EP1498224B1

EP1498224B1 - Trägerkopf

Info

Publication number: EP1498224B1
Application number: EP20040016661
Authority: EP
Inventors: Klaus-Dieter Gellert; Frank Zimmer
Original assignee: Carl Zeiss Fixture Systems GmbH
Current assignee: Fixture Tech Solutions GmbH
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: ES2444638T3; EP1498224A2; EP1498224A3; DE10332423B4; DE10332423A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerkopf für die Aufnahme eines Werkstücks, mit einer Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Trägerkopfes auf einer Trägersäule oder dergleichen eines Halterungssystems und einer Anlagefläche zur Anlage eines Werkstücks, wobei der Trägerkopf aus einem die Befestigungseinrichtung aufweisenden Unterteil und einem die Anlagefläche aufweisenden Oberteil aufgebaut ist, das Oberteil und das Unterteil voneinander trennbar sind und wobei eine Platte vorgesehen ist, die wahlweise zwischen dem Unterteil und dem Oberteil zwischengelegt werden kann.
Ein Halterungssystem, bei dem ein Trägerkopf der eingangs genannt Art Verwendung findet, ist zum Beispiel aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 299 11 395 U1 bekannt. Derartige Halterungssysteme werden beispielsweise in der Automobilindustrie, insbesondere in den Entwicklungs-, Design- und Fertigungsabteilungen zur Vermessung von Karosserieteilen, Fahrzeuginnenverkleidungen und dergleichen eingesetzt. Mittels des Hatterungssystems wird ein zu vermessendes Werkstück in einer definierten Referenzposition gehalten, die vorzugsweise in allen Entwicklungs- und Fertigungsschritten die gleiche ist.
Das aus der DE 299 11 395 U1 bekannte Halterungssystem ist gekennzeichnet durch eine Basisplatte, auf der mehrere Trägersäulen in einer reproduzierbaren Anordnung montierbar sind, wobei auf den Trägersäulen jeweils ein Trägerkopf für die Aufnahme eines Werkstücks angeordnet ist. Der Aufbau dieses Halterungssystems nach dem Baukastenprinzip bietet eine verbesserte Variabilität und eine einfachere Herstellung und Montage des Halterungssystems. Die Trägerktipfe sind mittels Schraubverbindungen austauschbar an den Trägersäulen befestigt, um das Halterungssystem für verschiedene Werkstücke umrüsten zu können.
Ein Trägerkopf mit den eingangs erwähnten Merkmalen geht aus der EP 1 155 782 A2 hervor. Die Anlagefläche dieses bekannten Trägerkopfes ist durch Abstandsstücke in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen verstellbar, wobei zur Höhenverstellung der Anlagefläche zwischen dem Ober- und Unterteil einlegbare, plattenförmige Abstandsstücke dienen. Die Anlagefläche ist an einer Baugruppe ausgebildet, die auf einer Zwischenplatte durch weitere Abstandsstücke in den beiden übrigen Raumrichtungen verstellbar ist.
Während der Abstützung eines Werkstücks durch die mehreren Trägerköpfe des Halterungssystems kann das Werkstück an den freiliegenden Stellen vermessen werden. Um das Werkstück bei Bedarf auch an den Stellen vermessen zu können, an denen es auf einem Trägerkopf aufliegt, wird bei dem herkömmlichen Halterungssystem der entsprechende Trägerkopf entfernt oder durch einen anderen Trägerkopf ersetzt, der einen sogenannten Messluftspalt zwischen sich und dem Werkstück frei lässt, sodass das Werkstück auch in diesem Bereich mit einfachen Messmitteln vermessen werden kann. Das Umrüsten des Trägerkopfes zur Erzeugung eines Messluftspaltes (Messluftposition) und das Wiederherstellen der Referenzposition nach erfolgter Vermessung dieser Stelle sind relativ aufwändig und zeitintensiv, insbesondere da dies für die einzelnen Trägerköpfe nicht gleichzeitig, sondern nacheinander durchgeführt werden muss. Es besteht deshalb Bedarf an einem Halterungssystem bzw. einem Trägerkopf für ein Halterungssystem mit dem schnell und auf einfache Weise zwischen der Referenzposition und der Messluftposition gewechselt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Trägerkopf für die Aufnahme eines Werkstücks bereitzustellen, der ein schnelles und einfaches Wechseln zwischen seiner Referenzposition und seiner Messluftposition ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Trägerkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Trägerkopf für die Aufnahme eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Trägerkopfes auf einer Trägersäule oder dergleichen eines Halterungssystems und einer Anlagefläche zur Anlage eines Werkstücks auf. Ferner ist der Trägerkopf aus einem die Befestigungseinrichtung aufweisenden Unterteil und einem die Anlagefläche aufweisenden Oberteil aufgebaut ist, wobei das Oberteil und das Unterteil voneinander trennbar sind; und außerdem ist eine Platte vorgesehen, die wahlweise zwischen das Unterteil und das Oberteil zwischengelegt werden kann, wobei sich die Anlagefläche des Trägerkopfes bei zwischengelegter Platte in einer Referenzposition zur Kontaktierung des Werkstücks befindet und sich die Anlagefläche des Trägerkopfes ohne zwischengelegte Platte in einer Messluftposition zum Bereitstellen eines vorzugsweise definierten Abstandes zu dem Werkstück befindet. Die Platte ist an einer Halterung, welche an dem Unterteil oder dem Oberteil angebracht ist, derart befestigt, dass sie wahlweise zwischen das Unterteil und das Oberteil eingeschwenkt und ausgeschwenkt werden kann. Die Platte ist damit unverlierbar an dem Trägerkopf angebracht und kann durch eine einfache Schwenkbewegung schnell zwischen Referenzposition und Messluftposition gewechselt werden.
Durch die zweigeteilte und trennbare Ausbildung des Trägerkopfes ist zum einen das die Anlagefläche aufweisende Oberteil des Trägerkopfes austauschbar, ohne dass der gesamte Trägerkopf gewechselt werden muss, und zum anderen kann eine Platte zwischengelegt bzw. entnommen werden, wodurch schnell und auf einfache Weise zwischen einer Referenzposition, in welcher das Werkstück auf der Anlagefläche des Trägerkopfes aufliegt, und einer Messluftposition, in welcher zwischen der Anlagefläche des Trägerkopfes und dem Werkstück ein definierter Abstand (Messluftspaft) vorgesehen ist, um das Werkstück auch an dieser Stelle vermessen zu können, gewechselt werden kann. Durch den schnellen Wechsel zwischen Referenzposition und Messluftposition kann die für die Vermessung des gesamten Werkstücks erforderliche Zeit deutlich reduziert werden.
Um die Reproduzierbarkeit der Position der Anlagefläche des Trägerkopfes bei einem Austausch des die Anlagefläche aufweisenden Oberteils oder einem Wechsel des Trägerkopfes zwischen Referenzposition und Messluftposition zu gewährleisten, weist das Unterteil und/oder das Oberteil des Trägerkopfes vorteilhafterweise eine Positioniereinrichtung auf, mit welcher die Relativposition zwischen dem Unterteil und dem Oberteil festgelegt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anlagefläche des Trägerkopfes verstellbar ausgebildet.
Vorzugsweise weist der Trägerkopf ferner wenigstens einen zu der Anlagefläche öffnenden Kanal auf, der mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, sodass das Werkstück ohne mechanische Spanneinrichtungen oder dergleichen gegen die Anlagefläche des Trägerkopfes gedrückt bzw. gesaugt werden kann.
Ferner kann der Trägerkopf eine Messeinrichtung zum Beispiel in Form einer Messkugel an einer definierten Stelle des Trägerkopfes aufweisen, mit welcher die Position des Trägerkopfes überprüft werden kann.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht eines Halterungssystems zur Aufnahme eines Werkstücks, bei dem der Trägerkopf gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines Trägerkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit getrenntem Oberteil; und
Fig. 3A + 3B: zwei schematische Seitenansichten des Trägerkopfes von Figur 2 in Referenzposition bzw. in Messluftposition zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Trägerkopfes.

In Figur 1 ist zunächst der Aufbau eines Halterungssystems zur Aufnahme eines Werkstücks dargestellt, bei dem vorteilhafterweise ein Trägerkopf der Erfindung eingesetzt werden kann. Anhand der Figuren 2 und 3 werden anschließend der Aufbau und die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Trägerkopfes näher erläutert.
Das Halterungssystem enthält eine Basisplatte 10, die beispielsweise auf einer Grundplatte 12 einer (nicht dargestellten) Koordinatenmesseinrichtung in einer vorbestimmten Position angeordnet ist. Auf der Basisplatte 10 sind mehrere Trägersäulen 14, zum Beispiel in Form von Aluminiumhohlprofilen mit quadratischem Querschnitt, an definierten Positionen reproduzierbar angeordnet. Mit den Bezugszeichen 16 sind verschiedene Querverstrebungen bezeichnet, mit denen die Trägersäulen 14 insbesondere bei einem aufliegenden Werkstück stabilisiert werden sollen. Die Befestigung der Trägersäulen 14 an der Basisplatte 10 ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, weshalb an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Die Erfindung ist insbesondere nicht auf eine spezielle Art der Befestigung der Trägersäulen 14 eingeschränkt; ein Beispiel einer vorteilhaften Befestigung der Trägersäulen 14 auf der Basisplatte 10 ist in der bereits eingangs genannten DE 299 11 395 U1 im Detail beschrieben.
Auf jeder der Trägersäulen 14 ist ein Trägerkopf 18 montiert, beispielsweise mittels Schrauben befestigt. Auf den Anlageflächen (später beschrieben) der Trägerköpfe 18 liegt ein zu vermessendes Werkstück 20 auf. Das Werkstück 20 kann zum Beispiel ein aus Blech gepresstes Karosserieteil oder ein aus einem Kunststofflagenmaterial hergestelltes Formteil sein.
Wie in Figur 1 angedeutet, können die Trägerköpfe 18 ferner wenigstens einen zu ihrer Anlagefläche öffnenden Kanal 22 aufweisen, der an der dem Werkstück 20 abgewandten Seite mit einer Unterdruckquelle (nicht dargestellt) verbindbar ist. Hierzu ist durch den Innenraum der Trägersäule 14 eine Unterdruckleitung geführt, die mit einem Sauganschluss 24 am unteren Endbereich der Trägersäule 14 verbunden ist. Auf diese Weise kann ein zu vermessendes Werkstück 20 mittels Unterdruck an die Anlageflächen der Trägerköpfe 18 verformungsfrei und ohne mechanische Spannvorrichtungen angesaugt werden.
Außerdem können die Anlageflächen der Trägerköpfe 18 mit einem vorstehenden Dorn 26 oder dergleichen versehen sein, der in eine entsprechende Bohrung oder Ausnehmung in dem zu vermessenden Werkstück 20 eingreift.
Wie in der perspektivischen Darstellung von Figur 2 gezeigt, ist der Trägerkopf 18 gemäß der Erfindung aus einem Unterteil 28 und einem Oberteil 30 aufgebaut. Während das Oberteil 30 des Trägerkopfes 18 insbesondere die Anlagefläche zur Aufnahme des Werkstücks 20 aufweist, ist das Unterteil mit einer Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Trägerkopfes 18 auf einer Trägersäule 14 versehen. Die Befestigungseinrichtung besteht beispielsweise aus einer Basis 32, in der mehrere Bohrungen 34 ausgebildet sind, die mit Gewindebohrungen in der Oberseite einer Trägersäule 14 fluchten und durch welche Schrauben in die Gewindebohrungen der Trägersäule 14 einschraubbar sind.
Wie in Figur 2 zu erkennen, sind das Unterteil 28 und das Oberteil 30 des Trägerkopfes 18 voneinander trennbar. Auf diese Weise ist zum Beispiel das Oberteil 30 mit der Anlagefläche für das Werkstück 20 auf einfache Weise austauschbar, ohne den gesamten Trägerkopf 18 wechseln zu müssen. Um eine reproduzierbare Positionierung des Oberteils 30 auf dem Unterteil 28 des Trägerkopfes 18 zu gewährleisten, sind sowohl das Oberteil 30 als auch das Unterteil 28 jeweils mit einem Stift 36 bzw. 38 und einer Bohrung (in Figur 2 nicht zu erkennen) versehen. Die Stifte 36, 38 des einen Bauteils von Oberteil 30 und Unterteil 28 passen jeweils in die zugehörige Bohrung des anderen Bauteils von Oberteil 30 und Unterteil 28. Diese Stifte 36, 38 und Bohrungen bilden eine Positioniereinrichtung, mit der die Relativposition zwischen Oberteil 30 und Unterteil 28 des Trägerkopfes 18 verdrehsicher festgelegt ist.
Des Weiteren ist in dem Unterteil 28 des Trägerkopfes 18 quer zu der Bohrung der Positioniereinrichtung ein Bolzen 40 vorgesehen, der in Richtung auf die Bohrung vorgespannt ist und mit einem stirnseitigen Vorsprung versehen ist, der in die Ringnuten 42 des zugehörigen Stiftes 36 an dem Oberteil 30 des Trägerkopfes 18 eingreifen kann, sodass der Stift 36 in der Bohrung lösbar verrastet werden kann. Wie in Figur 2 zu erkennen, weist der Stift 36 des Oberteils 30 des Trägerkopfes 18 zwei beabstandete Ringnuten 42 auf, welche den zwei unterschiedlichen Betriebspositionen (siehe weiter unten) des Trägerkopfes 18 entsprechen.
Weiter ist an dem Oberteil 30 des Trägerkopfes 18 eine Messeinrichtung 44 in Form einer Messkugel angebracht. Mit Hilfe dieser Messkugel 44 können die Positionen der auf den Trägersäulen 14 des Halterungssystems montierten Trägerköpfe 18 eingemessen und überprüft werden.
Des Weiteren weist der Trägerkopf 18 der Erfindung eine Platte 46, eine sogenannte Messluftplatte auf. Diese Platte 46 ist an einer Halterung 48 in Form eines Haltestiftes angebracht, welche an dem Unterteil 28 des Trägerkopfes 18 befestigt ist. Die Befestigung der Halterung 48 an dem Unterteil 28 des Trägerkopfes 18 ist bevorzugt, grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die Halterung an dem Oberteil 30 des Trägerkopfes 18 zu befestigen.
Außerdem ist die Platte 46 an dem Haltestift 48 derart angebracht, dass sie zwischen einer ersten Stellung (links in Figur 2, siehe auch Figur 3A), in der sie zwischen das Unterteil 28 und das Oberteil 30 des Trägerkopfes 18 zwischengelegt ist, und einer zweiten Stellung (rechts in Figur 2, siehe auch Figur 3B), in der sie aus dem Trägerkopf 18 heraus geschwenkt ist, bewegbar ist. Hierzu ist die Platte 46 einerseits längs des Haltestiftes 48 in dessen axialer Richtung verschiebbar und andererseits um den Haltstift 48 mit dem Haltestift als Drehachse drehbar. Die Platte 46 ist außerdem mit zwei Bohrungen 50 versehen, welche den Bohrungen des Unterteils 28 bzw. des Oberteils 30 entsprechen, sodass die Stifte 36, 38 des Unterteils 28 und des Oberteils 30 in der ersten Stellung der Platte 46 auch durch diese Bohrungen 50 der Platte 46 hindurch ragen können und gleichzeitig die Platte 46 in ihrer Position zwischen dem Unterteil 28 und dem Oberteil 30 des Trägerkörpers 18 fixiert ist.
Figur 3A zeigt in einer schematischen Seitenansicht die Platte 46 in ihrer ersten Stellung, in der sie zwischen das Unterteil 28 und das Oberteil 30 des Trägerkörpers 18 zwischengelegt ist. In dieser ersten Stellung der Platte 46 befindet sich der Trägerkörper 18 in seiner Referenzposition, d. h. die Anlagefläche des Oberteils 30 des Trägerkörpers 18 ist mit einem auf das Halterungssystem aufgelegten, zu vermessenden Werkstück 20 in Kontakt.
Soll nun das Werkstück 20 auch in dem Bereich des Trägerkörpers 18 vermessen werden, so wird zwischen dem Trägerkörper 18 und der Unterseite des zu vermessenden Werkstücks 20 ein sogenannter Messluftspalt eingereicht, sodass die Unterseite des Werkstücks für eine gewünschte Messung frei zugänglich ist. Hierzu wird zunächst das Oberteil 30 des Trägerkörpers 18 von dem Unterteil 28 und der Platte 46 abgehoben, dann wird die Platte 46 aus dem Trägerkörper 18 um den Haltestift 48 als Drehachse heraus geschwenkt, und schließlich wird das Oberteil 30 wieder auf das Unterteil 28 des Trägerkörpers 18 aufgesetzt, wie dies in Figur 3B dargestellt ist. In dieser Messluftposition des Trägerkörpers 18 ist die Anlagefläche des Oberteils 30 des Trägerkörpers 18 von der Unterseite des zu vermessenden Werkstücks 20 beabstandet, wobei der so gebildete Messluftabstand 52 entsprechend der Dicke der Platte 46 wohldefiniert ist.
Nach erfolgter Vermessung des Werkstücks 20 im Bereich des Trägerkörpers 18 wird die Platte 46 wieder in ihre erste Stellung zwischen dem Oberteil 30 und dem Unterteil 28 des Trägerkörpers 18 gebracht, indem die oben angeführten Schritte in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Der Trägerkörper 18 befindet sich dann automatisch wieder in seiner definierten Referenzposition (Figur 3A), ohne neu justiert werden zu müssen.
Es ist somit 0schnell und auf einfache Weise möglich, zwischen einer Referenzposition des Trägerkörpers 18 (Figur 3A) und einer Messluftposition des Trägerkörpers 18 (Figur 3B) zu wechseln. Für diesen Wechsel ist kein Austausch des gesamten Trägerkörpers 18 und keine Neujustierung der Position des Trägerkörpers 18 erforderlich; die Referenzposition ist daher ohne großen Zeitaufwand reproduzierbar.
Während die vorliegende Erfindung oben anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels eines Trägerkopfes erläutert worden ist, ist die Erfindung selbstverständlich nicht nur auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Für den Fachmann sind vielmehr verschiedene Abwandlungen und Modifikationen einzelner oder mehrerer Merkmale des beschriebenen Trägerkopfes offensichtlich.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Platte 46 um eine als Haltstift ausgebildete Halterung 48 drehbar angebracht. Es ist aber ebenso denkbar, die Halterung 46 in Form eines Gelenks oder eines Scharniers zu konstruieren, um welches die Platte zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Stellung verschwenkbar gehalten ist. Auch ist die Anzahl der Stifte 36, 38 und Bohrungen der Positioniereinrichtung nicht auf zwei beschränkt; es können beispielsweise auch drei oder mehr Stifte mit entsprechenden Bohrungen vorgesehen sein. Außerdem ist es auch möglich, nur einen Stift mit entsprechender Bohrung vorzusehen, wobei in diesem Fall die Verdrehsicherung der Anordnung in das Zusammenspiel zwischen Stift und Bohrung integriert ist.

Claims

Trägerkopf (18) für die Aufnahme eines Werkstücks (20), mit einer Befestigungseinrichtung (32, 34) zur Befestigung des Trägerkopfes (18) auf einer Trägersäule (14) oder dergleichen eines Halterungssystems und einer Anlagefläche zur Anlage eines Werkstücks (20), wobei der Trägerkopf (18) aus einem die Befestigungseinrichtung aufweisenden Unterteil (28) und einem die Anlagefläche aufweisenden Oberteil (30) aufgebaut ist, das Oberteil und das Unterteil voneinander trennbar sind und wobei eine Platte (46) vorgesehen ist, die wahlweise zwischen das Unterteil (28) und das Oberteil (30) zwischengelegt werden kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platte (46) an einer Halterung (48), welche an dem Unterteil (28) oder dem Oberteil (30) des Trägerkopfes angebracht ist, derart befestigt ist, dass sie wahlweise zwischen dem Unterteil und dem Oberteil eingeschwenkt und ausgeschwenkt werden kann, wobei sich die Anlagefläche des Trägerkopfes (18) bei zwischengelegter Platte in einer Referenzposition zur Kontaktierung des Werkstücks (20) und ohne zwischengelegte Platte in einer Messluftposition im Abstand (52) zu dem Werkstück befindet.
Trägerkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Unterteil (28) und/oder das Oberteil (30) des Trägerkopfes (18) eine Positioniereinrichtung (36, 38) aufweisen, mit welcher die Relativposition zwischen dem Unterteil und dem Oberteil festgelegt ist.
Trägerkopf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlagefläche des Trägerkopfes (18) verstellbar ausgebildet ist.
Trägerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trägerkopf (18) wenigstens einen zu der Anlagefläche öffnenden Kanal (22) aufweist, der mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist.
Trägerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trägerkopf (18) eine Messeinrichtung (44) an einer definierten Stelle des Trägerkopfes aufweist, mit welcher die Position des Trägerkopfes überprüft werden kann.