DE4408912A1 - Koordinatenmeßgerät mit einem pneumatischen Gewichtsausgleich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät mit mindestens einem horizontal auf einer Tragstruktur verschieblichen Meßschlitten, der seinerseits einen vertikal verschieblichen Meßschlitten trägt, und mit einem pneumatischen Gewichts­ ausgleich für diesen vertikal verschieblichen Meßschlitten.

Ein solches Koordinatenmeßgerät ist beispielsweise aus der US-PS 4 155 173 bekannt. Bei diesem Koordinatenmeßgerät ist das Gegengewicht, das sonst üblicherweise zur Gewichts­ entlastung des vertikal verschiebbaren Meßschlittens, der sogenannten Pinole verwendet wird, durch einen Druckluft­ zylinder ersetzt. Dieser Druckluftzylinder nimmt das Eigengewicht der Pinole auf. Er besitzt gegenüber den sonst für diesen Zweck eingesetzten Gegengewichten aus Blei den Vorteil einer bedeutend geringeren Masse, was sich günstig auf die Statik und die Dynamik eines Koordinatenmeßgerätes auswirkt.

Bei dem bekannten Gerät wird das Luftvolumen des Druck­ mittelzylinders dann, wenn sich die Pinole im Zuge eines Meßablaufs bewegt, dauernd neu aufgefüllt und wieder abgeblasen. Das hat einen relativ hohen Luftverbrauch zur Folge und ist außerdem insoweit nachteilig, als über diesen Luftstrom Wärmeenergie in das Koordinatenmeßgerät transpor­ tiert wird.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bereits bekannt, den Druckluftzylinder des pneumatischen Gewichtsausgleichs mit einem Luftvorratsbehälter zu verbinden. Das Speichervolumen des Vorratsbehälters sorgt dann bei geeigneter Dimensionie­ rung des Speichervolumens dafür, daß sich der Luftdruck beim Verfahren der Pinole und einem damit einhergehenden Zusammen­ pressen und Expandieren der Luft im Druckluftzylinder sich nicht wesentlich ändert. Entsprechende Lösungen sind in der DE-OS 31 19 228, der EP-B1-0 072 314 und der EP-B1-0 322 740 beschrieben.

Während in der DE 31 19 228 keine Angaben darüber gemacht sind, wo der Vorratsbehälter für das Speichervolumen am Koordinatenmeßgerät untergebracht werden soll, wird in der EP 0 072 314 vorgeschlagen, das Vorratsgefäß als Ringzylinder um den eigentlichen Druckluftzylinder herum und beide neben der Pinole anzuordnen. Hierfür muß jedoch zusätzlicher Platz an oder auf dem horizontal verschiebbaren Meßschlitten vorgesehen werden, der die Pinole trägt. Generell vergrößert ein zusätzliches Bauteil auch immer die Masse der bewegten Teile und verschlechtert die Dynamik des Gerätes. In der Koordinatenmeßtechnik werden jedoch immer kürzere Meßzeiten, d. h. immer schnellere Maschinen gefordert. Entsprechend sollen die beweglichen Teile des Koordinatenmeßgerätes eine möglichst geringe Masse besitzen. Zusätzliche Gefäße für z. B. das Speichervolumen für den Gewichtsausgleich lassen sich mit dieser Forderung jedoch schlecht vereinbaren. Aus diesem Grunde wird neuerdings der pneumatische Gewichtsausgleich für Koordinatenmeßgeräte auch wieder ohne Speichervolumen ausgebildet und der eingangs genannte höhere Luftverbrauch in Kauf genommen. Beispiele hierfür sind die in der EP-B1-0 322 740 und der US-PS 4 835 871 beschriebenen Systeme.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Koordinatenmeßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Gewichtsausgleich einen Druckluftzylinder und ein an den Druckluftzylinder angeschlossenes Speichervolumen aufweist und das sich durch möglichst geringe bewegte Massen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Gemäß der Erfindung können die z. B. ohnehin bereits zum Zwecke der Gewichtseinsparung bzw. Massenreduzierung in die Tragstruktur des Koordinatenmeßgerätes eingebrachten Hohlräume als Speichervolumen für den Druckluftzylinder des pneumatischen Gewichtsausgleichs verwendet werden. Demzufolge kann der Vorteil des sehr geringen Luftverbrauchs beibehalten werden, ohne daß zusätzlicher Platz bzw. mehr Masse für ein zusätzliches Druckgefäß benötigt wird. Bei einem Gerät vom Portaltyp kann z. B. das Speichervolumen in eine oder beide Säulen bzw. Füße des Portals oder besonders vorteilhaft in das Innere des zur Führung des horizontal verschieblichen Meßschlittens der x-Achse dienenden Querträgers d. h. in die Traverse des Portals gelegt werden.

Es ist jedoch auch möglich, das Speichervolumen in die feststehende Führung für das Portal zu legen.

Bei entsprechender Gestaltung der Hohlräume in der Tragstruktur, beispielsweise als einseitig offene Hohlbohrungen, können diese abgedichtet und direkt als Speichervolumen genutzt werden. Es ist jedoch auch möglich und insbesondere dann, wenn die Tragstruktur relativ offen aufgebaut ist, in die Hohlräume bzw. das Innere einen oder mehrere elastische Luftsäcke einzubringen, die dann das Speichervolumen aufnehmen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1a ist eine vereinfachte Prinzipskizze eines Koordinatenmeßgeräts in Portalbauweise in Ansicht von vorn;

Fig. 1b zeigt die Traverse (5) des Koordinatenmeßgerätes aus Fig. 1 im Schnitt entlang der mit Ib/Ib bezeichneten Linie;

Fig. 2 ist eine detailliertere Prinzipskizze der wesentlichen Komponenten des pneumatischen Gewichtsausgleichs des Koordinatenmeßgerätes nach Fig. 1 im vergrößerten Maßstabe.

Das in Fig. 1a dargestellte Koordinatenmeßgerät besitzt einen feststehenden Meßtisch (1) aus z. B. Granit, auf den das zu vermessende Werkstück aufgelegt wird. An die Granitplatte (1) ist die Führung (2) für das waagerecht verschiebbare Portal des Koordinatenmeßgerätes angebaut. Das Portal selbst besteht aus zwei Säulen (3 und 4), wobei eine der beiden Säulen, nämlich die Säule (3) angetrieben und geführt ist, und einem die beiden Säulen (3 und 4) verbindenden Querträger (5). Dieser Querträger (5) bzw. diese Traverse besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium. Die äußeren Flächen der Traverse (5) bilden ihrerseits die Führung für den in Richtung des mit x bezeichneten Pfeils verschiebbaren Meßschlitten (6), den sogenannten Querschlitten.

Im Schlitten (6) ist vertikal verschiebbar die im Querschnitt rechteckige Pinole (7) des Koordinatenmeßgerätes gelagert. Diese trägt an ihrer Unterseite den Tastkopf (8) mit der Taststiftkombination (9), im dargestellten Beispiel einen Sterntaster.

Wie in Fig. 1a gestrichelt angedeutet und im Schnitt nach Fig. 1b sowie in Fig. 2 deutlich ausgeführt, ist die Traverse (5) fast über ihre gesamte Länge mit zwei Bohrungen (10a und 10b) versehen. Diese Bohrungen dienen in erster Linie zur Reduzierung der Masse der Traverse (5) . Sie besitzen beide einen Durchmesser von ca. 100 mm, woraus sich in Verbindung mit der Länge der Bohrungen von ca. 1400 mm ein Gesamtvolumen dieser Hohlräume Vges von 22 dm³ ergibt.

Die Pinole (7) des Koordinatenmeßgerätes ist mit dem daran befestigten Tastkopf (8) an die Kolbenstange (21) eines fest im Schlitten (6) eingebauten Druckluftzylinders (20) angehängt. Die im Querschnitt rechteckförmige Pinole (7) ist außerdem über den größten Teil ihrer Länge mit einer nach oben offenen Bohrung (19) versehen. In diese Bohrung (19) taucht der Druckluftzylinder (20) ein.

Der Zylinder (20) besitzt zwei Öffnungen an beiden Enden oberhalb und unterhalb des Kolbens (22). Die obere Öffnung ist unverschlossen und kommuniziert mit dem Umgebungsdruck. Die untere Öffnung ist über ein Leitungssystem (15, 12 und 18) an die beiden Einlaßöffnungen (16a und 16b) zu den in hier nicht näher dargestellter Weise abgedichteten Hohlräumen (10a und 10b) in der Traverse (5) und gleichzeitig an einen Druckregler (14) angeschlossen. Der Druckregler (14) gleicht etwaige Leckverluste aus und hält den Arbeitsdruck (P2) im Speichervolumen (10a, 10b) und im Druckluftzylinder (20) auf einem konstanten Wert von ca. 3 Bar.

Der Druckluftzylinder (20) besitzt einen Innendurchmesser von 40 mm und einen Hub von ca. 1200 mm, was dem maximalen Verfahrweg der Pinole (7) entspricht. Das Volumen V im Druckluftzylinder (20), das über den Fahrweg der Pinole verändert wird, beträgt somit maximal 1,5 dm³. Das sind nur ca. 6% des Puffervolumens. Entsprechend gering ist die Druckänderung und damit auch die Änderung der Gewichtsausgleichskraft, die im Zuge der Fahrbewegung der Pinole (7) auftritt. Diese verbleibenden Restkräfte werden durch den Antriebmotor für die Pinole (7) kompensiert.

Da der Druckluftzylinder (20) in der gewählten Anordnung fest im Schlitten (6) eingebaut ist, ist es nicht erforderlich, die Verschlauchung des Zylinders durch den bewegten z- Kabelbaum zu führen. Die Verbindungsleitung (18) zur Einlaßöffnung (23) im Zylinder (20) ist deshalb im Schlitten (6) fest verlegt. Sie geht in einen flexiblen Teil (12) an der Stelle über, wo sie in den beweglichen Kabelbaum (13) für den in x-Richtung verschiebbaren Schlitten mündet. Dieser Kabelbaum (13) läuft als Schleife seitlich an der Traverse (5) auf einer Schiene (25) ab, die beidseitig an den beiden Säulen (3) und (4) befestigt ist und die untere Verkleidung der Traverse (5) darstellt. Die Einlaßöffnungen (16a und 16b) zu den Hohlräumen (10a und 10b) des Puffervolumens sind ebenfalls mit einem fest verlegten Leitungsteil (15) untereinander und mit dem Ventil (14) verbunden.

Durch den kreisrunden Querschnitt der Bohrungen (10a und 10b) für das Puffervolumen und die verbleibende Materialstärke ist sichergestellt, daß sich die Führungsflächen an der Traverse (5), auf denen der Schlitten (6) läuft, nicht bzw. nicht nennenswert verformen, wenn der Betriebsdruck von 3 Bar auf die Hohlräume (10a, 10b) aufgeschaltet wird. Wenn mit höheren Betriebsdrücken, anderen Hohlraumgeometrien oder geringeren Wandstärken gearbeitet wird, kann es jedoch zweckmäßig sein, in die Bohrungen (10a und 10b) separate Druckgefäße mit einem etwas geringeren Außendurchmesser einzulegen. Diese nehmen dann das Puffervolumen auf, ohne daß sich die geringfügige Durchmesseränderung beim Aufschalten des Druckes auf die Führungen auswirkt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bohrungen (10a, 10b) in der Traverse (5) des Portals als Puffervolumen verwendet worden. Es ist jedoch auch möglich, das Innere einer der beiden Säulen (3) oder (4) oder beide Säulen (3, 4) zur Aufnahme des Puffervolumens auszubilden. Wenn beispielsweise die tragenden Teile der Säulen (3, 4) ohnehin aus einem Rohr bestehen, kann dieses auf einem Teil seiner Länge abgedichtet werden und nimmt dann das Puffervolumen direkt auf. Für den Fall, daß die Tragstruktur der Säulen (3, 4) relativ offen ausgelegt ist und demzufolge eine Abdichtung nicht in Frage kommt, kann ein elastischer Luftsack in die Struktur eingebracht werden, der dann das Puffervolumen aufnimmt und von der Tragstruktur der jeweiligen Säule umschlossen wird.

Claims (10)

1. Koordinatenmeßgerät mit mindestens einem horizontal auf einer Tragstruktur (3-5) verschieblichen Meßschlitten (6) der seinerseits einen vertikal verschieblichen Meßschlitten (7) trägt und mit einem pneumatischen Gewichtsausgleich für den vertikal verschieblichen Meßschlitten (Pinole 7), wobei der Gewichtsausgleich einen Druckluftzylinder (20) und ein an den Druckluftzylinder angeschlossenes Speichervolumen (10a, 10b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichervolumen (10a, 10b) in das Innere der Tragstruktur (3-5) gelegt ist, auf der sich der horizontal verschiebliche Meßschlitten (6) mittelbar oder unmittelbar abstützt.

2. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstruktur das ebenfalls horizontal verschiebliche Portal (3-5) eines Koordinatenmeßgerätes vom Portaltyp ist.

3. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichervolumen durch einen oder mehrere Hohlräume (10a, 10b) in dem zur Führung des horizontal verschieblichen Meßschlittens (Pinole 7) dienenden Querträger (Traverse 5) des Portals gebildet ist.

4. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichervolumen durch eine oder mehrere Hohlräume in einer oder mehreren der Säulen (3, 4) des Portals gebildet ist.

5. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichervolumen durch einen oder mehrere Hohlräume in der Führung (2) für das Portal (3-5) gebildet ist.

6. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hohlräume (10a, 10b) in der Tragstruktur (3-5) abgedichtet und direkt als Speichervolumen genutzt sind.

7. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß in den bzw. die Hohlräume in der Tragstruktur ein oder mehrere elastische Luftsäcke eingebracht sind.

8. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftzylinder (20) feststehend in dem horizontal verschieblichen Meßschlitten (6) montiert ist und der bewegliche Kolben (21) des Druckluftzylinders mit dem vertikal verschieblichen Meßschlitten (Pinole 7) verbunden ist.

9. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftzylinder (20) in den hohlen und nach oben offenen vertikal verschieblichen Meßschlitten (Pinole 7) eintaucht.

10. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß in den oder die Hohlräume (10a, 10b) Druckgefäße mit geringfügig kleinerem Außendurchmesser eingelegt sind.