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WO2011020867A1 - Messvorrichtung und verfahren zum vermessen grosser bauteile - Google Patents

Messvorrichtung und verfahren zum vermessen grosser bauteile Download PDF

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WO2011020867A1
WO2011020867A1 PCT/EP2010/062070 EP2010062070W WO2011020867A1 WO 2011020867 A1 WO2011020867 A1 WO 2011020867A1 EP 2010062070 W EP2010062070 W EP 2010062070W WO 2011020867 A1 WO2011020867 A1 WO 2011020867A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring
component
drive unit
arm
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/062070
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank HÄRTIG
Bernd Kuhfuss
Rudolf Meess
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Bremen
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Federal Government of Germany
Original Assignee
Universitaet Bremen
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Federal Government of Germany
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Bremen, Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie, Federal Government of Germany filed Critical Universitaet Bremen
Publication of WO2011020867A1 publication Critical patent/WO2011020867A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/20—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for measuring large
  • the invention relates to a method for measuring large components with such
  • Such a measuring device is known from DE 36 43 296 A1 or the
  • Measuring device must be transported.
  • the stationary measuring devices must be large enough to accommodate the components can. They usually point next to the three
  • Cartesian basic axes still an integrated round table
  • Measuring devices are therefore very expensive and also the transport of the large component to these measuring devices is associated with correspondingly high cost.
  • DE 36 43 296 A1 and JP 02 151 708 A propose measuring devices which can move along the component and measure the component during this movement. These measuring devices can therefore be made correspondingly small. In this case, the movement of the measuring device on the workpiece in the sense of a feed movement is imperative to a
  • Measuring device for transmitting the driving forces must be formed according stiff and possible slippage during movement the measuring device on the component.
  • From GB 746 586 is a device for measuring the
  • This measuring device is fixed to the component and then measures the involute form of the
  • This measuring device is also small and mobile. But it is only suitable for measuring the
  • the invention is based on the problem, a
  • the measuring device is characterized in that the measuring unit has a passive measuring arm, which has a fixed reference point with respect to the component, and that the drive unit is implementable and fixable on the component and a first drive for the measuring arm, which can be coupled with the measuring arm, and has a second drive with which the drive unit can be moved on the component.
  • the measuring unit has a passive measuring arm, which has a fixed reference point with respect to the component, and that the drive unit is implementable and fixable on the component and a first drive for the measuring arm, which can be coupled with the measuring arm, and has a second drive with which the drive unit can be moved on the component.
  • Method is for solving the problem characterized in that the component is measured in two or more measuring intervals by the drive unit is positioned and fixed to the component for each measurement interval, actuated by the drive unit coupled to the measuring arm by means of the drive unit and thereby measure an area of the component becomes.
  • the basic idea of the invention is that no longer the component too a stationary measuring device, but a small and mobile measuring device is brought to the component. A complex transport of the component is eliminated.
  • the drive for moving the measuring arm on the one hand and the measuring arm on the other hand are decoupled from each other. Accordingly, the measuring arm is itself passive. So he has no own drive organs, which move him during the determination of the measured values. This allows the components of the measuring arm to be manufactured easily and with high precision. Game and other influences at the expense of accuracy can therefore be largely avoided.
  • the drive for the measuring arm is assigned to the drive unit. As a result, the measuring arm is within the due to the dimensions of the drive unit
  • the process of measuring and repositioning the drive unit is repeated until the component is measured. It is meant by “measuring” not only a complete measurement of the component, but rather also individual sections or areas of the component. The extent to which the component is measured depends on the respective component
  • the measuring arm has a fixed reference point relative to the component.
  • This can be a single fixed reference point, which remains unchanged for the measurement of the entire component.
  • different fixed reference points can also be provided. These then apply to one or more measurement intervals. It is only important that the respective position of the reference points is known in advance, in particular with regard to their relative position to each other. Calibration of the measuring device during the measurement of the component or for each measuring interval can therefore be omitted. This also simplifies the measurement of large components.
  • the position of the first and optionally further reference points in the measurement of the component are determined, while the measuring arm is just assigned to the first reference point.
  • the determination of the position then takes place at a measuring interval in which one or more of the further reference points are located in the region which can be reached by the respective position of the drive unit. If not all the reference points can be reached while the measuring arm is assigned to the first reference point, the position of the remaining reference points can take place at a later measuring interval if the measuring arm is assigned to another reference point already known with respect to its position.
  • the reference point to which the measuring arm is currently assigned is referred to as the active reference point in the context of this application.
  • the measuring arm is assigned a feeler for measuring the component.
  • This feeler is preferably by the measuring arm
  • the three-dimensional mobility of the measuring arm is achieved in a particularly simple manner, characterized in that the measuring arm has a rotatable about a first axis turntable on which a telescopic arm is pivotally mounted about a second axis.
  • the second axis is arranged in particular perpendicular to the first axis.
  • the telescopic arm carries at its free end the probe element.
  • the telescopic arm provided with at least one telescopic outer tube, in which a
  • Telescope inner tube is guided in and out.
  • One of these tubes, preferably the telescopic outer tube is pivotable on the
  • Bogie stored while the other tube carries the probe element. Carries the telescopic inner tube, the probe element, the tapered
  • the drive unit has a first drive, by means of which the probe element is three-dimensionally movable driven.
  • This first drive preferably has three each movable at a certain angle to each other carriages. This results in a particularly simple structural design for the drive.
  • any other suitable construction may be provided.
  • the drive also similar to the measuring arm with turntable and swiveling telescopic arm
  • the measuring arm can be designed analogous to the drive with at a certain angle to each other movable carriage.
  • the first carriage is preferably in a first direction
  • the second carriage is preferably in a second direction
  • Sleds are movable, in particular, the right angle. This results in a simple and accurate kinematics for the method of the carriage.
  • Embodiment of the invention on a frame which in turn is movably attachable to the component.
  • the frame By means of the frame can be the
  • the frame can be moved, for example, manually by an operator on the component.
  • the frame has a second drive for moving the drive unit on the component.
  • This drive has a structural design over at least a motor driven roller. This can transmit their driving forces either non-positively or positively on the component.
  • FIG. 1 shows a measuring device with the features of the invention together with a component to be measured in a perspective view
  • FIG. 2 shows the measuring device according to FIG. 1 in plan view
  • FIG. 3 shows the measuring device according to FIG. 1 in side view
  • FIG. 4 shows the measuring device according to FIG. 1 in a vertical section in the plane IV-IV according to FIG. 2.
  • the measuring device has a passive, not provided with its own drives measuring arm 11 and a drive unit 12.
  • the measuring arm 11 has a turntable 13 which is fixed but rotatably mounted about the axis of rotation of the gear 10. The turntable 13 thereby forms a fixed reference point for the measurement of the gear 10th
  • a telescopic arm 14 is pivotally mounted on the turntable 13.
  • the pivot axis of the telescopic arm 14 is perpendicular to the axis of rotation of the fifth wheel 13 and thus of the gear 10 is arranged.
  • the Telescopic arm 14 has a telescopic outer tube 15, which is pivotally mounted on the turntable 13, and a telescopic inner tube 16.
  • the telescopic inner tube 16 is slidably guided in the telescopic outer tube 15 in its longitudinal direction.
  • the telescopic inner tube 16 is so against the telescopic outer tube 15 and extendable.
  • Teleskoparm 14 but this is not provided own drive means. Also, for rotating the fifth wheel 13, the measuring arm 11 has no own drive means. It is a passive measuring arm 11.
  • the drive unit 12 has a frame 17, which consists of a
  • Base plate 18 two perpendicular to the base plate 18 extending and attached to the base plate 18 longitudinal member 19, 20 and the two free ends of the side members 19, 20 connecting cross-beam 21 is made.
  • the crossbeam 21 extends substantially parallel to
  • Crossbar 21 form a closed frame 17.
  • the frame 17 is designed so that it can clamp a portion of the component to be measured, in the present case an arc portion of the gear 10. In the present case, the corresponding
  • a drive 22 is provided for the measuring arm 11.
  • This drive 22 consists in the present case of three mutually perpendicular carriages 23, 24, 25, which are in the manner of a Cartesian coordinate system in an x-direction, a y-direction and a z-direction against each other displaceable.
  • a carriage bed 26 is arranged on the base plate 18, which is associated in the present case, the y-direction.
  • the first carriage 23 is slidably guided in the y direction, which in turn has on its upper side a second carriage bed 27, which is associated with the x-direction.
  • the second carriage 24 is guided displaceably in the x direction.
  • This slide 24 is formed as an elbow and carries a third, the z-direction associated carriage bed 28.
  • the third carriage 25 is slidably guided in the z direction.
  • Clutch element 31 carries. At the telescopic arm 14, namely at
  • Telescopic inner tube 16 a messarm purposeer coupling arm 32 is arranged, which has a messarm workedes at its free end
  • Clutch element 33 carries.
  • the coupling elements 31 and 33 are mutually complementary coupling elements which can be coupled together. In the drawing, they are shown in coupled condition.
  • the coupling elements 31 and 33 form a
  • Ball joint so that the coupling arms 30 and 32 against each other in any direction can be pivoted.
  • they may also form a universal joint or other joint providing the required degrees of freedom.
  • the position of the measuring arm 11 should only be determined to a certain extent by the drive 22.
  • Telescopic inner tube 16 is a probe 34 is provided, which is moved by means of the drive 22 at the corresponding portion of the gear 10 along. In this case, this area of the gear 10 is measured.
  • Suitable position sensors continuously determine the position of the
  • Probe relative to the reference point This can be done for example by the fact that the turntable 13, an angle sensor for detecting the rotation angle of the fifth wheel 13 and another angle sensor for detecting the pivot angle of the
  • Teleskoparms 14 is provided opposite the turntable 13. Another sensor detects the extent to which the telescopic inner tube 16 is extended from the telescopic outer tube 15. With these sizes is the position of the probe 34 uniquely determined.
  • the individual components of the measuring arm 11 are highly accurate, that is made without play. A possible play and inertia of the drive 22 have by the decoupling of the measuring arm 11 and drive unit 12 has no influence on the measurement accuracy.
  • the drive unit 12 has a second drive, with which it can be moved along the gear 10.
  • two rollers 35 are provided on the base plate, which are each arranged adjacent to the longitudinal members 19, 20. At least one of these rollers 35 is driven by a motor, so that the drive unit 12 can be moved on the gear 10.
  • At the crossbeam 21 are also provided.
  • two counter-rollers 36 are arranged, which additionally guide the drive unit 12 and serve as counter-pressure elements in fixing the drive unit on the gear 10.
  • a possible slip in the process of the drive unit 12 on the gear 10 in turn has no influence on the measurement accuracy by the decoupling of the measuring arm 11 and drive unit 12. Therefore, it would also be possible, but not preferred, to perform 12 measurements during the drive unit 12 process.
  • the gear 10 can be any gear
  • Drive unit 12 has, but is offset by an operator. The operator then forms, so to speak, the second drive.
  • the fifth wheel 13 always, ie assigned for each of the measuring intervals, the axis of rotation of the gear as a fixed reference point.
  • the fifth wheel 13 is then converted between two measuring intervals.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Vermessen großer Bauteile (10) mit einer Messeinrichtung und einer Antriebseinheit (12) zum Betätigen der Messeinrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen großer Bauteile (10) mit einer solchen Messvorrichtung. Um große Bauteile (10) einfach und kostengünstig vermessen zu können ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit einen passiven Messarm (11) aufweist, welcher einen bezogen auf das Bauteil (10) festen Referenzpunkt (13) aufweist, und dass die Antriebseinheit (12) am Bauteil (10) umsetzbar und festsetzbar ist, sowie einen ersten Antrieb (22) für den Messarm (11), der mit dem Messarm (11) kuppelbar ist, und einen zweiten Antrieb (35) aufweist, mit dem die Antriebseinheit (12) am Bauteil verfahrbar ist. Mit einer solchen Messvorrichtung werden die Bauteile (10) vermessen, indem das Bauteil (10) in zwei oder mehr Messintervallen vermessen wird, indem für jeden Messintervall die Antriebseinheit (12) am Bauteil (10) positioniert und festgesetzt wird, der mit der Antriebseinheit (12) gekuppelte Messarm (11) mittels der Antriebseinheit (12) betätigt und dadurch ein Bereich des Bauteils (10) vermessen wird.

Description

Beschreibung
Messvorrichtung und Verfahren zum Vermessen großer Bauteile Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Vermessen großer
Bauteile mit einer Messeinrichtung und einer Antriebseinheit zum
Betätigen der Messeinrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen großer Bauteile mit einer solchen
Messvorrichtung.
Stand der Technik
[0002] Eine solche Messvorrichtung ist aus der DE 36 43 296 A1 oder der
JP 02 151 708 A bekannt.
[0003] Das Vermessen großer Bauteile in stationären Messevorrichtungen wirft das Problem auf, dass die großen Bauteile zu der stationären
Messvorrichtung transportiert werden müssen. Darüber hinaus müssen die stationären Messvorrichtungen entsprechend groß sein, um die Bauteile aufnehmen zu können. Sie weisen in der Regel neben den drei
kartesischen Grundachsen noch einen integrierten Rundtisch zum
Bewegen des Bauteils innerhalb der Messvorrichtung auf. Solche
Messvorrichtungen sind deshalb sehr aufwendig und auch der Transport des großen Bauteils zu diesen Messvorrichtungen ist mit entsprechend hohem Aufwand verbunden.
[0004] Zur Vermeidung dieser Nachteile schlagen die DE 36 43 296 A1 und die JP 02 151 708 A Messvorrichtungen vor, die sich am Bauteil entlang bewegen können und während dieser Bewegung das Bauteil vermessen. Diese Messvorrichtungen können deshalb entsprechend klein ausgebildet werden. Dabei ist die Bewegung der Messvorrichtung am Werkstück im Sinne einer Vorschubbewegung zwingend erforderlich, um eine
Mess-Spur zu generieren. Ohne diese Bewegung würde nur ein singulärer Messwert erhalten werden. Die Bewegung der Messvorrichtung entlang des Bauteils geht also mit in die Vermessung ein. Dieses geht zu Lasten der Genauigkeit. Gründe hierfür sind, dass Komponenten der
Messvorrichtung zur Übertragung der Antriebskräfte entsprechend steif herausgebildet werden müssen und eventueller Schlupf bei der Bewegung der Messvorrichtung am Bauteil.
[0005] Aus der GB 746 586 ist eine Vorrichtung zum Vermessen der
Evolventenform einer Verzahnung bekannt. Diese Messvorrichtung wird am Bauteil fixiert und vermisst sodann die Evolventenform der
Verzahnung. Diese Messvorrichtung ist ebenfalls klein und mobil ausgebildet. Sie eignet sich aber immer nur zum Vermessen der
Verzahnungen innerhalb ihres Messbereichs. Eine Erweiterung des Messbereichs ist nur möglich, indem die Messvorrichtung vom Bauteil demontiert und an einer anderen Stelle wieder fixiert wird. Dieses ist aufwendig. Darüber hinaus muss die Messvorrichtung nach dem
Umsetzen neu kalibriert werden, um die Messungen auf die
vorhergehenden Messungen abzustimmen.
Darstellung der Erfindung
[0006] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine
Messvorrichtung zu schaffen, mit der große Bauteile auf einfache und kostengünstige Weise bei höchster Genauigkeit vermessen werden können. Des Weiteren soll ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Vermessen dieser Bauteile mit einer solchen Messvorrichtung vorgeschlagen werden.
[0007] Zur Lösung dieses Problems ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit einen passiven Messarm aufweist, welcher einen bezogen auf das Bauteil festen Referenzpunkt aufweist, und dass die Antriebseinheit am Bauteil umsetzbar und festsetzbar ist sowie einen ersten Antrieb für den Messarm, der mit dem Messarm kuppelbar ist, und einen zweiten Antrieb aufweist, mit dem die Antriebseinheit am Bauteil verfahrbar ist. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist zur Lösung des Problems dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in zwei oder mehr Messintervallen vermessen wird, indem für jeden Messintervall die Antriebseinheit am Bauteil positioniert und festgesetzt wird, der mit der Antriebseinheit gekuppelte Messarm mittels der Antriebseinheit betätigt und dadurch ein Bereich des Bauteils vermessen wird.
[0008] Der Grundgedanke der Erfindung ist dabei, dass nicht mehr das Bauteil zu einer stationären Messvorrichtung gebracht, sondern eine kleine und mobile Messvorrichtung zum Bauteil gebracht wird. Ein aufwendiger Transport des Bauteils entfällt damit. Erfindungsgemäß sind der Antrieb zum Bewegen des Messarms einerseits und der Messarm andererseits voneinander entkoppelt. Dementsprechend ist der Messarm selbst passiv ausgebildet. Er weist also keine eigenen Antriebsorgane auf, die ihn während der Ermittlung der Messwerte bewegen. Hierdurch können die Komponenten des Messarms leicht und hochgenau gefertigt werden. Spiel und andere zu Lasten der Messgenauigkeit gehende Einflüsse können daher weitestgehend vermieden werden. Der Antrieb für den Messarm ist vielmehr der Antriebseinheit zugeordnet. Hierdurch wird der Messarm innerhalb des aufgrund der Abmessungen der Antriebseinheit
vorgegebenen, maximalen Messbereichs bewegt. Sobald das Bauteil innerhalb dieses Messbereichs erfasst ist, wird die Antriebseinheit neu am Bauteil positioniert und festgesetzt. Hierdurch ergibt sich ein neuer
Messbereich am Bauteil, der nun vermessen werden kann. Dieser
Vorgang des Vermessens und Neupositionierens der Antriebseinheit wird so oft wiederholt, bis das Bauteil vermessen ist. Dabei ist mit "Vermessen" nicht nur ein vollständiges Vermessen des Bauteils gemeint, sondern vielmehr auch einzelne Abschnitte oder Bereiche des Bauteils. Inwieweit das Bauteil jeweils vermessen wird, hängt von der jeweiligen
Messaufgabe ab.
[0009] Weiterhin weist der Messarm erfindungsgemäß einen bezogen auf das Bauteil festen Referenzpunkt auf. Dabei kann es sich um einen einzigen festen Referenzpunkt handeln, der für die Vermessung des gesamten Bauteils unverändert bleibt. Es können aber auch unterschiedliche feste Referenzpunkte vorgesehen sein. Diese gelten dann für einen oder mehrere Messintervalle. Wichtig ist nur, dass die jeweilige Lage der Referenzpunkte vorher bekannt ist, insbesondere hinsichtlich ihrer relativen Lage zueinander. Ein Kalibrieren der Messvorrichtung während der Vermessung des Bauteils bzw. für jeden Messintervall kann deshalb entfallen. Auch dieses vereinfacht das Vermessen großer Bauteile.
[0010] Sind zwei oder mehr Referenzpunkte vorhanden, so kann die Lage des ersten und gegebenenfalls weiterer Referenzpunkte bei der Vermessung des Bauteils bestimmt werden, während der Messarm gerade dem ersten Referenzpunkt zugeordnet ist. Die Lagebestimmung erfolgt dann bei einem Messintervalle, bei dem sich einer oder mehrere der weiteren Referenzpunkte im durch die jeweilige Position der Antriebseinheit erreichbaren Bereich befinden. Sind nicht alle Referenzpunkte erreichbar, während der Messarm dem ersten Referenzpunkt zugeordnet ist, kann die Lage der übrigen Referenzpunkte bei einem späteren Messintervall erfolgen, wenn der Messarm einem anderen, bereits hinsichtlich seiner Lage bekannten Referenzpunkt zugeordnet ist. Der Referenzpunkt, dem der Messarm gerade zugeordnet ist, wird im Rahmen dieser Anmeldung als aktiver Referenzpunkt bezeichnet.
[0011] Dem Messarm ist zum Vermessen des Bauteils ein Tastorgan zugeordnet.
Dieses kann ein mechanischer Tastkopf, ein Laser oder jedes andere geeignete Organ zur Positionsbestimmung, wie zum Beispiel ein Mini-GPS sein. Dieses Tastorgan wird durch den Messarm vorzugsweise
dreidimensional, also in alle Raumrichtungen, beweglich gehalten. Falls es für die jeweilige Messausgabe ausreichend ist, reicht unter Umständen auch nur eine zweidimensionale Beweglichkeit des Tastorgans. In seltenen Fällen, wenn zum Beispiel nur der Rundlauf eines großen
Bauteils überprüft werden muss, reicht unter Umständen auch nur eine eindimensionale Beweglichkeit des Tastorgans, beispielsweise die
Drehbarkeit um eine Achse.
[0012] Die dreidimensionale Beweglichkeit des Messarms wird auf besonders einfache Weise dadurch erreicht, dass der Messarm einen um eine erste Achse drehbaren Drehschemel aufweist, an dem ein Teleskoparm um eine zweite Achse schwenkbar gelagert ist. Die zweite Achse ist insbesondere senkrecht zur ersten Achse angeordnet. Ferner trägt der Teleskoparm an seinem freien Ende das Tastelement. Durch Drehen des Drehschemels um die erste Achse und Schwenken des Teleskoparms um die zweite Achse sowie Ein- und Ausfahren des Teleskoparms lässt sich das Tastelement in allen drei Dimensionen bewegen.
[0013] Nach einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist der Teleskoparm mit wenigstens einem Teleskop-Außenrohr versehen, in dem ein
Teleskop-Innenrohr ein- und ausfahrbar geführt ist. Eines dieser Rohre, vorzugsweise das Teleskop-Außenrohr ist schwenkbar an dem
Drehschemel gelagert, während das andere Rohr das Tastelement trägt. Trägt das Teleskop-Innenrohr das Tastelement, verjüngt sich der
Teleskoparm zum Tastelement hin, was die Erreichbarkeit zu
vermessender Stellen am Bauteil erleichtert.
[0014] Um den passiven Messarm bewegen zu können, weist die Antriebseinheit einen ersten Antrieb auf, mittels dessen das Tastelement dreidimensional beweglich antreibbar ist. Dieser erste Antrieb weist vorzugsweise drei jeweils unter einem bestimmten Winkel zueinander verfahrbare Schlitten auf. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau für den Antrieb. Alternativ kann aber auch jede andere geeignete Konstruktion vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Antrieb auch analog zum Messarm mit Drehschemel und schwenkbarem Teleskoparm
ausgebildeter sein. Umgekehrt kann auch der Messarm analog zum Antrieb mit unter einem bestimmten Winkel zueinander verfahrbaren Schlitten ausgebildeter sein. Bei einer Konstruktion aus drei Schlitten ist der erste Schlitten vorzugsweise in eine erste Richtung, der zweite
Schlitten in eine zweite Richtung und der dritte Schlitten in eine dritte Richtung verfahrbar. Der vorbestimmte Winkel, unter welchem die
Schlitten verfahrbar sind, ist insbesondere der rechte Winkel. Hierdurch ergibt sich eine einfache und genaue Kinematik für das Verfahren der Schlitten.
[0015] Weiterhin weist die Antriebseinheit nach einer weiteren konstruktiven
Ausgestaltung der Erfindung einen Rahmen auf, der seinerseits verfahrbar am Bauteil anbringbar ist. Mittels des Rahmens lässt sich die
Antriebseinheit am Bauteil geführt verfahren, was ein besonders einfaches Umsetzen der Antriebseinheit nach einem Messintervall ermöglicht. Der Rahmen kann dabei beispielsweise manuell durch eine Bedienperson am Bauteil verfahren werden. Vorzugsweise weist der Rahmen aber einen zweiten Antrieb zum Verfahren der Antriebseinheit am Bauteil auf. Dieser Antrieb verfügt nach einer konstruktiven Ausgestaltung über wenigstens eine motorisch antreibbare Rolle. Diese kann ihre Antriebskräfte entweder kraftschlüssig oder formschlüssig auf das Bauteil übertragen.
[0016] Als erster Antrieb zum Betätigen des Messarms einerseits und als zweiter Antrieb zum Versetzen der Antriebseinheit andererseits können jeweils gesonderte Antriebe verwendet werden. Es ist aber auch denkbar, dass ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen ist, der mittels geeigneter
Kupplungen einmal zum Betätigen des Messarms und dann zum
Versetzen der Antriebseinheit verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
[0018] Fig. 1 eine Messvorrichtung mit den Erfindungsmerkmalen nebst einem zu vermessenden Bauteil in perspektivischer Darstellung,
[0019] Fig. 2 die Messvorrichtung gemäß Fig. 1 in Draufsicht,
[0020] Fig. 3 die Messvorrichtung gemäß Fig. 1 in Seitenansicht,
[0021] Fig. 4 die Messvorrichtung gemäß Fig. 1 in einem Vertikalschnitt in der Ebene IV - IV gemäß Fig. 2.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
[0022] In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand der
Vermessung eines Zahnrades 10 mit Innenverzahnung als zu
vermessendes Bauteil erläutert. Aus Gründen der Vereinfachung ist die Verzahnung des Zahnrades 10 nur unvollständig dargestellt, obwohl das Zahnrad 10 an seinem gesamten Umfang mit der Verzahnung versehen ist. Die Messvorrichtung weist einen passiven, also nicht mit eigenen Antrieben versehenen Messarm 11 und eine Antriebseinheit 12 auf. Der Messarm 11 verfügt über einen Drehschemel 13, der ortsfest aber um die Drehachse des Zahnrades 10 drehbar gelagert ist. Der Drehschemel 13 bildet dadurch einen festen Referenzpunkt für die Vermessung des Zahnrades 10.
[0023] An dem Drehschemel 13 ist ein Teleskoparm 14 schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse des Teleskoparms 14 ist senkrecht zur Drehachse des Drehschemels 13 und damit des Zahnrades 10 angeordnet. Der Teleskoparm 14 weist ein Teleskop-Außenrohr 15, welches schwenkbar an dem Drehschemel 13 angeordnet ist, und ein Teleskop-Innenrohr 16 auf. Das Teleskop-Innenrohr 16 ist in seiner Längsrichtung verschiebbar in dem Teleskop-Außenrohr 15 geführt. Das Teleskop-Innenrohr 16 ist also gegenüber dem Teleskop-Außenrohr 15 ein- und ausfahrbar. Am
Teleskoparm 14 sind hierfür jedoch keine eigenen Antriebsmittel vorgesehen. Auch zum Drehen des Drehschemels 13 weist der Messarm 11 keine eigenen Antriebsmittel auf. Es handelt sich um einen passiven Messarm 11.
[0024] Die Antriebseinheit 12 weist einen Rahmen 17 auf, der aus einer
Grundplatte 18, zwei sich senkrecht zur Grundplatte 18 erstreckende und an der Grundplatte 18 angebrachte Längsträger 19, 20 und einer die beiden freien Enden der Längsträger 19, 20 verbindende Quertraverse 21 besteht. Die Quertraverse 21 verläuft im Wesentlichen parallel zur
Grundplatte 18. Grundplatte 18, die Längsträger 19, 20 und die
Quertraverse 21 bilden einen geschlossenen Rahmen 17. Der Rahmen 17 ist dabei so ausgebildet, dass er einen Abschnitt des zu vermessenden Bauteils, im vorliegenden Fall einen Bogenabschnitt des Zahnrades 10, klemmen kann. Im vorliegenden Fall wird der entsprechende
Bogenabschnitt des Zahnrades 10 zwischen der Grundplatte 18 und der Quertraverse 21 geklemmt. Hierdurch wird der Rahmen 17 und damit die Antriebseinheit 12 am Zahnrad 10 fixiert.
[0025] Auf der Grundplatte 18 ist ein Antrieb 22 für den Messarm 11 vorgesehen.
Dieser Antrieb 22 besteht im vorliegenden Fall aus drei senkrecht zueinander angeordneten Schlitten 23, 24, 25, die nach Art eines kartesischen Koordinatensystems in einer x-Richtung, einer y-Richtung und einer z-Richtung gegeneinander verschieblich sind. Zu diesem Zweck ist auf der Grundplatte 18 ein Schlittenbett 26 angeordnet, welches im vorliegenden Fall der y-Richtung zugeordnet ist. Auf diesem Schlittenbett 26 ist der erste Schlitten 23 in y-Richtung verschieblich geführt, der seinerseits an seiner Oberseite ein zweites Schlittenbett 27 aufweist, welches der x-Richtung zugeordnet ist. An diesem Schlittenbett 27 ist der zweite Schlitten 24 in x-Richtung verschieblich geführt. Dieser Schlitten 24 ist als ein Winkelstück ausgebildet und trägt ein drittes, der z-Richtung zugeordnetes Schlittenbett 28. An diesem Schlittenbett 28 ist der dritte Schlitten 25 in z-Richtung verschieblich geführt. Zum Verschieben der Schlitten 23, 24, 25 auf dem jeweils zugehörigen Schlittenbett 26, 27, 28 sind geeignete und an sich bekannte Antriebsmittel 29 vorgesehen.
[0026] Am dritten Schlitten 25 ist ein antriebsseitiger Kupplungsarm 30
angebracht, der an seinem freien Ende ein antriebsseitiges
Kupplungselement 31 trägt. Am Teleskoparm 14, nämlich am
Teleskop-Innenrohr 16, ist ein messarmseitiger Kupplungsarm 32 angeordnet, der an seinem freien Ende ein messarmseitiges
Kupplungselement 33 trägt. Die Kupplungselemente 31 und 33 sind zueinander komplementäre Kupplungselemente, die miteinander kuppelbar sind. In der Zeichnung sind sie in miteinander gekuppeltem Zustand gezeigt. Die Kupplungselemente 31 und 33 bilden ein
Kugelgelenk, so dass die Kupplungsarme 30 und 32 gegeneinander in beliebiger Richtung verschwenkbar sind. Alternativ können sie auch ein Kardangelenk oder ein anderes die erforderlichen Freiheitsgrade bereitstellendes Gelenk bilden. Die Position des Messarms 11 sollte nur einigermaßen eindeutig durch den Antrieb 22 bestimmt sein.
[0027] Mittels des Antriebes 22 lässt sich nun der Messarm 11 in einem
vorgegebenen Bereich, der im vorliegenden Fall dem durch den Rahmen 17 definierten Bereich entspricht, bewegen. Am freien Ende des
Teleskop-Innenrohres 16 ist ein Tastkopf 34 vorgesehen, der mittels des Antriebes 22 an dem entsprechenden Bereich des Zahnrades 10 entlang bewegt wird. Dabei wird dieser Bereich des Zahnrades 10 vermessen.
[0028] Geeignete Positionssensoren ermitteln fortlaufend die Position des
Tastkopfes bezogen auf den Referenzpunkt (Drehschemel 13). Dieses kann zum Bespiel dadurch erfolgen, dass dem Drehschemel 13 ein Winkelgeber zum Erfassen des Drehwinkels des Drehschemels 13 sowie ein weiterer Winkelgeber zum Erfassen des Schwenkwinkels des
Teleskoparms 14 gegenüber dem Drehschemel 13 vorgesehen ist. Ein weiterer Sensor erfasst das Maß, um welches das Teleskop-Innenrohr 16 aus dem Teleskop-Außenrohr 15 ausgefahren ist. Mit diesen Größen ist die Position des Tastkopfes 34 eindeutig bestimmt. Die einzelnen Bauteile des Messarms 11 sind dabei hochgenau, dass heißt spielfrei gefertigt. Ein eventuelles Spiel und Trägheiten des Antriebes 22 haben durch die Entkopplung von Messarm 11 und Antriebseinheit 12 keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit.
[0029] Die Antriebseinheit 12 verfügt über einen zweiten Antrieb, mit welchem sie am Zahnrad 10 entlang bewegt werden kann. Zu diesem Zweck sind an der Grundplatte zwei Rollen 35 vorgesehen, die jeweils benachbart zu den Längsträgern 19, 20 angeordnet sind. Wenigstens eine dieser Rollen 35 ist motorisch antreibbar, so dass die Antriebeinheit 12 am Zahnrad 10 verfahren werden kann. An der Quertraverse 21 sind, ebenfalls
benachbart zu den Längsträgern 19, 20, zwei Gegenrollen 36 angeordnet, die die Antriebseinheit 12 zusätzlich führen und als Gegendruckorgane beim fixieren der Antriebseinheit am Zahnrad 10 dienen. Ein eventueller Schlupf beim Verfahren der Antriebseinheit 12 am Zahnrad 10 hat wiederum durch die Entkopplung von Messarm 11 und Antriebseinheit 12 keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Deshalb wäre es auch möglich, aber nicht bevorzugt, während des Verfahrens der Antriebseinheit 12 Messungen durchzuführen.
[0030] Sobald nun der durch den Rahmen 17 definierte Bereich des Zahnrades
10 vermessen ist, wird die Antriebseinheit 12 mittels des zweiten Antriebes weiter bewegt und erneut am Zahnrad 10 fixiert. Jetzt kann der neue, nun durch den Rahmen 17 definierte Bereich des Zahnrades 10 vermessen werden. Anschließend wird die Antriebseinheit 12 wieder weiter bewegt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis entweder das gesamte Zahnrad 10 oder vorbestimmte Bereiche dieses Zahnrades vermessen sind. Das Vermessen jedes dieser Bereiche bildet einen Messintervall.
[0031] Mit der vorliegenden Messvorrichtung lässt sich das Zahnrad 10
vollautomatisch, beispielsweise computergesteuert, vermessen. Es ist aber auch ein semiautomatischer Betrieb denkbar, bei dem die
Antriebseinheit 12 über keinen zweiten Antrieb zum Versetzen der
Antriebseinheit 12 verfügt, sondern durch eine Bedienperson versetzt wird. Die Bedienperson bildet dann sozusagen den zweiten Antrieb. [0032] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bleibt der Drehschemel 13 immer, d. h. für jeden der Messintervalle, der Drehachse des Zahnrades als festem Referenzpunkt zugeordnet. Bei komplexeren Bauteilen ist es auch möglich, den Drehschemel 13 für einen oder mehrere Messintervalle unterschiedlichen Referenzpunkten zuzuordnen, die hinsichtlich ihrer Lage, insbesondere zueinander, bekannt sind. Der Drehschemel 13 wird dann zwischen zwei Messintervallen umgesetzt.
[0033] 10 Zahnrad
11 Messarm
12 Antriebseinheit
13 Drehschemel
14 Teleskoparm
15 Teleskop-Außenrohr
16 Teleskop-Innenrohr
17 Rahmen
18 Grundplatte
19 Längsträger
20 Längsträger
21 Quertraverse
22 Antrieb
23 Schlitten
24 Schlitten
25 Schlitten
26 Schlittenbett
27 Schlittenbett
28 Schlittenbett
29 Antriebsmittel
30 Kupplungsarm
31 Kupplungselement
32 Kupplungsarm
33 Kupplungselement
34 Tastkopf
35 Rolle Ňegenrolle

Claims

Ansprüche
1. Messvorrichtung zum Vermessen großer Bauteile (10) mit einer Messeinheit und einer Antriebseinheit (12) zum Betätigen der Messeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit einen passiven Messarm (11) aufweist, welcher einen bezogen auf das Bauteil (10) festen Referenzpunkt (13) aufweist, und dass die Antriebseinheit (12) am Bauteil (10) umsetzbar und festsetzbar ist, sowie einen ersten Antrieb (22) für den Messarm (11), der mit dem Messarm (11) kuppelbar ist, und einen zweiten Antrieb (35) aufweist, mit dem die Antriebseinheit (12) am Bauteil verfahrbar ist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Messarm (11) ein Tastelement (Tastkopf 34) angeordnet ist, welches durch den Messarm (11) dreidimensional beweglich gehalten ist.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Messarm (11) einen um eine erste Achse drehbaren Drehschemel (13) aufweist, an dem ein Teleskoparm (14) um eine zweite, zur ersten Achse insbesondere senkrechten Achse schwenkbar gelagert ist, welcher an seinem freien Ende das Tastelement (Tastkopf 34) trägt.
4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Teleskoparm (14) wenigstens ein Teleskop-Außenrohr (15) aufweist, in dem ein Teleskop-Innenrohr (16) ein- und ausfahrbar geführt ist, und dass wenigstens eines der Rohre (15) schwenkbar an dem Drehschemel (13) gelagert ist und das andere Rohr (16) das Tastelement (Tastkopf 34) trägt.
5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Messarm (11) Positionssensoren zum Erfassen der Position des Tastelementes (Tastkopf 34) bezogen auf den Referenzpunkt (13) vorgesehen sind.
6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (12) einen ersten Antrieb (22) aufweist, mittels dessen das Tastelement (Tastkopf 34) dreidimensional beweglich antreibbar ist.
7. Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (22) drei jeweils unter einem bestimmten Winkel zueinander verfahrbare Schlitten (23, 24, 25) aufweist.
8. Messvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schlitten (23) in eine erste Richtung (y-Richtung) verfahrbar ist, der zweite Schlitten (24) in einen zweite Richtung (x-Richtung) am ersten Schlitten (23) und der dritte Schlitten (25) in eine dritte Richtung (z-Richtung) am zweiten Schlitten (24) verfahrbar gelagert ist.
9. Messvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel ein rechter Winkel (90°) ist.
10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (12) einen Rahmen (17) aufweist, der verfahrbar am Bauteil (10) anbringbar ist.
11. Messvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Rahmen (17) den zweiten Antrieb (35) zum Verfahren der Antriebseinheit (12) am Bauteil (10) aufweist.
12. Messvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Rahmen (17) wenigstens eine motorisch antreibbare Rolle (35) aufweist.
13. Verfahren zum Vermessen großer Bauteile (10) mit einer Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) in zwei oder mehr Messintervallen vermessen wird, indem für jeden Messintervall die Antriebseinheit (12) am Bauteil (10) positioniert und festgesetzt wird, der mit der Antriebseinheit (12) gekuppelte Messarm (11) mittels der Antriebseinheit (12) betätigt und dadurch ein Bereich des Bauteils (10) vermessen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr feste Referenzpunkte (13) am Bauteil (10) vorgesehen sind, deren Lage, insbesondere zueinander, bekannt ist und der Messarm (11) zwischen zwei aufeinander folgenden der Messintervalle umgesetzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während eines der Messintervalle die Lage eines oder mehrerer der Referenzpunkte zum gerade aktiven Referenzpunkt ermittelt wird.
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