DE10310923B4

DE10310923B4 - Device for measuring the coarse and / or fine structure of a surface of a workpiece

Info

Publication number: DE10310923B4
Application number: DE10310923A
Authority: DE
Inventors: Rainer Raible
Original assignee: Hommel Etamic GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: DE10310923A1; DE20204832U1

Abstract

Einrichtung zur Messung der Grob- und/oder Feinstruktur einer Oberfläche eines Werkstücks, mit einem Taster (18), mit einem Vorschubgerät (10), das den Taster (18) hält und längs einer Abtastbahn (22) bewegt, mit einer Säule (8), an der das Vorschubgerät (10) längs einer Z-Richtung verstellbar gehalten ist und mit einem an der Säule (8) angeordneten Fuß (6) mit einer Auflagefläche zur Auflage auf der Oberfläche (4) eines Meßtisches (2), gekennzeichnet durch, Mittel zur Bewegung der Säule (8) in einer X-Richtung senkrecht zu der Z-Richtung der Säule (8), wobei diese Mittel eine in X-Richtung verlaufende X-Führungsschiene (38) aufweisen, auf der ein X-Schlitten (34) verschieblich gehalten ist, und Mittel zur Bewegung der Säule (8) in einer Y-Richtung senkrecht zu der Z-Richtung und senkrecht zu der X-Richtung, wobei diese Mittel eine Y-Führungsschiene (46) aufweisen, auf der ein Y-Schlitten (44) verschieblich gehalten ist, an dem die X-Führungsschiene (38) befestigt...Device for measuring the coarse and / or fine structure of a surface of a workpiece, with a probe (18), with a feed device (10) which holds the probe (18) and moves along a scanning path (22), with a column (8 ), on which the feed device (10) is held adjustably along a Z-direction and with a on the column (8) arranged foot (6) with a support surface for resting on the surface (4) of a measuring table (2), characterized by Means for moving the column (8) in an X-direction perpendicular to the Z-direction of the column (8), said means comprising an X-directional X-guide rail (38) on which an X-carriage (Fig. 34) and means for moving the column (8) in a Y-direction perpendicular to the Z-direction and perpendicular to the X-direction, said means comprising a Y-guide rail (46) on which a Y Slider (44) is slidably mounted, on which the X-guide rail (38) attached ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a device referred to in the preamble of claim 1 Art.

Einrichtungen dieser betreffenden Art sind allgemein bekannt. Sie weisen einen Taster mit einer Tastspitze auf, deren Bewegungen durch einen mechanisch elektrischen Wandler in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden, die also dem Verlauf der Kontur der Oberfläche eines Werkstücks entsprechen, über die die Spitze geführt wird. Diese Führung erfolgt mittels eines Vorschubgeräts, das den Taster hält und längs einer Abtastbahn bewegt. Das Vorschubgerät ist an einer ortsfesten Säule verstellbar in einer Z-Richtung gehalten. Die Säule weist einen Fuß auf, der mit einer Auflagefläche auf der Oberfläche eines Meßtisches aufliegt. Bei der Messung wird ein Werkstück auf die Auflagefläche des Meßtisches aufgelegt und mit seiner abzutastenden Oberfläche unter den Taster gebracht, wobei dessen Höhe an der Säule in Z-Richtung entsprechend eingestellt wird. Sollen nun unterschiedliche Stellen der Oberfläche des Werkstücks abgetastet werden, so ist die Lage des Werkstücks auf der Oberfläche des Meßtisches entsprechend zu verändern, um andere Stellen der Oberfläche des Werkstücks unter die Tastspitze des Tasters zu bringen. Hierbei ist es auch bekannt, diese Veränderung der Lage des Werkstücks auf der Oberfläche des Meßtisches in zwei in der Ebene der Oberfläche des Meßtisches einen rechten Winkel zueinander bildenden Achsen, also einer X-Achse und einer Y-Achse, motorisch zu bewirken. Dabei ist es auch bekannt, statt unterschiedlicher Stellen der Oberfläche eines Werkstücks verschiedene Werkstücke mit ihren jeweils zu prüfenden Oberflächen unter den Taster zu bringen.Devices of this type are well known. They have a stylus with a stylus tip whose movements are converted by a mechanical electrical transducer into corresponding electrical signals, which thus correspond to the profile of the contour of the surface of a workpiece over which the tip is guided. This guide takes place by means of a feed device which holds the probe and moves along a scanning path. The feed device is held on a stationary column adjustable in a Z-direction. The column has a foot which rests with a bearing surface on the surface of a measuring table. In the measurement, a workpiece is placed on the support surface of the measuring table and placed with its surface to be scanned under the button, the height of which is adjusted according to the column in the Z direction. If different points of the surface of the workpiece are to be scanned, then the position of the workpiece on the surface of the measuring table should be changed accordingly in order to bring other points of the surface of the workpiece under the probe tip of the probe. It is also known, this change in the position of the workpiece on the surface of the measuring table in two in the plane of the surface of the measuring table at right angles to each other forming axes, ie an X-axis and a Y-axis, to effect a motor. It is also known, instead of different locations of the surface of a workpiece to bring different workpieces with their respective surfaces to be tested under the button.

Ein Nachteil eines derartigen bekannten Meßplatzes besteht darin, daß bei der Bewegung der zu prüfenden Werkstücke deren Abmessungen und Gewichte in die Messung eingehen, die damit ungenau ist.A disadvantage of such a known measuring station is that in the movement of the workpieces to be examined whose dimensions and weights are included in the measurement, which is thus inaccurate.

Durch DE 33 11 858 A1 ist eine Zahnradmeßmaschine bekannt, die eine Säule aufweist, an der ein mit einem Drehantrieb versehener Taster angeordnet ist. Zur Verstellung der Säule in einer X-Richtung ist ein X-Schlitten vorgesehen, der einen Y-Schlitten trägt, der seinerseits die Säule trägt. An der Säule ist ein Z-Schlitten angeordnet, der seinerseits den Taster trägt. Eine ähnliche Anordnung ist auch durch DE 298 236 90 U1 in Bezug auf ein Oberflächenmeßgerät und durch DE 90 07 052 U1 in Bezug auf ein Koordinatenmeßgerät bekannt.By DE 33 11 858 A1 a gear measuring machine is known which has a column on which a provided with a rotary drive button is arranged. To adjust the column in an X-direction, an X-carriage is provided which carries a Y-carriage, which in turn carries the column. On the column a Z-slide is arranged, which in turn carries the button. A similar arrangement is also through DE 298 236 90 U1 with respect to a surface measuring device and by DE 90 07 052 U1 with respect to a coordinate measuring machine.

Durch EP 0 418 203 A1 ist ein Oberflächenmeßgerät bekannt, das eine Säule aufweist, an der in einer Z-Richtung verstellbar ein Schlitten angeordnet ist, der einen Taster trägt. Nach den Angaben in der Druckschrift soll die Säule in einer X-Richtung und/oder einer Y-Richtung translatorisch verschiebbar sein, wobei die Druckschrift keine Angaben darüber enthält, wie eine solche translatorische Verschiebung realisiert werden soll.By EP 0 418 203 A1 For example, a surface measuring device is known which has a column on which a slide, which carries a button, is adjustably arranged in a Z-direction. According to the information in the document, the column should be translationally displaceable in an X-direction and / or a Y-direction, wherein the document contains no information about how such a translational displacement should be realized.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Messung der Groß- und/oder Feinstruktur einer Oberfläche eines Werkstücks an verschiedenen Stellen des Werkstücks zu schaffen, bei denen unterschiedliche Abmessungen und Gewichte der zu prüfenden Werkstücke nicht in die Messung eingehen.The invention has for its object to provide a device referred to in the preamble of claim 1 for measuring the large and / or fine structure of a surface of a workpiece at different points of the workpiece, where different dimensions and weights of the workpieces to be tested not in to take the measurement.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.The problem underlying the invention is achieved by the invention defined in claim 1.

Der Grundgedanke dieser Lehre besteht darin, zum Anfahren unterschiedlicher Stellen der Oberfläche eines Werkstücks oder zur Messung der Oberfläche verschiedener Werkstücke nicht das bzw. die Werkstücke zu bewegen, vielmehr den Taster mit der ihn haltenden Säule auf der Oberfläche des Meßtisches zu bewegen. Diese Bewegung ist einfacher und genauer auszuführen als die Bewegung eines Werkstücks. Ein CNC-Betrieb ist möglich. Da Gewichte und Abmessungen der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beweglichen Teile bekannt ist, sind auch die dadurch bedingten Meßfehler bekannt und immer gleich und können entsprechend korrigiert werden. Somit können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterschiedlichste Werkstücke wie Kurbelwellen, Zylinderköpfe, Zylinderkurbelgehäuse oder dergleichen sehr genau, schnell und einfach gemessen werden.The basic idea of this teaching is not to move to the start of different points of the surface of a workpiece or to measure the surface of different workpieces or the workpieces, but rather to move the probe with the pillar holding it on the surface of the measuring table. This movement is easier and more accurate than the movement of a workpiece. A CNC operation is possible. Since weights and dimensions of the moving parts in the device according to the invention is known, the resulting measurement errors are known and always the same and can be corrected accordingly. Thus, with the device according to the invention a wide variety of workpieces such as crankshafts, cylinder heads, cylinder crankcases or the like can be measured very accurately, quickly and easily.

Erfindungsgemäß weisen die Mittel zur Bewegung der Säule in X-Richtung eine in X-Richtung verlaufende X-Führungsschiene auf, auf der ein X-Schlitten verschieblich gehalten ist. Zweckmäßigerweise ist dabei der X-Schlitten mit dem Fuß der Säule verbunden, so daß Kippbewegungen vermieden sind. Zur Bewegung des X-Schlittens längs der X-Führungsschiene dient zwecksmäßigerweise ein Antriebsmotor.According to the invention, the means for moving the column in the X direction have an X-directional X-guide rail on which an X-carriage is held displaceably. Appropriately, while the X-carriage is connected to the foot of the column, so that tilting movements are avoided. For the movement of the X-carriage along the X-guide rail serves a drive motor suitably.

Erfindungsgemäß weisen die Mittel zur Bewegung der Säule in einer Y-Richtung eine Y-Führungsschiene auf, auf der ein Y-Schlitten verschieblich gehalten ist, an dem die X-Führungsschiene befestigt ist. Auch dieser Y-Schlitten kann vorteilhafterweise mit einem Antriebsmotor verbunden sein. Durch die Antriebsmotoren können also X-Schlitten und/oder Y-Schlitten bewegt und somit der Taster parallel zur Oberfläche des Meßtisches verfahren werden, um unterschiedliche Stellen der Oberfläche eines Werkstücks oder Oberflächen verschiedener Werkstücke anzufahren.According to the invention, the means for moving the column in a Y-direction on a Y-guide rail on which a Y-carriage is slidably supported, on which the X-guide rail is attached. Also, this Y-carriage can be advantageously connected to a drive motor. The drive motors can thus move X-slides and / or Y-slides and thus move the probe parallel to the surface of the measuring table in order to approach different points of the surface of a workpiece or surfaces of different workpieces.

Der Fuß der Säule liegt zwecksmäßigerweise mit seiner Unterseite im wesentlichen luftdicht auf der Oberfläche des Meßtisches auf und weist einen Anschluß für Druckluft auf, um den Fuß bei Bewegung auf der Oberfläche des Meßtisches luftkissenartig anzuheben.The foot of the column is conveniently located on its underside substantially airtight on the surface of the measuring table and has a connection for compressed air to lift the foot when moving on the surface of the measuring table like an air cushion.

Das der Y-Schiene abgewandte Ende der X-Schiene ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Auflager versehen, das auf der Oberfläche des Meßtisches aufliegt, und zwar zwecksmäßigerweise im wesentlichen luftdicht, wobei das Auflager einen Anschluß für Druckluft aufweist, um das Auflager bei der Bewegung luftkissenartig von der Oberfläche des Meßtisches abzuheben.The end of the X-rail facing away from the Y-rail, according to one embodiment of the invention, is provided with a support which rests on the surface of the measuring table, preferably substantially airtight, the support having a connection for compressed air around the support lift the air cushion from the surface of the measuring table.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.Reference to the drawing, the invention of an exemplary embodiment will be explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt in Draufsicht einen Meßtisch 2, auf dessen Oberfläche 4 ein Fuß 6 einer Säule 8 aufliegt, an der ein Vorschubgerät 10 senkrecht zur Oberfläche 4 in einer Z-Richtung verstellbar oder verfahrbar gehalten ist. Das Vorschubgerät 10 bewegt über eine Pinole 12 einen Meßarm 16 eines Konturentasters 17, der an der Unterseite des Vorschubgerätes 10 eine starr mit der Pinole 12 verbundene Bewegung parallel zu einer schematisch dargestellten Tastbahn 22 ausführt. An der Pinole 12 ist ein Taster 18 befestigt ist, der einen beweglichen Tastarm aufweist, an dessen Ende sich eine nicht dargestellte Tastspitze befindet, die somit von dem Vorschubgerät 10 längs der schematisch dargestellten Tastbahn 22 bewegt wird, so daß eine Kurbelwelle 24 an Lagerflächen 26, 28, 30 und 32 abgetastet werden kann.The drawing shows a plan view of a measuring table 2 , on its surface 4 a foot 6 a pillar 8th rests on which a feed device 10 perpendicular to the surface 4 is held adjustable or movable in a Z-direction. The feed unit 10 moved over a quill 12 a measuring arm 16 a contour scanner 17 at the bottom of the feeder 10 a rigid with the quill 12 connected movement parallel to a schematically shown sensing path 22 performs. At the quill 12 is a button 18 is fixed, which has a movable sensing arm, at the end of a not-shown Tastspitze, which thus of the feed device 10 along the scanning path shown schematically 22 is moved so that a crankshaft 24 on storage areas 26 . 28 . 30 and 32 can be sampled.

Der Fuß 6 der Säule 8 ist mit einem X-Schlitten 34 verbunden, der mittels eines Antriebsmotors 36 längs einer X-Führungsschiene 38 in Richtung einer X-Achse in Richtung eines Doppelpfeiles 40 verstellbar ist. Am freien Ende der X-Führungsschiene 38 befindet sich ein Auflager 42 zur Auflage auf der Oberfläche 4 des Meßtisches 2.The foot 6 the column 8th is with an X-slide 34 connected by means of a drive motor 36 along an X-guide rail 38 in the direction of an X-axis in the direction of a double arrow 40 is adjustable. At the free end of the X-guide rail 38 there is a support 42 to rest on the surface 4 of the measuring table 2 ,

Die X-Führungsschiene 38 ist in der Ebene der Oberfläche 4 des Meßtisches 2 in einem rechten Winkel an einem Y-Schlitten befestigt, der an einer Y-Führungsschiene 46 in Richtung einer durch einen Doppelpfeil 48 symbolisierten Y-Achse verschieblich geführt und in dieser Richtung durch einen Antriebsmotor 50 bewegbar ist.The X-guide rail 38 is in the plane of the surface 4 of the measuring table 2 attached at a right angle to a Y-slide, which is attached to a Y-guide rail 46 in the direction of one by a double arrow 48 symbolized Y-axis slidably guided and in this direction by a drive motor 50 is movable.

Der Fuß 6 liegt mit einer Auflagefläche plan auf der Oberfläche 4 des Meßtisches 2 auf und weist in dieser Auflagefläche Ausnehmungen 52 auf, die über nicht dargestellte Mittel mit einer Druckluftleitung verbunden sind, um so den Fuß 6 bei Bewegung luftkissenartig von der Oberfläche 4 des Meßtisches 2 abzuheben.The foot 6 lies flat on the surface with a support surface 4 of the measuring table 2 on and has recesses in this support surface 52 on, which are connected via means not shown with a compressed air line, so as to the foot 6 When moving air cushion-like from the surface 4 of the measuring table 2 withdraw.

Das Auflager 42 weist in seiner Auflagefläche Ausnehmungen 54 auf, die mit einer nicht dargestellten Druckluftleitung verbunden sind, um so bei Bewegung das Auflager 42 luftkissenartig von der Oberfläche 4 des Meßtisches 2 abzuheben.The support 42 has recesses in its bearing surface 54 on, which are connected to a compressed air line, not shown, so as to move the support 42 air cushion-like from the surface 4 of the measuring table 2 withdraw.

Zur Einleitung einer Messung wird zunächst durch Zuführung von Druckluft sowohl der Fuß 6 als auch das Auflager 42 um einen geringen Betrag luftkissenartig von der Oberfläche 4 des Meßtisches 2 abgehoben, so daß dadurch ein reibungsarmes Verschieben des Fußes 6 und des Auflagers 42 möglich ist.To initiate a measurement is first by supplying compressed air both the foot 6 as well as the support 42 air cushion-like from the surface by a small amount 4 of the measuring table 2 lifted, so that thereby a low-friction shifting of the foot 6 and the support 42 is possible.

Dieses Verschieben erfolgt durch Speisung der Antriebsmotoren 36 und 50, wodurch die Säule 8 in X-Richtung und Y-Richtung bewegt und somit der Taster 18 mit seiner Meßspitze beispielsweise auf die Lagerfläche 26 gefahren wird. Am Zielort wird die Druckluft wieder entfernt, so daß der Fuß 6 wieder sicher und vibrationsfrei auf der Oberfläche 4 des Meßtisches 2 aufliegt, der in der Regel eine Hartsteinplatte ist. In gleicher Weise wird auch das Auflager 42 auf die Oberfläche 4 des Meßtisches 2 abgesenkt.This shifting takes place by feeding the drive motors 36 and 50 , causing the column 8th moved in X-direction and Y-direction and thus the button 18 with its tip, for example, on the storage area 26 is driven. At the destination, the compressed air is removed, so that the foot 6 again safe and vibration-free on the surface 4 of the measuring table 2 rests, which is usually a hard stone slab. In the same way is the support 42 on the surface 4 of the measuring table 2 lowered.

Nachdem somit durch Bewegung der Säule 8 in X-Richtung und Y-Richtung und somit der Taster 18 mit seiner Meßspitze beispielsweise an die Lagerfläche 26 gefahren ist, wird durch Speisung des Vorschubgerätes 10 die Meßspitze entlang der Tastbahn 22 bewegt und somit die gewünschte Abtastung der Oberfläche der Lagerfläche 26 bewirkt.After thus by movement of the column 8th in X-direction and Y-direction and thus the button 18 with its tip, for example, to the bearing surface 26 is driven by feeding the feed unit 10 the measuring tip along the Tastbahn 22 moves and thus the desired scanning of the surface of the bearing surface 26 causes.

Claims

Device for measuring the coarse and / or fine structure of a surface of a workpiece, with a button ( 18 ), with a feed device ( 10 ), the button ( 18 ) and along a scanning path ( 22 ), with a column ( 8th ) at which the feed device ( 10 ) is held adjustable along a Z-direction and with one on the column ( 8th ) arranged foot ( 6 ) with a support surface for resting on the surface ( 4 ) of a measuring table ( 2 ), characterized by means for moving the column ( 8th ) in an X-direction perpendicular to the Z-direction of the column ( 8th ), which means comprises an X-directional X-guide rail (Fig. 38 ), on which an X-carriage ( 34 ) and means for moving the column ( 8th ) in a Y-direction perpendicular to the Z-direction and perpendicular to the X-direction, said means being a Y-guide rail ( 46 ), on which a Y-slide ( 44 ) is held displaceably on which the X-guide rail ( 38 ) is attached.

Device according to claim 1, characterized in that the X-carriage ( 34 ) with the foot ( 6 ) of the column ( 8th ) connected is.

Device according to claim 1, characterized in that the X-carriage ( 34 ) with a drive motor ( 36 ) for moving the X-carriage ( 34 ) along the X-guide rail ( 38 ) connected is.

Device according to claim 1, characterized in that the Y-slide ( 44 ) with a drive motor ( 50 ) for moving the Y-carriage ( 44 ) and thus the X-guide rail ( 38 ) is connected in the Y direction.

Device according to claim 1, characterized in that the underside of the foot ( 6 ) substantially airtight on the surface ( 4 ) of the measuring table ( 2 ) and a connection for compressed air to the foot ( 6 ) when moving on the surface ( 4 ) of the measuring table ( 2 ) lift up like a cushion of air.

Device according to claim 1, characterized in that that of the Y-guide rail ( 46 ) facing away from the X-guide rail ( 38 ) a support ( 42 ) to rest on the surface ( 4 ) of the measuring table ( 2 ) having.

Device according to claim 6, characterized in that the underside of the support ( 42 ) substantially airtight on the surface ( 4 ) of the measuring table ( 2 ) and has a connection for compressed air to the support ( 42 ) upon movement of the support ( 42 ) on the surface ( 4 ) of the measuring table ( 2 ) lift up like a cushion of air.