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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Linearführung zum
Verfahren eines Schlittens eines Gerätes entlang einer Richtung.
Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bereits seit
langem bekannt.
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Bei
diesen Verfahren wird üblicherweise
eine oder mehrere fertig bearbeitete Führungsschiene an einer Tragstruktur
oder am Schlitten selbst befestigt. Hierzu muss die Tragstruktur
oder der Schlitten bereits hochgenau für die Aufnahme der Führungsschiene
vorbereitet worden sein, damit im montierten Zustand der Schlitten
weitgehend fehlerfrei entlang der Führung bewegt werden kann. Wird
die Führungsschiene
nicht weitgehend fehlerfrei montiert, treten bei einer Bewegung
des Schlittens entlang der Führungsschiene
Translationsfehler und Rotationsfehler des Schlittens auf. Oftmals
sind noch Justageeinrichtungen vorgesehen, über die die Position der Führungsschiene
nachträglich
korrigiert werden kann.
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Beispielsweise
zeigt die deutsche Offenlegungsschrift
DE 41 15 014 A1 ein Koordinatenmessgerät, bei dem
ein solches Verfahren zum Einsatz kommt. Hierin werden zur Führung der
vertikal ausgerichteten Säule
eines Ständermessgerätes entlang einer
Richtplatte seitlich an der Richtplatte zwei fertig bearbeitete
Führungsschienen übereinander
liegend mit Schrauben an der Richtplatte montiert. Die Schrauben
sind zusätzlich
mit Justierelementen versehen, über
die nachträglich
noch der Abstand der Führungsschienen
von der Richtplatte verändert
werden kann, so dass nachträglich
noch Fehler behoben werden können.
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Solche
Verfahren haben in der Vergangenheit gut funktioniert. Trotzdem
ist festzustellen, dass hierzu ein relativ hoher Aufwand notwendig
ist, um die Führungen
auszurichten. Zum einen mussten sowohl die Führungsschienen hochgenau bearbeitet werden,
wie auch die Tragstruktur oder der Schlitten, an dem die Führungsschiene
befestigt wurde. Zum anderen war trotzdem insbesondere bei längeren Verfahrwegen
entlang der Führungsschiene
zusätzlich
eine aufwändige
nachträgliche
Justage der Führungsschiene
notwendig.
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Hiervon
ausgehend liegt unserer Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung einer Linearführung
zum Verfahren eines Schlittens eines Gerätes entlang einer Richtung
anzugeben, mit dem der Herstellungsaufwand verringert wird.
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Die
Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst durch
folgende Verfahrensschritte:
- – befestigen
wenigstens einer Führungsschiene auf
einer Tragstruktur, gegenüber
der der Schlitten verfahren werden soll oder auf dem zu verfahrenden
Schlitten selbst
- – bearbeiten
wenigstens einer Laufbahn der auf der Tragstruktur oder dem Schlitten
befestigten Führungsschiene
derart, dass eine Bewegung des Schlittens entlang der Führung möglich ist
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Der
Grundgedanke der Erfindung ist hierbei darin zu sehen, dass die
Laufbahn der Führungsschiene
erst dann fertig bearbeitet wird, wenn die Führungsschiene an der Tragstruktur
oder am Schlitten befestigt ist. Hierdurch ergibt sich der besondere Vorteil,
dass hierdurch bei der ohnehin erforderlichen Feinbearbeitung der
Führungsschiene
gleichzeitig die Fehler beseitigt werden, die durch eine fehlerbehaftete
Montage der Führungsschiene
an der Tragstruktur oder am Schlitten entstehen. Es kann also einerseits
auf den Verfahrensschritt verzichtet werden, dass die Tragstruktur
oder der Schlitten durch eine aufwändige Feinbearbeitung für die Aufnahme
der Führungsschiene
vorbereitet wird. Andererseits kann auch, soweit erforderlich, auf
eine nachträgliche
Justage der montierten Führungsschiene verzichtet
werden.
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Eine
Bewegung des Schlittens entlang der Führung ist dann möglich, wenn
der der Führungsschiene
zugeordnete Führungswagen
mit für
die Funktion des Gerätes
hinreichend geringen Abweichungen entlang der Führung bewegt werden kann.
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Zur
Bearbeitung der Führungsschiene
im montierten Zustand wird man die Führungsschiene vorzugsweise
schleifen. Bei größeren Abweichungen der
Führungsschiene
kann zusätzlich
vor dem Schleifvorgang, mit dem die Feinbearbeitung der Führungsschiene
vorgenommen wird, auch ein Fräsvorgang
vorgesehen sein, mit dem auch ein größerer Materialabtrag in relativ
kurzer Zeit möglich
ist. Zusätzlich
können
bei der Fertigbearbeitung auch Flächen angebracht werden, die
für ein
Wegmesssystem oder einen Antrieb benötigt werden.
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Damit
die Fertigbearbeitung der Führungsschiene
im montierten Zustand möglichst
einfach und zügig
erfolgen kann, sollte die Führungsschiene
bereits vor der Befestigung an der Tragstruktur oder an dem Schlitten
so weit wie möglich
fertig gestellt sein. Die Führungsschienen
sollten also beispielsweise bereits gezogen, gerichtet, gehärtet, gebohrt
etc. sein.
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Hinsichtlich
der Befestigung der Führungsschiene
auf der Tragstruktur oder auf dem Schlitten kommen grundsätzlich eine
Vielzahl von Befestigungsverfahren in Betracht. Entscheidend hierbei
ist, dass die Lage der Führungsschiene
im befestigten Zustand gegenüber
der Tragstruktur oder dem Schlitten erhalten bleibt. Die Führungsschiene
kann hierbei beispielsweise über
Schrauben an der Tragstruktur oder am Schlitten befestigt sein.
Es können
aber auch Befestigungstechniken verwendet werden, über die
die Führungsschiene
nicht mehr ohne weiteres gegenüber
der Tragstruktur oder dem Schlitten verändert werden kann. Beispielsweise
kann die Führungsschiene
verklebt werden, festgelötet
werden oder verschweißt
werden. Um die Position vor dem Verlöten oder Verschweißen festzulegen,
kann die Führungsschiene
vorher über
Schrauben in der gewünschten
Position fixiert werden. Die Position kann aber auch während des
Verklebens durch Schrauben fixiert werden, wobei dann die Führungsschiene
zum Befestigen mit der Tragstruktur oder mit dem Schlitten sowohl
verschraubt, wie auch verklebt wird.
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Hinsichtlich
der Führungsschiene,
der Tragstruktur und dem Schlitten sind vielfältige Variationen möglich. Beispielsweise
kann die Führungsschiene
vielfältig
variieren. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine Führungsschiene
handeln, auf der das relativ zu der Führungsschiene bewegliche Teil über Luftlager
beweglich gelagert ist. Es kann sich aber auch um eine Führungsschiene
handeln, bei der die Lagerung über
Rollen oder über
Kugeln, beispielsweise mittels eines Kugelumlaufschuhs, erfolgt.
Besonders vorteilhaft kann als Führungsschiene
eine profilierte Stahlführungsschiene
verwendet werden, die für
zugeordnete Kugelumlaufschuhe vorgesehen ist.
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Die
Führungsschiene
kann so ausgestaltet sein, dass für die betreffende Bewegungsrichtung
nur diese eine Führungsschiene
erforderlich ist. Bei schweren Schlitten können für die betreffende Bewegungsrichtung
aber auch zwei oder mehr parallele Führungsschienen vorgesehen sein.
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Die
Erfindung kann bei praktisch allen Linearachsen bekannter Geräte Einsatz
finden, wie beispielsweise bei Koordinatenmessgeräten oder
auch anderen Geräten,
wie CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen. Dementspechend kann die Tragstruktur und
der Schlitten vielfältig
variieren. Beispielsweise können
alle Linearachsen von Ständermessgeräten entsprechend
hergestellt werden, also die Führungen
zum Verfahren des vertikal ausgerichteten Ständers entlang der Richtplatte,
die Führungen
zum Verfahren des Kreuzschiebers entlang dem Ständer in vertikaler Richtung
oder die Führung
zum Verfahren des horizontal auskragenden Messarms am Kreuzschieber.
Im Falle des Ständers
ist mithin die Richtplatte die Tragstruktur und der Ständer der
Schlitten. Im Falle der beweglichen Lagerung des Kreuzschiebers
ist der Ständer
die Tragstruktur und der Kreuzschieber der Schlitten. Im Falle des
Messarms ist der Kreuzschieber die Tragstruktur und der Messarm
der Schlitten.
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Genauso
kann das Verfahren jedoch auch für
alle anderen Arten von Koordinatenmessgeräten verwendet werden. Beispielsweise
können
bei einem Portalmessgerät
die Führungen
für das
den Messtisch überspannende
Portal, die Führungen
zur Bewegung des X-Schlittens entlang dem Portal oder die Führungen
zur Bewegung der vertikalen Pinole entlang dem X-Schlitten entsprechend
hergestellt werden. Sofern ein beweglicher Messtisch vorgesehen ist,
können
auch die Führungen
zur Bewegung dieses Messtisches entsprechend hergestellt werden.
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In
Abhängigkeit
von der jeweiligen Tragstruktur und dem zugehörigen Schlitten wird die Führungsschiene
entweder an der Tragstruktur oder am Schlitten befestigt. Im Falle
eines Ständermessgerätes beispielsweise
wird für
die Führungen
zur Bewegung des Ständers
die Führungsschiene
an der Richtplatte, also der Tragstruktur befestigt. Im Falle des
horizontal auskragenden Messarms hingegen werden die Führungsschienen
am Messarm, also am Schlitten, befestigt.
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Besonders
vorteilhaft wird die Führungsschiene
an einer Tragstruktur oder einem Schlitten befestigt, das als ein
Kastenprofil hergestellt wurde, welches aus mehreren Blechteilen
zusammengeschweißt
wurde oder welches durch ziehen oder pressen eines Profil hergestellt
wurde. Hierdurch kann die Tragstruktur oder der Schlitten besonders günstig hergestellt
werden.
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Weitere
Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Figuren, in denen das erfindungsgemäße Verfahren rein beispielhaft
für ein Koordinatenmessgerät erläutert wird.
Hierin zeigen:
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1:
Ein Koordinatenmessgerät
mit einer erfindungsgemäß hergestellten
Linearführung
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2:
Teile des Messarms 20 des Koordinatenmessgerätes aus 1
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3:
Schematische Ansicht des Messarms 20 gemäß 2 von
unten
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4:
Diagramm der wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
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1 zeigt
ein Koordinatenmessgerät 30 in Ständerbauweise
bei dem das erfindungsgemäße Verfahren
angewandt wurde. Das Koordinatenmessgerät weist eine Richtplatte 11 auf,
die über
drei Auflagen 9a, 9b und 9c (Auflage 9c ist
nicht sichtbar) in einer dafür
vorgesehenen Versenkung eines Hallenbodens 4 angeordnet
ist, so dass die Oberseite der Richtplatte 11 bündig mit
dem Hallenfußboden
abschließt.
Seitlich der Richtplatte 11 sind hierbei zwei Führungsschienen 14 und 15 befestigt,
an denen ein Ständer 18 über entsprechende
Rollen, die den Führungswagen
bilden, beweglich in der mit x bezeichneten Richtung gelagert ist.
Die Richtplatte 11 übernimmt
in diesem Fall die Funktion der Tragstruktur, an der die Führungsschienen 14 und 15 befestigt sind,
während
der Ständer 18 im
vorliegenden Fall der Schlitten ist, der in x-Richtung beweglich
ist. Die Position des Ständers 18 in
der betreffenden Richtung kann hierbei über einen nicht näher dargestellten
Inkrementalmaßstab
gemessen werden.
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Am
Ständer 18 wiederum
ist ein Kreuzschieber 19 ebenfalls über Führungsschienen in der mit z bezeichneten
Richtung beweglich gelagert, die auf der in 1 nicht
sichtbaren Vorderseite des Ständers 18 in
erfindungsgemäßer Weise
angeordnet sind. Die Tragstruktur ist in diesem Falle der Ständer 18,
an dem ebenfalls die Führungsschienen
befestigt sind, während
der bewegliche Schlitten der Kreuzschieber 19 ist. Die
Position wird ebenfalls über
einen nicht sichtbaren Inkrementalmaßstab festgestellt.
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Am
Kreuzschieber 19 wiederum ist in der mit y bezeichneten
Messrichtung ein horizontal auskragender Messarm 20 beweglich
gelagert, wobei auch dessen Position in der betreffenden Richtung
y über einen
Inkrementalmaßstab
ermittelt wird. Dies wird im folgenden näher anhand der 2 und 3 erläutert werden.
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2 zeigt
hierbei Teile des Messarms 20 des Koordinatenmessgerätes aus 1 in
einer perspektivischen Ansicht, bei der die Unterseite des Messarms 20 sichtbar
ist. Wie hieraus ersichtlich, ist der Messarm 20 aus einem
Kastenprofil hergestellt, das aus mehreren Blechteilen zusammengeschweißt ist.
Auf der Unterseite des Kastenprofils sind, wie dies weiter unten
noch ausführlich
erläutert
werden wird, die Führungsschienen 22 und 23 angeschweißt.
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3 zeigt
hierbei eine rein schematische Darstellung der Unterseite des Messarms 20.
Wie hieraus ersichtlich wirken die Führungsschienen 22, 23 zur
beweglichen Lagerung des Messarms 20 in der y-Richtung
mit Kugelumlaufschuhen 24 und 25 zusammen, die
wiederum auf dem Kreuzschieber 19 (vgl. 1)
befestigt sind. Die Kugelumlaufschuhe bilden hierbei den entlang
der Führungsschienen
beweglich Führungswagen.
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Für die y-Richtung übernimmt
damit also der Kreuzschieber 17 die Funktion der Tragstruktur
während
der Messarm 20 die Funktion des Schlittens übernimmt.
Abweichend zu den Messrichtungen x und z sind die Führungsschienen 22 und 23 für die Messrichtung
x also nicht an der Tragstruktur befestigt, sondern am Schlitten.
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Am
Ende des Messarms 20 (vgl. wieder 1) ist eine
Sensorik 21 befestigt, mit der das nicht näher gezeigte
Werkstück
angetastet werden kann. Aus den Signalen der Sensorik 21 und
den Maßstabswerten
der Schlitten werden dann Messpunkte über einen hier ebenfalls nicht
näher gezeigten
Steuer- und Auswerterechner ermittelt.
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Im
Zusammenhang mit 4 soll nunmehr das erfindungsgemäße Verfahren
erläutert
werden, wie die Führungsschienen 14 und 15 für die x-Richtung,
die nicht sichtbaren Führungsschienen
für die z-Richtung
und die Führungsschienen 22, 23 für die y-Richtung
hergestellt wurden. Gemäß einem
ersten Schritt 27 wird die betreffende Führungsschiene 14 oder 15 in
der betreffenden Messrichtung x auf einer Tragstruktur (hier die
Richtplatte 11) befestigt. Dies geschieht im vorliegenden
Ausführungsbeispiel durch
Anschweißen
der aus Stahl hergestellten Führungsschienen 14 und 15 an
der ebenfalls aus Stahl hergestellten Richtplatte 11. Im
Falle der Führungsschienen 22, 23 werden
die Führungsschienen über einen
Schweißvorgang
am Schlitten (Messarm 20) selbst und nicht an der Tragstruktur
(Kreuzschieber 19) befestigt. In einem nächsten Bearbeitungsschritt, der
mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet ist, werden die Laufbahnen
der Führungsschienen 14, 15, 22 und 23 durch
einen Schleifvorgang so bearbeitet, dass eine Bewegung des Schlittens
entlang der Führung
möglich
ist, wenn der Schlitten bestimmungsgemäß an der Tragstruktur angeordnet
wird. Dies ist im Falle der Führungsschienen 14 und 15 konkret
dann der Fall, wenn die Rollen des Ständers 18 (also der Führungswagen)
mit hinreichend geringen Fehlern entlang der Führungsschienen 14 und 15 bewegt werden
kann. Im Falle der Führungsschienen 22 und 23 ist
dies dann der Fall, wenn die Kugelumlaufschuhe 24 und 25,
die hier den Führungswagen
bilden, mit hinreichend geringen Fehlern entlang der Führungsschienen 22 und 23 bewegt
werden können.