinatenrichtung und in einer dritten
Drehstellung mit einer dritten Koordinatenrichtung über
ein, und es sind alle Koordinatenrichtungen des Koordina
tenmeßgerätes und somit des Werkstücks jeweils bezogen auf
die Längsachse des Tastkopfes ausmeßbar. Mit anderen
Worten liegt die Längsachse des Tastkopfes in jeder der
ausgewählten Drehstellung jeweils auf einer Kante des
gedachten, von den Gerätekoordinaten aufgespannten Wür
fels. Beispielsweise liegt die Längsachse des Tastkopfes
in der ersten Drehstellung bezogen auf das Werkstück in
Radiusrichtung, in der zweiten Drehstellung in Umfangs
richtung und in der dritten Drehstellung in der Achsrich
tung des Werkstücks. Der Tastkopf ist damit beispielsweise
zum Ausmessen von Zahnrädern geeignet, an denen Planflä
chen, Rundheit und Zahnflanken zu vermessen sind und deren
Werkstückkoordinatensystem mit dem Gerätekoordinatensystem
im wesentlichen in Übereinstimmung gebracht worden ist.
Der Taststift ist auf der
Längsachse des Tastkopfes angeordnet. Die mit
Werkstückkoordinaten ebenfalls übereinstimmenden, mit
Tastkopfkoordinatenrichtungen identischen Auslenkrichtun
gen des Taststifts liegen in diesem Fall so, daß ein
ungehindertes Vermessen des betreffenden Werkstückes ohne
Wechseln des Taststiftes möglich ist.
Es kann bei einer Abtastung einer Werkstückoberfläche
unter Umständen auch genügen, wenn der Tastpunkt im we
sentlichen auf dem Schnittpunkt zwischen der Längsachse
und der Drehachse liegt. Auch dann bleibt die als Tast
element beispielsweise verwendete Tastkugel beim Drehen
des Tastkopfes stehen, so daß das Meßvolumen des Koor
dinatenmeßgerätes nicht eingeschränkt wird.
Obwohl es prinzipiell ausreichend wäre, wenn der Tastkopf
lediglich bei einer Auslenkung des Taststiftes in einer
Tastkopfkoordinatenrichtung ein Signal abgibt, ist es vor
teilhaft, wenn der Tastkopf bei einer Auslenkung des Tast
stiftes in wenigstens zwei Tastkopfkoordinatenrichtungen
ein der jeweiligen Auslenkung entsprechendes Signal lie
fert. Bei Bedarf kann der Tastkopf auch derart ausgelegt
werden, daß er bei einer Auslenkung des Taststiftes in
drei Tastkopfkoordinatenrichtungen ein Signal liefert. Der
mit einem geraden Taststift versehene Tastkopf kann dabei
derart ausgebildet werden, daß der Taststift um zwei
Achsen schwenkbar gelagert ist, die jeweils zu der Läng
serstreckung des Taststiftes rechtwinklig stehen. Wenn
diese jeweils im wesentlichen mit einer Tastkopfkoordina
tenrichtung übereinstimmen, ist eine einfache Zuordnung
zwischen den gemessenen Auslenkungen und den Tastkopfkoor
dinaten möglich.
Zusätzlich kann der Taststift in der Tastkopfkoordinaten
richtung, längs derer er angeordnet ist, d. h. entlang der
Längsachse translatorisch verschiebbar sein. Jedoch kann
diese Bewegung auch blockiert sein, weil in Folge der
Schwenkbarkeit des Tastkopfes eine echte 3D-Abtastung
bereits mit einem Tastkopf möglich ist, der lediglich ein
oder zwei Koordinaten mißt.
Wenn die von dem Tastkopf abgegebenen Signale elektrische
Signale sind, können die Meßergebnisse direkt in einer zu
einem Koordinatenmeßgerät gehörigen Auswerteeinheit ver
arbeitet werden.
Um alle gewünschten Punkte der Werkstückoberfläche an
tasten zu können, kann der Träger an einem Koordinatenmeß
gerät in wenigstens zwei Koordinatenrichtungen beweglich
gelagert sein. Somit kann der von der Längsachse und der
Drehachse definierte Tastpunkt über die Werkstückober
fläche geführt werden, so daß deren Kontur erfaßbar ist.
Dabei ist auch die Schwenkbewegung des Tastkopfes von der
Verarbeitungseinheit steuerbar.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfin
dung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Koordinatenmeßgerät mit einem schwenkbar
gelagerten Tastkopf in einer schematisierten
Perspektivdarstellung,
Fig. 2a den um eine Drehachse schwenkbaren Tastkopf des
Koordinatenmeßgerätes nach Fig. 1 beim Vermessen
eines lediglich schematisch angedeuteten Werk
stückes in einer ersten Stellung in Perspektiv
darstellung,
Fig. 2b den Tastkopf nach Fig. 2a beim Vermessen des
lediglich schematisch angedeuteten Werkstückes
in einer zweiten Stellung in Perspektivdarstel
lung,
Fig. 2c den Tastkopf nach Fig. 2a beim Vermessen des
lediglich schematisch angedeuteten Werkstückes
in einer dritten Stellung in Perspektivdarstel
lung,
Fig. 3a die Lage der Schwenkachse des Tastkopfes nach
Fig. 2a in Bezug auf ein Tastkopfkoordinatensy
stem und ein Gerätekoordinatensystem,
Fig. 3b die Lage der Schwenkachse des Tastkopfes nach
Fig. 2b in Bezug auf das Tastkopfkoordinatensy
stem und das Gerätekoordinatensystem, und
Fig. 3c die Lage der Schwenkachse des Tastkopfes nach
Fig. 2c in Bezug auf das Tastkopfkoordinatensy
stem und das Gerätekoordinatensystem.
In der Fig. 1 ist ein Koordinatenmeßgerät 1 dargestellt,
das einen Unterbau 2 aufweist, auf dem ein um eine Dreh
tischachse drehbarer Drehtisch 3 sowie ein Ständer 4 für
einen Tastkopf 5 angeordnet sind.
Der auf dem ruhenden und steif ausgebildeten Unterbau 2
angeordnete Drehtisch 3 dient der Aufnahme von in Fig. 1
zu vermessenden Werkstücken, die auf dem Drehtisch 3
aufzuspannen sind. Der Drehtisch 3 ist mit einer von dem
Unterbau 2 aufgenommenen Antriebseinrichtung verbunden,
mit deren Hilfe der Drehtisch 3 um eine vertikale Dreh
achse drehbar ist. Die Antriebseinrichtung gestattet dabei
ein definiertes Drehen des Drehtisches 3 und zwar kon
tinuierlich oder in Winkelschritten, die so gering sind,
daß auch am Umfange der größtmöglichen zu spannenden Werk
stücke die vorgesehene räumliche Auflösung erreicht wird.
Auf dem Unterbau 2 ist der Ständer 4 in einem entsprechen
den Bett längs einer mit Y bezeichneten horizontalen Achse
verschiebbar gelagert, wobei die Position des Ständers 4
von einer Meßeinrichtung erfaßt und an eine Auswerteein
richtung weitergegeben wird.
An einer dem Werkstück zugewandten Seite 7 des ansonsten
im wesentlichen prismatisch ausgebildeten Ständers 4 ist
eine Linearführung 8 zur Lagerung eines Schlittens 9
vorgesehen. Der Schlitten 9 ist durch die Linearführung 8
längs einer vertikalen, mit Z bezeichneten Achse (Z-Achse)
längsverschieblich gelagert. Die Z-Achse stimmt dabei mit
der Drehtischachse überein. Eine nicht weiter dargestellte
Antriebseinrichtung sowie eine Längenmeßeinrichtung geben
die Daten über die aktuelle Position des Schlittens 9 an
die Auswerteeinheit.
An dem Schlitten 9 ist ein starrer Arm oder Ausleger 11
befestigt, der in Richtung auf das Werkstück zu vorsteht
und über eine nicht weiter dargestellte Antriebseinrich
tung und eine Linearführung längs einer dritten, mit R
bezeichneten Achse (R-Achse) verschoben werden kann, die
rechtwinklig zu der Y- und der Z-Achse liegt. Der Ausleger
11 liegt dabei mit seiner Längserstreckung im wesentlichen
waagerecht und zwar sowohl zu der Z-Achse als auch zu der
Y-Achse orthogonal. Der Ausleger 11 beherbergt eine Dreh
einrichtung, deren Abtrieb mit einem sich unmittelbar an
den Ausleger 11 anschließenden Träger 12 verbunden ist und
die den Träger 12 um eine Drehachse 13 schwenken kann. Die
genaue Lage dieser Drehachse 13 in Bezug auf die übrigen
an dem Werkstück und der Meßmaschine vorgesehenen Koor
dinatenrichtungen ist an späterer Stelle erläutert.
Der Träger 12 ist an seiner dem Werkstück zugewandten
Stirnseite mit einem Tastkopf 14 fest verbunden. Der
Tastkopf 14 weist einen Taststift 15 auf, der an seiner
Spitze als Tastelement eine Tastkugel 16 trägt. Der Tast
stift 15 ist dabei auf einer in Fig. 1 vertikal liegenden
und mit der Z-Achse übereinstimmenden Längsachse W des
Tastkopfs 14 angeordnet. Über die Tastkugel 16 steht der
Tastkopf mit einem rotationssymmetrischen Werkstück 17 in
Berührung.
Der Taststift 15 ist um zwei horizontal liegende Achsen
schwenkbar gelagert, wobei die jeweilige Auslenkung des
Tastkopfes in ein elektrisches Signal umgesetzt und an die
Auswerteeinheit geleitet wird. Die nicht dargestellte
Auswerteeinheit ist mit einer Tastatur als Bedieneinrich
tung verbunden.
In den Fig. 2a bis c sind drei ausgewählte Stellungen des
Tastkopfes 14 dargestellt, die er durch eine Drehung um
seine Drehachse 13 einnehmen kann. Dabei ist die Lage der
Drehachse 13 sowohl in bezug auf das Werkstück 17 als auch
in bezug auf den Tastkopf 14 aus den Fig. 3a bis 3c er
sichtlich. In diesen sind die geometrischen Beziehungen
zwischen einem auf das Koordinatenmeßgerät 1 bezogenen
RYZ-Koordinatensystem und einem auf den Tastkopf 14 bezo
genen Tastkopfkoordinatensystem UVW sowie die Lage der
Drehachse 13 abstrakt dargestellt.
Die Drehachse 13 ist auf der Raumdiagonalen eines von dem
Tastkopfkoordinatensystem UVW aufgespannten gedachten
Würfels 20 angeordnet. Bezogen auf den in den Fig. 2a bis
2c dargestellten Tastkopf 14 ist das Tastkopfkoordina
tensystem UVW derart ausgerichtet, daß die Längsachse W
des Tastkopfes 14 zugleich eine Koordinatenrichtung W des
Tastkopfkoordinatensystems UVW ist. Die Drehachse 13
schließt mit der Längsachse W einen Winkel ein, dessen
Größe gleich dem Arcustangens von Wurzel aus zwei ist. Der
Schnittpunkt zwischen der Drehachse 13 und der Längsachse
W ist zugleich mit einem Tastpunkt 21 im wesentlichen
identisch, der die Berührungsstelle zwischen dem Werkstück
17 und der Tastkugel 16 markiert.
Die weiteren, voneinander unabhängige Auslenkrichtungen
des Taststiftes 15 markierenden Tastkopfkoordinatenrich
tungen U, V schließen mit der Drehachse 13 ebenfalls einen
Winkel von Arcustangens aus Wurzel aus zwei ein. Dabei ist
die Tastkopfkoordinatenrichtung U in einer ersten Stellung
des Tastkopfes 14 vertikal orientiert, wie die Fig. 2a und
3a zeigen. In diesem Fall liegt die Tastkopfkoordinaten
richtung V horizontal.
Wie insbesondere aus Fig. 3a ersichtlich ist, liegt die
Drehachse 13 zugleich auf einer Raumdiagonalen eines
gedachten Würfels 21, der von den Gerätekoordinaten R, Y,
Z aufgespannt ist. Die Kanten des gedachten Würfels 21
stimmen dabei mit den Kanten des gedachten Würfels 20 in
ihrer jeweiligen Richtung überein, so daß die Tastkopf
koordinatenrichtung U mit der Gerätekoordinatenrichtung Z,
die Tastkopfkoordinatenrichtung V mit der Gerätekoordina
tenrichtung R und die der Längsachse entsprechende Tast
kopfkoordinatenrichtung W mit der Gerätekoordinatenrich
tung Y übereinstimmen.
In dieser ersten Stellung des Tastkopfes 14 wird der
Taststift 15 in der U- und der V-Tastkopfkoordinatenrich
tung ausgelenkt, womit die so erhaltenen Signale die R-
und die Z-Koordinatenrichtungen der an dem Werkstück 17
angetasteten Punkte repräsentieren.
Eine Drehung des Tastkopfes 14 um seine Drehachse 13 mit
einem Winkel von 120° bringt eine zyklische Vertauschung
der miteinander übereinstimmenden Tastkopf- und Geräte
koordinatenrichtungen mit sich. Wie nämlich aus den Fig.
2b und 3b hervorgeht, stimmen zwar wiederum die von den
Tastkopfkoordinatenrichtungen U, V, W gebildeten bestim
menden Kanten des Würfels 20 mit den bestimmenden Kanten
R, Y, Z des Würfels 21 in ihrer jeweiligen Richtung über
ein, jedoch entspricht nun die Tastkopfkoordinatenrichtung
U der Gerätekoordinatenrichtung R, die Tastkopfkoordina
tenrichtung V der Gerätekoordinatenrichtung Y und die
Längsachse W des Tastkopfes 14 der Gerätekoordinatenrich
tung Z.
Der Tastpunkt 22 liegt auch hier wieder auf der Drehachse
13 und zwar bei dem Schnittpunkt zwischen der Längsachse W
und der Drehachse 13. Auch in dieser, in den genannten
Figuren dargestellten Drehstellung kann aus den von dem
Tastkopf 14 abgegebenen Tastkopfkoordinatensignalen die
eine Auslenkung des Taststiftes 15 in der Tastkopfkoor
dinatenrichtung U oder V repräsentieren, direkt auf die
Lage des Tastpunktes 22 in dem Gerätekoordinatensystem RYZ
geschlossen werden.
In der dritten, in Fig. 2c dargestellten Stellung des
Tastkopfes 14 sind die in Fig. 3c dargestellten Beziehun
gen zwischen dem Tastkopfkoordinatensystem UVW und dem
Gerätekoordinatensystem RYZ anzutreffen. Die dritte Dreh
stellung unterscheidet sich von der zweiten durch eine
weitere Drehung um die Drehachse 13 mit einem Winkel von
120°. Wiederum stimmen die von den Koordinatensystemen
definierten gedachten Würfel 20, 21 mit ihren Kantenrich
tungen überein. Jedoch liegt in dieser Drehstellung die
Tastkopfkoordinatenrichtung U in der Gerätekoordinaten
richtung Y, die Tastkopfkoordinatenrichtung V in der
Gerätekoordinatenrichtung Z und die Längsachse W des Ta
stkopfes 14 in der Gerätekoordinatenrichtung R, die die
Radiusrichtung für das in Zylinderkoordinaten zu erfassen
de rotationssymmetrische Werkstück 17 bildet.
Der Tastpunkt 22 liegt nach wie vor auf dem Schnittpunkt
zwischen der Längsachse W und der Drehachse 13, der zu
gleich den gemeinsamen Eckpunkt der gedachten Würfel 20,
21 bildet.
Das insoweit beschriebene Koordinatenmeßgerät 1 arbeitet
bei dem Ausmessen des Werkstückes 17 wie folgt:
Das zu vermessende Werkstück 17 ist im Beispiel ein
schrägverzahntes Stirnrad 17, das mit einer Planseite auf
den Drehtisch 3 aufgelegt und auf diesem mit einer Spann
einrichtung gegen Verrutschen gesichert ist. Das Zahnrad
17 weist dabei in den Fig. 2a bis 2c nicht weiter darge
stellte Zähne, eine Zylinderfläche sowie eine kreisring
förmige Planfläche auf, die der Planseite gegenüberliegt.
Zur Vermessung der Höhe eines Zahns oder der Rundheit der
Zylinderfläche wird der Tastkopf 14 bspw. zuerst in seine
in Fig. 2a dargestellte Drehstellung gebracht, in der
seine Längsachse W waagerecht liegt und mit der Geräte
koordinatenrichtung Y übereinstimmt. Nunmehr werden der
Ständer 4 und der Schlitten 9 soweit an das Werkstück
herangefahren, daß die Tastkugel 16 das Zahnrad 17 in
einem Tastpunkt 22 berührt. Soll nun die Kopf- oder Zahn
höhe vermessen werden, wird der Tastpunkt 22 auf einen an
dem Kopfkreis liegenden Punkt des Zahns gelegt. Die Aus
lenkung in der Tastkopfkoordinatenrichtung V entspricht
dabei einer Ortsveränderung des Tastpunktes 22 in der
Radiusrichtung R. Durch translatorisches Verfahren des
Tastkopfes 14 in Z-Richtung kann der Zahn gescannt werden.
Bei schrägverzahnten Zahnrädern wird der translatorischen
Bewegung des Tastkopfes eine Drehbewegung des Drehtisches
3 überlagert, deren Verhältnis zueinander durch den Schrä
gungswinkel bestimmt ist.
Außerdem ist es in dieser Stellung des Tastkopfes 14
möglich, die Rundheit von der an dem Werkstück 17 vor
gesehenen Zylinderfläche auszumessen. Der Tastpunkt 22
wird dazu auf die Zylinderfläche gelegt, wobei das Werk
stück mittels des Drehtisches gedreht wird.
Zur Ausführung einer Geradheitsmessung wird der Tastkopf
14 in seine in der Fig. 2b dargestellte Drehstellung
geschwenkt. Eine translatorische Bewegung des Tastkopfes
14 durch ein Verfahren des Trägers 4 oder des Schlittens 9
ist dabei nicht erforderlich. Der Tastpunkt 22 bleibt
zumindest dann erhalten, wenn er bei der vorigen Dreh
stellung auf dem Schnittpunkt zwischen der Längsachse W
und der Drehachse 13 gelegen hat.
Zur Ausführung einer Zahnmessung an dem Zahnrad 17, bei
dem eine Zahnflanke zu vermessen ist, wird der Tastkopf 14
nochmals um 120° um die Drehachse 13 gedreht, so daß er in
seine in Fig. 2c dargestellte Stellung kommt. Durch eine
Translationsbewegung des Tastkopfes 14 infolge einer
Linearverschiebung des Schlittens 9 kann der Zahn in
Z-Richtung abgetastet werden. Entsprechend dem Schrägungs
winkel wird der Translationsbewegung noch eine Drehbewe
gung des Drehtisches 3 um seine zu der Z-Achse parallel
liegende Drehachse überlagert.
Weitere Zähne werden vermessen, indem der Tastkopf 14 mit
seinem Taststift 15 und seiner Tastkugel 16 zunächst
soweit verschoben wird, daß er nicht mehr mit dem Werk
stück 17 in Eingriff steht. Danach wird der Drehtisch 3
soweit weitergedreht, bis die nunmehr zu vermessenden
Oberflächenpunkte des Zahnrades 17 an einer für den Tast
kopf 14 zugänglichen Stellen positioniert sind. Die Ver
messung des Zahnrades 17 erfolgt dann, wie vorstehend be
schrieben, wobei der Tastkopf 14 durch eine Drehung um die
Drehachse 13 jeweils in die entsprechende für die konkrete
Messung erforderliche Position gebracht wird.
Um sicherzustellen, daß der Tastpunkt 22 bei einer Ver
drehung des Tastkopfes 14 um die Drehachse 13 im Rahmen
der Meßgenauigkeit exakt erhalten bleibt, ist der Schnitt
punkt zwischen der Längsachse W und der Drehachse 13 in
die Mitte der als Tastelement dienenden Tastkugel 16
gelegt. Das Antasten des Tastpunktes erfolgt durch eine
translatorische Zustellbewegung des Tastkopfes 14 soweit,
bis durch eine Auslenkung des Taststiftes 15 aus seiner
Ruhelage der durch die Berührung zwischen der Werkstück- und
der Kugeloberfläche gebildete Tastpunkt den Schnitt
punkt der Längsachse W mit der Drehachse 13 erreicht hat.
Dieser Schnittpunkt entspricht dem Mittelpunkt der Tastku
gel 16 bei in Ruhestellung befindlichem Taststift. Wird
der Tastkopf 14 nun in seine nächste Drehstellung gedreht,
ändert sich zwar die Auslenkung des Taststiftes 15 in
Bezug auf den Tastkopf 14, jedoch bleibt der an dem Werk
stück 17 angetastete Tastpunkt 22 erhalten. Dies ist
sichergestellt, weil er auf der Drehachse 13 liegt.
Durch die Drehung das Tastkopfes 14 um seine Drehachse 13
ist das Koordinatenmeßgerät 1 für unterschiedliche Meßauf
gaben an einem oder mehreren Werkstücken verwendbar, wobei
infolge der Beibehaltung des Tastpunktes auch beim Drehen
des Tastkopfes kein Meßvolumen verloren geht. Es ist
nämlich in jeder Drehstellung des Tastkopfes der gesamte,
durch den maximalen translatorischen Verfahrweg begrenzte
Meßweg ausnutzbar.
In einer vereinfachten Ausführungsform des Koordinatenmeß
gerätes 1 ist der Tastkopf 14 lediglich in zwei Drehstel
lungen verschwenkbar. Wenn der Taststift 15 in zwei Tast
kopfkoordinatenrichtungen auslenkbar ist, kann auch schon
mit dem lediglich in zwei Richtungen verschwenkbaren
Tastkopf eine echte 3D-Abtastung erreicht werden.
Bei der Meßeinrichtung stimmt der Tastkopf 14 in einer
ersten Drehstellung mit seiner mit der Tastkopfkoordina
tenrichtung W übereinstimmenden Längsachse W mit der
ersten auf die Meßeinrichtung 1 bezogenen Koordinatenrich
tung Y überein.
In einer zweiten Drehstellung stimmt der Tastkopf 14 mit
seiner Längsachse W mit der zweiten auf die Meßeinrichtung
1 bezogenen Koordinatenrichtung Z überein.
Der Tastkopf 14 stimmt in einer dritten Drehstellung mit
seiner Längsachse W mit der dritten auf die Meßeinrichtung
1 bezogenen Koordinatenrichtung R überein.
Claims (16)
1. Meßeinrichtung (1) zur Vermessung eines Werkstückes
(17)
mit einem Tastkopf (14), der über einen Träger (12) an einem an einem Unterbau (2) verschiebbar gelager ten, definiert im Raum gehaltenen Ausleger (11) um eine einzige Drehachse (13) schwenkbar gelagert ist, die auf der Raumdiagonalen eines gedachten Würfels (21) liegt, der von Gerätekoordinatenachsen (R, Y, Z) aufgespannt wird, die ein orthogonales räumliches (kartesisches) Koordinatensystem (RYZ) festlegen,
mit einem an dem Tastkopf vorgesehenen Taststift (15), der in wenigstens einer Tastkopfkoordinaten richtung (U) eines orthogonalen räumlichen (kartesi schen) Tastkopfkoordinatensystemes (UVW) auslenkbar ist und dessen Längsachse mit einer Tastkopfkoordina tenrichtung übereinstimmt,
mit einer Wandlereinrichtung, die eine Auslenkung des Taststiftes (15), in der wenigstens einen Tastkopf koordinatenrichtung (U) in ein Signal umsetzt, und
mit einer Schwenkeinrichtung, mittels derer der Tast kopf (14) um die Drehachse (13) schwenkbar ist und die in drei gegeneinander um jeweils 120° verdrehten Drehstellungen blockierbar ist, in denen die Tast kopfkoordinatenrichtungen (U, V, W) mit den Geräte koordinatenrichtungen (R, Y, Z) übereinstimmen.
mit einem Tastkopf (14), der über einen Träger (12) an einem an einem Unterbau (2) verschiebbar gelager ten, definiert im Raum gehaltenen Ausleger (11) um eine einzige Drehachse (13) schwenkbar gelagert ist, die auf der Raumdiagonalen eines gedachten Würfels (21) liegt, der von Gerätekoordinatenachsen (R, Y, Z) aufgespannt wird, die ein orthogonales räumliches (kartesisches) Koordinatensystem (RYZ) festlegen,
mit einem an dem Tastkopf vorgesehenen Taststift (15), der in wenigstens einer Tastkopfkoordinaten richtung (U) eines orthogonalen räumlichen (kartesi schen) Tastkopfkoordinatensystemes (UVW) auslenkbar ist und dessen Längsachse mit einer Tastkopfkoordina tenrichtung übereinstimmt,
mit einer Wandlereinrichtung, die eine Auslenkung des Taststiftes (15), in der wenigstens einen Tastkopf koordinatenrichtung (U) in ein Signal umsetzt, und
mit einer Schwenkeinrichtung, mittels derer der Tast kopf (14) um die Drehachse (13) schwenkbar ist und die in drei gegeneinander um jeweils 120° verdrehten Drehstellungen blockierbar ist, in denen die Tast kopfkoordinatenrichtungen (U, V, W) mit den Geräte koordinatenrichtungen (R, Y, Z) übereinstimmen.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Taststift (15) ein Tastelement (16)
aufweist, mit dem das Werkstück (17) in einem Tast
punkt (22) antastbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Tastpunkt (22) durch den Schnittpunkt der
Längsachse (W) des Taststiftes (15) mit der Drehachse
(13) bestimmt ist.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Tastkopf (14) bei einer Auslenkung des
Taststiftes (15) in wenigstens zwei Tastkopfkoordina
tenrichtungen (U, V) ein der jeweiligen Auslenkung
entsprechendes Signal liefert.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Tastkopf (14) bei einer Auslenkung des
Taststiftes (15) in wenigstens drei Tastkopfkoordina
tenrichtungen (U, V, W) ein der jeweiligen Auslenkung
entsprechendes Signal liefert.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Taststift (15) ungekröpft ist.
7. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Tastelement (16) eine Tastkugel (16)
ist.
8. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Taststift (15) des Tastkopfes (14) um
zwei Achsen (U, V) schwenkbar gelagert ist, die je
weils zu der Längsachse (W) des Taststiftes (15)
rechtwinklig stehen.
9. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Taststift (15) des Tastkopfes (14) um
zwei Achsen schwenkbar gelagert ist, die jeweils im
wesentlichen mit einer Tastkopfkoordinatenrichtung
(U, V) übereinstimmen.
10. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Taststift (15) in der Tastkopfkoordina
tenrichtung (W), längs derer er angeordnet ist,
translatorisch verschiebbar gelagert ist.
11. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Taststift (15) in der Tastkopfkoordina
tenrichtung (W), längs derer er angeordnet ist,
blockiert ist.
12. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Schwenkeinrichtung elektrisch gesteuert
ist.
13. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Träger (12) an dem Unterbau (2) in we
nigstens zwei Koordinatenrichtungen (Z, R) beweglich
gelagert ist.
14. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Koordinaten des Trägers (12) von einer
an dem Koordinatenmeßgerät (1) vorgesehenen Verarbei
tungseinrichtung erfaßt und mit den von dem Tastkopf
(14) gelieferten Signalen verknüpft werden.
15. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Träger (12) mittels eines Schlittens (9)
über eine Antriebseinrichtung elektrisch angetrieben
ist.
16. Meßeinrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung und die
Antriebseinrichtung von der Verarbeitungseinrichtung
gesteuert sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934345093 DE4345093C2 (de) | 1993-12-31 | 1993-12-31 | Meßeinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934345093 DE4345093C2 (de) | 1993-12-31 | 1993-12-31 | Meßeinrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4345093A1 DE4345093A1 (de) | 1995-07-06 |
DE4345093C2 true DE4345093C2 (de) | 1995-11-16 |
Family
ID=6506589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934345093 Expired - Lifetime DE4345093C2 (de) | 1993-12-31 | 1993-12-31 | Meßeinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4345093C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3569974B1 (de) * | 2018-05-14 | 2023-08-16 | Carl Mahr Holding Gmbh | Werkstückhalter, messvorrichtung und messverfahren zum messen eines werkstücks |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4582446B2 (ja) * | 2004-11-18 | 2010-11-17 | 株式会社東京精密 | 測定装置 |
CN108303051A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-07-20 | 海克斯康测量技术(青岛)有限公司 | 测针吸盘角度快速调整装置 |
CN117367355B (zh) * | 2023-12-06 | 2024-04-02 | 绵阳奥力达科技有限公司 | 一种节温器壳体的小径斜孔检测装置 |
Family Cites Families (1)
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---|---|---|---|---|
IT1144709B (it) * | 1981-05-15 | 1986-10-29 | Dea Spa | Sistema di misura dimensionale servito da una pluralita di bracci operativi e controllato da un sistema a calcolatore |
-
1993
- 1993-12-31 DE DE19934345093 patent/DE4345093C2/de not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3569974B1 (de) * | 2018-05-14 | 2023-08-16 | Carl Mahr Holding Gmbh | Werkstückhalter, messvorrichtung und messverfahren zum messen eines werkstücks |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4345093A1 (de) | 1995-07-06 |
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R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |