DE8915635U1 - Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Positionsmeßeinrichtung

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DE8915635U1
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
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Description

ti
DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 6. März 1989 Pooltioas™eßeinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Positionsmeßeinrichtungen werden insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Relativlage eines Werkzeuges bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstücke eingesetzt.
Bei Meßeinrichtungen mit einer Abtasteinheit, die an einer Hilfeführung geführt ist, die von der Führung der beiden Objekte in Form der Maschinenteile getrennt angebracht ist, ist eine gelenkige Ankopplung an das zu messende Objekt bzw. an einen daran angeordneten Mitnehmer unerläßlich.
15
In der DE-PS 26 11 459 ist eine Positionsmeßeinrichtung beschrieben, bei der eine Abtasteinheit zur Abtaetung der Teilung ein·· Tellungeträgere an einer von der Führung der zu messenden Objekte
unabhängigen Hilfsführung verschiebbar und an einen Mitnehmer über eine in Meßrichtung steife Kupplung gelenkig angekoppelt ist. Der erste Kupplungsteil dieser Kupplung besteht aus einer Planfläche an der Abtasteinheit, die mit einer sphärischen Fläche des zweiten Kupplungsteils am Mitnehmer mittels einer Feöer is stühidigea Konrai'ct ?teht. Bei dieser Ankcpplungsart treten jedoch durch Parallelversatz und Winkelfehler zwischen der Führung der beiden Objekte und der Hilfsführung Relativbewegungen zwischen der Planfläche und der sphärischen Fläche auf, die durch die auftretende Gleitreibung zii einem Verschleiß dieser beiden Kupplungsteile führen und damit Meßungenauigkeiten zur Folge haben, die bei hochpräzisen Positionsmeßeinrichtungen nicht mehr tolerierbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Positionsmeßeinrichtung der genannten Gattung Ver-Schleißerscheinungen zwischen den beiden Kupplungsteilen bei auftretenden gegenseitigen Relativbewegungen und dadurch bedingte Meßungenauigkeiten aufzuschließen.
25' Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch da« Vorsehen wenigstens einer Kugel zwischen den ebenen Platten der beiden Kupplungeteile krfiuö Gleitreibung und damit kein Verschleiß an den beiden Kupplungeteilen aehr auftreten kann, so daß die Meßgenauigkeit und die Meßsicherheit nicht beeinträchtigt werden.
I · · ft t · *
Vorteilheft· Ausbildungen dar Erfindung antnimnt man den UntaranaprQehan.
Auaführunaabaiipiala dar Erfindung werden anhand dar Zeichnung näher erläutert.
Ea zeigen
Figur 1 eine arata Positionsmeßein-
richtung ait siftsr Ärsten Kupplung in ainar teilwaiae geschnittenen Seitenansicht,
Figur 2 die erate Positionsmeßeinrichtung in einer teilweise geschnittenen Draufsicht,
Figur 3 eine zweite Positionsmeßeinrichtung nit einer zweiten Kupplung in einer Seitenansicht in einen Ausschnitt und
tung in einer üraufaicht in 25' Ausschnitt.
In den Figuren 1 und 2 ist eine erate Positionsneßeinrichtung in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht und Draufsicht gezeigt, deren Gehäuse 1 an einem Schlitten 2 einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine in beliebiger Weise befestigt ist. Auf einem Steg 3 im Inneren des Gehäuse« 1 ist mittels einer Klebeschicht 4 ein Teilungsträger 5 angebracht, dessen Teilung 6 von einer Abtasteinheit 7 in beliebiger bekannter Weise abgetastet wird.
Am Bett 8 der Bearbeitungsmaschine ist mittels Sehrauben 9 ein doppelschwertförmiger Mitnehmer 10 befestigt, der durch einen von zwei Dichtlippen 11 verschlossenen Längsschlitz 12 des Gehäuses 1 hindurchgreift und über eine erste Kupplung 13 mit der Abtasteinheit 7 verbunden ist. Die Abtasteinheit 7 ist mittels Rollen 14 auf zwei Oberflächen des Teilungsträgere 5 geführt, die eine von einer Führung 19 des Schlitten 2 bezüglich des Betts 8 unabh*n«i«e Hilfsführuns ?ür die Abt»*teinheit 7 bilden. Der Schlitten 2 und das Bett 8 der Bearbeitungemaschine stellen die beiden Objekte dar, deren Relativlage in Meßrichtung X gemessen werden soll.
Die Kupplung 13 besteht aus einem ersten Kupplungsteil 13a in Form einer an der Abtasteinheit 7 befestigten ersten ebenen Platte und aus einem zweiten Kupplungsteil 13b in Form einer am Mitnehmer 10 befestigten zweiten ebenen Platte; die einander zugewandten Plattenebenen der beiden Platten 13a, 13b aus Hartmetall verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Meßeinrichtung X. Zwischen den beiden pa!r*llele« ?l*ltenahenan der beiden Platten 13a, 13b befindet sich ein dritter Kupplungsteil
25* 13c in Form einer Kugel, die mittels zweier Zugfedern 15 in ständigem Kontakt mit den beiden Plattenebenen steht. Um ein Herausfallen der Kugel 13c durch Maschinenerschütterungen zu verhindern und um die Kugel 13c stets in der richtigen Lage zu halten, wird sie in einem Käfig 13d gehalten, der sich zwischen den beiden Plattenebenen befindet und mittels zweier elastischer Elemente 17 in Form dünner Drähte quer zur Meßrichtung X beweglich gehalten wird, die im Mitnehmer 10 und im Käfig 13d befestigt sind. Die beiden Zugfedern 15 durchsetzen den
• · » · · Ii
Käfig 13d durch Bohrungen 16 und sind im Mitnehmer 10 und in der Abtasteinheit 7 befestigt.
In nicht gezeigter Heise können die beiden elastisehen Elemente 17 auch in der Abtasteinheit 7 und im Käfig 13d befestigt sein. Ferner kann der Käfig 13d auch mittels zweier elastischer Elemente 17 gehalten sein, die endseitig in der Abtasteinheit 7 bzw. im Mitnehmer 10 befestigt und im Mitnehmer 10 bzw. in der Abtasteinheit 7 sowie in ihrer Mitte im Käfig 13d gelagert sind; in diesem Fall müssen die freien Längen der beiden elastischen Elemente 17 zu beiden Seiten des Käfigs 13d gleich sein.
Bei der Meßbewegung der Abtasteinheit 7 bezüglich der Teilung 6 des Teilungsträgers 5 treten durch Parallelversatz und Hinkelfehler zwischen der Führung 19 der beiden Objekte 2, 8 und der Milfsführung für die Abtasteinheit 7 Relativbewegungen zwisehen der Abtasteinheit 7 und dem Mitnehmer 10 und damit zwischen der ersten ebenen Platte 13a und der zweiten ebenen Platte 13b der Kupplung 13 auf, die jedoch zu keinem Verschleiß der beiden Kupplungsteile 13a, 13b durch Gleitreibung führen, da die Kugel 13c frei zwischen den beiden ebenen Platten 13a, 13b rollen kann. Die elastischen Elemente 17 müssen so dimensioniert und der Käfig 13d so ausgebildet sein, daß sie die Rollbewegung der Kugel 13c nicht wesentlich behindern.
In den Figuren 3 und 4 ist in einem Ausschnitt eine zweite Positionsmeßeinrichtung mit einer zweiten Kupplung 23 in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht dargestellt. Diese Kupplung 23 besteht aus einem ersten Kupplungsteil 23a in Form zweier erster ebener Platten, die auf der Vorderseite
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eines Trägerkörpers 24 in einer Ebene angebracht sind, und aus einem zweiten Kupplungsteil 23b in Form zweier am Mitnehmer 10 in einer Eb*me befestigter zweiter ebener Platten; die einander zugewandten Plattenebenen des ersten Plattenpaares 23a und des zweiten Plattenpaares 23b aus Hartmetall verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Meßrichtung X. Zwischen je zwei zusammenwirkenden Platten 23a, 23b befindet sich ein drittes Kupplungsteil 23c in Form einer Kugel, die mittels zweier Zugfedern 25 in ständigem Kontakt mit den beiden zugehörigen Plattenebenen stehen. Die beiden Kugeln 23c mit ihren beiden jeweils zugehörigen Platten 23a, 23b sind zu beiden Seiten der Teilung 6 an den Schmalseiten des Teilungsträgers 5 in Höhe seiner neutralen Ebene 30 angeordnet; die neutrale Ebene 30 verläuft parallel zur Ebene der Teilung 6 durch die Mittelachse (neutrale Faser) des Teilungsträgers 5 in Meßrichtung X.
Um ein Herausfallen der beiden Kugeln 23c durch Maschinenerschütterungen zu vermeidet und um die beiden Kugeln 23c stets in der richtigen Lage zu halten, sind sie in einem gemeinsamen Käfig 23d gehalten, der sich zwischen den vier Platten 2jrd, 23b befindet und mittels zweier elastischer Elemente 27 in Form dünner Drähte quer zur Meßrichtung X beweglich gehalten wird, die endseitig ^ &tgr;&eegr; Mitnehmer 10 befestigt und im Trägerkörper 24 des ersten Kupplungteils 23a sowie in ihrer Mitte im Käfig 23d gelagert sind, so daß bei Relativbewegungen zwischen dem Mitnehmer 10 und der Abtasteinheit 7 bzw. dem Trägerkörper 24 der Käfig 23d den gleichen Weg wie die Kugeln 23c zurücklegt und 5?omit keine Kräfte auf die Kugeln 23c ausübt; die freien Längen der beiden elastischen Elemente 27 sind zu beiden
. III
Seiten des Käfigs 23d gleich. Die vier Zugfedern 25 sind im Mitnehmer 10 und im Trägerkörper 24 des ersten Kupplungsteil 23a befestigt. Der Trägerkörper 24 selbst ist mittels einer Blattfeder 31 als Gelenk mit der Abtasteinheit 7 verbunden; diese Blattfeder 31 verläuft senkrecht zur neutralen Ebene 30 in Meßrichtung X und besitzt somit einen rotatorischen Freiheitsgrad mit einer Drehachse senkrecht zur neutralen Ebene 30. In nicht gezeigter Heise kann der Trägerkörper 24 auch ohne diese Blattfeder 31 starr an der Abtasteinheit 7 befestigt sein.
Die Anordnung der beiden Kugeln 23c in der neutralen Ebene 30 bewirkt zusätzlich, daß bei Verbiegungen des Teilungsträgers 5 mit der außerhalb der neutralen Ebene 30 liegenden Teilung 6 keine Meßungenauigkeiten auftreten.

Claims (10)

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 6. März 1989 Anspräche
1. Positionsmeßeinrichtung zur Messung der
tivl&ge zweier Objekte, bei der die Teilung eines mit dem einen Objekt verbundenen Teilungsträgers von einer Abtasteinheit abgetastet wird, die am anderen Objekt oder an einem daran angebrachten Mitnehmer über eine in Meßrichtung steife Kupplung gelenkig angekoppelt und an einer von der Führung der zu messenden Objekte unabhängigen Hilfeführung verschiebbar ist, und bei der die Kupplung sich kontaktierende Kupplungsteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Kupplungsteil (13a, 23a) mit wenigstens einer ersten ebenen Fläche mit der Abtasteinheit (7) und ein zweites Kupplungsteil (13b, 23b) mit wenigstens einer zweiten ebenen Fläche mit dem Objekt (2) oder mit dem Mitnehmer (10) verbunden sind, daß zwischen dem ersten Kupplungeteil (13a, 23a) und dem zweiten Kupplungsteil (13b, 23b) ein dritten Kupplungsteil (13c, 23c) in Form wenigstens einer Kugel vorgesehen ist und daß die wenigsten· eine Kugel (13c, 23c) mit den quer zur Meßrichtung X verlaufenden ebenen Flächen der beiden Kupplungsteile (13a, 13b, 23a, 23b) in ständigem
Kontakt steht.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Kugel (13c, 23c) durch ein Haltemittel (13d, 23d) in einer bestimmten Lage gehalten ist.
3. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungsteil (13a) in Form einer er&tsm ebenen -Platte starr an der Abtasteinheit (7) und dss zweite Kupplungsteil (13i>< Ie 7cria slaer zweiten ebenen Platte starr am Mitneir-.er (IC) befestigt sind, daß eine Kugel (13c) zwischen de» beiden «benen Platten (13a, 13b) mit denselben mittels Z15.3r.edem- (IS) in ständigem Kontakt steht und daß £-« Haltemittel (13d) für die Kugel il3e) aus einem Käf-g zwischen den beiden ebenen Platten {!■£§., * 3b) besteht, der durch elastische Elemente (17) quer zur Meßrichtung X beweglich gehalten ist.
4. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungeteil (23a) in Form zweier erster ebener Platten über ein Gelenk (31) mit einem rotatoriechen Freiheitagrad mit der Abtasteinheit (7) verbunden und das zweite Kupplungsteil (23b) in Form zweier zweiter ebener Platten starr am Mitnehmer (10) befestigt sind, daß zwei Kugeln (23c) jeweils zwischen zwei ebenen Platten (23 ft* 23b) mit denselben mittels Zugfedern (25) in st&ndigem Kontakt stehen und daß das Haltemittel (23d) für die beiden Kugeln (23c) aus einem gemeinsamen Käfig zwischen den ebenen Platten (23a« 23b) besteht, der durch elastische EIement· (27) quer zur Meßrichtung X beweglich gehalten ist.
1 !«111 » » f
5- Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (31) aus einer Blattfeder besteht, die senkrecht zur Teilung (6) in Meßrichtung X angeordnet ist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (17) aus dünnen Örähten besis&er.. die im Mitnehmer (10) oder in der Abtasteinheit (7) sowie im Käfig (13d) befestigt sind.
7. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. t daß die elastischen Elemente (17) endseitig in der Abtasteinheit (7) bzw. im Mitnehiaer (10) befestigt und im Mitnehmer (10) bzw. in der Abtasteinheit (7) sowie in ihrer Mitte im Käfig (13d) gelagert sind.
8. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (27) endseitig in einem Trägerkörper (24) für die beiden ersten ebenen Platten (23a) bzw. im Mitnehmer (10) befestigt und im Mitnehmer (1-0) bzw. im Trägerkörper (24) sowie in ihrer Mitte in Käfifi (23d) gelagert sind.
9. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Mitnehmer (10) und mit der Abtasteinheit (7) verbundenen elastischen Elemente (17) die gleichen freien Langen zu beiden Seiten des Kifigs (13d) aufweisen.
10. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nit den Mitnehmer (io) und mit dem TrSgerkorper (24)
-11 -
verbundenen elaatischen Elemente (27) die gleichen freien Langren zu beiden Seiten dea Käfige (23d) aufwaiaen.
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