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Dokumentenidentifikation DE102005043454B3 03.05.2007
Titel Wechseleinrichtung
Anmelder Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH, 73447 Oberkochen, DE
Erfinder Enderle, Eckhard, 73434 Aalen, DE;
Binder, Stefan André, 73447 Oberkochen, DE
DE-Anmeldedatum 13.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005043454
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse B23Q 3/155(2006.01)A, F, I, 20050913, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01D 11/30(2006.01)A, L, I, 20050913, B, H, DE   G01B 21/04(2006.01)A, L, I, 20050913, B, H, DE   G01B 5/008(2006.01)A, L, I, 20050913, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechseleinrichtung zur auswechselbaren Aufnahme eines Sensors, Tastelements oder Werkzeugs an einer Maschine oder einem Maschinenteil oder einer Dreh-Schwenkeinrichtung an einer Maschine oder einem Maschinenteil, vorzugsweise einem Koordinatenmessgerät. Die Wechseleinrichtung weist eine Aufnahme mit einem ersten Lager auf und ein Gegenstück (22) mit einem zum ersten Lager (23) korrespondierenden Gegenlager. Es ist eine lösbare Spanneinrichtung (25), beispielsweise eine magnetische Spanneinrichtung, vorgesehen, mittels der bei an der Annahme aufgenommenem Gegenstück (22) eine Spannkraft zwischen dem ersten und zweiten Lager (23) erzeugt wird. Eine Verriegelungseinrichtung mit einem ersten Verschlusselement (29) ist an der Aufnahme vorgesehen und an dem Gegenstück (22) ist ein zum Verschlusselement (29) der Aufnahme korrespondierendes Gegenstück, beispielsweise in Form eines Schiebers (30) vorgesehen. Durch die Verriegelungseinrichtung kann das Gegenstück im an der Aufnahme aufgenommenen Zustand mit der Aufnahme mechanisch gekoppelt sein. Das Verschlusselement (29) weist eine Trennstelle (31) auf, und es ist ein Sicherungselement (33) in Form eines durch eine Druckfeder (35)vorgespannten Seils vorgesehen, durch das eine Trennung der Trennfläche (31) auf eine vorbestimmte Distanz begrenzt ist. Durch das Verschlusselement mit Trennstelle wird erreicht, dass auch im Falle einer Kollision keine zu großen Kräfte auf die Bauteile ausgeübt ...

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechseleinrichtung zur auswechselbaren Aufnahme eines Sensors, Tastelements oder Werkzeugs an einer Maschine oder einem Maschinenteil. Die Erfindung betrifft auch ein Koordinatenmessgerät mit einer solchen Wechseleinrichtung. Derartige Wechseleinrichtungen dienen beispielsweise dazu, um bei Koordinatenmessgeräten Drehschwenkeinrichtungen, Sensoren wie Tastköpfe oder Taststiftsätze automatisiert auswechselbar am Koordinatenmessgerät aufzunehmen. Die Wechseleinrichtungen können jedoch auch dazu eingesetzt werden, um an Bearbeitungsmaschinen unterschiedliche Werkzeuge aufzunehmen.

Bekannte Wechseleinrichtungen sind dabei so ausgebildet, dass das aufgenommene Bauteil nach jedem Wechsel reproduzierbar an der Maschine aufgenommen ist, sodass keine Neukalibrierung des aufgenommenen Bauteils erforderlich ist und die mit verschiedenen Sensoren oder verschiedenen Taststiften aufgenommenen Messwerte ohne eine zwischengeschaltete Kalibrierung miteinander kombiniert werden können.

Bei einer Wechseleinrichtung nach DE 33 20 127 für ein Koordinatenmessgerät ist eine Aufnahme, welche ein erstes Lager aufweist, und ein an der Aufnahme aufnehmbares Gegenstück vorgesehen, das ein zweites zum ersten Lager korrespondierendes Gegenlager aufweist. Bei einem an der Aufnahme aufgenommenen Gegenstück lässt sich mit einer elektrisch arbeitenden Spanneinrichtung eine Spannkraft zwischen dem ersten Lager und dem Gegenlager erzeugen. Die Spanneinrichtung kann aus einen Elektromotor und einem Getriebe bestehen. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Spanneineinrichtung einen Permanentmagneten und einen Elektromagneten auf, dessen Feld dem des Permanentmagneten überlagerbar ist. Eine solche Überlagerung von Magnetfeldern ist auch bei einer in US 5,041,806 beschriebenen Wechseleinrichtung möglich.

Bei anderen Wechseleinrichtungen im Stand der Technik kann die Spanneinrichtung auch rein mechanisch ausgeführt sein. Bei einer Wechseleinrichtung nach US 4,651,405 ist eine Aufnahme sowie ein Gegenstück für ein Werkzeug oder ein Tastelement vorgesehen. Die Aufnahme weist als Spanneinrichtung eine mechanische Kupplung auf, welche bei einer geeigneten Position eines zugehörigen Kupplungsteils durch Formschluss und Kraftschluss ein Verspannen zwischen Aufnahme und Gegenstück ermöglicht. In US 4,738,033 ist eine alternative Wechseleinrichtung für einen Taststiftträger einer Koordinatenmessmaschine angegeben. Mittels Druckluft und Federkraft wird ein Kipphebelspannwerk so betätigt, dass eine Verriegelungseinrichtung am Spannwerk an einem Stift des Taststiftträgers formschlüssig eingreift. Damit wird erreicht, dass sich ein Lösen des Taststiftträgers aus einem zugehörigen Tastkopf verhindern lässt, wenn bei einer Kollision eine Überbeanspruchung des Trägers auftritt.

Ein magnetisches Spannen eines aufzunehmenden Bauteils nach DE 33 20 127 A1 ist dabei besonders für automatische Wechseleinrichtungen geeignet, bei denen die Maschine computergesteuert das auszuwechselnde Bauteil, beispielsweise den auszuwechselnden Sensor, in einem Magazin ablegt und einen neuen Sensor aus einem Magazin aufnimmt, ohne dass der Operateur beim Wechselvorgang selbst eingreifen muss. Wird bei diesen Wechseleinrichtungen jedoch das Abwerfen des Sensors oder des anderen aufgenommenen Bauteils unbeabsichtigt ausgelöst, ohne dass zuvor das Magazin angefahren wurde, kann es leicht zu unbeabsichtigten Beschädigungen des Sensors kommen, wenn dieser aus größerer Höhe abgeworfen wird und herunter fällt. Deshalb ist es beispielsweise von der Dreh-Schwenkeinrichtung der Anmelderin bekannt, die magnetische Spannung noch mit einer mechanischen Verriegelung zu kombinieren, wobei für das Entfernen des aufgenommenen Sensors oder der aufgenommenen Dreh-Schwenkeinrichtung entweder von Hand die Verriegelung gelöst werden muss oder diese beim Ablegen der Dreh-Schwenkeinrichtung oder des Sensors im Magazin automatisch gelöst wird. Um jedoch im Falle einer unbeabsichtigten Kollision während des Messvorgangs durch die Verriegelungseinrichtung und die dadurch gewährleistete starre Kopplung zwischen dem aufgenommenen Bauteil und der Maschine übermäßige Beschädigungen zu vermeiden, ist die Verriegelung wieder so ausgelegt, dass sie bei überschreiten einer bestimmten Kraft automatisch entriegelt. Im Kollisionsfalle kann es dann wieder dazu kommen, dass der aufgenommene Sensor abfällt und beim nachfolgenden Aufschlagen beschädigt wird.

Bei der Anordnung nach der US 4,254,554 wird das aufzunehmende Bauteil durch ein vorgespanntes Stahlseil gegen das eine reproduzierbare Aufnahme des aufzunehmenden Bauteils gewährleistende Dreipunktlager gezogen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass im Falle einer Kollision das aufzunehmende Bauteil aus dem Lager herausgehoben werden kann, ohne dass dadurch das aufzunehmende Bauteil ganz von der Maschine getrennt wird. Diese Anordnung ist jedoch nicht für einen manuellen oder automatisierten Wechsel geeignet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wechseleinrichtung zur auswechselbaren Aufnahme von Sensoren, Tastelementen, Werkzeugen oder Drehschwenkeinrichtungen sowie ein Koordinatenmessgerät mit einer solchen Wechseleinrichtung anzugeben, wobei die Wechseleinrichtung einerseits einen automatisierten Wechselvorgang ermöglicht, andererseits jedoch im Kollisionsfall ein Abreißen des aufgenommenen Sensors, Tastelements, Werkzeugs oder der Dreh-Schwenkeinrichtung vermeidet.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch eine Wechseleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Koordinatenmessgerät mit den Merkmalen der Ansprüche 10 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Wechseleinrichtung weist eine Aufnahme mit einem ersten Lager auf. Des Weiteren weist die Wechseleinrichtung ein Gegenstück auf, das an der Aufnahme aufzunehmen ist und ein zweites Lager aufweist, das zum ersten Lager korrespondiert. Das Lager der Aufnahme und das korrespondierende Gegenlager am Gegenstück sind dabei in bekannter Weise so ausgebildet, dass das Trennen und Wiederaufnehmen von Aufnahme und Gegenstück reproduzierbar erfolgt. Es ist eine lösbare Spanneinrichtung vorgesehen, die bei an der Aufnahme aufgenommenem Gegenstück eine Spannkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Lager erzeugt. Des Weiteren ist eine Verrieglungseinrichtung vorgesehen, die ein erstes Verschlusselement an der Aufnahme und ein zweites, zum ersten Verschlusselement korrespondierendes Verschlusselement am Gegenstück aufweist und mit der das Gegenstück im an der Aufnahme aufgenommenen Zustand mit der Aufnahme mechanisch koppelbar ist. Das Verschlusselement an der Aufnahme ist an einer Trennstelle an der Aufnahme aufgenommen und darüber hinaus ist ein Sicherungselement vorgesehen, durch das eine Trennung der Trennstelle über eine vorbestimmte Distanz hinaus verhindert ist.

Die Verschlusselemente sollten dabei so ausgelegt sein, dass durch die Verriegelungseinrichtung keine zusätzliche Spannkraft zwischen dem ersten Lager der Aufnahme und dem Gegenlager des Gegenstücks erzeugt wird.

Durch die Verriegelungseinrichtung ist die Wechseleinrichtung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen des aufgenommenen Bauteils gesichert. Die Verriegelungseinrichtung kann dabei mechanisch ausgebildet sein, beispielsweise durch einen Zapfen, der eine Nute aufweist, und in die ein Sicherungsschieber eingreift. Es sind jedoch auch viele andere Verriegelungseinrichtungen, z.B. ein in eine Nute eingreifender Haken u.s.w. möglich. Die Verriegelungseinrichtung sollte jedoch so ausgebildet sein, dass sie bei aufgenommenem Gegenstück automatisch verriegelt und bei einem beabsichtigten Ablegen des aufgenommenen Bauteils automatisch entriegelt.

Die Trennstelle für das Verschlusselement der Aufnahme ist ein Sitz an der Aufnahme, in dem das Verschlusselement der Aufnahme im normalen Betrieb der Wechseleinrichtung sitzt. Kommt es jedoch zu einer unbeabsichtigten Kollision, wird das Verschlusselement an der Trennstelle aus dem Sitz an der Aufnahme heraus gehoben. Dazu sollte die Trennstelle bzw. der Sitz für das Verschlusselement im Bereich der Ebene angeordnet sein, die durch das Lager der Aufnahme definiert ist. Das aufgenommene Bauteil kann daher aus dem Lager herausgehoben werden. Durch das Sicherungselement ist gewährleistet, dass auch bei aus dem Lager herausgehobenem aufgenommenem Bauteil dieses nicht einfach herunterfällt, sondern trotz der Trennung weiterhin gehalten wird bis die vorbestimmte Distanz erreicht ist. Die vorbestimmte Distanz ist dabei in Abhängigkeit von der Maschinensteuerung so ausgelegt, dass selbst dann, wenn die Maschine mit maximaler Geschwindigkeit vor der Kollision verfährt, die Maschinenantriebe innerhalb der vorbestimmten Distanz gestoppt werden können, wenn ein Kollisionsfall registriert worden ist.

Die Aufnahme kann am Sensor, am Tastelement, am Werkzeug oder an einer Dreh-Schwenkeinrichtung angeordnet sein. Alternativ dazu kann das Gegenstück am Sensor, am Tastelement, am Werkzeug oder an der Dreh-Schwenkeinrichtung angeordnet sein.

Das Sicherungselement kann ein Seil sein, das mit dem Verschlusselement der Aufnahme verbunden ist. Vorzugsweise ist das Seil entweder selbst elastisch, sodass es sich über die vorbestimmte Distanz dehnen kann. Alternativ dazu kann das Seil auch an der der Trennstelle gegenüber liegenden Seite beweglich angebunden und vorgespannt sein. Die Vorspannung kann durch Federkraft, pneumatisch, hydraulisch, magnetisch oder elektrisch erzeugt sein. Wenn das Seil elastisch ist oder die der Trennstelle gegenüberliegende Seilaufnahme verschiebbar und vorgespannt ist, hat dieses den Vorteil, dass im Normalfall, also wenn kein Kollisionsfall vorliegt, die Vorspannung oder die Elastizität des Seils zu einem Schließen der Trennstelle führt. Das Verschlusselement der Aufnahme sitzt dann immer in einem definierten Zustand in seinem Sitz an der Aufnahme, was den Wechselvorgang, insbesondere das Verriegeln durch das zum Verschlusselement der Aufnahme korrespondierende Verschlusselement am Gegenstück vereinfacht. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, ein nicht vorgespanntes und nicht elastisches Seil als Sicherungselement zu verwenden, wenn mittels der Schwerkraft dafür gesorgt wird, dass im Normalfall, wenn kein Kollisionsfall vorliegt, die Trennstelle geschlossen ist.

Für eine kompakte Bauweise hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn für die Vorspannung des Seils eine Druckfeder vorgesehen ist.

Die Trennstelle des Sicherungselements sollte als konische bzw. kegelförmige oder sphärische Trennstelle ausgeführt sein, die nahe der Ebene positioniert ist, die durch das Lager der Aufnahme definiert ist. Eine konische Trennstelle lässt sich dadurch realisieren, dass das Verschlusselement der Aufnahme einen Kegel aufweist und an der Aufnahme ein hohlkegelförmiger Sitz für den Kegel des Verschlusselements vorgesehen ist. Eine sphärische Trennstelle lässt sich entsprechend dadurch erreichen, dass das Verschlusselement einen Ausschnitt einer Kugeloberfläche aufweist und an der Aufnahme ein hohlkugelförmiger Sitz für die Kugeloberfläche des Verschlusselements vorgesehen ist, in den das Verschlusselement mit seiner Kugeloberfläche eingreift. Eine konische oder sphärische Trennstelle liefert den Vorteil, dass auch bei auftretenden seitlichen Scheerkräften die Trennung des Verschlusselements an der Trennstelle leicht erfolgt.

Wie beim Stand der Technik kann das Verschlusselements des Gegenstücks ein vorgespannter Schieber sein, der in eine Nute des Verschlusselements eingreift. Durch die Vorspannung des Schiebers befindet sich dieser immer, wenn keine Kräfte von außen auf den Schieber ausgeübt werden, in der arretierenden Position.

Die erfindungsgemäße Wechseleinrichtung findet vorzugsweise Einsatz im Zusammenhang mit Koordinatenmessgeräten, die eine in einer oder mehreren Raumrichtungen computergesteuert bewegbare und/oder um ein oder mehrere Raumrichtungen computergesteuert drehbare Aufnahme für einen Sensor aufweisen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Dreh-Schwenkeinrichtung im Zusammenhang mit entsprechenden Koordinatenmessgeräten, wobei die Wechseleinrichtung an der Aufnahme für die Dreh-Schwenkeinrichtung und/oder an der Aufnahme für den Sensor an der Dreh-Schwenkeinrichtung vorgesehen sein kann.

Nachfolgend werden Einzelheiten der Erfindung an Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

1: eine perspektivische Ansicht eines Koordinatenmessgeräts in Portalbauweise mit an der Pinole des Koordinatenmessgeräts über eine Wechseleinrichtung aufgenommener Dreh-Schwenkeinrichtung und an der Dreh-Schwenkreinrichtung über eine weitere Wechseleinrichtung aufgenommenem Sensor, und

2 einen Schnitt durch eine Wechseleinrichtung nach der vorliegenden Erfindung.

In der 1 ist mit 1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise bezeichnet. Das Koordinatenmessgerät weist eine Granitplatte auf, an der Führungen (2, 3) vorgesehen sind, entlang derer das Messportal mit seinen Schlitten (4, 5) in einer Richtung computergesteuert verfahrbar ist. Auf den Schlitten (4, 5) ist über zwei Vertikalstützen (6, 7) die Traverse (8) aufgenommen. An der Traverse (8) wiederum ist der Querschlitten (9) aufgenommen, der längs der Traverse und damit senkrecht zur Richtung der Führungen (2, 3) ebenfalls computergesteuert verfahrbar ist. Am Querschlitten (9) ist die Pinole (10) in der Vertikalen verfahrbar aufgenommen. Über eine Maschinensteuerung (20) mit Steuerungsrechner, Mikroprozessoren, Bedienfeld (21) und Monitor (22) wird die gesamte Maschine und die Bewegung der Pinole (10) in den drei zu einander senkrechten Raumrichtungen gesteuert.

An der Pinole (10) ist über eine erste Wechseleinrichtung (11) eine Dreh-Schwenkeinrichtung (12, 13, 14) aufgenommen. Die Dreh-Schwenkeinrichtung ermöglicht einerseits computergesteuerte Drehungen in einer zur Achse der Pinole (10) (Vertikalen) parallelen Achse um die Horizontalebene (18) und um eine zur Achse der Pinole (10) senkrechte Achse in der vertikalen Drehebene (19). Die Dreh-Schwenkeinrichtung kann dabei eine sogenannte kontinuierliche Dreh-Schwenkeinrichtung sein, die Drehbewegungen in den beiden Drehebenen (18, 19) um beliebige oder nahezu beliebige Drehwinkel ermöglicht, oder als sogenanntes rastendes Drehschwenkgelenk ausgebildet sein, bei dem die Drehbewegungen nur um fest vorgegebene Winkelinkremente möglich sind.

Über eine zweite Wechseleinrichtung (15) ist an der Dreh-Schwenkeinrichtung ein Sensor (16) mit daran aufgenommenem Taststift (17) aufgenommenen. Über die Dreh-Schwenkeinrichtung kann der Sensor (16) beliebig im Raum orientiert werden, je nach dem wie es die Messaufgabe gerade erfordert. Der Taststift (17) selbst kann wiederum über eine weitere Wechseleinrichtung am Sensor aufgenommen sein.

Der Aufbau der Wechseleinrichtungen (11, 15) ist in der 2 im Schnitt dargestellt. Die Wechseleinrichtung hat eine Aufnahme (21), die ein erstes Lager trägt. Das Gegenstück (22), das an der Aufnahme (21) aufzunehmen ist, hat ein Gegenlager, das zu dem Lager der Aufnahme korrespondiert. Das Lager der Aufnahme (21) und das Lager des Gegenstücks (22) sind dabei so ausgebildet, dass sie gemeinsam ein Dreipunktlager bilden. Beispielsweise kann das Lager (23) der Aufnahme (21) drei jeweils um 120° versetzte Kugeln und das Lager des Gegenstücks (22) entsprechende Ausnehmungen aufweisen, die zu den Kugeln des ersten Lagers (23) so abgestimmt sind, dass das Gegenstück (22) immer reproduzierbar an der Aufnahme (21) aufgenommen wird. Um eine eventuelle Mehrdeutigkeit gegenüber einer Drehung um 120° in der durch das Lager definierten Ebene auszuschließen, kann eine Position noch über ein zusätzliches Element (24), beispielsweise eine Kugel mit einer zugeordneten Ausnehmung im Gegenstück (22) ausgezeichnet sein.

Als lösbare Spanneinrichtung (25) ist in einer Ausnehmung der Aufnahme (21) eine Kombination aus einem Elektromagneten und einem Permanentmagneten enthalten. Am Gegenstück (22) ist eine Ankerplatte (34) befestigt, die vom Magneten (25) angezogen wird. Wenn das Gegenstück (22) an der Aufnahme (21) aufgenommen ist, wird dieses entsprechend über Magnetkraft gehalten. Die Kombination aus Permanentmagnet und Elektromagnet liefert dabei den Vorteil, dass der Elektromagnet nur während des Wechselvorgangs aktiviert wird und im normalen Messbetrieb die Spannung ausschließlich über den Permanentmagneten erfolgt, sodass die Energiedissipation und damit die Erwärmung durch den Elektromagneten minimal ist. Der detaillierte Aufbau einer solchen magnetischen Wechseleinrichtung ist beispielsweise aus der eingangs genannten DE 33 20 127 A1 bekannt, auf die wegen weiterer Details verwiesen sei.

Für die Verriegelung der Wechseleinrichtung ist an der Aufnahme (21) ein als Zapfen ausgebildetes Verschlusselement (29) vorgesehen, das durch eine Bohrung der Ankerplatte (34) hindurchgreift. Das Verschlusselement (29) ist leicht angespitzt und weist eine Nut auf. Das Gegenstück weist in einer Ausnehmung einen durch eine Feder (32) vorgespannten Schieber (30) auf, der in die Nut des Verschlusselements (29) der Aufnahme eingreift. Das Verschlusselement (29) der Aufnahme weist etwa in Höhe der durch das Lager definierten Lagerebene eine konische Trennstelle (31) auf, d.h. das Verschlusselement ist trennbar in einem als konische Ausnehmung ausgebildeten Sitz an der Aufnahme aufgenommen. Der Sitz für das Verschlusselement befindet sich dabei an einem Röhrchen (27), das auf seiner zum aufzunehmenden Bauteil zugerichteten Seite eine zur konischen Außenfläche des durch die Ankerplatte hindurchgreifenden Verschlusselements (29) korrespondierende konische Innenfläche hat. Im Inneren des Röhrchens (27) ist eine Druckfeder (35) und darin ein Seil (33) geführt, das mit dem durch die Öffnung der Ankerplatte (34) hindurch greifenden Verschlusselement (29) verbunden ist, und auf dem gegenüberliegenden Ende mit einem Spannelement (36) verbunden ist. Das Spannelement ist im Rohr (27) gleitend geführt.

Beim Aufnehmen des Gegenstücks (22) wird zunächst die Aufnahme (21) so relativ zum Gegenstück (22) positioniert, dass das Verschlusselement (29) der Aufnahme (21) durch das Loch in der Ankerplatte (34) hindurchfährt und beim weiteren aufeinander zu bewegen durch die Spitze des Verschlusselements den Schieber (30) zur Seite drückt und dadurch die Verriegelungseinrichtung öffnet. Der Schieber (30) rastet dann, wenn das Verschlusselement so weit eingeführt ist, dass die Nute die Höhe des Schiebers (30) erreicht, durch seine Vorspannung in die Nute im Verschlusselement ein. Die Abmessungen der Nute im Verschlusselement (29) relativ zum Schieber (30) sind dabei so gewählt, dass die Verrieglungseinrichtung keine Spannkraft auf das Lager (23) zwischen der Aufnahme (21) und dem Gegenstück (22) erzeugt. Der Schieber (30) und die Nute im Verschlusselement (29) haben dazu ein hinreichend großes Spiel. Denn die Spannung zwischen Aufnahme (21) und Gegenstück (22) soll ausschließlich mit Hilfe des Magneten (25) erfolgen, damit die Reproduzierbarkeit der Aufnahme gewährleistet ist.

Durch die Verriegelungseinrichtung ist ein unbeabsichtigtes Abwerfen des aufgenommenen Bauteils gewährleistet. Selbst wenn der Magnet (25) auf Abwerfen des aufgenommenen Bauteils (22) geschaltet wird, bleibt die Verrieglungseinrichtung in Eingriff mit dem Verschlusselement (29), solange der Schieber (30) nicht gegen die Kraft der Feder (32) gedrückt wird.

Ist hingegen ein Wechseln gewünscht und die geeignete Magazinposition angefahren, so drückt die Wand oder ein anderes dafür vorgesehenes Bauteil des Magazins gegen den Schieber (30) und entriegelt die Verriegelungseinrichtung. Durch nachfolgendes Lösen der Magnetkraft, indem der Elektromagnet so angesteuert wird, dass er die Magnetkraft des Permanentmagneten kompensiert oder überkompensiert, können dann die Aufnahme (21) und das Gegenstück (22) voneinander getrennt werden.

Im Falle einer unbeabsichtigten Kollision, also wenn beispielsweise gegen das Gegenstück (22) von der Seite Kräfte einwirken, die größer als die magnetische Haltekraft (größer als die Haltekraft der Spanneinrichtung) sind, so wird das Gegenstück (22) aus dem Lager (23) herausgehoben. Dabei wird gleichzeitig das Verschlusselement (29) an der Trennstelle (31) vom Rohr (27) getrennt. Bei weiter zunehmenden Kräften wird dann das am Verschlusselement (29) befestigten Seil (33) gegen die Kraft der Druckfeder (35) nach oben gezogen. Dabei gleitet das Spannelement (36) in dem Rohr (27) nach oben in Richtung auf die Lagerebene zu. Das Verschlusselement (29) bleibt dabei ständig über das Seil (33) mit der Aufnahme (21) verbunden. Durch die Ausbildung des Sicherungselements durch ein Seil (33), das durch die Druckfeder (35) vorgespannt ist, wird eine Überdehnung der Feder (35) ausgeschlossen.

Die vom Sicherungselement erzeugte Spannkraft auf das Verschlusselement (29) ist vorzugsweise kleiner als die Spannkraft, mit der das Gegenstück (22) über die Spanneinrichtung (25) an der Aufnahme gehalten wird.

Die Aufnahme und das Gegenstück weisen weiterhin nicht dargestellte Kontaktstifte auf, die zueinander korrespondieren und mittels der eine Trennung zwischen der Aufnahme (21) und dem Gegenstück (22) detektiert wird. Im Kollisionsfall, wenn also das Gegenstück (22) aus dem Lager (23) herausgehoben wird, wird dieses durch die Unterbrechung der Kontakte registriert. Die Maschinensteuerung schaltet dann schlagartig die Antriebe ab, wobei die Pinole noch einen gewissen Nachlauf hat, bis sie zum Stillstand kommt. Der Bewegungsweg, den das Sicherungselement für eine Trennung des Verschlusselements (29) an der Trennstelle (33) zulässt, ist so bemessen, dass bei maximaler Vorschubbewegung der Maschinenantriebe nach der Detektion des Kollisionsfalls der Stillstand der Maschinenantriebe erreicht wird, bevor die durch das Sicherungselement ermöglichte maximale Trennung des Verschlusselements an der Trennstelle erreicht wird. Die durch die Feder erzeugte Vorspannung des Sicherungselements ist dabei so ausgelegt, dass selbst bei maximaler Stauchung der Druckfeder die auftreten Kräfte so gering sind, dass keine Beschädigungen auftreten. Auf diese Weise werden auch im Kollisionsfall Beschädigungen an der Maschine oder an dem aufgenommenen Gegenstück vermieden.

Die Aufnahme (21) kann an der Pinole des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein. In diesem Fall wäre das Gegenstück (22) entweder an einer Dreh-Schwenkeinrichtung oder an einem an der Pinole aufzunehmenden Sensor angeordnet. Alternativ kann die Aufnahme (21) auch an einer Dreh-Schwenkeinrichtung angeordnet sein; in diesem Fall wäre wieder das aufzunehmende Gegenstück (22) an einem Sensor angeordnet, der an der Dreh-Schwenkeinrichtung aufzunehmen ist.

Die Spanneinrichtung (25) kann wie in der 2 dargestellt in einer Ausnehmung der Aufnahme (21) angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Spanneinrichtung (25) in einer Ausnehmung des Gegenstücks (22) anzuordnen.

Auf die Feder (35) zur Vorspannung des das Sicherungselement bildenden Seils (33) kann verzichtet werden, wenn sichergestellt ist, dass auch ohne Vorspannung des Seils (33) die Trennstelle (31) beim Wechselvorgang geschlossen ist. Dieses lässt sich beispielsweise erreichen, wenn die Aufnahme (21) beim Wechselvorgang immer vertikal nach oben steht.

Durch die Vorspannung des Sicherungselements (33) lässt sich jedoch gewährleisten, dass die Trennstelle im Normalfall (also wenn keine Kollision eingetreten ist) bei beliebiger Orientierung der Wechseleinrichtung im Raum geschlossen ist.

Anstelle einer Druckfeder für die Vorspannung des Sicherungselements (33) kann natürlich auch eine Zugfeder zum Einsatz kommen. Alternativ ist es auch denkbar, die Vorspannkraft pneumatisch, hydraulisch oder durch Magnetkraft zu erzeugen. Alternativ ist es weiterhin möglich, dass Sicherungselement (33) als elastisches Seil, beispielsweise als starkes Gummiseil, auszubilden und dieses auf der dem Sicherungselement (29) abgewandten Seite fest an der Aufnahme (21) zu befestigen.

Anhand der 1 wurde die Erfindung am Beispiel eines Koordinatenmessgeräts in Portalbauweise erläutert. Die erfindungsgemäße Wechseleinrichtung ist jedoch ebenso bei Koordinatenmessgeräten in so genannter Ständerbauweise oder auch bei Bearbeitungsmaschinen einsetzbar.


Anspruch[de]
Wechseleinrichtung zur auswechselbaren Aufnahme eines Sensors, Tastelements oder Werkzeugs an einer Maschine oder einem Maschinenteil, mit

a) einer Aufnahme (21), die ein erstes Lager (23) aufweist,

b) einem an der Aufnahme aufnehmbaren Gegenstück (22), das ein zweites, zum ersten Lager korrespondierendes Gegenlager aufweist,

c) einer lösbaren Spanneinrichtung (25), die bei an der Aufnahme aufgenommenem Gegenstück eine Spannkraft zwischen dem ersten Lager (23) und dem Gegenlager erzeugt,

d) einer Verriegelungseinrichtung, die ein erstes Verschlusselement (29) an der Aufnahme (21) und ein zweites, zum ersten Verschlusselement (29) korrespondierendes Verschlusselement (30) am Gegenstück (22) aufweist, und mit der das Gegenstück (22) im an der Aufnahme (21) aufgenommenen Zustand mit der Aufnahme mechanisch koppelbar ist,

e) wobei das Verschlusselement (29) der Aufnahme (21) eine Trennstelle (31) aufweist, und

f) ein Sicherungselement (33) vorgesehen ist, durch das eine Trennung des Verschlusselements (29) der Aufnahme (21) an der Trennstelle (31) auf eine vorbestimmte Distanz begrenzt ist.
Wechseleinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aufnahme (21) am Sensor, am Tastelement oder am Werkzeug angeordnet ist. Wechseleinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gegenstück (22) am Sensor, am Tastelement oder am Werkzeug angeordnet ist. Wechseleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sicherungselement (33) ein Seil ist. Wechseleinrichtung nach Anspruch 4, wobei das Seil (33) elastisch ist. Wechseleinrichtung nach Anspruch 4, wobei das Seil (33) vorgespannt ist. Wechseleinrichtung nach Anspruch 6, wobei für die Vorspannung des Seils (33) eine Druckfeder (35) vorgesehen ist. Wechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Trennstelle (31) des Verschlusselements (29) als konische oder sphärische Trennstelle ausgeführt ist. Wechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verschlusselement des Gegenstücks ein vorgespannter Schieber (30) ist. Koordinatenmessgerät mit einer in ein oder mehreren Raumrichtungen computergesteuert bewegbaren und/oder um eine oder mehrere Raumrichtungen computergesteuert drehbaren Aufnahme (21) für einen Sensor und mit einer Wechseleinrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Koordinatenmessgerät mit einer in ein oder mehreren Raumrichtungen computergesteuert bewegbaren Aufnahme für eine Dreh-Schwenkeinrichtung, die Drehbewegungen eines an der Dreh-Schwenkeinrichtung aufgenommenen Sensors um zwei zueinander senkrechte Achsen computergesteuert ermöglicht und mit einer Wechseleinrichtung (11, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 an der Aufnahme für die Dreh-Schwenkeinrichtung und/oder der Aufnahme für den Sensor an der Dreh-Schwenkeinrichtung.






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