DE2644027A1 - Tastkopf - Google Patents

Tastkopf

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DE2644027A1
DE2644027A1 DE19762644027 DE2644027A DE2644027A1 DE 2644027 A1 DE2644027 A1 DE 2644027A1 DE 19762644027 DE19762644027 DE 19762644027 DE 2644027 A DE2644027 A DE 2644027A DE 2644027 A1 DE2644027 A1 DE 2644027A1
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David Roberts Mcmurtry
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Renishaw PLC
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Rolls Royce 1971 Ltd
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B7/012Contact-making feeler heads therefor

Description

PATENTANWALT H
Dipl. ing. B. HÖLZER R. 972
FHIIiIFPXNK-WEI1SEB-STRASSB 14
8Θ00 AtTOSBURG
TELEFON 51Λ475
TELEX S33 2 02 patol d
Augsburg, den 28. September 1976
Rolls-Royce (1971) Ltd., Norfolk House, St. James's Square,
London, England
Tastkopf
Zusatz zu Patent.··ο..o. (Patentanmeldung amtl. Aktenzeichen P 23 47 633< >7-52)
Die Erfindung betrifft einen Tastkopf, dessen Taster durch eine Rückstellkraft in eine die Nullstellung bestimmende Lagerung gedrängt wird, aus welcher heraus er relativ zu seiner Halterung in einer Richtung verschiebbar und in
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mindestens einer Richtung kippbar ist, und der eine Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung aufweist, wobei die Lagerung zwei in der Halterung räumlich zueinander versetzt angeordnete Lagersteilen aufweist, an denen jeweils zueinander konvergierende Flächen mit einer Gegenfläche zusammenwirken und wobei die konvergierenden Flächen und die Gegenflächen relativ zueinander gekrümmt sind, nach Hauptρatent..0.«..(Patentanmeldung amtlo Aktenzeichen P 23 47 633,7-52).
Ein solcher Tastkopf findet in Prüfmaschinen Anwendung, bei welchen jedesmal dann ein den jeweiligen Koordinatenwert der Tastkopfposition angebendes Signal erzeugt wird, wenn der Taster ein zu prüfendes Werkstück berührt»
Der aus dem Hauptpatent„.«0οo(Patentanmeldung amtle Aktenzeichen P 23 47 633.7-52) bekannte Tastkopf arbeitet vor allem dann zufriedenstellend, wenn eine Tasterauslenkung quer zur Richtung seiner Verschiebbarkeit erfolgt9 Hinsichtlich der Tasterauslenkung in Richtung seiner Verschiebbarkeit sind jedoch bei dem aus dem Hauptpatent bekannten Tastkopf insofern Grenzen gesetzts als es nicht möglieh ist, eine in dem gewünschten Umfang vereinfachte längliche Tasterform zu wählen und trotzdem eins Erfassung der Tasterverschiebung in Tasterlängsrichtung zu ermöglichens bsw«, eine Tasterauslenkung in beiden Richtungssirmen der Tasterlängs-
^§815/0320
richtung nicht möglich ist, ohne daß erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung auftreteno
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Tastkopf nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern und weiter auszubilden, daß bei einfachster Gestalt sowohl des Tasters selbst als auch der Tasterlagerung und der Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung eine zuverlässige Erfassung der Tasterauslenkung in jeder beliebigen Tasterauslenkungsrichtung gewährleistet ist„
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein solcher Tastkopf gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die konvergenten Flächen an einer der beiden Lagerstellen so angeordnet sind, daß sie den Taster in der genannten einen Richtung verschiebbar lagern, und daß die konvergenten Flächen an der anderen Lagerstelle so angeordnet sind, daß sie den Taster um eine zu der genannten Verschiebbarkeitsrichtung senkrechte Achse kippbar lagern und Tasterverschiebungen entgegenwirken, und daß die Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung einen seitlich des Tasters angeordneten Annäherungsfühler aufweist.
7G9815/032Q
Ein Ausführungsbexspiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben, in welchen zeigen:
Pig, 1 eine Ansicht eines Tastkopfes nach
der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Ebene II-II
in Fig. 1,
Figo 3 einen Schnitt längs der Ebene III-III
in Fig. 1, und
Fig. 4 einen abgewandelten Taster,
Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist ein Taster 9 eine Tastspitze 10 auf, die an einem stabförmigen Tasterschaft 11 mit einer Längsachse lla befestigt ist, welch letztere normalerweise in Richtung der Z-Ordinate verläuft· An ihrem Ende trägt die Tastspitze 10 eine Scheibe 12 zur Abtastung eines Werkstückes 13. Der Tasterschaft 11 ist in einem Tastergehäuse lh gelagert, das einen Zapfen 15 zum eEinspannen des Tastkopfes in eine nicht dargestellte Meßmaschine aufweist, in welcher der Tastkopf dreidimensional relativ zum Werkstück beweglich ist.
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Der Taster 9 ist im Gehäuse 14 an zwei Stellen A und B gelagert, die längs der Achse 11a mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind. An der Lagerstelle A ist am Taster 9 eine Kugel 16 angeformt, die in einer achsensymmetrischen Lagermulde 17 liegt, welch letztere durch zueinander konvergierende Flächen 20 dreier mit gleichen gegenseitigen Abständen im Gehäuse angeordneter Kugeln 18 gebildet ist. Die Mittelpunkte dieser Kugeln liegen in einer Ebene 19» die sich längs der Y-Ordinate und der Z-Ordinate erstreckt, so daß die Symmetrieachse 17a der Mulde 17 senkrecht zur Achse 11a verläuft. Die Beweglichkeit der Kugel 16 ist also durch die Lagermulde 17 auf eine Drehbewegung um die Achse 17a beschränkt und die Lagermulde wirkt einer Bewegung der Kugel 16 in der Y-Z-Ebene entgegen.
An der Lagerstelle B weist der Taster 9 einen zylindrischen Bund 21 auf, der konzentrisch mit der Achse lla ist und in einer Lagerkerbe 22 liegt, die durch zueinander konvergierende Flächen 23 zweier Kugeln 24 gebildet ist, deren Mittelpunkte in der Ebene 19 auf einer zur Achse 17a senkrechten Linie liegen. Die Flächen 23 beschränken die Beweglichkeit des zylindrischen Bundes 21 auf eine Verschiebung in der Z-Richtung und wirken so einer anderenfalls möglichen Drehung der Tastspitze in der Y-Z-Ebene um den Mittelpunkt der Kugel 16 herum entgegen.
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Der Taster 9 ist durch eine Feder 25, die an einer zwischen den beiden Lagerstellen A und B gelegenen Stelle zwischen dem Gehäuse 14 und dem Tasterschaft 11 angeordnet ist, zu den Kugeln 18 und 24 hin vorgespannte Bei Berührung mit allen fünf Kugeln 18 und 24 befindet sich der Taster in seiner Nullstellung und wird durch die Vorspannkraft der Feder und die Konvergenz der Kugeloberfläche in dieser Nullstellung gehalten, da die "Vorspannkraft die Kugel 16 und den Bund 21 in die tiefstmögliche Stellung der Lagermulde 17 und der Lagerkerbe 22 hineindrängt. Wie noch erläutert wird, ist der Taster 9 aus seiner Nullstellung entgegen der Rückstellkraft der Feder auslenkbar, wenn infolge einer Berührung mit dem Werkstück eine Kraft auf die Scheibe 12 ausgeübt wird. Beim Aufhören dieser Kraft wird der Taster durch die genannte Rückstellkraft wieder in seine Nullstellung gedrängte
Jede Bewegung des Tasters 9 relativ zum Gehäuse 14 ist mittels eines Metall-Annäherungsfühlers 26 erfaßbar, der in einem aus Kunststoff bestehenden Teil des Gehäuses angeordnet ist0 Zum Zwecke der Erfasssung einer Tasterauslenkung wird von der Tatsache Gebrauch gemacht9 daß eine Auslenkung der Scheibe 12 in irgendeiner Richtung der Qrdinaten Y und Z zu einem Kippen des Tasters 9 führen mußs auf-
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grund welcher die Achse 11a des Tasterschaftes aus dem Parallelitätszustand mit der Y-Z-Ebene herausbewegt wird. Demgemäß bedingt eine Tasterbewegung in der Y-Richtung, daß der zylindrische Bund 21 an der einen oder anderen der beiden Kugelflächen 23 hinaufgleitet und dadurch der Taster 9 um die Achse 17a herum und. aus der Y-Z-Ebene herausgeschwenkt wird. In ähnlicher Weise bedingt eine Tasterbewegung in der Z-Richtung ein Aufgleiten der Kugel 16 auf mindestens eine der drei Kugeln 18 und folglich ein Kippen des Tasters 9 auf den Kugeln 24. Eine Tasterbewegung in der X-Richtung zieht ein Kippen des Tasters 9 auf den Kugeln 18 oder den Kugeln 2k nach sich. Jede dieser Tasterbewegungen ist an einem im wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden Lagerstellen A und B befindlichen Teil 27 des Tasterschaftes feststellbar, und der Fühler 26 ist demgemäß in einer diesem Tasterschaftteil 27 benachbarten Position und derart angeordnet, daß er Bewegungen dieses Tasterschaftteils senkrecht zur Y-Z-Ebene feststellen kann.
Es ist erkennbar, daß Tasterbewegungen längs der X-, Y- und Z-Ordinaten jeweils in beiden Richtungssinnen stattfinden können. Beispielsweise kann eine Bewegung der Scheibe 12 in der Z-Richtung sowohl zum Gehäuse 14 hin als auch von diesem weg stattfindeno Der letztere Fall tritt auf, wenn die Meß-
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maschine die Scheibe 12 zu einer unterschnittenen Werkstückoberfläche 13a hin anhebt.
Wenn der Tastkopf nach einer Berührung mit dem Werkstück so bewegt wird, daß die Berührung mit dem Werkstück aufhört und die auf die Scheibe 12 wirkende Kraft aufhört, so drängt die durch die Feder erzeugte Rückstellkraft die Kugel 16 und den Bund 21 wieder entlang der konvergierenden Flächen in die tiefste Stellung der Lagermulde 17 und der Lagerkerbe 22 hinein, so daß der Taster 9 wieder in seine Nullstellung zurückgeführt wird.
. Damit gute Gleiteigenschaften und eine hohe Reproduzierbarkeit der Nullstellung des Tasters gewährleistet sind, sind die Elemente 16 und 22 und die Kugeln 18 und 24 aus gehärtetem Stahl hergestellt und poliert. Handelsübliche Kugellager-Oberflächenqualitäten sind für diesen Zweck ausreichende
Der Fühler 26 ist an sich bekannt und weist beispielsweise zwei elektromagnetische Induktionsspulen 28 und 29 auf, die derart in eine Brückenschaltung 30 geschaltet sind, daß eine Änderung des Blindwiderstandes einer der beiden Spulen, wie sie durch eine Lageänderung des Tasters
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erzeugt wird, eine Änderung des Brückenausgangssignals, beispielsweise aus einem Nullwert heraus, herbeiführte Das Brückenausgangssignal wird über einen Verstärker 31 einer geeigneten Anzeigeeinrichtung zugeführt, beispielsweise einem Voltmeter.
Die erwähnte Meßmaschine ist an sich bekannt, und weist grundsätzlich einen auf beweglichen Schlitten angeordneten Meßkopf auf, wobei die Schlitten in der X-, Y- und der Z-Richtung verschiebbar sinde Die Schlitten sind mit Mitteln zur Messung der koordinatenmäßigen Position des Meßkopfes und folglich des daran befestigten Tastkopfes versehen. Ein Werkstück wird dadurch vermessen, daß die Position des Meßkopfes in demjenigen Augenblick gemessen wird, wenn bei einer Berührung zwischen der Scheibe 12 des Tasters und dem Werkstück 13 sich das Ausgangssignal des Fühlers 26 ändert.
Es ist klar, daß der Taster 9, falls keine Gegenmaßnahmen getroffen sind, um die Achse 11a drehbar ist. Darin ist jedoch kein Nachteil zu sehen, da das abtastende Tasterende drehsymmetrisch mit Bezug auf die Achse 11a ausgebildet ist, beispielsweise durch die Scheibe 12, so daß die Drehwinkelposition des Tasters mit Bezug auf die Achse 11a belanglos ist.
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Wenn jedoch das messende Tasterende seitwärts mit Bezug auf die Achse 11a versetzt ist, wie es bei der in Figo 4 gezeigten Ausführungsform des Tasters mit einer seitwärts ragenden, in einer Kugel 33 endigenden Tastspitze 32 der Fall ist, ergibt sich die Notwendigkeit, eine Drehung des Tasters 9 um die Achse lla herum zu verhindern,,
Wie in den Figo 1 und 2 gezeigt ist, ist am Taster 9 ein seitwärts ragender Arm 34 angeordnet, dessen freies Ende 35 mit einer konvexen Anlagefläche versehen ist, die an einer Stelle C an einer ebenen Gegenfläche 36 des Gehäuses 14 anliegt» Die Feder 25 ist zwischen dem Arm 34 und dem Gehäuse an einer Stelle angeordnet, die näher zum Ende 35 des Armes 34 als zur Achse lla hin gelegen ist, da der erforderliche Vorspanndruck an den Lagersteilen a und b kleiner als an der Stelle C ist. Es können jedoch auch gesonderte Federn an der Stelle C und direkt zwischen den beiden Lagerstellen A und B Anwendung finden,,
Unter dem oben erwähnten Ausdruck "achsensymmetrische Lagermulde" ist auch eine konische Mulde zu verstehen, die anstelle der durch die Kugeln 18 gebildeten Mulde Anwendung finden kann. An beiden Lagerstellen A und B können die Lagermulde 17 bzw«, die Lagerkerbe 22 jeweils entweder am Taster 9 oder am Gehäuse 14 angeordnet sein, wobei die damit zusammen-
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if
wirkenden Elemente 16 und 21 am jeweils anderen Teil gebildet sind. Anstelle des einen dargestellten Fühlers 26 können auch zwei derartige Fühler jeweils an den Lagerstellen A und B vorgesehen sein.
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Leerseite

Claims (7)

Patentansprüche
1. Tastkopf, dessen Taster durch eine Rückstellkraft in eine die Nullstellung bestimmende Lagerung gedrängt wird, aus welcher heraus er relativ zu seiner Halterung in einer Richtung verschiebbar und in mindestens einer Richtung kippbar ist, und der eine Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung aufweist, wobei die Lagerung zwei in der Halterung räumlich zueinander versetzt angeordnete Lagerstellen aufweist, an denen zueinander konvergierende Flächen mit einer Gegenfläche zusammenwirken und wobei die konvergierenden Flächen und die Gegenflächen relativ zueinander
gekrümmt sind, nach Hauptpatent (Patentanmeldung
amtliches Aktenzeichen P 23 ^7 633.7-52), dadurcn gekennzeichnet, daß die konvergierenden Flächen (23) an einer (B) der beiden Lagerstellen (A, B) so angeordnet sind, daß sie den Taster (9) in der genannten einen Richtung (Z) verschiebbar lagern, und daß die konvergierenden Flächen (20) an der anderen Lagerstelle (A) so angeordnet sind, daß sie den Taster um eine zu der genannten Verschiebbarkeitsrichtung senkrechten Achse (17a) kippbar lagern und Tasterverschiebungen entgegenwirken, und daß die Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung einen seitlich des Tasters angeordneten Annäherungsfühler (26) aufweist.
I 264402?
2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierenden Flächen (20) an der anderen Lagerstelle (B) drei Kugelflächen sind, deren Krümmungsmittelpunkte mit gleichen gegenseitigen Abständen in einer zu der genannten Verschiebbarkextsrichtung (Z) parallelen Ebene (19) liegen.
3. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der anderen Lagerstelle (B) mit den konvergierenden Flächen (20) zusammenwirkende Gegenfläche ebenfalls eine Kugelfläche (16) ist.
H, Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (9) auf den zueinander konvergierenden Flächen (20, 23) an den beiden Lagerstellen (A, ö) um eine Taster längs achse (Ha) herum drehbar ist und daß der Taster an einer zwischen den beiden Lagerstellen gelegenen Stelle einen quer verlaufenden Arm (3^) aufweist, dessen freies Ende (35) sich an einer Gegenfläche (36) der Halterung (31O abstützt, und daß ein Vorspannelement (25) das freie Ende des Armes gegen die Gegenfläche drängt.
5. Tastkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement (25) eine zwischen der genannten
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Tasterlängsachse (lla) und dem freien Ende (35) des Armes zwischen dem Arm und der Halterung (I1I) angeordnete, gleichzeitig die Rückstellkraft für den Taster (9) liefernde Feder ist.
6. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 59 dadurch gekennzeichnet, daß der Annäherungsfühler (26) an einer zwischen den beiden Lagerstellen (A, B) gelegenen Stelle angeordnet ist.
7 Q 9A 1 S/ 032ö
DE2644027A 1975-10-04 1976-09-30 Tastkopf Expired DE2644027C3 (de)

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