DE19534535C2

DE19534535C2 - Koordinatenmeßmaschine

Info

Publication number: DE19534535C2
Application number: DE19534535A
Authority: DE
Inventors: Winfried Fugmann
Original assignee: Leitz Messtecknik GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2015-09-19
Also published as: EP0763708A2; DE19534535A1; EP0763708B1; US5909939A; EP0763708A3; DE59609743D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Koordinatenmeßmaschine.

Zum Anfahren eines Meßpunktes, beispielsweise auf einem Werkstück, in den kartesischen Koordinatenrichtungen bestehen die sogenannten 3-D-Koordinatenmeßmaschinen aus einem Stativ, dem Tastsystem, einer vorzugsweise separat angeordneten Versorgungs- und Steuereinheit und einem Aus werterechner. Das Stativ hat die Aufgabe, das Tastsystem relativ zum Werkstück meßbar zu bewegen. Diese Aufgabe wird nach dem Stand der Technik durch drei senkrecht aufeinan derstehende Linearachsen gelöst, von denen entweder zwei bei Koordinatenmeßmaschinen mit bewegtem Meßtisch oder drei bei Koordinatenmeßmaschinen mit feststehendem Meßtisch meß technisch und konstruktiv aufeinander aufbauen.

Das Werkstück läßt sich aber auch, wie in der DE-OS 44 03 901 A1 beschrieben worden ist, mit einem Gerät antasten, das von einem Gelenkarm-Roboter abgeleitet ist.

Die bekannten Bewegungsmittel einer Koordinatenmeßma schine nach der eingangs beschriebenen Art sind aufwendig. Denn jede Achse für die Verschiebung des Tastkopfes in ei ner Koordinatenrichtung enthält einen Antrieb, ein Maß stabsystem und eine Führung. Die Aufgabe der Führung ist es, Geradheits- und rotatorische Abweichungen bei Verschie bung des Tasters zu verhindern oder reproduzierbar und da mit maschinenbedingt korrigierbar zu gestalten, und zwar mit einer sehr hohen Genauigkeit und unter allen zulässigen Temperatur- und Belastungsbedingungen. Beispielsweise muß bei einer Koordinatenmeßmaschine in Portalbauweise mit ei ner Meßlänge von einem Meter in allen drei Achsen die rota torische Führungsgenauigkeit jeder Achse weit unter 0,5 Se kunden liegen, um eine Meßgenauigkeit im Bereich von 2 µm erreichen zu können. Aufgrund dieser Anforderungen liegt der größte Teil der Herstellungskosten einer Achse der Ko ordinatenmeßmaschine in der Führung und nicht im Antrieb oder dem Maßstabsystem.

Mit den verfügbaren Meßmitteln ist bei den bekannten Koordinatenmeßmaschinen die Aufnahme von rotatorischen Ab lauffehlern nur bis zu einer Genauigkeit von etwa 0,3 Se kunden möglich. Andererseits können Positionsfehler bis zu einer Genauigkeit von etwa 0,5 µm gemessen werden. Bei ei ner Koordinatenmeßmaschine mit großem Meßvolumen wird daher die erreichbare geometrische Genauigkeit oft durch die Auf nahmegenauigkeit der rotatorischen Abweichungen begrenzt.

Bei den bekannten Koordinatenmeßmaschinen mit ruhendem Meßtisch bauen alle drei Achsen, das heißt die X-, Y- und Z-Achse bei der Verschiebung des Tastkopfes aufeinander auf, das heißt, alle Elemente der dritten Achse (Z-Achse) müssen von der zweiten Achse (Y-Achse) mitbewegt werden, und alle Elemente der zweiten Achse (Y-Achse) und der dritten Achse (Z-Achse) müssen von der ersten Achse (X- Achse) mitbewegt werden.

Bei Meßmaschinen mit bewegtem Meßtisch bauen nur zwei Achsen, nämlich die Y- und die Z-Achse, aufeinander auf, zusätzlich muß jedoch das Werkstück mit Hilfe des das Werk stück tragenden Tisches in der X-Achse bewegt werden.

In beiden Fällen sind bei den Koordinatenmeßmaschinen, welche den Tastkopf in den kartesischen Koordinatenrich tungen verschieben, große Massen zu bewegen, was eine Koordinatenmeßmaschine konventioneller Bauweise teuer und langsam macht.

Die drei linearen Achsen einer zum Stand der Technik gehörenden Koordinatenmeßmaschine ermöglichen es jedoch, mit einer relativ einfachen Steuerung eine zu sich selbst parallele Verschiebung des Tastkopfes zu erreichen. Soll, wie etwa bei optischer Antastung oder auch bei bestimmten mechanischen Meßaufgaben der Tastkopf gedreht werden, so ist eine Dreh-Schwenkeinrichtung erforderlich, die zusätz liche Ungenauigkeiten, Kosten- und Steuerungsaufwand verur sacht, auch wenn oft nur ein geringer Schwenkbereich wirk lich erforderlich ist.

Jede Linearachse einer Koordinatenmeßmaschine erfor dert eine sorgfältige Paralleljustage von Führung, Antrieb und Maßstab sowie Hilfskonstruktionen, wie etwa einen Schutz der Führungsflächen gegen Verschmutzung, ferner rei bungsarme Schlauch- und Kabelführungen.

Die Gelenkarm-Meßmaschinen nach der DE-OS 44 03 901 A1 haben keine Linearachsen und vermeiden damit einen Teil des vorgenannten prinzipbedingten Aufwandes. Jedoch bauen auch bei dieser Bauart alle Achsen aufeinander auf, was zu rela tiv großen zu bewegenden Massen führt, insbesondere wenn ein aufwendiger Tastkopf eingesetzt werden soll. Thermische oder durch Lastwechsel bedingte Verbiegungen der Arme wir ken sich auf die Genauigkeit der Messung aus. Die Auflösung verfügbarer Drehgeber ist für eine Genauigkeit im µm- Bereich nicht ausreichend. Koordinatenmeßmaschinen in Gelenkarm-Bauart sind hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit daher noch weit von den beschriebenen Koordinatenmeßmaschi nen konventioneller Bauart entfernt.

Koordinatenmeßmaschinen müssen regelmäßig überprüft werden, um die Einhaltung der spezifizierten Genauigkeit nachzuweisen. Hierfür können kalibrierte Prüfkörper benutzt werden, beispielsweise Endmaße oder Kugelplatten. Es ist aber auch möglich, durch ein unabhängiges Meßsystem die Position des Tastkopfes zu überprüfen.

Um die Richtigkeit der Koordinaten des angetasteten Meßpunktes bestätigt zu erhalten, ist es aus der DD 141 061 bekannt, den Tastkopf in bekannter Weise koordinatenmäßig zu verschieben, mit dem Tastkopf jedoch zusätzlich, sozusagen zur Kontrolle, um feste Punkte neigbare Stangen vorzusehen, deren freie Enden mit dem Tastkopf allseitig drehbar verbunden sind, und die Stangen in ihrer Länge meßbar verstellbar auszubilden. Wird der Tastkopf maschi nell nach den vorgegebenen kartesischen Koordinaten verschoben, kann man durch Messung der Längen der auszieh baren Stangen des Kontrollsystems prüfen, ob Meß- und/oder Verschiebefehler vorliegen, indem man aus den Längenände rungen der Stangen die Lage des angetasteten Meßpunktes ein zweites Mal berechnet und Einstellwert und Meßwert mitein ander vergleicht. Bei dieser Ausbildung läßt sich nur ver muten, welcher der beiden Werte der richtige Wert ist, oder es kann ein Mittelwert aus den beiden Werten gebildet wer den.

Diese Ausbildung ist sehr aufwendig, da sie neben der Koordinatenmeßmaschine eine zusätzliche Meßeinrichtung als Kontrollsystem erfordert.

Ein entsprechendes Kontrollverfahren wird gemäß der DE 35 04 464 C1 für die Ermittlung der Positioniergenauig keit einer Werkzeugaufnahme vorgenommen, bei der das Werkzeug durch einen Roboter verfahren wird. Dieses Kontrollgerät ist als transportables Gerät ausgebildet.

Der Industrieroboter gemäß dieser Druckschrift bewegt ein Werkzeug koordinatenmäßig. Um vor Beginn der Bearbei tung des Werkstückes eine genaue Ausgangsposition für das Werkstück zu erhalten, wird die Lage des Meßkopfes bezie hungsweise des Werkstückhalters mit Bezug auf die Grund platte ein für allemal festgelegt. Dies hat den Nachteil, daß räumlich nur sehr eingeschränkt gearbeitet werden kann.

Darüber hinaus ist gemäß dem Stand der Technik (Zeit schrift "Schweizer Maschinenmarkt" Nr. 17/1995, Seiten 26 bis 29) eine Werkzeugmaschine in Hexapodenbauweise bekannt, bei der der Arbeitstisch für die Werkstückaufnahme inte griert ist, derart, daß sich der Arbeitstisch innerhalb der Anlenkpunkte der Hexapodenbeine an der Grundplatte befin det.

Diese Werkzeugmaschine hat den Nachteil, daß das Werk stück in dem von den Beinen umschlossenen Raum angeordnet wird. Hierdurch ist beispielsweise eine seitliche Antastung des Werkstückes nicht möglich. Darüber hinaus ist die An ordnung sehr schwerer Werkstücke auf dem Arbeitstisch in dem von den Beinen umschlossenen Raum sehr schwierig.

Weiterhin ist gemäß dem Stand der Technik (Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft", Mai 1991, Seiten 18 bis 22) ein Hexapod-Teleskop bekannt. Durch Veränderung der Längen der Tragbeine und damit ihrer Neigungswinkel kann man sechs Freiheitsgrade realisieren und den Spiegel beliebig bewe gen. Auch dieses Teleskop in Hexapodbauweise ist nicht außerhalb des Radius der auf einer Grundplatte angelenkten Tragbeine beweglich, so daß auch hier nur eine räumlich sehr stark eingeschränkte Funktion vorliegt.

Gemäß einer weiteren Druckschrift (DE 42 18 984 A1) ist ein Positioniersystem für optische Prüfgeräte bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird eine Basisplatte und ein Prüflings- und/oder Meßeinrichtungsträger über sechs gleichartige, unabhängig voneinander in ihrer Länge vari ierbare Stützen miteinander verbunden, wobei die Stützen beider Platten gelenkartig angeschlossen und zueinander geneigt sind.

Gemäß dieser Druckschrift ist ein Arbeiten oberhalb des von den Stützen umschlossenen Raumes vorgesehen. Dieser Arbeitsraum befindet sich im wesentlichen über dem von den Stützen umschlossenen Raum. Auch hier ist wiederum eine relativ große räumliche Einschränkung vorhanden.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Koordinatenmeßmaschine anzugeben, wel che von ihrem Grundaufbau einfach und preiswert herstellbar ist, darüber hinaus jedoch die gewünschte Meßgenauigkeit und -geschwindigkeit gewährleistet und insbesondere auch schwierig erreichbare Meßpunkte leicht antasten läßt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß der Tastkopf an einem pinolenartigen Aus leger angeordnet ist, und der den Tastkopf tragende Ausle ger aus dem von den Beinen und dem Körper gebildeten Raum hinausweist, ist das Meßvolumen der erfindungsgemäßen Koor dinatenmeßmaschine erheblich erweitert.

Zum einen ist es mit Hilfe des Auslegers überhaupt möglich, eine seitliche Antastung eines Werkstückes durch zuführen.

Zum anderen ist es möglich, auch sehr schwere Werk stücke in dem Meßvolumen anzuordnen, welches außerhalb des von den Beinen und dem Körper gebildeten Raum angeordnet ist.

Weiterhin hat das erfindungsgemäße Koordinatenmeßgerät den Vorteil, daß dadurch, daß die Aufnahme für das Werk stück außerhalb des von den Beinen und dem Körper gebilde ten Raumes angeordnet ist, eine ungehinderte manuelle oder automatische Beschickung mit Werkstücken möglich ist.

Darüber hinaus kann der Antastpunkt vom Bediener des Koordinatenmeßgerätes bei einem neuen Meßlauf aus sehr kur zer Entfernung beobachtet werden.

Dadurch, daß das aus der DD 141 061 an sich bekannte Prinzip der Kontrollmessung erfindungsgemäß dazu verwendet wird, den Tastkopf zu tragen und meßgenau zu bewegen, kann, wie gefunden wurde, die bisherige, aus den genannten Grün den aufwendige Standard-Koordinatenmeßmaschine des Tast kopfes vollkommen entfallen, insbesondere da der Tastkopf gewichtsmäßig relativ leicht ist und deshalb zu seiner ex akten Verschiebung nicht des massigen Aufbaus der bisheri gen Koordinatenmeßmaschine bedarf.

Dadurch, daß jetzt der Tastkopf von einem Körper ge tragen wird, der als gewichtsmäßig relativ leichtes Rah mengestell ausgebildet sein kann, und vorteilhaft wenig stens ein Punkt des Körpers mittels in der Länge und/oder den Winkeln verstellbarer Beine in vorgegebenen Fixpunkten mit der das Werkstück tragenden Grundplatte gelenkig ver bunden ist, ist es möglich, den vom Körper getragenen Tast kopf im Meßbereich der Koordinatenmeßmaschine beispiels weise allein durch Veränderung der Länge der Beine an jeden beliebigen Ort zu fahren. Aus der gemessenen Länge der Bei ne kann ein Rechner leicht die Position der Tastspitze des Tastkopfes ermitteln und in kartesischen Koordinaten angeben.

Ein starrer Körper im Raum besitzt sechs Freiheits grade, nämlich drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade.

Um die Lage des Tastkopfes eindeutig festzulegen, sind da her sechs einschränkende Bedingungen notwendig.

Deshalb hat es sich als vorteilhaft erwiesen, sechs Beine vorzusehen, von denen jedoch nicht alle in ihrer Länge verstellbar sein müssen. Mindestens drei der Beine müssen aber gelenkig und längenverstellbar sein.

Die Beine brauchen im Ausgangszustand nicht gleiche Länge aufzuweisen. Vorteilhaft wird man die Beine jedoch in gleicher Bauart ausbilden, um diese in Serienfertigung her stellen zu können.

Sechs Beine lassen sich in bekannter Weise in einer Hexapoden-Bauart anordnen.

Regelmäßige Hexapoden-Bauarten sind grundsätzlich aus den Veröffentlichungen der Zeitschrift "Spektrum der Wis senschaft" vom Mai 1991, Seiten 18 bis 22 sowie aus der Zeitschrift "Schweizer Maschinenmarkt", Nr. 17/1995, Seiten 26 bis 29 bekannt. Bei derartigen auf einer Grundplatte und einer starren Gehäusekonstruktion in Leichtbauweise aufbau enden Körpern geht man davon aus, daß ein Dreieck und die darauf basierenden Körper, zum Beispiel Tetraeder, Oktaeder oder Ikosaeder, dann, wenn sie nur an den Ecken belastet werden, die größte Steifigkeit aufweisen. Demgemäß weist die in der Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft" vom Mai 1991 vorgesehene Hexapoden-Bauart sechs regelmäßig angeord nete Beine auf, welche dazu dienen, den Hauptspiegel eines Spiegelteleskopes für astronomische Zwecke zu tragen und der Erddrehung nachzuführen. Dieser geplante Spiegel soll wenigstens einen Durchmesser von 12 m aufweisen und ist deshalb gewichtsmäßig sehr schwer. Die für seine Lagerung vorgesehene Hexapoden-Bauart ist deshalb einzig und allein darauf ausgelegt, einen gewichtsmäßig schweren Gegenstand zu tragen und nachzuführen.

Dasselbe gilt für die im Maschinenbau angestrebte Technik, die Hexapoden-Bauart bei einer Werkzeugmaschine vorzusehen. Auch hier soll die Hexapoden-Bauart gestatten, große Kräfte auszuüben.

Gemäß der Erfindung wird von den Beinen nur ein rela tiv leichtes Rahmengestell getragen, das seinerseits den Tastkopf trägt. Bei der erfindungsgemäßen Verstellung des Tastkopfes und des mit diesem verbundenen Tasters kommt es deshalb nur darauf an, mit einfachen Mitteln den Taster des Tastkopfes so zu bewegen, daß er mit µm-Genauigkeit auf den Meßpunkt des Werkstückes gefahren wird.

Bei einer Koordinatenmeßmaschine in der erfindungsge mäßen Bauart ist aus den genannten Gründen die Anbringung des Tastkopfes direkt an dem von den Beinen getragenen Rah mengestell nicht erwünscht. Es ist daher der Tastkopf am Ende eines mit dem Rahmengestell starr verbundenen Ausle gers angebracht.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung ist, daß die Grundplatten, die Beine und der den Tastkopf tragende Körper in einem Gehäuse anordbar sind, aus dem der den Meßkopf tragende Ausleger herausragt. Hierdurch wird eine weitestgehende Abschirmung der die Bewegung auslösen den und registrierenden Elemente (Beine) und ihrer Lager gegen Verschmutzung und äußere thermische Einflüsse er reicht.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung ist, daß die Aufnahme für das auszumessende Werkstück außerhalb des von den Beinen beanspruchten Raumes angeord net sein kann, so daß eine ungehinderte manuelle oder auto matische Beschickung des Koordinatenmeßgerätes möglich ist.

Der Bediener kann dann auch, wie es etwa beim Erstellen ei nes neuen Meßlaufes notwendig ist, aus kurzer Entfernung den Antastpunkt beobachten; wäre der Tastkopf, wie aus der Zeitschrift "Schweizer Maschinenmarkt", Nr. 17/1995, Seiten 26 bis 29, für den Werkzeugkopf bekannt, innerhalb des von den Beinen umschlossenen Raumes angeordnet, so wäre dies aus Zugänglichkeits- und Sicherheitsgründen ausgeschlossen. Die an Werkzeugmaschinen gestellte Forderung nach der Aufnahme großer Kräfte, wobei ein Ausleger von Nachteil wäre, besteht bei Koordinatenmeßgeräten nicht, da die beim Antasten ausgeübten Kräfte klein und darüber hinaus meßbar und damit korrigierbar sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläute rung der Wirkungsweise;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Koordina tenmeßmaschine;

Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 sind auf einer Grundplatte (1) in den Punkten (A, B, C) Kugelgelenke (3a, 3b und 3c) vorgesehen, in denen Beine (2a, 2b und 2c) allseitig drehbar gelagert sind. Die Beine (2a, 2b, 2c) laufen in einem Punkt (D) zu sammen oder in seiner unmittelbaren Nähe. Sie sind jeweils gelenkig im Bereich des Punktes (D) miteinander verbunden. Die Beine (2a, 2b, 2c) weisen die Längen L₁, L₂ und L₃ auf.

Wird der Punkt (D), welcher den Tastkopf (6) der Fig. 2 tragen kann, nach (D') verschoben, wandert das Bein (2a) in die Lage (2a'), das Bein (2b) in die Lage (2b') und das Bein (2c) in die Lage (2c'). Damit diese Lageänderung des Punktes (D) nach (D') möglich ist, müssen sich die Längen der Beine (2a, 2b, 2c) ändern. Die Länge L₁ des Beines (2a) ändert sich um den Betrag dL₁, die Länge des Beines (2b) ändert sich um den Betrag dL₂ und die Länge des Beines (2c) ändert sich um den Betrag dL₃.

Diese Längenänderungen der Beine (2a, 2b, 2c) können, wie noch zu zeigen sein wird, bewußt erzeugt werden, um den im Punkt (D) angelenkten Tastkopf (6) nach (D') zu verla gern.

Eine solche Verlagerung kann aber auch grundsätzlich von Hand oder durch andersartige Mittel durchgeführt wer den.

In jedem Fall ist es erforderlich, die Längenänderung der Beine (2a, 2b, 2c) zu erfassen.

Die bei der Verlagerung des Punktes (D) nach (D') erfolgenden Winkeländerungen der Beine in den Anlenkpunkten (A, B, C) auf der Grundplatte (1) oder im Punkt (D) eines Körpers (4) (Fig. 3) sind hierbei dann ohne Bedeutung, wenn die Längenänderungen dL₁, dL₂, dL₃ meßbar sind, da die Lage eines jeden Punktes im Raum durch drei Koordinaten bestimmt wird, hier also durch die Längen der Beine (2a, 2b, 2c) in ihrer Ausgangslage in den Punkten (A, B und C) auf der Grundplatte (1) und bei Verlagerung des Punktes (D) nach (D').

Anstelle der Längenänderungen können aber auch Winkeländerungen der Beine zur Grundplatte für die Bestimmung der Lageänderung des Punktes (D) nach (D') verwendet werden.

Gemäß Fig. 3 sind die Beine, wie für das Bein (2a) ge zeigt, ausfahrbar ausgebildet. Auf der Grundplatte (1) ist im Punkt (A) mittels eines Kugelgelenks (25) das Bein (2a) allseitig schwenkbar gelagert. Das Bein besteht aus einem zylinderförmigen Teil (26), in dem ein Kolben (27) ver schiebbar gelagert ist. Der Kolben (27) trägt eine Kolben stange (28). Die Kolbenstange (28) ist mittels eines Kugel gelenks (29) an dem noch zu beschreibenden Körper (4) der Fig. 2 befestigt. Der Körper (4) kann, so wie es für den Punkt (D) in Fig. 1 gezeigt wurde, in den drei kartesischen Koordinatenrichtungen verschoben werden. Das Bein (2a) än dert hierbei seine Winkelneigung zur Grundplatte (1) und auch zum Körper (4) (Fig. 1), außerdem aber auch seine Länge L₁ mit Bezug auf die Mittelpunkte der Kugeln (25 und 29) der Kugelgelenke in den Punkten (A und D).

Beispielsweise mit Hilfe eines Hydraulikmittels, wel ches über die Leitung (30) in den zylinderförmigen Teil (26) gedrückt wird, kann die Längenänderung des Beines (2a) gesteuert werden und damit die Verlagerung des Körpers (4).

Eine Lagerung und Steuerung des Beines (2a), wie in Fig. 3 beschrieben, ist für jedes der drei Beine (2a, 2b und 2c) der Fig. 1 vorgesehen.

Um die Größe der Längenänderung des Beines (2a) aus einer Normalstellung heraus zu erfassen, trägt der zylin derförmige Teil (26) einen Maßstab (31). Auf dem Maßstab (31) kann mittels eines Ableseindex (32), welcher über eine Stange (33) mit der Kolbenstange (28) im Punkt (E) verbun den ist, die Längenänderung des Beines (2a) abgelesen wer den. Die Ausfahrgröße der Kolbenstange (28) und damit die Längenänderung dL₁ des Beines (2a) entspricht der Verschie bungsgröße des Kolbens (27) und damit der Kolbenstange (28) des Körpers (4) im Anlenkpunkt des Kugelgelenks (29).

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Erfassung der Längenänderung dL₁ kann mit modernen Mitteln sensorisch er folgen und beispielsweise als Wert in eine nicht darge stellte Meß- und Steuereinrichtung eingegeben werden.

Für jedes der drei Beine (2a, 2b, 2c) ist in der Fig. 1 eine entsprechende Einrichtung vorgesehen.

Aus den gemessenen Längenänderungen der Beine (2a, 2b, 2c) kann damit die Lage des Punktes (D) rechnerisch ermit telt werden oder umgekehrt durch Steuerungsmittel, welche die Kolben (26) geeignet verschieben, ein bestimmter Punkt, in Fig. 1 zum Beispiel der Punkt (D'), angefahren werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Koordinaten meßmaschine, bei dem auf der Grundplatte (1) sechs Beine (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) vorgesehen sind. Je zwei Beine sind in dem Bereich der Punkte (A', B', C') auf der Grund platte (1) in benachbarten Kugelgelenken, wie in Fig. 3 für das Bein (2a) dargestellt, angeordnet. Die Lager je zweier Beine liegen dicht beieinander, was jedoch nicht zwingend ist. Von jedem Punktbereich (A', B', C') geht damit ein Beinpaar (2a, 2b; 2c, 2d; 2e, 2f) aus. Eines der Beine jedes Paares ist zu einem Eckbereich (A") des Körpers (4) geführt, das andere Bein (2b) des Paares zum Eckbereich (B") des Körpers (4). Die im Bereich (B') gelagerten Beine (2c und 2d) sind derart angeordnet, daß das Bein (2c) im Bereich des Punktes (B") mit dem Körper (4) verbunden ist und das Bein (2d) im Bereich des Punktes (C") mit diesem Körper.

Eine entsprechende Anordnung ist für das Beinpaar (2e, 2f) getroffen, indem eines der Beine, nämlich das Bein (2e), mit dem Körper (4) im Bereich des Punktes (C") ver bunden ist und das andere Bein (2f) mit dem Körper (4) im Bereich des Punktes (A").

Der Körper (4) bildet ein aus Stangen (35a, 35b und 35c) bestehendes dreieckförmiges Rahmengestell. Die Stangen (35a, 35b, 35c) sind fest miteinander verbunden. Sie tragen einen Ausleger (5), an dem der Tastkopf (6) befestigt ist. Durch Änderung der Länge der Beine (2a bis 2f) kann ein auf der Grundplatte (1) angeordnetes Werkstück (8) in einem Meßpunkt angetastet werden.

Die Längenänderungen dL der Beine (2a bis 2f) werden rechnerisch erfaßt und in die Lage (X, Y, Z) der Tastspitze (6a) umgerechnet sowie zur Steuerung der Bewegung des Kör pers (4) und des Tastkopfes (6) verwendet.

Bei der beschriebenen Ausbildung kommt es im wesentli chen darauf an, daß die Anlenkpunkte der Beine auf der Grundplatte und dem Körper (4) einen konstanten Abstand voneinander aufweisen und stets beibehalten, das heißt, daß sich die Mittelpunkte der Kugeln der Kugelgelenke nicht gegeneinander verschieben. Ferner kommt es darauf an, daß sich die Länge der Beine (2a bis 2f) nicht unkontrollierbar ändert, weil dann ein angeschlossener Rechner eine Fehllage des Punktes (D) und damit der Tastspitze (6a) ermittelt. Die Grundplatte (1) besteht deshalb aus einem thermisch unempfindlichen Material und weist eine Stärke auf, daß Verbiegungen und Längenausdehnungen der Grundplatte (1) ausgeschlossen sind.

Grundsätzlich können aber auch Meßeinrichtungen vorge sehen sein, welche ständig die Lage der Anlenkpunkte der Beine an der Grundplatte (1) im Bereich der Punkte (A', B' und C') kontrollieren und eventuelle Lageabweichungen der art umrechnen, daß an den Meßwerten Korrekturen angebracht werden können. Das gleiche gilt für die in den Bereichen (A", B", C") auf dem Körper (4) angelenkten Beine.

Damit die Bewegungseinrichtung für den Taster, beste hend aus den Beinen (2a bis 2f) und dem Körper (4), nicht verschmutzt und auch gegen thermische Einflüsse weitgehend abgeschirmt ist, kann über dieser Bewegungseinrichtung ein Gehäuse (7) angeordnet sein.

Für Transportzwecke kann die Grundplatte (1) aus meh reren Teilen bestehen, die dann jedoch am Meßort wieder zu sammenzusetzen sind (nicht dargestellt).

Um keine ungewollten Längenänderungen der Beine (2) durch Erschütterungen oder dergleichen zu bewirken, ist die Grundplatte (1) gemäß Fig. 2 auf Dämpfungselementen (9), beispielsweise hydraulisch arbeitenden Stoßdämpfern, an geordnet.

Die Steuerung (nicht dargestellt in Fig. 2) rechnet die Längenänderung der Beine in die vom Bediener gewünsch ten Koordinaten um und ermöglicht damit eine Bewegung des Tastkopfes entlang kartesischer Koordinatenachsen bei Aus lenkung eines Steuerhebels. Der Anschluß an den Aus werterechner erfolgt wie bei konventionellen Koordinaten meßmaschinen.

Die erreichbare Genauigkeit kann durch eine rechneri sche Korrektur der geometrischen Abweichungen gesteigert werden.

Anstelle einer Längenänderung der Beine oder eines der Beine kann aber auch die Ermittlung der Änderung der Winkellage wenigstens eines Beines treten (nicht dargestellt).

Die Koordinatenmeßmaschine kann mit ihren Beinen (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) auf einer Grundplatte (1a) angeordnet werden. Die Grundplatte (1a) ist in senkrechter Lage neben der Grundplatte (1) angeordnet. Das Werkstück (8) ist auf der Grundplatte (1) angeordnet.

Bezugszahlen

1

Grundplatte

1

a Platte

2

Beine

2

a,

2

b,

2

c längenverstellbare Beine

2

a',

2

b',

2

c' geänderte Lagen der Beine (

2

a,

2

b,

2

c)

2

d,

2

e,

2

f längenverstellbare Beine

3

a,

3

b,

3

c Kugelgelenke

4

Körper

5

Ausleger

6

Tastkopf

6

a Tastspitze

7

Gehäuse

8

Werkstück

9

Dämpfungselemente

25

Kugelgelenke

26

zylinderförmiger Teil

27

Kolben

28

Kolbenstange

29

Kugelgelenke

30

Leitung

31

Maßstab

32

Ableseindex

33

Stange

35

a,

35

b,

35

c Stangen
L₁

, L₂

, L₃

Ausgangslängen der Beine (

2

a,

2

b,

2

c)
dL₁

, dL₂

, dL₃

Längenänderungen der Beine (

2

a,

2

b,

2

c)
A, B, C Anlenkpunkte
A', B', C' Anlenkbereiche der Beine auf der Grundplatte (

1

)
A", B", C" Anlenkbereiche der Beine am Körper (

4

)
D Verbindungsstelle der Beine (

2

a,

2

b,

2

c)
D' verlagerter Punkt (D)
E Verbindungspunkt

Claims

1. Koordinatenmeßmaschine mit folgenden Merkmalen:

1. es ist eine Aufnahme für das auszumessende Werkstück vorgesehen sowie ein zur Antastung des Werkstückes be wegbarer Tastkopf,
2. der Tastkopf ist von einem Körper (4) getragen,
3. der Tastkopf (6) ist an einem Ausleger (5) des Körpers (4) angeordnet, wobei der Ausleger (5) nach Art einer Pinole ausgebildet ist, die in einer räumlichen Dimen sion eine wesentlich größere Ausdehnung aufweist als in den beiden anderen räumlichen Dimensionen,
4. der den Tastkopf (6) tragende Ausleger (5) weist aus dem von den Beinen (2a, 2b, 2c) und dem Körper (4) gebildeten Raum heraus,
5. es ist ein Positioniermechanismus für den Tastkopf zur Positionierung des Tastkopfes relativ zur Werkstückauf nahme vorgesehen sowie eine Versorgungs-, Steuer- und Auswerteeinrichtung,
6. der Positioniermechanismus besteht aus an einem Grund gestell (1) an wenigstens drei fest vorgesehenen Anlenkpunkten (A, B, C) allseitig schwenkbar gelagerten Beinen (2a, 2b, 2c), wobei wenigstens drei Beine in ihrer Länge verstellbar sind,
7. die Beine des Positioniermechanismus sind mit ihren freien Enden allseitig schwenkbar an dem den Tastkopf tragenden Körper (4) befestigt,
8. die Länge der wenigstens drei Beine (2a, 2b, 2c) und/ oder ihre Neigungen zum Grundgestell (1) sind meßbar verstellbar.

2. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Positioniermechanismus wenigstens sechs in ihrer Länge verstellbare, den Körper (4) tragende Beine (2a bis 2f) aufweist.

3. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß drei Beinpaare (2a, 2b; 2c, 2d; 2e, 2f) auf dem Grundgestell (1) angelenkt sind, derart, daß die Anlenkpunkte jedes Beinpaares (2a, 2b; 2c, 2d; 2e, 2f) in benachbarten Bereichen (A', B', C') auf dem Grundgestell liegen und am verschiebbaren, den Tastkopf tragenden Körper (4) in Drehpunktbereichen (A", B", C") der Drehpunkt eines Beines eines jeden Paares benachbart zu dem Drehpunkt eines Beines eines Nachbarpaares angeordnet ist.

4. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der von den Beinen (2a bis 2f) getragene Körper (4) aus einem Rahmengestell (35a, 35b, 35c) besteht.

5. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Rahmengestell (35a, 35b, 35c) drei eckförmig ausgebildet ist und die Drehpunktbereiche (A", B", C") der Beine in den Eckpunkten des Rahmengestelles ge lagert sind.

6. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ausleger (5) an einer Ecke des Rah mengestelles (35a, 35b, 35c) vorgesehen ist.

7. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Grundgestell (1) mit der Werkstück aufnahme identisch ist.

8. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das Grundgestell (1) mehrteilig ausgebil det ist.

9. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundgestell (1) auf Dämpfungsele menten (9) angeordnet ist.

10. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundgestell (1) in sich steif und gegen thermische Einflüsse unempfindlich ausgebildet ist.

11. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatenmeßmaschine Sensoren aufweist, welche die Lage der Anlenkpunkte (A', B', C') der Beine auf dem Grundgestell (1) erfassen und Lageänderungen dieser Anlenkpunkte der Steuer- und Auswerteeinrichtung mitteilen.

12. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anlenkungsmittel der Beine (2a bis 2f) auf dem Grundgestell (1) und am Körper (4) reibungsar me, spielfreie Kugelgelenke vorgesehen sind.

13. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelgelenke als Luftlager, hydrau lische Lager, Gleit- oder Wälzlager ausgebildet sind.

14. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anlenkungsmittel der Beine Biege elemente vorgesehen sind.

15. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anlenkungsmittel sowohl Luftlager, hydraulische Lager, Gleit- oder Wälzlager, als auch Biege elemente vorgesehen sind.

16. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundgestell (1), die Beine (2a bis 2f) und der den Tastkopf (6) tragende Körper (4) in einem Gehäuse (7) angeordnet sind, aus dem der den Tastkopf (6) tragende Ausleger (5) herausragt.

17. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beine (2a bis 2f) baugleich sind.

18. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Beine (2a bis 2f) hydrau lisch, pneumatisch oder elektromotorisch mit Hilfe einer Spindel oder eines Linearmotors längenverstellbar ist.

19. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes längenverstellbare Bein ein Maß stabsystem (31, 32) trägt, auf dem die Länge des Beines be zogen auf die Anlenkpunkte an der Grundplatte (1) und am Körper (4) ablesbar oder abtastbar ist.

20. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beine (2a bis 2f) die Ausfahrlänge erfassende Sensoren tragen.

21. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anlenkpunkten der Beine an dem Grundgestell (1) und/oder am Körper (4) Winkelmeßsysteme vorgesehen sind, die die Neigungswinkel der Beine (2a bis 2f) relativ zu dem Grundgestell (1) oder dem Körper (4) er fassen.

22. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beine Belastungs- und/oder Tempera tursensoren tragen.

23. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erfassung der Lage des den Tastkopf (6) tragenden Körpers (4) oder des Tastkopfes selbst ein von den Beinen unabhängiges Meßsystem vorgesehen ist.

24. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Bein in seinem Ausgangs zustand eine andere Länge als die übrigen Beine aufweist.

25. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Beine eine unver änderbare vorgegebene Länge oder Lage aufweist.

26. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkpunkte der Kugelgelenke auf dem Grundgestell (1) versetzbar ausgebildet sind.

27. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Beine tragende Grundgestell (1) in waagerechter, senkrechter oder raumschräger Lage (1a) neben, hinter oder über der Werkstückaufnahme angeordnet ist.

28. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundgestell (1) mit der Werkstück aufnahme über Verbindungselemente starr verbunden ist.

29. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente Teile der Koor dinatenmeßmaschine oder Teile zu anderen Maschinen oder Verbindungselemente zum Aufstellraum, wie dessen Decke, Wände oder dergleichen sind.

30. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundgestell (1) aus mehreren, zu einander in einem Winkel stehenden, starr miteinander ver bundenen Teilen besteht, und daß jedes der Teile wenigstens eines der Beine trägt.

31. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beine paarweise so angeordnet sind, daß ihre Richtungen in einem ausgezeichneten Teil des Meß volumens nahezu ein Orthogonalsystem bilden.

32. Koordinatenmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Meßgenauigkeit eine in der Steuereinrichtung ausgeführte rechnerische Korrektur der Längenmessung der Beine (2) und gegebenenfalls weiterer geometrischer Abweichungen der Meßwerte überlagerbar ist, und daß die Ermittlung der Größe der einzelnen Korrekturen der Abweichungen an den einzelnen Elementen, wie Beinen (2) und/oder Ausleger (5) im Meßbetrieb an einem speziellen Werkstück erfolgt.