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Die
Erfindung betrifft einen Tisch zum Tragen eines Objektes, wobei
der Tisch in zwei oder mehr vorbestimmte Positionen verkippbar ist.
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Bei
der Analyse oder Herstellung von Teilen, insbesondere denjenigen
mit komplexen 3D-Formen, ist es oftmals erwünscht, entweder das Teil oder
die Vorrichtung, die die Analyse/Herstellung durchführt, so
umzuorientieren, dass das Teil geeigneter analysiert oder hergestellt
werden kann.
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Ein
Weg zum Umorientieren des Teils oder der Vorrichtung besteht darin,
dass dieses bzw. diese an einem verkippbaren Tisch befestigt ist.
Jedoch ist bei vielen Anwendungen eine genaue und wiederholbare
Positionierung des Tisches erforderlich, beispielsweise, wenn der
Tisch mehrere Male zurück
in dieselbe Position gebracht wird. Übliche Bearbeitungskipptische
erlauben keine wiederholbare genaue Umpositionierung. Oftmals besitzen
derartige Tische eine einfache schwenkbare Platte, an der die Anbringung
erfolgt, und einen Winkelmaßstab,
um den Betrag des Verkippens zu zeigen.
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Das
U.S. 4,244,547 beschreibt
ein Theodolithnivelliermittel mit drei separaten Plattformen, die relativ
zueinander bewegbar sind. Das Nivelliersystem von D2 ist ein kontinuierlich
einstellbarer Mechanismus, der keine wiederholbare genaue Umpositionierung
erlaubt.
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Ein
verkippbarer Tisch gemäß der Erfindung umfasst
zwei Elemente, die relativ zueinander bewegbar sind, wobei jedes
Element miteinander zusammenwirkbare Teile umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass die mitein ander zusammenwirkbaren Teile derart angeordnet sind,
dass die beiden Elemente in eine von zwei oder mehr wiederholbaren vorbestimmten
Positionen bewegt werden können, wobei
die miteinander zusammenwirkbaren Teile zusätzlich angeordnet sind, um
(a) ein kinematisches Lager zwischen den zwei Elementen vorzusehen, wenn
die Elemente in einer der beiden oder mehr wiederholbaren vorbestimmten
Positionen angeordnet sind, oder (b) nicht mehr als sechs Kontaktpunkte zwischen
den beiden Elementen vorzusehen, wenn die Elemente in einer der
wiederholbaren vorbestimmten Positionen angeordnet sind, und um
die relative Bewegung der beiden Elemente zu begrenzen.
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Ausführungsformen
der Erfindung ermöglichen
somit das Verkippen der beiden Elemente relativ zueinander in eine
Vielzahl von Positionen, und entweder das kinematische Lager oder
die drei Kontaktpunkte erlauben eine wiederholbare Umpositionierung
in die Positionen.
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Bevorzugt
existieren zwei oder vier Positionen, und die Elemente werden in
einer der zwei oder mehr Positionen durch magnetische Anziehung
gehalten.
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Bevorzugt
bildet der verkippbare Tisch einen Teil einer Maschine, und die
Maschine besitzt einen Aktuator, um den Tisch zu kippen. Der Aktuator
kann ein Solenoid, eine pneumatische oder hydraulische Bewegungsvorrichtung
sein oder kann ein bewegbares Teil der Maschine sein, die als eine
Schubeinrichtung verwendet wird, beispielsweise ein Messtaster oder
ein Schneidwerkzeug.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben,
in welchen:
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1 einen
verkippbaren Tisch zeigt, der an einer Abtastmaschine befestigt
ist;
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2 einen
in zwei Positionen verkippbaren Tisch gemäß der Erfindung zeigt;
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3 und 4 in
vier Positionen verkippbare Tische gemäß noch weiterer zwei Ausführungsformen
der Erfindung zeigen; und
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5 einen
Schnitt entlang der Linie V-V des in vier Positionen verkippbaren
Tisches von 4 zeigt.
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1 zeigt
ein typisches Beispiel einer Anwendung der verkippbaren Tische der
Erfindung, die in den 2 bis 5 gezeigt
sind. Der Tisch 10 wird dazu verwendet, ein Werkstück 6,
beispielsweise einen Zahnabdruck, zu kippen, so dass eine Abtastvorrichtung,
an der der Tisch befestigt ist, dem Profil des gesamten Werkstückes, insbesondere
an Bereichen folgen und dieses aufzeichnen kann, die nicht abgetastet
werden könnten,
wenn das Werkstück
nicht verkippt würde.
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1 zeigt
eine Laserabtastmaschine, jedoch kann jede berührungslose oder berührende Abtast-
oder Koordinatenmessung durch einen verkippbaren Tisch gemäß der Erfindung
unterstützt
werden.
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Gewöhnlich ist
ein Verkippen von etwa 10–15° zwischen
einem Basiselement 30 und einem oberen Element 20 für Zahnabdrücke geeignet,
jedoch ist es mit der Verwendung des verkippbaren Tisches der Erfindung
möglich,
ein Verkippen von 60° oder
mehr zu erhalten.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung. Es ist ein verkippbarer Tisch 10 mit einem
oberen Element 20 und einem Basiselement 30 gezeigt (in
allen Figuren ist das obere Teil nur im Umriss gezeigt, so dass
die Teile darunter deutlicher zu erkennen sind). Diese Elemente
können
im Gebrauch bezüglich
zueinander winkelig umpositioniert werden, so dass eine Umpositionierung
von etwas, das beispielsweise auf dem oberen Element getragen wird, möglich ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
sind zwei V-Blöcke
mit Nuten 32 von der Basis 30 getragen, und zwei
Kugeln 34, die von dem Oberteil 20 getragen sind,
sitzen in den Nuten. Die Kugeln 34 sind an jeder Seite
der jeweiligen V-Nut 32 angeordnet. Diese Kugeln und Nuten
erlauben eine Wankbewegung zwischen zwei durch Anschläge definierten
Positionen. Die Anschläge
sind aus zwei Kugeln 36 und zwei V-Blöcken 38 ausgebildet.
Ein Block und eine Kugel wirken auf jeder Seite der Wankachse, die
zwischen den Mittelpunkten der beiden Kugeln 34 gebildet
ist, zusammen, um das Oberteil in einer der beiden Positionen anzuordnen. 2 zeigt
das Oberteil in einer dieser Positionen. Bei diesem Beispiel sind
die Kugeln 34 und 36 von dem Oberteil getragen,
und die V-Blöcke 38 sind
von der Basis getragen.
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Das
Oberteil wird in einer dieser Positionen, wie unmittelbar oben erwähnt ist,
durch die Anziehung zwischen einem Satz von Magneten 40 und 42 gehalten.
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Aus 2 kann
gesehen werden, dass in einer der beiden gekippten Positionen des
Oberteils diese sechs Kontaktpunkte zwischen dem Oberteil und dem
Unterteil hergestellt werden (zwei für jede der drei Kugeln 34, 34 und 36).
Somit wird eine kinematische Anordnung des Oberteils und der Basis
erreicht.
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Wenn
die Basis 30 fest gesichert ist, dann kann das Oberteil
wiederholt in jeder der beiden Positionen positioniert werden.
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Wenn
zwei (oder mehr) dieser Tische aufeinander angeordnet werden, wobei
ihre jeweiligen Wankachsen versetzt sind, dann besitzt das obere Element
des obersten Tisches vier (oder mehr) schwenkbare Positionen.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform der
Erfindung. In diesem Fall sind das Oberteil und die Basis in vier
Positionen relativ positionierbar. Jede der vier Positionen ist
durch sechs Kontaktpunkte zwischen dem Oberteil 20 und
der Basis 30 definiert. Zwei der Kontaktpunkte werden durch
den Sitz einer Kugel 54',
die von dem Oberteil 20 getragen ist, in einer V-Nut 50' in der Basis
gebildet. Ein anderer Kontaktpunkt wird zwischen der Kugel 54' und einer flachen
Unterlage 56' gebildet,
und weitere drei Kontaktpunkte werden zwischen einer zentralen Kugel 52 und
den drei schräg
gestellten Seiten einer dreieckigen Ausnehmung 58 gebildet.
Somit werden insgesamt sechs Kontaktpunkte in einer von vier möglichen
Kipppositionen des Oberteils 20 relativ zu der Basis 30 erhalten.
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Das
Magnetpaar 40' und 42' hält die gezeigte
Position. In der Figur ist das Oberteil nach links gekippt gezeigt,
so dass die Kugeln 54' in
einer V-Nut 50' und
an einer Unterlage 56' sitzen,
während
die Kugeln 54 nicht in Sitz sind. Es wird aus der Zeichnung
offensichtlich, dass die weiteren drei Kipppositionen erhalten werden
können,
wenn ein anderes Paar von Kugeln 54 an seinen jeweiligen
Nuten 50 und Unterlagen 56 sitzt. Ein Magnetpaar 42, 40 hält diese
Position.
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Die 4 und 5 zeigen
eine weitere Ausführungsform
der Erfindung. 4 zeigt einen Kipptisch 10 in
einer Mittelposition, d.h. nicht in einer seiner Kipppositionen
angeordnet, und 5 ist ein Schnitt entlang der
Linie V-V in 4.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann das Oberteil 20 auf einer Kugel 60 wanken,
die an der Basis 30 befestigt ist. Die Wankbewegung wird
durch den Kontakt von zwei benachbarten Kugeln 54 an der
Basis 30 mit jeweils gegenüberliegenden flachen Kontaktflächen 56 an
dem Oberteil 20 begrenzt. Diese gekippte Position kann
durch die Anziehung eines Paares von Magneten 40/42 beibehalten
werden. Es kann gesehen werden, dass mit dieser Anordnung vier gekippte
Positionen möglich
sind, jedoch zwei oder mehr Positionen erhalten werden können, wenn drei
oder mehr Kugeln/Flachelemente verwendet werden.
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Es
ist eine planare Feder 62 vorgesehen, die in der Richtung
der Wankbewegung flexibel ist, jedoch in ihrer eigenen Ebene relativ
starr ist. Diese relative Starrheit verhindert eine größere laterale
relative Bewegung zwischen dem Oberteil und der Basis 20/30.
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Die
Feder 62 ist an der Basis 30 über zwei Pfosten 64 fixiert
und ist an dem Oberteil 20 durch weitere zwei Posten 66 fixiert.
Die Ausschnitte 68 in der Feder erlauben, dass die begrenzte
Wankbewegung stattfinden kann, in diesem Fall um einen Punkt, der
an dem Mittelpunkt der Kugel 60 angeordnet ist. Die Feder 62 und
andere Teile sehen ein quasi kinematisches Lager zwischen der Basis
und dem Oberteil vor.
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Somit
sieht diese Anordnung drei Kontaktpunkte zwischen dem Oberteil und
der Basis in einer der gekippten Positionen des Tisches vor. Die
Feder 62 verhindert eine relative Rotation des Oberteils
und der Basis wie auch eine laterale parallele Bewegung zwischen
den beiden. Es ist ein Minimum von drei Kontaktpunkten erforderlich,
wobei jedoch auch mehr vorgesehen sein können, beispielsweise Kugeln
und V-Nuten anstelle von Kugeln und Flachstellen. Es müssen nicht
mehr als sechs Kontaktpunkte für
jede gekippte Position des Tisches vorgesehen werden.
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Bei
jeder der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen können die
Tische manuell gekippt werden oder können dadurch gekippt werden,
dass sie durch ein bewegbares Teil der Maschine gedrückt werden,
an dem sie befestigt sind, wobei beispielsweise eine Kontaktsonde
verwendet werden kann, um den Tisch in die gewünschte Kippposition zu drücken. Alternativ
dazu kann irgendein Aktuator verwendet werden, beispielsweise kann
ein Solenoid 5 in 1 mit einem
fixierten Teil der Maschine 4 verbunden werden und kann
das obere Element 20 zwischen zwei Kipppositionen bewegen.
Zwei Aktuatoren können
verwendet werden, wenn vier Kipppositionen erforderlich sind.
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Andere
Varianten und Abwandlungen sind für Fachleute offensichtlich,
wobei beispielsweise die Anordnungskugeln 34, 36, 52 und 54 von
der Basis 30 getragen sein können und die V-Blöcke, Schlitze, Unterlagen
oder die dreieckige Ausnehmung 32, 38, 50, 56 oder 58 von
dem Oberteil 20 getragen sein können. Es müssen weder alle Kugeln von
dem Oberteil oder der Basis getragen sein, noch müssen alle
V-Blöcke,
Schlitze, Unterlagen oder die Ausnehmung von dem Oberteil oder der
Basis getragen sein. Alternativen zu den Kugeln, V-Blöcken, Schlitzen, Unterlagen
und der Ausnehmung sind vorstellbar, beispielsweise kann anstelle
eines V-Blockes
oder -Schlitzes 32, 38, 50 ein Walzenpaar
vorgesehen sein, das wiederum zwei Kontaktpunkte für eine Kugel
ergibt, oder anstelle einer Kugel auf einer flachen Unterlage kann
ein zugespitztes Teil vorgesehen sein. Anstelle einer dreieckigen
Ausnehmung kann eine Gruppe aus drei Kugeln vorgesehen sein. Somit sind
zwei, drei oder vier oder mehr Kipppositionen möglich. Wenn drei Positionen
erforderlich sind, dann kann ein zentraler 2-Punkt-Kontakt, beispielsweise eine
Kugel in einem V-Schlitz, und drei außenliegende 2-Punkt-Kontakte
vorgesehen werden.
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Überdies
erlaubt die Verwendung eines kinematischen Lagers eine wiederholbare
Positionierung durch die Anordnung von Teilen, um allgemein sechs Kontaktpunkte
vorzusehen, die die sechs Freiheitsgrade des Oberteils relativ zu
dem Unterteil begrenzen. Ein derartiges kinematisches Lager ist
manchmal bekannt als ein Boys Lager, und ist beispielsweise beschrieben
in H.J.J. Braddick, "Mechanical
Design of Laboratory Apparatus",
Chapman & Hall,
London, 1960, S. 11–30.
Braddick beschreibt auch ein funktionell gleichwertiges kinematisches
Lager, das manchmal als ein Kelvin-Lager bekannt ist, bei dem die
sechs Kontaktpunkte oder- begrenzungen
mit drei an einem ersten Ort, zwei als einem zweiten beabstandeten
Ort und einem an einem dritten beabstandeten Ort vorgesehen sind.
Die Begriffe "kinematisch", "kinematisch begrenzt" und ähnliche
Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet sind, umfassen Boys-Lager, Kelvin-Lager
und andere kinematische und halb- oder quasikinematische Typen von Lagern.
Ein Beispiel eins quasi-kinematischen Lagers ist ein Kegel und Kugel,
eine V-Nut und Kugel und ein Flachelement und Kugel, wobei das Flachelement
und die V-Nut zwei und einen Kontaktpunkt zwischen ihren jeweiligen
Kugeln vorsehen und der Kegel theoretisch drei (Hochpunkt-) Kontaktpunkte an
seiner Kugel vorsieht.
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Es
sei angemerkt, dass die Ausführungsform der 4 und 5 auch
eine quasi-kinematische Anordnung besitzt, da die planare Feder 62 drei
Freiheitsgrade begrenzt und die Kontaktpunkte die anderen drei begrenzen.
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Die
Erfindung ist durch ihre Anwendung auf einen Werkstückbefestigungstisch
zum Kippen des Werkstückes
dargestellt worden, so dass eine Abtastung all seiner Seiten erfolgen
kann. Jedoch kann die Erfindung eine beliebige Anwendung besitzen,
bei der ein Kippmechanismus verwendbar ist. Auf dem Gebiet der Abtastung
kann dies eine Anwendung sein, bei der ein Werkstück stationär gehalten
wird und ein Teil der Maschine unter Verwendung eines Kipptisches
gemäß der Erfindung
bewegt wird. Somit kann ein Laser in eine der Positionen der oben
erwähnten
Tische gekippt werden, wenn eine Laserabtastung als eine Messtechnik
verwendet wird. Alternativ dazu kann ein Teil des optischen Systems,
beispielsweise ein Spiegel gekippt werden, wenn eine Laserabtastung
verwendet wird. Wenn eine Berührungsabtastung
verwendet wird, dann kann die Abtastsonde unter Verwendung eines
Tisches gemäß der Erfindung
gekippt werden. Wenn eine Analyse vom Kameratyp eines Objektes erforderlich
ist, dann kann der Kipptisch verwendet werden, um das Objekt oder
die Kamera relativ zu dem Objekt zu kippen oder um ein Teil der
Optik des Kamerasystems relativ zu dem Objekt zu kippen.