DE4207661A1 - Messvorrichtung fuer formen oder positionen eines objekts - Google Patents
Messvorrichtung fuer formen oder positionen eines objektsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für Formen oder
Positionen eines Objekts mit einem Rahmen, der einen Satz
von Meßsegmenten trägt, welche miteinander gelenkig ver
bunden sind und mit Sensoren für die Winkelpositionen der
Meßsegmente.
Es sind Meßvorrichtungen für Formen oder Positionen eines
Objekts bekannt, die einen Rahmen umfassen, welcher eine
Reihe von miteinander gelenkig verbundenen Meßsegmenten
und Sensoren für die Winkelposition der Meßsegmente ab
stützt. Um die Meßvorrichtung zu handhaben, ist es notwen
dig, die Meßsegmente abzustützen, um das Ende des letzten
Segments mit dem Punkt in Kontakt zu bringen, von welchem
man die Position zu bestimmen sucht, sei es in bezug auf
eine Referenzoberfläche, sei es in bezug auf einen anderen
Punkt, gegen welchen man daraufhin das Ende des letzten
Meßsegments hinführt, wobei die relative Position dieser
Punkte durch ein Rechen- und Steuerwerk als Funktion der
Information dieser Punkte berechnet wird, die von den Sen
soren der Winkelposition gegeben werden während des Kon
takts des Endes des letzten Meßsegments.
Gegenwärtig wird die Abstützung der Meßsegmente entweder
manuell oder mit Motoren, die mit den Meßsegmenten
verbunden sind ausgeführt. Die manuelle Abstützung der
Meßsegmente führt zu einer Ermüdung des Benutzers und be
schränkt die Fähigkeit des Benutzers, die Vorrichtung zu
handhaben. Insbesondere kann sich in dem Fall von Meßseg
menten mit großen vorbestimmten Abmessungen zum Messen der
Position von voneinander in weitem Abstand liegenden Punk
ten die Handhabung der Meßvorrichtung durch einen Benutzer
als unmöglich erweisen.
Um diesen Mißstand zu vermeiden, wurde in Betracht gezo
gen, die Meßsegmente mit einem Antrieb zu versehen, d. h.
nicht nur auf gleicher Höhe mit den Gelenkverbindungen
Sensoren der Winkelposition der Meßsegmente anzuordnen,
sondern auch Hilfsteile wie Antriebsmotoren, die eine Ro
tation der Meßsegmente in bezug aufeinander besorgen oder
am einfachsten Federn in Höhe der Gelenkverbindungen zwi
schen den Meßsegmenten, oder ein mit den Meßsegmenten ver
bundenes Kabel, das mit einem Gegengewicht verbunden ist,
um die Schwerkraft, welcher die Meßsegmente unterworfen
sind, auszugleichen. Die GB-A-14 98 009 und die
EP-A-02 37 698 verdeutlichen diese Lösungen. Welcher Art
die benutzen Hilfsmittel auch seien, die Gelenkverbindun
gen sind zwischen den Meßsegmenten einer Reaktionskraft
unterworfen, welche der Schwerkraft, die auf die Meßseg
mente ausgeübt wird, entgegensteht. Diese Schwer- und Re
aktionskräfte ziehen entweder einen Verschleiß der Gelenk
verbindungen oder einfach Deformationen nach sich, insbe
sondere ein Knicken der Meßsegmente, welche die durch die
Postionssensoren ausgeführte Messung derart stören, daß
diese Vorrichtungen nicht für Messungen sehr großer
Präzision benutzt werden können, z. B. Messungen, bei denen
eine Positionsbestimmung eines Punktes bis auf 1 Mikron
gesucht wird.
Der Stand der Technik wird auch durch Handhabungsautomaten
mit gelenkigen Armen (siehe z. B. die EP-A-78 113 und die
DE-A-37 50 875) vervollständigt. Die US-A-43 43 092 zeigt
schließlich eine kardanische Befestigung für eine Meßvor
richtung, gegen welche diese Vorrichtungen zum Zwecke der
Orientierung zur Auflage kommen, woraus eine Vergrößerung
der Belastungen auf gleicher Höhe mit den Gelenkverbindun
gen resultiert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Meßvorrichtung großer
Präzision zu vermitteln, die durch einen Benutzer ermü
dungsfrei gehandhabt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Meßvorrichtung umfaßt: einen Satz gelenkiger Stützsegmen
te, die zu den Meßsegmenten benachbart sind, Verbindungs
teile, die auf den Stützsegmenten befestigt sind und die
wenigstens teilweise um die Meßsegmente herum in Eingriff
stehen, um diese gemäß einer Richtung zu stützen, die der
Schwerkraft entgegengesetzt ist und Hilfsteile, welche auf
die Stützsegmente entgegen der Schwerkraft einwirken.
Auf diese Weise werden die Reaktionskräfte, die sich ent
gegen der Schwerkraft einstellen, auf die gleiche Höhe mit
den Gelenkverbindungen der Stützsegmente derart
übertragen, daß die Belastungen auf gleicher Höhe mit den
Gelenkverbindungen zwischen den Meßsegmenten beträchtlich
vermindert werden und keine Störungen für die Bestimmung
der Winkelposition der Meßsegmente im untersuchten Präzi
sionsbereich hervorgerufen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
sind die Stützsegmente um die Gelenkachse herum kolinear
mit den Gelenkachsen der Meßsegmente angelenkt. Auf diese
Weise sind die Bewegungen der Stützsegmente exakt iden
tisch mit den Bewegungen der Meßsegmente, und es werden
dadurch die Belastungen minimiert, welchen die Gelenk
achsen der Meßsegmente unterworfen sind.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh
rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beilie
gender Zeichnung, die eine schaubildliche Darstellung
einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, der weiteren Er
läuterung.
Wie in der Figur dargestellt, umfaßt die Meßvorrichtung
einen Rahmen 1 in Form eines Galgens, der auf einer Grund
platte befestigt ist. Ein erstes Meßsegment, das allgemein
mit dem Bezugszeichen 2 und genauer mit dem Bezugszeichen
2.1 versehen ist, ist mittels eines Bügels 3 auf gelenkige
Weise am Rahmen 1 befestigt und hierdurch um eine verti
kale Gelenkachse 4 schwenkbar. Das Meßsegment 2.1 ist an
einem Bügel 3 um eine horizontale Achse 5 schwenkbar be
festigt. Ein zweites Meßsegment 2.2 ist auf gelenkige
Weise um eine horizontale Gelenkachse 6 an einem Ende des
Meßsegments 2.1, welches dem gelenkig mit dem Bügel 3
verbundenen Ende gegenüberliegt, befestigt. Die
Winkelposition der Meßsegmente in bezug aufeinander und in
bezug auf den Rahmen 1 wird durch Winkelpositionssensoren
7 gemessen, die mit einem nicht dargestellten Bedienungs-,
Rechen- und Steuerwerk verbunden sind.
Die Meßvorrichtung umfaßt ebenfalls Stützsegmente 8.1 und
8.2, die jeweils benachbart zu den Meßsegmenten 2.1 und
2.2 sind. Die Stützsegmente 8 sind durch eine L-förmige
Konsole 9 getragen, welche umfaßt: eine erste Seite, die
gelenkig auf der Grundplatte um eine Gelenk- und Drehachse
10 kolinear zu der Gelenk- und Drehachse 4 des Bügels 3
befestigt ist und eine zweite Seite, die eine Gelenk- und
Drehachse 11 trägt, auf welcher das erste Stützsegment 8.1
befestigt ist. Die Gelenk- und Drehachse 11 ist kolinear
zu der Gelenk- und Drehachse 5 des ersten Meßsegments 2.1
auf dem Bügel 3. Das zweite Stützsegment 8.2 ist mit dem
ersten Stützsegment 8.1 um eine Gelenk- und Drehachse 12,
die kolinear zu der Gelenk- und Drehachse 6 des zweiten
Meßsegments 2.2 ist, in bezug auf das erste Meßsegment 2.1
schwenkbar. Mit den Bezugszeichen 13.1 und 13.2 bezeich
nete Verbindungsteile, hier Gabeln 13, sind auf den Stütz
segmenten befestigt und um die Meßsegmente herum in Ein
griff, um diese gemäß einer Richtung zu stützen, die der
auf die Meßsegmente ausgeübten Schwerkraft entgegengesetzt
ist.
Andererseits sind die Enden der Federn 14 an Befestigungs
stiften 15 befestigt, die wechselseitig an dem Rahmen 9
und dem ersten Stützsegment 8.1 einerseits und dem zweiten
Stützsegment andererseits befestigt sind.
Die Federn 14 bilden die Hilfsteile, die auf die Stützseg
mente entgegen der Schwerkraft wirken. Wegen der Anordnung
der Verbindungsgabeln 13 wirken die Federn 14 nicht nur
den Gewichten der Stützsegmente selbst entgegen, sondern
auch den Gewichten der Meßsegmente. Auf diese Weise wird
das Knicken der Meßsegmente vermieden, und die aus der
Schwerkraft resultierenden Reaktionen der Achse werden auf
die Höhe der Gelenk- und Drehachsen 10, 11 und 12 der
Stützsegmente und der Konsole übertragen.
Vorzugsweise dienen die Federn 14 dazu, die Gewichte der
Stützsegmente und der Meßsegmente auszugleichen, so daß
letztere in einer Position verbleiben, in welcher sie
durch einen Benutzer ausgerichtet sind.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die be
schriebene Ausführungsform beschränkt und sie ist für Aus
führungsvarianten geeignet, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Speziell können die Stützsegmente über der
Seite der Meßsegmente angeordnet sein, damit die Gelenk-
und Drehachsen kolinear sein können. Man kann die Stütz
segmente auch unterhalb der Meßsegmente anordnen, so daß
die Gelenk- und Drehachsen der Stützsegmente und der Meß
segmente parallel sind und die Verbindungsteile 13 ent
sprechend angepaßt sind. Diese Verbindungsteile sind z. B.
Ringe, die die Meßsegmente umgeben, um diese abzustützen,
wobei die relative Richtung der Stütz- und Meßsegmente auf
das Schwerkraftfeld bezogen sein kann. Es ist in diesem
Zusammenhang auch zu bemerken, daß wenn die Gelenk- und
Drehachsen kolinear sind, ein einziges Verbindungsteil 13
zwischen den Stützsegmenten und den Meßsegmenten genügt,
um eine Reaktion der Achse auf die Dreh- und Gelenkachsen
der Meßsegmente zu vermeiden. In dem Fall verschiedener
Ausführungsformen, insbesondere wenn die Stützsegmente
unterhalb der Meßsegmente angeordnet sind, sind die
Meßsegmente gleitbar geführt, um sie in bezug auf die
Verbindungsteile zu verschieben, und es sind nun
vorzugsweise mehrere Verbindungsteile zwischen jedem
Stützsegment und jedem Meßsegment vorgesehen.
Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung lediglich mit zwei
Meßsegmenten beschrieben wurde, kann man auch eine Vor
richtung vorsehen, die mehr Meßsegmente und mehr diesen
entsprechende Stützsegmente umfaßt, um mehr Freiheitsgrade
für die Verstellbewegungen des äußersten, der Messung die
nenden Segments zu ermöglichen.
Die Federn 14 können auch durch andere Hilfsteile ersetzt
werden, wie mit Gegengewichten verbundenen Kabel oder
durch Motoren, die den Gelenk- und Drehachsen der Stütz
segmente und des Trägers 9 zugeordnet sind. Man kann auch
eine Kopplung der Steuerung der Position der Stützsegmente
mit der durch die Meßsegmente ausgeführten Messung her
stellen, um das äußerste Meßsegment auf automatische oder
halbautomatische Weise in eine vorbestimmte Position her
anzuführen, z. B. zur Auflage auf eine Oberfläche. In die
sem Fall muß das äußerste Meßsegment selbstverständlich
mit einem Sensor ausgestattet sein, der das Anhalten der
Bewegungssteuerung des Stützsegments ermöglicht, sobald
die gewünschte Position erreicht ist. Es ist in diesem
Zusammenhang zu bemerken, daß es keine Rolle spielt, daß
die Verbindungsteile 13 mit Spiel mit den Meßsegmenten
verbunden sind, da diese Verbindungsteile lediglich der
Kompensation der Schwerkräfte dienen, die auf die Meßseg
mente ausgeübt werden, ohne daß sie in irgendeiner Weise
an der Messung teilnehmen. Die Meßsegmente können selbst
von einem Rahmen getragen werden, der völlig von dem der
Meßvorrichtung getrennt ist, so daß sie mit oder ohne die
Stützsegmente benutzt werden können.
Claims (2)
1. Meßvorrichtung für die Form oder die Position eines
Objekts mit einem Rahmen (1), der einen Satz von Meß
segmenten (2) trägt, welche miteinander gelenkig ver
bunden sind und mit Sensoren für die Winkel-Position
(7) der Meßsegmente (2),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßvorrichtung umfaßt: einen Satz gelenkiger
Stützsegmente (8), die zu den Meßsegmenten (2) benach
bart sind, Verbindungsteile (13), die auf den Stütz
segmenten (8) befestigt sind und die wenigstens teil
weise um die Meßsegmente (2) herum in Eingriff stehen,
um diese gemäß einer Richtung zu stützen, die der
Schwerkraft entgegengesetzt ist, und Hilfsteile (14),
welche auf die Stützsegmente (8) entgegen der Schwer
kraft einwirken.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Stützsegmente (8) um die Gelenk- oder
Dreh-Achsen (10, 11, 12) herum kolinear mit den Ge
lenk- oder Dreh-Achsen (4, 5, 6) der Meßsegmente ange
lenkt sind.
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