DE4409148C2 - Vorrichtung zur Längenmessung - Google Patents
Vorrichtung zur LängenmessungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Längenmessung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei
derartigen Vorrichtungen zur Längenmessung tritt das
Problem auf, daß Temperatureinflüsse durch
Temperaturänderungen der Umgebungstemperatur sich auf die
Bauteile der Vorrichtung zur Längenmessung übertragen,
wodurch diese ihre Abmessungen ändern. Durch diese
Änderungen der Abmessungen bedingt treten Meßfehler,
beispielsweise bei der Ausmessung eines Werkstückes auf.
Man unterscheidet drei wesentliche Einflüsse auf die
Bauteile der Längenmeßeinrichtung bei einer
Temperaturänderung, nämlich
- 1. den Einfluß der Temperaturänderung auf die Maßverkörperung, beispielsweise auf einen Maßstab, der seine Länge und damit den Abstand der Skalenstriche voneinander oder einer die Skalenstriche verkörpernden Maßverkörperung ändert,
- 2. eine gleichmäßige Temperaturänderung der tragenden Bauteile des Meßgerätes sowie
- 3. ungleichmäßige Temperaturänderungen der tragenden Bauteile des Meßgerätes.
Wenn diese Effekte nicht kompensiert oder vermieden
werden, verursachen sie scheinbare Maßveränderungen des
Werkstückes (Effekt 1) oder eine scheinbare Lageänderung
des auszumessenden Werkstückes zum Taster (Effekte 2 und
3). Dies führt insbesondere bei zeitlich längeren Meßläufen
zu Meßfehlern, da auch in klimatisierten Räumen stets
Resttemperaturänderungen von einigen Zehntel Grad
auftreten.
Da die zu messenden Maße des Werkstückes absolut, das
heißt bezogen auf eine Referenztemperatur gemessen werden
sollen, kann der erstgenannte Temperaturfehler dadurch
kompensiert werden, daß man entweder ein
temperaturunempfindliches Material als Träger für die
Maßverkörperung wählt, die Temperaturen von Werkstück und
Maßverkörperung mißt und die entsprechenden
Längenveränderungen rechnerisch kompensiert oder indem man
das Material des Trägers für die Maßverkörperung so wählt,
daß es einen dem Werkstück ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Das letztere Verfahren hat den Vorteil, daß keine
zusätzlichen Meßfehler durch die Temperaturmessung
eingeführt werden.
Auch der zweite Effekt könnte durch die
Temperaturmessung und rechnerische Korrektur der
Wärmeausdehnung der betreffenden tragenden Bauteile
kompensiert werden. Um jedoch keine Fehler durch eine
Temperaturmessung einzuführen, ist es vorteilhaft, die
tragenden Bauteile des Meßgerätes von der Auflage des
Werkstückes bis zum Taster des Tastkopfes hin aus
Materialien mit denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten
herzustellen, da dann gleichmäßige Temperaturänderungen
nicht zu einer scheinbaren Verschiebung zwischen
auszumessendem Werkstück und Taster führen.
Aus konstruktiven Gründen, etwa aus Stabilitäts- oder
Gewichtsgründen, ist es jedoch oft wünschenswert,
verschiedene Materialien für die einzelnen Bauteile der
Koordinatenmeßmaschine zu wählen, die demzufolge auch
verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Hier
müssen nach dem Stand der Technik komplizierte
Korrekturwertermittlungen durchgeführt werden, die den
Meßvorgang sehr aufwendig gestalten.
Gemäß der Entgegenhaltung Ziff. 1 (Sonderdruck der
Firma Zeiss "Auf dem Wege zum thermisch stabilen
Koordinatenmeßgerät" von K.H. Breyer und H.G Pressel) wird
ein Maßstab aus ZERODUR an einem Ende so eingespannt, daß
er auf Rollen liegend bei Temperatureinflüssen seine Lage
zum Einspannpunkt beibehält. Diese Ausbildung löst nicht
das erfindungsgemäße Problem, da der Maßstab an einem
tragenden Bauteil befestigt ist, so daß sich bei einer
Temperaturänderung die Nullpunktlage des Maßstabes
verändert. Eine gleichzeitige Lageänderung des
Wegaufnehmers ist in dieser Veröffentlichung nicht
angesprochen.
Gemäß der Entgegenhaltung Ziff. 2 (DE-PS 31 06 701 C2)
wird zwischen den Temperatureinflüssen unterliegenden
Teilen (Spindelstock einer Werkzeugmaschine) und dem
Maßstab ein Ausgleichsstab für Temperaturveränderungen
vorgesehen. Das Material des Ausgleichsstabes und seine
Länge sind so gewählt, daß die Temperaturausdehnung des
Spindelstockes durch Verschiebung des Maßstabes die
Temperaturausdehnung bei der Meßwertablesung korrigieren
soll. Abgesehen davon, daß diese Methode schon in sich
Probleme birgt, berücksichtigt auch diese Ausbildung nicht
eine Temperaturänderung der tragenden Bauteile, so daß auch
bei dieser Ausbildung eine Nullpunktverlagerung des
Maßstabes relativ zum Wegaufnehmer bei einer
Temperaturänderung stattfinden kann. Über die Lage des
Wegaufnehmers hierbei sagt diese Vorveröffentlichung nichts
aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auch bei
Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten für die tragenden Bauteile
der Vorrichtung zur Längenmessung, beispielsweise einer
Koordinatenmeßmaschine beliebiger Bauart, bei einer
Temperaturänderung eine scheinbare Verschiebung (thermische
Drift) zwischen dem auszumessenden Werkstück und dem
Tastelement zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal
des Anspruches 1 gelöst.
Dadurch, daß jetzt für die einzelnen
Koordinatenrichtungen jeweils ein Träger für den
Wegaufnehmer vorgesehen ist, der sich beim Anfahren des
Meßpunktes auf dem Werkstück längs der zugeordneten
Maßverkörperung (Maßstab) fiktiv oder wirklich mit dem
Meßkopf bewegt, und dieser Träger denselben
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie die in gleicher
Koordinatenrichtung liegenden tragenden Bauteile der
Koordinatenmeßmaschine, kompensiert sich der durch
Temperatureinfluß und Ausdehnung der Bauteile
hervorgerufene nach dem Stand der Technik auftretende
Fehler selbsttätig, und zwar in einem Maße, daß er
vernachlässigbar klein bleibt. Der besondere Vorteil dieser
Ausbildung ist, daß der Nullpunkt des Maßstabes unabhängig
von Temperatureinflüssen auf die tragenden Bauteile mit
Bezug auf den Wegaufnehmer seine Lage mit großer Annäherung
unverändert beibehält.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden also der
Aufwand und die Meßfehler, die durch Temperaturmessung und
rechnerische Korrektur entstehen, von vornherein vermieden.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung
einer Koordinatenmeßmaschine;
Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 zur
Erläuterung der Wirkungsweise der
Erfindung.
Die Koordinatenmeßmaschine weist ein Grundbett (1)
auf, an dem mittels Schrauben (42) Stützen (3) befestigt
sind. Die Stützen (3) tragen zwischen sich eine Traverse
(2). Das Grundbett (1) weist einen Schlitten (36) auf, auf
dem das Werkstück (35) angeordnet ist. Wird der Schlitten
(36) in Richtung des Pfeiles (4) (X-Richtung) verschoben,
kann die Größe der Verschiebung auf einem am Grundbett (1)
befestigten Maßstab (Maßverkörperung 50) mit Hilfe eines am
Schlitten (36) befestigten Wegaufnehmers (5) erfaßt werden.
Das Werkstück (35) wird mit Hilfe eines Tastkopfes (32),
welcher wahlweise zur Wirkung bringbare Taster (33) trägt,
in einem vorgegebenen Meßpunkt angetastet.
Der Tastkopf (32) ist an einer Pinole (34) befestigt,
welche in Richtung des Pfeiles (6) verschiebbar ist. Diese
Verschiebung ergibt die Z-Koordinate, beispielsweise auf
einer von einem Querschlitten (40) getragenen
Maßverkörperung (52). Die Pinole (34) trägt hierzu einen
Wegaufnehmer (53).
Die Pinole (34) ist zusätzlich mit Hilfe des
Querschlittens (40) in Richtung des Pfeiles (55) entlang
der Traverse (2) in der Y-Richtung verschiebbar. Diese
Querverschiebung kann auf einer von der Traverse (2)
getragenen Maßverkörperung (12) mit Hilfe eines mit der
Pinole (34) beziehungsweise dem Querschlitten (40)
verbundenen Wegaufnehmers (13) erfaßt werden.
Da das Grundbett (1), die Stützen (3) sowie die
Traverse (2) und insbesondere auch die Pinole (34) aus
unterschiedlichen Materialien bestehen können, verlagern
sich die Taster (33) mit ihren Tastspitzen relativ zum
Werkstück (35), wenn sich die Umgebungstemperatur der
Koordinatenmeßmaschine ändert und sich diese Änderung auf
die einzelnen Bauteile überträgt, weil diese sich dann bei
Verwendung unterschiedlicher Materialien ungleichmäßig
ausdehnen. Um derart unterschiedliche Ausdehnungen in den
Meßergebnissen zu kompensieren, sieht die Erfindung für die
einzelnen Koordinatenmeßeinrichtungen
Kompensationsmaßnahmen vor.
In Fig. 2 ist die Koordinatenmeßmaschine schematisch
dargestellt. Das Grundbett (1) trägt die Stützen (3),
zwischen denen die Traverse (2) angeordnet ist. In der
Traverse (2) ist in Richtung des Pfeiles (38) die Pinole
(34) verschiebbar. Die Pinole (34) trägt den Taster (7),
welcher der Einfachheit halber ohne Meßkopf dargestellt
worden ist. Die Pinole (34) besteht aus einem Material mit
dem Temperaturausdehnungskoeffizienten α. Die Stützen (3)
weisen den Temperaturausdehnungskoeffizienten α′ auf. Bei
einer Temperaturänderung verschiebt sich deshalb der
Wegaufnehmer (53) längs der an der Traverse (2)
vorgesehenen Maßverkörperung (52), wenn er unmittelbar mit
der Pinole (34) verbunden ist. Das heißt, bei einer
Temperaturänderung von der Größe δT ändert sich die Länge H
der Stützen (3) zwischen dem Wegaufnehmer (53) und der
Oberfläche (8) des Grundbettes (1) bei geringer
Werkstückhöhe um den Betrag δH = α′ · H · δT. Die Länge der
Pinole in demselben Bereich zwischen Wegaufnehmer (53) und
Taster (7) ändert sich um δH′ = α · H · δT. Das heißt, bei
gleicher Temperaturdifferenz und gleichen angenommenen
Längen H zwischen Wegaufnehmer (53) und Oberfläche (8) des
Grundbettes (1) würde sich ein Meßfehler ergeben in der
Größe von δH - δH′, das heißt allein in Abhängigkeit von
den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der
Materialien der Stützen (3) und der Pinole (34).
Um diesen Fehler zu kompensieren, ist am Ende (37) der
Pinole (34) ein Träger (9) befestigt, welcher parallel zur
Pinole (34) angeordnet ist und nunmehr den Wegaufnehmer
(53) trägt. Der Wegaufnehmer (53) ist mit der Pinole (34)
in Richtung des Pfeiles (38) längs der Maßverkörperung (52)
in der Z-Richtung verschiebbar. Da der Träger (9) für den
Wegaufnehmer (53) gemäß der Erfindung aus demselben
Material besteht wie die Stützen (3), sind ihre
Temperaturausdehnungskoeffizienten gleich. Damit wird die
Differenz δH - δH′ praktisch gleich Null bei geringer
Werkstückhöhe. Der Träger (9) ist nur am Ende (37) der
Pinole (34) mit der Pinole (34) verbunden.
Entsprechende Maßnahmen können gemaß Fig. 1 für die X-
Richtung vorgesehen sein, indem hier der Wegaufnehmer (5)
mit Hilfe eines Trägers (10) am Schlitten (36) im Punkt
(11) befestigt ist und die Maßverkörperung (50) am
Grundbett (1). Für die Querverschiebung der Pinole (34) in
der Y-Richtung ist der Wegaufnehmer (13) über einen Träger
(14) mit der Pinole (34) beziehungsweise dem Querschlitten
(40) verbunden und die Maßverkörperung (12) wird von der
Traverse (2) getragen.
Mit anderen Worten, die Erfindung läßt sich auf
sämtliche drei Koordinatenrichtungen anwenden, wenn jeweils
nur ein Träger vorgesehen wird, der denselben
Ausdehnungskoeffizienten hat wie das Material der
Koordinatenmeßmaschine in der entsprechenden
Koordinatenrichtung. Das heißt, der Träger (10) besteht aus
demselben Material wie das Grundbett (1), und der Träger
(14) besteht aus demselben Material wie die Traverse (2).
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Längenmessung mit wenigstens einem
tragenden Bauteil für eine Maßverkörperung und einen
relativ zur Maßverkörperung bewegbaren Wegaufnehmer sowie
einen Meßkopf zur Antastung eines auf einer Aufnahme
angeordneten auszumessenden Werkstückes,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Wegaufnehmer (5, 13, 53) oder die Maßverkörperung (50, 12,
52) für wenigstens eine Koordinatenrichtung über einen
freiliegenden Träger (10, 14, 9) mit dem Meßkopf (32) oder
dem den Meßkopf (32) tragenden Bauteil verbunden ist und
daß der Träger (10, 14, 9) denselben
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Material des
in der entsprechenden Koordinatenrichtung liegenden, die
relative Position von Werkstück und Meßkopf bestimmenden
wenigstens einen tragenden Bauteiles (1, 2, 3) der
Längenmeßvorrichtung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 in der Verwendung bei
einer Koordinatenmeßmaschine beliebiger Bauart, bei der ein
Meßkopf zur Antastung eines auf einer Aufnahme angeordneten
Werkstückes vorgesehen ist, der in Richtung wenigstens
eines tragenden Bauteiles relativ zum Werkstück in
mindestens einer Koordinatenrrichtung verschiebbar ist,
wobei zur Messung der Größe der Verschiebung für jede
Koordinatenrichtung mindestens eine Maßverkörperung und ein
relativ zur Maßverkörperung bewegbarer Wegaufnehmer
vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wegaufnehmer oder die Maßverkörperung für wenigstens eine
Koordinatenrichtung über einen freiliegenden Träger mit dem
Meßkopf oder dem den Meßkopf tragenden Bauteil verbunden
ist und daß der Träger denselben
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Material des
in der entsprechenden Koordinatenrichtung liegenden, die
relative Position von Meßkopf und Werkstück bestimmenden
wenigstens einen tragenden Bauteiles der
Koordinatenmeßmaschine.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 in der Verwendung bei
einer Koordinatenmeßmaschine, bei der der Meßkopf (32) mit
Taster (33) von einer axial verschiebbaren Pinole (34)
getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer
(53) oder die Maßverkörperung (52) mit Hilfe des Trägers
(9) mit dem Ende (37) der Pinole (34) verbunden ist und aus
einem Material besteht, das denselben
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie die in Richtung
der Pinole liegenden, die relative Position von Werkstück
und Meßkopf bestimmenden tragenden Bauteile der
Koordinatenmeßmaschine.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 in der Verwendung bei
einer Koordinatenmeßmaschine, bestehend aus einem das
auszumessende Werkstück tragenden Grundbett sowie aus zwei
eine Traverse tragenden Stützen als tragende Bauteile,
wobei die Traverse eine Pinole trägt, an deren Ende ein
Meßkopf mit wenigstens einem Taster angeordnet ist, bei der
der Tastkopf mit Taster in den drei Koordinatenrichtungen
(X, Y und Z) relativ zum Werkstück meßbar verschiebbar ist,
und bei der ferner für die Ermittlung der Größe der
Verschiebung des Tasters in den einzelnen
Koordinatenrichtungen jeweils mindestens eine
Maßverkörperung und ein relativ zur Maßverkörperung
verschiebbarer Wegaufnehmer vorgesehen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß der zugeordnete Wegaufnehmer (13) oder
die Maßverkörperung (12) mit Hilfe eines Trägers (14) mit
der Pinole (34) verbunden ist oder dem die Pinole tragenden
Schlitten oder einer der Stützen und daß der Träger (14)
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem
Material des Grundbettes (1) entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Traverse
(2) mit Hilfe von Stützen (3) oder der auszumessende Körper
relativ zum Meßkopf (32) mit Hilfe eines Schlittens (36)
längs des Grundbettes (1) verschiebbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (5) oder die
Maßverkörperung (50) mit Hilfe eines Trägers (10) mit einer
der Stützen oder mit dem Schlitten (36) verbunden ist und
daß der Träger (10) denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist wie das den Schlitten (36) tragende Grundbett (1).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944409148 DE4409148C3 (de) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Vorrichtung zur Längenmessung |
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DE19944409148 DE4409148C3 (de) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Vorrichtung zur Längenmessung |
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DE4409148C2 true DE4409148C2 (de) | 1997-07-31 |
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ID=6513085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4409148C3 (de) |
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R071 | Expiry of right |