DE3927525C2

DE3927525C2 - Quill for a coordinate measuring machine

Info

Publication number: DE3927525C2
Application number: DE19893927525
Authority: DE
Inventors: Gerhard Band; Heinz Dipl Ing Broghammer; Guenther Berger; Kurt Walter
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1989-08-21
Filing date: 1989-08-21
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: DE3927525A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Pinole für Koordinaten-Meßmaschinen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a quill for coordinate measuring machines according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 31 07 783 A1 ist für den Fachmann zu entnehmen, daß eine solche Pinole den Meßtaster einer Koordinaten-Meßmaschine trägt. Sie ist in einem Lagerkörper mittels eines Antriebes um relativ weite Strecken in der Z-Achse verschieblich angeordnet. Um die zur Vermeidung von Schwingungen notwendige Starrheit der Pinole zu ge währleisten, muß sie regelmäßig einen Mindestquerschnitt aufweisen. Als Materialien werden im allgemeinen Stahl oder Granit eingesetzt. Demzufolge ist eine solche Pinole ein schweres Bauteil, dessen Ge wicht beispielsweise in der Größenordnung von 50 Kp liegt.From DE 31 07 783 A1 it can be seen for the person skilled in the art that a such quill carries the probe of a coordinate measuring machine. It is relative in a bearing body by means of a drive long distances are slidably arranged in the Z axis. To the Avoidance of the necessary rigidity of the quill ensure, it must regularly have a minimum cross-section. Steel or granite are generally used as materials. Accordingly, such a quill is a heavy component, the Ge important example is in the order of 50 Kp.

Neben den im Querschnitt kreisförmigen Pinolen sind auch solche mit quadratischen und aus der DE 31 07 783 A1 Pinolen mit dreieck förmigen Querschnitten bekannt. Gerade mit der Dreiecksform wird das relativ hohe Gewicht der Pinole verringert, ohne dabei an Fe stigkeit anzubüßen. Für die Lagerung der Pinole in dem Führungskörper wird nach diesem bekannten Stand der Technik vorgeschlagen, Luftlager einzusetzen, die jedoch eine Mindestbreite der Seitenflächen der Pinole benötigen, damit sich die notwendigen Luftpolster ausbilden können.In addition to the quills which are circular in cross section, there are also quills with square and from DE 31 07 783 A1 quill with triangle shaped cross-sections known. Especially with the triangular shape reduces the relatively high weight of the quill without losing Fe steadfastness. For the storage of the quill in the guide body is proposed according to this known prior art, air bearings use, however, a minimum width of the side surfaces of the Need quill so that the necessary air cushions form can.

Die DE 35 14 961 A1 zeigt eine Antriebseinrichtung für die Pinole einer Koordinaten-Meßmaschine. Die Antriebseinrichtung umfaßt hierbei eine Gewinde spindel, die im inneren der Pinole mit einer an der Pinole befestigten Spindelmutter zusammenwirkt, wobei die Spindel gleichzeitig auch der Führung der Pinole dient. Die Pinole ist hohlzylindrisch mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet und weist keine weiteren Verstrebungen auf. DE 35 14 961 A1 shows a drive device for the quill of a coordinate measuring machine. The Drive device here comprises a thread spindle inside the quill with one on the Quill attached spindle nut interacts with the spindle also serves to guide the quill. The quill is hollow cylindrical with a rectangular cross-section trained and has no further struts.

Aus der DE 35 15 685 A1 ist eine Pinole für Koordinaten-Meßmaschinen bekannt, die einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt auf weist und aus einem Vollmaterial gebildet ist. Diese bekannte Pinole wird in insgesamt zehn Lagerkörpern eines Führungskörpers gelagert, von denen im oberen Endbereich des Führungskörpers und im unteren Endbereich jeweils vier Lagerkörper jeweils auf den vier seitli chen Führungsflächen vorgesehen sind, während im mittleren Bereich des Führungskörpers zusätzlich zwei weitere Lagerkörper eingerichtet sind, die um 90° versetzt auf den jeweiligen Führungsflächen angeord net sind.DE 35 15 685 A1 describes a quill for coordinate measuring machines known, which has a substantially square cross section points and is formed from a solid material. This well-known quill is stored in a total of ten bearing bodies of a guide body, of which in the upper end of the guide body and in the lower End area four bearing bodies each on the four side Chen guide surfaces are provided while in the middle area the guide body set up two additional bearing bodies are arranged offset by 90 ° on the respective guide surfaces are not.

Um eine Gewichtsreduzierung bei Pinolen zu erreichen, ist es in der Praxis auch üblich, die beispielsweise im Querschnitt quadra tische Pinole als Vollkörper herzustellen und dann hohlzylindrisch auszuarbeiten. Dieses Herstellungsverfahren ist technisch aufwendig und kostenintensiv.In order to reduce the weight of quills, it is in practice also common, for example, in cross section quadra table quills as a full body and then hollow cylindrical to work out. This manufacturing process is technically complex and expensive.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Pinole für Koordinaten-Meßmaschi nen der eingangs genannten Art zu schaffen, die gewichtsmäßig wesent lich reduziert ist und dabei trotzdem eine ausreichende Steifig keit aufweist und deren Lagerflächenanordnung eine große Führungs genauigkeit und Drehsteifigkeit der Pinole gewährleistet.It is an object of the invention to provide a quill for coordinate measuring machines NEN of the type mentioned to create the weight essential Lich is reduced and still sufficient rigidity speed and their bearing surface arrangement a large guide accuracy and torsional rigidity of the quill guaranteed.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichen teils von Patentanspruch 1 gelöst. Ausbildungen und Weiterbildungen dieser Lösung finden sich in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 7.According to the invention, this object is achieved through the features of the indicator partially solved by claim 1. Training and further education this solution can be found in the further claims 2 to 7.

Durch die Lösung nach den Patentansprüchen wird eine Pinole in Leicht bauweise geschaffen, die als hohlzylindrisches Bauteil gegenüber den herkömmlichen Pinolen eine große Gewichtsreduzierung bei gleich zeitig ausreichender Versteifung erbringt. Durch die Beibehaltung der Materialien der übrigen Bauteile der Koordinaten-Meßmaschine zur Pinole ist ein insgesamt optimales Wärmeausdehnungsverhalten der gesamten Einrichtung geschaffen. Die Pinole kann als Schweiß konstruktion aus zwei Längshalbschalen mit innenliegenden Verstre bungen technisch einfach, schnell und reproduzierbar hergestellt werden. Durch die Anordnung der Lagerflächen auf der Pinole wird eine verbesserte Lagebestimmung der Pinole und die Möglichkeit er reicht, auch sehr dünnwandige bis labile Pinolenkörper einzusetzen, weil die Führungsflächen mit den eingesetzten Lagerkörpern die Pinole immer wieder in die exakte zentrische Lage zurückversetzen. Dabei ist es von Wichtigkeit, daß sich die Lagerflächen jeweils diametral gegenüberliegen, wobei die Federung des jeweils einen gegenüberliegenden Lagers zu einer guten Führung beiträgt, nachdem die übrigen Lager die eindeutige Lagebestimmung und die Richtung gewährleisten. Diese Pinole in Leichtbauweise ist werkstattgerecht ausgeführt, sie ist kostengünstig in bezug auf die anderen tragenden Bauteile der Koordi naten-Meßmaschine, sie besitzt eine große Torsionssteifigkeit und sie hält hohen Beschleunigungen stand, weil die Masse und die Stei figkeit gegenüber herkömmlichen Pinolen verbessert ist. Durch die besondere Lagerung der Pinole findet ferner eine Reduzierung der Verspannung durch das Gegenüberstellen der Lagerkörper statt.The solution according to the patent claims makes a quill light design created as opposed to a hollow cylindrical component the conventional quills a great weight reduction at the same time provides sufficient stiffening at an early stage. By keeping it the materials of the other components of the coordinate measuring machine to the quill is an overall optimal thermal expansion behavior of the entire facility. The quill can act as sweat construction of two longitudinal half-shells with internal bracing exercises are technically simple, quick and reproducible will. The arrangement of the bearing surfaces on the quill an improved orientation of the quill and the possibility he it is sufficient to use very thin-walled to unstable quill bodies, because the guide surfaces with the inserted bearing bodies are the quill always return to the exact central position. Here it is important that the bearing surfaces are diametrical opposite each other, the suspension of each one opposite Camp contributes to good leadership after the rest of the camp ensure the unambiguous position and direction. This Quill in lightweight construction is designed for the workshop, it is inexpensive in relation to the other structural components of the Koordi naten measuring machine, it has great torsional rigidity and it withstands high accelerations because of the mass and the rock ability compared to conventional quills. Through the special quill storage also finds a reduction in Bracing by juxtaposition of the bearing body instead.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Darin zeigen:An example of the invention is shown in the drawing. In this demonstrate:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Pinole im Halbschnitt, Fig. 1 is a plan view of the sleeve in half-section,

Fig. 2 die Pinole in Längsansicht gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows the sleeve in longitudinal view according to section line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 die Pinole gemäß Fig. 1 in der Draufsicht im Einsatz in einem Trägerbauteil einer Koordinaten-Meßmaschine, Fig. 3 shows the sleeve of FIG. 1 in a plan view in use in a carrier component of a coordinate measuring machine,

Fig. 4 die eingesetzte Pinole entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3. Fig. 4, the sleeve used according to the section line IV-IV in Fig. 3.

Eine Pinole 1 für eine Koordinaten-Meßmaschine zur Aufnahme eines Taststiftes besteht aus zwei Längshalbschalen 2 und 3, die durch diametral gegenüberliegende Schweißnähte 4 fest miteinander verbunden sind. Die Schweißnähte 4 verlaufen über die gesamte Länge der beiden Längshalbschalen 2 und 3 der Pinole 1. Durch diese Bauweise entsteht ein im Querschnitt rechteckförmiger hohlzylindrischer Körper.A quill 1 for a coordinate measuring machine for receiving a stylus consists of two longitudinal half-shells 2 and 3 , which are firmly connected to one another by diametrically opposite welds 4 . The weld seams 4 run over the entire length of the two longitudinal half-shells 2 and 3 of the sleeve 1 . This construction results in a hollow cylindrical body with a rectangular cross section.

Um die geforderte Steifigkeit der Pinole 1 auch bei hohen Beschleuni gungswerten der Koordinaten-Meßmaschine zu gewährleisten, befinden sich auf der Innenmantelfläche 5 der Längshalbschalen 2 und 3 ver schiedene Verstrebungen. So sind an allen vier Innenecken 6 schräg und rechtwinklig zu den Innenecken 6 verlaufende Leisten 7 angeordnet, die sich über die gesamte Länge der Pinole 1 erstrecken und mit ihren Seitenkanten 8 mit der jeweiligen Innenfläche 5 der Längshalb schalen 2 und 3 verbunden sind. Eine weitere Leiste 9 ist jeweils mittig der Leiste 7 aufgesetzt und mit dieser durch Punktschweißen 10 verbunden. Die beiden Längsseiten 11 der Leiste 9 sind im spitzen Winkel zur Innenleiste abgebogen und im Mittenbereich 12 der Innen flächen 5 der Längshalbschalen 2 und 3 ebenfalls durch über die ge samte Länge der Pinole 1 verlaufende Schweißnähte 13 verbunden.In order to ensure the required rigidity of the quill 1 even at high acceleration values of the coordinate measuring machine, there are different struts on the inner circumferential surface 5 of the longitudinal half-shells 2 and 3 . So are arranged on all four inner corners 6 obliquely and at right angles to the inner corners 6 strips 7 , which extend over the entire length of the sleeve 1 and with their side edges 8 with the respective inner surface 5 of the longitudinal half shells 2 and 3 are connected. Another bar 9 is placed in the middle of the bar 7 and connected to it by spot welding 10 . The two long sides 11 of the bar 9 are bent at an acute angle to the inner bar and in the central region 12 of the inner surfaces 5 of the longitudinal half-shells 2 and 3 also by the entire length of the quill 1 running welds 13 connected.

Durch die Verstrebungen 7 und 9 an den Innenecken 6 der Pinole 1 ist ein torsionssteifer Formkörper geschaffen, der ein nur geringes Gewicht aufweist und auch hohen Querbeschleunigungen standhält. Ferner ist durch die symmetrisch angeordneten Verstrebungen 7 und 9 ein durchgehender freier Zentralbereich 14 in der Pinole 1 von vorbestimmter Größe gebildet worden. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, kann der hohlzylindrische Körper der Pinole 1 durch an den Stirnseiten aufgesetzte Deckel 15 verschlossen sein, die ebenfalls durch Schweißnähte 16 fest mit den Längshalbschalen 2 und 3 der Pinole 1 verbunden sind. Die Deckel 15 können Öffnungen 17 für die Montage, Demontage oder Durchführung von Innenbauteilen aufweisen. The struts 7 and 9 on the inner corners 6 of the sleeve 1 create a torsionally rigid molded body which is light in weight and also withstands high transverse accelerations. Furthermore, through the symmetrically arranged struts 7 and 9, a continuous free central area 14 has been formed in the sleeve 1 of a predetermined size. As can be seen from FIG. 2, the hollow cylindrical body of the sleeve 1 can be closed by covers 15 attached to the end faces, which are also firmly connected to the longitudinal half-shells 2 and 3 of the sleeve 1 by weld seams 16 . The lid 15 can have openings 17 for the assembly, disassembly or implementation of internal components.

Auf den Außenlängsflächen 18 und 19 der Längshalbschalen 2 und 3 sind jeweils in den Eckbereichen Lagerflächen 20 eingerichtet, die sich über die gesamte Länge der Pinole 1 erstrecken. Diese Lager flächen 20 befinden sich einmal auf zwei gegenüberliegenden, paral lelen Außenflächen 18 jeweils im Abstand nebeneinander in den äußeren Eckbereichen der Pinole 1. Es sind also zunächst insgesamt vier in Längsachse verlaufende Lagerflächen 20 auf der Pinole 1 vorge sehen, von denen sich jeweils zwei diametral gegenüberliegen. Zusätz lich sind zwei weitere Lagerflächen 21 eingerichtet, die sich wiederum diametral gegenüberliegen. Diese Lagerflächen 21 sind jedoch zu den Lagerflächen 20 um 90° versetzt auf den Außenflächen 19 der Pinole 1 in einem der Eckbereiche angeordnet.On the outer longitudinal surfaces 18 and 19 of the longitudinal half-shells 2 and 3 , bearing surfaces 20 are set up in the corner regions, which extend over the entire length of the sleeve 1 . These bearing surfaces 20 are once on two opposite, parallel outer surfaces 18 each spaced next to each other in the outer corner regions of the sleeve 1 . There are thus initially a total of four bearing surfaces 20 running in the longitudinal axis on the sleeve 1 , two of which are diametrically opposed to each other. In addition, two additional bearing surfaces 21 are set up, which in turn are diametrically opposite. However, these bearing surfaces 21 are offset from the bearing surfaces 20 by 90 ° on the outer surfaces 19 of the sleeve 1 in one of the corner regions.

Die Lagerflächen 20 und 21 sind mit Lagerkörpern 22 beaufschlagt, die in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 Kugelum laufschuhe sind. Die Lagerkörper 22 stützen sich in einem Führungskörper 23 des Trägerbauteiles 24 der Koordinaten-Meßmaschine ab.The bearing surfaces 20 and 21 are loaded with bearing bodies 22 , which are running shoes in the exemplary embodiment according to FIGS . 3 and 4. The bearing body 22 is supported in a guide body 23 of the support member 24 of the coordinate measuring machine.

Aus den Fig. 3 und 4 ist ferner ersichtlich, daß jeweils einem starr eingesetzten Lagerkörper 22 ein solcher unter der Kraft einer Feder 25 stehender Lagerkörper 22 diametral gegenüberliegt. Die Federn 25 liegen jeweils an einem äußeren Anschlag 26 an. . 3 and 4 is further apparent from FIGS that in each case a rigid bearing body 22 used, such stationary 25 bearing body 22 is diametrically opposed to the force of a spring. The springs 25 each abut an outer stop 26 .

Insgesamt sind für die Lagerung an den vorgesehenen Lagerflächen 20 und 21 10 Lagerkörper bzw. Kugelumlaufschuhe 22 eingerichtet. Von diesen befinden sich in einem oberen Endbereich 28 und in einem unteren Endbereich 29 des Führungskörpers 23 jeweils vier Lagerkörper 22, während zwei weitere Lagerkörper 22 im mittleren Bereich 30 des Gehäuses 23 eingerichtet sind. Der Doppelpfeil 31 zeigt die Bewegungs richtung der Pinole 1 an.A total of 10 bearing bodies or recirculating ball shoes 22 are set up for storage on the intended bearing surfaces 20 and 21 . Of these, four bearing bodies 22 are located in an upper end region 28 and in a lower end region 29 of the guide body 23 , while two further bearing bodies 22 are set up in the central region 30 of the housing 23 . The double arrow 31 indicates the direction of movement of the quill 1 .

Claims

1. Quill with guide body for coordinate measuring machines with a rectangular cross-section of the quill, which is movably guided in the Z-direction in the guide body and for the acquisition of a probe on its front end, body is guided, each of which four bearing bodies in the upper and The lower end area and two bearing bodies are arranged in the middle area of the sleeve, characterized in that the sleeve ( 1 ) consists of two interconnected longitudinal half-shells ( 2, 3 ) and is of hollow-cylindrical design and the inner corners ( 6 ) of the respective longitudinal half-shells ( 2 , 3 ) has associated struts ( 7, 9 ), which extend over the entire length of the sleeve ( 1 ), and that the sleeve ( 1 ) on the corner areas of two diametrically opposed, outer longitudinal surfaces ( 18 ) and by 90 ° offset corner areas of the two further opposite longitudinal surfaces ( 19 ) parallel to the Län Has axis of the quill ( 1 ) extending bearing surface ( 20, 21 ) which are acted upon by the bearing bodies ( 22 ) which are supported in the guide body ( 23 ) of the quill ( 1 ).

2. Quill according to claim 1, characterized in that the two longitudinal half-shells ( 2 , 3 ) are formed from a material matching the materials of the other components of the coordinate measuring machine and are joined together by welding, the struts ( 7 , 9 ) provided on the inside. are also firmly connected by welding to the longitudinal half-shells ( 2 , 3 ) of the quill ( 1 ) and the longitudinal half-shells ( 2 , 3 ) and the struts ( 7 , 9 ) are annealed after welding, and that the bearing surfaces ( 20 , 21 ) the quill ( 1 ) hardened, preferably inductively hardened.

3. quill according to claims 1 and 2, characterized in that the struts ( 7 , 9 ) and the longitudinal half-shells ( 2 , 3 ) are made of steel.

4. Quill according to claims 1 to 3, characterized in that the struts ( 7 , 9 ) consist of right-angled over the inner corners ( 6 ) arranged inner strips ( 7 ), on each of which a further strip ( 9 ) is fixed centrally by spot welding The sides of which are bent at an acute angle to the inner bar ( 7 ) and are fastened by welding in the central area ( 12 ) of the inner surfaces ( 5 ) of the longitudinal half-shells ( 2 , 3 ).

5. quill according to claims 1 to 4, characterized in that the struts ( 7 , 9 ) are arranged symmetrically and form a continuous free central area ( 14 ) of predetermined size.

6. Quill according to claims 1 and 2, characterized in that each rigidly installed bearing body ( 22 ) is assigned a bearing body ( 22 ) acted upon by a spring ( 25 ).

7. quill according to claims 1, 2 and 6, characterized in that the bearing body ( 22 ) are recirculating ball shoes.