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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hochgenauen Messung eines
Verzahnungssystems, die die Formen genauer mechanischer Teile misst und
die zum Festlegen solcher Formen oder Gestalten in einem zylindrischen
Koordinatensystem oder einem polaren Koordinatensystem geeignet
ist, wie einem Zahnrad.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Wie
in den
4A und
4B gezeigt
ist, umfassen herkömmliche
Vorrichtungen zur Messung von Zahnrädern, die beim Messen von beispielsweise
der Zahnform der Zahnteilung und des Zahnverlaufs verwendet werden,
einen Drehtisch, der am horizontalen Arm einer Vorrichtung zur dreidimensionalen
Messung angebracht ist, oder eine Modifikation davon (vgl.
DE 101 23 496 A ,
US-A-4 532 715 ,
US-A-4 166 323 ; „Coordinate
Measurement Part 2: Evaluation of Performance of Three-dimensional
Coordinate measuring instrument",
veröffentlicht
von der Japanese Standard Association, JIS B 7440-2: 1997 (ISO 10360-2:
1994)).
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In
der in 4A gezeigten Einrichtung bewegt
sich ein Tisch TX in der X-Richtung
und ist auf einer Basis BS vorgesehen; ein Tisch TZ bewegt sich in
der Z-Richtung und
ist neben dem Tisch TX vorgesehen; ein Tisch TY bewegt sich in der
V-Richtung und ist
neben dem Tisch TZ vorgesehen. Eine Tragestütze CL ist an der Position
vorgesehen, die von einem Messelement P an der Spitze des in V-Richtung beweglichen
Tisches berührt
wird, und unterstützt
die vertikale Achse des zu messenden Objektes W, während es
diesem ein Drehen ermöglicht.
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In
der in 4B gezeigten Einrichtung wird das
zu messende Objekt W auf dem in X-Richtung beweglichen Tisch platziert,
und das Messelement P wird an dem in Z-Richtung beweglichen Tisch TZ auf dem
in V-Richtung beweglichen Tisch angebracht, der auf der Basis BS
vorgesehen ist.
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Jede
der in den 4A und 4B gezeigten
Messvorrichtungen umfasst einen Teil, der das zu messende Objekt
W unterstützt,
und einen Mechanismus, der in drei oder zwei Achsen verfährt, zum Unterstützen des
Messelementes P.
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Gemäß dieser
Gestaltung üben
in den in den 4A und 4B gezeigten
Messvorrichtungen der Teil, der das zu messende Objekt W unterstützt, und
der Mechanismus, der in drei oder zwei Achsen verfährt und
das Messelement P unterstützt,
getrennte Belastungen aus.
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5A und 5B zeigen,
wie der Teil, der das zu messende Objekt W unterstützt, und
der Mechanismus, der in drei oder zwei Achsen verfährt und das
Messelement P unterstützt,
infolge dieser Belastungen verformt werden.
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Folglich
wird die Basis BS von diesen zwei Teilen verzogen, was es erschwert,
den Ursprung und die axiale Richtung des absoluten Koordinationssystems,
zu dem das zu messende Objekt W gehört, mit dem Ursprung und der
axialen Richtung des Koordinatensystems zu korrelieren, wobei das
Messelement P als Bezug genommen wird. Dementsprechend gibt es bei
der Messung des Zahnrads unvermeidliche Fehler, was es unmöglich macht,
die Genauigkeit zu erhöhen.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung wurde nach Betrachtung der der oben beschriebenen Probleme
umgesetzt und zielt darauf ab, eine Vorrichtung zur hochgenauen Messung
eines Verzahnungssystems bereitzustellen, bei der ein Verzug nicht
leicht erfolgt oder sich ausbreitet.
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Um
die obigen Aufgaben zu lösen,
stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur hochgenauen Messung eines
Verzahnungssystems bereit, die eine X-Achse, eine Y-Achse und eine
Z-Achse als Arbeitsachsen hat, welche rechtwinklig zueinander stehen, wobei
die Vorrichtung Mittel zum Bewegen eines zu messenden Objektes parallel
zur Z-Achse sowie Mittel zu dessen Drehung um die Z-Achse und außerdem Mittel
zum Messen der äußeren Gestalt
des zu messenden Objektes hat. Die Vorrichtung umfasst ferner einen
Hauptkörper,
welcher eine Basis hat, die an einer Installationsfläche, an
der die Vorrichtung zur hochgenauen Messung eines Verzahnungssystems
installiert werden soll, befestigt ist; einen in Y-Richtung beweglichen
Tisch, der an der Basis montiert ist und in einer horizontalen Richtung
verfahren kann; und einen an dem in Y-Richtung beweglichen Tisch
(TY) montierten, in X-Richtung beweglichen Tisch, der ein Messelement
unterstützt
und in einer anderen horizontalen Richtung rechtwinklig zu dem in
V-Richtung beweglichen Tisch verfahren kann; ein Gehäuse zum
Unterstützen
des zu messenden Objektes mit einem Abschnitt zum Unterstützen des
zu messenden Objektes und Mitteln zum Bewegen des Abschnittes in
der axialen Z-Richtung und zu dessen Drehung um die Z-Achse, wobei
das zu messende Objekt durch den Abschnitt zum Unterstützen des
zu messenden Objektes getragen ist und das Messelement so positioniert
ist, dass es das zu messende Objekt berühren kann und einen freien
Winkel bezüglich
der Installationsfläche
bildet; und ein Verbindungsteil, welches das Gehäuse zum Unterstützen des
zu messenden Objektes mit dem Hauptkörper in einer solchen Weise
verbinden kann, dass deren Feinjustierung möglich ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche
2 bis 5.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B sind
perspektivische Ansichten einer Ausführungsform dieser Erfindung, aus
zwei diagonalen Richtungen;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der detaillierten Struktur eines Hauptkörpers in
der Ausführungsform
der 1A und 1B;
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3A und 3B sind
perspektivische Ansichten, die die detaillierte Struktur eines Gehäuses zum
Unterstützen
des zu messenden Objektes in der Ausführungsform der 1A und 1B zeigen;
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4A und 4B sind
perspektivische Ansichten eines Beispiels der Gestaltung einer herkömmlichen
Vorrichtung zur hochgenauen Messung eines Zahnrads und
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5A und 5B sind
Darstellungen, die den Verzug in einer herkömmlichen Vorrichtung zur hochgenauen
Messung eines Zahnrads darstellen.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1A und 1B zeigen
eine perspektivische Vorderseitenansicht bzw. eine perspektivische Rückseitenansicht
der äußeren Gestaltung
einer Ausführungsform
dieser Erfindung. Wie in den 1A und 1B gezeigt
ist, sind ein Gehäuse zum
Unterstützen
des zu messenden Objektes und ein Hauptkörper durch Verbindungsteile
verbunden und auf einer horizontalen Grundfläche GR vorgesehen, auf der
die Messvorrichtung installiert ist.
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Der
Hauptkörper
umfasst eine Basis BS, einen in Y-Richtung beweglichen Tisch, der
an der Basis BS montiert ist, und einen an dem in Y-Richtung beweglichen
Tisch montierten, in X-Richtung beweglichen Tisch. Anders ausgedrückt umfaßt der Hauptkörper einen
X-Y-Tisch.
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Das
Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes umfasst eine Spitzenhalterung TS, die
das zu messende Objekt W, wie ein Zahnrad, unterstützt, während sie
dessen Drehung, Anhebung und Absenkung ermöglicht, einen Spitzenhalterungsgestell
MTS, eine torartige Stütze
GC, die das Spitzenhalterungsgestell MTS unterstützt, und ein Stützengestell
MC, das das Gewicht der torartigen Stütze GC aufnimmt.
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Das
Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes umfasst also einen drehbaren Z-Achsenheber.
Das Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes muss so nahe der vertikalen Achse, so
dass es deren Drehung ermöglicht,
vorgesehen werden, so dass die Z-Achse sich nicht neigt und von
Schwerkraft beeinträchtigt
wird. Wenn seine Z-Achse in der vertikalen Richtung ausgerichtet
ist, ist das Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes mit der Basis BS des Hauptkörpers durch
ein Paar justierbarer Verbindungsstangen verbunden und einstückig mit
der Basis sicher getragen.
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Die
Basis BS ist auf der Grundfläche
GR platziert und das Paar Verbindungsstangen CB zu jeder Seite hält die torartige
Stütze
GC des Gehäuses zum
Unterstützen
des zu messenden Objektes. Die obere Fläche der Basis BS ist eine horizontale
Ebene und enthält
eine Nut, die einen Teil eines Y-Achsentragemechanismus DY bildet;
der in Y-Richtung bewegliche Tisch TY kann längs dieser Nut in einer Richtung
innerhalb der horizontalen Ebene verfahren.
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Eine
Nut, die einen Teil eines X-Achsentragemechanismus DX bildet, ist
in der Seitenfläche
des in Y-Richtung beweglichen Tisches gegenüber dem Gehäuse zum Unterstützen des
zu messenden Objektes vorgesehen und unterstützt den in X-Richtung beweglichen
Tisch, der den Messelementmechanismus P mit dem Messelement P umfasst,
während
er dessen Verfahren rechtwinklig zu dem in Y-Richtung beweglichen
Tisch, das heißt,
in der horizontalen Richtung, ermöglicht.
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Das
Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes liegt dem Hauptkörper gegenüber und umfasst die Spitzenhalterung
TS und das Spitzenhalterungsgestell MTS in einer Position, die dem in
X-Richtung beweglichen Tisch gegenüberliegt, um so das zu messende
Objekt W zu unterstützen,
während
es dessen Drehung und Anhebung und Absenkung in einer senkrechten
Richtung (Z-Richtung) ermöglicht.
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Die
Spitzenhalterung TS und das Spitzenhalterungsgestell MTS sind an
der torartigen Stütze
GC montiert, die von dem Stützengestell
MC drehbar getragen ist, so dass sie frei schwingen kann.
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Die
Verbindungsstangen CB verbinden die torartige Stütze GC in einer solchen Weise
sicher mit der Basis BS des Hauptkörpers, dass sie durch Verwendung
ihrer schwingenden Struktur vertikal wird. Da die Verbindungsstangen
CB die Oberseite der Basis BS mit der Oberseite der torartigen Stütze GC verbinden,
sind der Hauptkörper
und das Gehäuse zum
Unterstützen
des zu messenden Objektes in einem einzigen Stück befestigt.
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Entsprechend
dieser Gestaltung unterstützt die
Spitzenhalterung TS das zu messende Objekt W, während es dessen freie Drehung
um eine vertikale Achse ermöglicht;
andererseits ist der Messmechanismus P so angeordnet, dass er dem
zu messenden Objekt W gegenüberliegt,
und ist in einer solchen Weise getragen, dass der in X-Richtung
bewegliche Tisch in X-Richtung bezüglich des in Y-Richtung beweglichen
Tisches und der in Y-Richtung bewegliche Tisch in Y-Richtung bezüglich der
Basis BS verfahren kann.
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Infolgedessen
ist das Messelement P im Hauptkörper
so getragen, dass es in der X- und der Y-Richtung verfahren kann,
und das zu messende Objekt W ist im Gehäuse zum Unterstützen des
zu messenden Objektes so getragen, dass es in der Z-Richtung ansteigen
und absinken und außerdem um
die Z-Achse rotieren kann. Folglich kann das zu messende Objekt
W gemessen werden, während
es längs
der X-, der Y- und der Z-Achse verfahrt und um die Z-Achse rotiert.
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2 zeigt
die Struktur des Hauptkörpers, wobei
der in Y-Richtung bewegliche Tisch, der in der Y-Achsenrichtung
verfahren kann, auf der Basis BS vorgesehen ist, die auf der Grundfläche GR montiert ist.
Ein in X-Richtung beweglicher Tisch ist an einer Seitenfläche des
in Y-Richtung beweglichen Tisches getragen, die einem nicht dargestellten
Gehäuse zum
Unterstützen
des zu messenden Objektes in einer solchen Weise gegenüberliegt,
dass der in X-Richtung bewegliche Tisch in der X-Achsenrichtung
verfahren kann. Der Messelementmechanismus P ist in der Mitte der
Seite des in X-Richtung
beweglichen Tisches vorgesehen, die dem Gehäuse zum Unterstützen des
zu messenden Objektes gegenüberliegt.
Der Messelementmechanismus P weist Teile, einschließlich einer
Sonde, zum Abtasten der äußeren Gestalt
des zu messenden Objektes auf.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist die Struktur des Hauptkörpers in
der Y-Achse symmetrisch; in der X-Achse sind der verhältnismäßig leichte,
in Y-Richtung bewegliche Tisch und der in X-Richtung bewegliche
Tisch asymmetrisch zu der Basis BS angeordnet, die Gesamtstruktur
ist jedoch symmetrisch, wodurch sichergestellt wird, dass ein durch
Asymmetrie verursachter Verzug minimal ist.
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3A und 3B zeigen
die detaillierte Struktur des Gehäuses zum Unterstützen des
zu messenden Objektes. Das zu messende Objekt W ist auf der Spitze
der Oberseite einer Hauptachsenspindel MS platziert und zusätzlich von
der Spitzenhalterung TS getragen, die von dem Spitzenhalterungsgestell
MTS getragen ist. Zum Zeitpunkt der Messung ist das zu messende
Objekt W für
einen Augenblick sicher von der Spitzenhalterung TS nahe der Spitze der
Oberseite der Hauptachsenspindel MS getragen.
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Die
Hauptachsenspindel MS ist auf der Mittellinie des Stützengestells
GC getragen, das wie ein rechteckiger Rahmen gestaltet ist, und
von einem Z-Achsendrehmechanismus DZ drehbar angetrieben, der nahe
des unteren Endes der Hauptachsenspindel MS in dem Stützengestell
GC vorgesehen ist.
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Ein
Anhebe- und Absenkungsmechanismus, der einen Z-Achsentragemechanismus
EZ umfasst, ist mit dem unteren Teil des Z-Achsendrehmechanismus
DZ in der Drehmittellinie der Z-Achse verbunden, um so längs einer
einzigen Achse zu liegen. Der Z-Achsentragemechanismus EZ verwendet
das Stützengestell
GC als einen Tisch und bewegt das Gehäuse zum Unterstützen des
zu messenden Objektes, das aus vier Teilen besteht (dem Z-Achsentragemechanismus
DZ, der Hauptachsenspindel MS, dem zu messenden Objekt W und der
Spitzenhalterung TS), nach oben und nach unten.
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Das
untere Ende der torartigen Stütze
GC weist die Gestalt einer vierseitigen Pyramide auf, wobei die
Laststation LC des unteren Teils der Pyramide das Stützengestell
MC direkt berührt,
um eine Gelenkstruktur zu bilden. Das Stützengestell MC kann gekerbt
sein, wie in den 3A und 3B, oder hervorstehen,
wobei es möglich
ist, eine beliebige Art von Schwenkstruktur zu verwenden, in der
die torartige Stütze
GC an einem einzigen Punkt getragen ist.
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Da
gemäss
den 3A und 3B das
Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes in der Z-Achse symmetrisch ist, ist unwahrscheinlich,
dass es sich verzieht; darüber
hinaus stellt diese Struktur sicher, dass das Gehäuse zum
Unterstützen des
zu messenden Objektes nicht leicht von einer Abweichung zwischen
der ursprünglichen
und der axialen Richtung des absoluten Koordinatensystems, zu dem
das zu messende Objekt W, das den Verzug verursachen würde, gehört, beeinträchtigt wird,
wobei die ursprüngliche
und die axiale Richtung des Koordinatensystems das Messelement P
als einen Bezug nehmen.
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Da
das Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objekts in der Z-Achse symmetrisch ist, wird es
möglich,
die Abweichung zwischen der ursprünglichen und der axialen Richtung
des absoluten Koordinatensystems, zu dem das zu messende Objekt
W gehört,
zu verringern, wobei die ursprüngliche und
die axiale Richtung des Koordinatensystems das Messelement P als
Bezug nehmen, wobei diese Abweichung von Veränderungen der äußeren Gestalt beim
Messen und insbesondere von Wärmeverzug des
Gehäuses
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes aufgrund von Temperaturveränderungen verursacht
wird. Darüber
hinaus ist die Z-Achse, um die das zu messenden Objekt gedreht wird,
mit der Z-Achse identisch, auf der es angehoben und abgesenkt wird,
und das Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes umfasst ein einziges Gehäuse; dementsprechend
gibt es ein Teil weniger, an dem von dem Mechanismus, der die Achse
bildet, ein Fehler entstehen kann.
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Die
Messvorrichtung dieser Erfindung wird zusammengesetzt, indem der
Hauptkörper
und das Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes in den oben beschriebenen Gestaltungen
unter Verwendung der Verbindungsstangen verbunden werden. Die Achse
des in den 3A und 3B gezeigten
Gehäuses
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes ist also mit der Z-Achse gegenüber dem
in 2 gezeigten Hauptkörper ausgerichtet, und in dieser
Position ist das Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes durch die Verbindungsstangen an dem Hauptkörper befestigt. Dementsprechend
sind der Hauptkörper
und das Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes jeweils in vorherbestimmten Anbringzuständen vorgesehen
und zusammen in einem einzigen Stück befestigt.
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Folglich
kann das zu messende Objekt W in einem Zustand gehalten und gemessen
werden, der zum Messen am besten geeignet ist.
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Modifikationen
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform ist
nur ein Paar Verbindungsstangen als Verbindungsmittel vorgesehen,
diese Anzahl kann jedoch erhöht
werden und die Einheitlichkeit aus einem einzigen Stück zwischen
dem Hauptkörper
und dem Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes kann gefördert werden, indem die Verbindungsstangen
näher an
dem an messenden Objekt vorgesehen werden.
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Die
Verbindungsteile selbst können
mit Mechanismen, die die Übertragung
von Wärmeverzug verhindern,
und mit Positionsjustierungsmechanismen versehen sein.
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Wie
oben beschrieben, ist gemäß der Erfindung
ein Hauptkörper,
der als eine X-Basis in X- und Y-Achsen vorliegt, in einem einzigen
Stück durch Verbindungsbalken
an einem Gehäuse
zum Unterstützen
des zu messenden Objektes, das einen drehbaren Z-Achsenheber umfasst, befestigt, wodurch der
von den individuellen Bewegungen der Bestandteile verursachte Verzug
verhindert wird und es möglich
gemacht wird, eine Messvorrichtung mit höherer Genauigkeit bereitzustellen.