DE2644027B2 - Tastkopf - Google Patents

Tastkopf

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DE2644027B2
DE2644027B2 DE2644027A DE2644027A DE2644027B2 DE 2644027 B2 DE2644027 B2 DE 2644027B2 DE 2644027 A DE2644027 A DE 2644027A DE 2644027 A DE2644027 A DE 2644027A DE 2644027 B2 DE2644027 B2 DE 2644027B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • 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

tungssinn der Verschiebbarkeitsrichtung möglich ist, Tasterauslenkungen in beiden Richtungssinnen der Verschiebbarkeitsrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben, s Es zeigt
F i g. 1 eine Ansicht eines Tastkopfes nach der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt längs der Ebene 11-11 in F i g. 1,
Fig.3 einen Schnitt längs der Ebene III-III in Fig. 1, und
F i g. 4 einen abgewandelten Taster.
Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist der Taster 9 eine Tastspitze 10 auf, die an einem stabförmigen Tasterschaft 11 mit einer Längsachse Ha 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 14 gelagert, das einen Zapfen 15 zum Einspannen des Tastkopfes in eine nicht dargestellte Meßmaschine aufweist, in welcher der Tastkopf dreidimensional relativ zum Werkstück beweglich ist.
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 Lagernulde 17 liegt, welch letztere durch zueinander konvergierende Flächen 20 dreier mit gleichen gegenseitigen Abständen im Gehäuse angeordneten Kugeln 18 gebildet ist. Die Mittelpunkte dieser Kugeln liegen in einer Ebene 19, die sich längs der V-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 K-Z-Ebene entgegen.
An der Lagerstelle B weist der Taster 9 einen zylindrischen Bund 21 auf, der konzentrisch mit der Achse 11a 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 andernfalls möglichen Drehung der Tastspitze in der V-Z-Ebene um den Mittelpunkt der Kugel 16 herum entgegen.
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 vorgespannt. Bei Berührung mit allen fünf Kugeln 18 und 24 befindet sich der Taster 9 in seiner Nullstellung und wird durch die Vorspannkraft der Feder 25 und die Konvergenz der Kugeloberfläche in dieser Nullstellung gehalten, da die Vorspannkraft der Feder 25 die Kugel 16 und den Bund 21 des Tasters 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, hi Beim Aufhören dieser Kraft wird der Taster 9 durch die genannte Rückstellkraft wieder in seine Nullstellung gedrängt.
Jede Bewegung des Tasters 9 relativ zum Gehäuse 14 ist mittels eines Metall-Annäherungsfühiers 26 erfaßbar, der in einem aus Kunststoff begehenden Teil des Gehäuses angeordnet ist. Zum Zwecke der Erfassung einer Tasterauslenkung wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß eine Auslenkung der Scheibe 12 in irgendeiner Richtung der Ordinaten Y und Z zu einem Kippen des Tasters 9 führen muß, aufgrund welcher die Achse 11a des Tasterschaftes aus dem Parallelitätszustand mit der V-Z-Ebene herausbewegt wird. Demgemäß bedingt eine Tasterbewegung in der K-Richtiing, 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 V-Z-Ebene herausgeschwenkt wird. In ähnlicher Weise bedingt eine Tasterbewegung in der Z-Richtung ein Hinaufgleiten 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 24 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 11 feststellbar, und der Annäherungs-Fühler 26 ist demgemäß in einer diesem Tasterschaftteil 27 benachbarten Position und derart angeordnet, daß er Bewegungen dieses Tasterschaftteils senkrecht zur V-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 stattfinden. Der letzetere Fall tritt auf, wenn die Meßmaschine die Scheibe 12zueinerunterschnittenen 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 25 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 21 des Tasters und die Lagerkugeln 18 und 24 aus gehärtetem Stahl hergestellt und poliert. Handelsübliche Kugellager-Oberflächenqualitäten sind für diesen Zweck ausreichend.
Der Annäherungs-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 9 erzeugt wird, eine Änderung des Brückenausg&ngssignals, beispielsweise aus einem Nullwert heraus, herbeiführt. Das Brückenausgangssignal wird über einen Verstärker 31 einer geeigneten Anzeigeeinrichtung zugeführt, beispiels'veise einem Voltmeter.
Die Meßmaschine, bei der der erfindungsgemäße Tastkopf Anwendung findet, ist an sich bekannt, und weist grundsätzlich einen auf beweglichen Schlitten angeordneten Meßkopf auf, wobei die Schlitten in der X-. Y- und der Z-Richtune verschiebbar sind. 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 Abtast-Scheibe 12 des Tasters 9 und dem Werkstück 13 sich das Ausgangssignal des Annäherungs-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 11 a belanglos ist.
Wenn jedoch das messende Tasterende seitwärts mit Bezug auf die Achse Ua versetzt ist, wie es bei der in F i g. 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 Ha herum zu verhindern.
Wie in den F i g. 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 Can 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 11a hin gelegen ist, das der erforderliche Vorspanndruck an den Lagerstellen A und B kleiner als an der Stelle C ist Es können jedoch auch gesonderte Federn an der Stelle
to C und direkt zwischen den beiden Lagerstellen A und E Anwendung finden.
Unter dem oben erwähnten Ausdruck »achsensymmetrische Lagermulde« ist aber 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 zusammenwirkenden Elemente 16 und 21 am jeweils anderen Teil gebildet sind. Anstelle des einen dargestellten Annäherungs-Fühlers 26 können auch zwei derartige Fühler jeweils· an den Lagerstellen A und E vorgesehen sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Rückstellkraft in eine die Nullstellung bestimmende Patentansprüche: Lagerung gedrängt wird, aus welcher heraus er relativ zu seiner Halterung in einer Richtung verschiebbar und
1. Tastkopf, dessen Taster durch eine Rückstell- in mindestens einer Richtung kippbar ist, und der eine kraft in eine die Nullstellung bestimmende Lagerung s Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung aufgedrängt wird, aus welcher heraus er relativ zu weist, wobei die Lagerung zwei in der Halterung seiner Halterung in einer Richtung verschiebbar und räumlich zueinander versetzt angeordnete Lagerstellen in mindestens einer Richtung kippbar ist, und der aufweist, an denen jeweils zueinander konvergierende eine Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslen- Flächen mit einer Gegenfläche zusammenwirken und kung aufweist, wobei die Lagerung zwei in der as wobei die konvergierenden Flächen und die Gegenflä-Halterung räumlich zueinander versetzt angeordne- chen relativ zueinander gekrümmt sind.
te Lagerstellen aufweist, an denen jeweils zueinan- Ein solcher Tastkopf findet in Prüfmaschinen
der konvergierende Flächen mit einer Gegenfläche Anwendung, bei welchen jedesmal dann ein den
zusammenwirken und wobei die konvergierenden jeweiligen Koordinatenwert der Tastkopfposition ange-
Flächen und die Gegenflächen relativ zueinander is gendes Signal erzeugt wird, wenn der Taster ein zu
gekrümmt sind, nach Patentanmeldung P prüfendes Werkstück berührt.
2347 633.7-52, dadurch gekennzeichnet, Der aus der Patentanmeldung P 2347 633.7-52 daß die konvergierenden Flächen (23) an einer (B) bekannte Tastkopf arbeitet vor allem dann zufriedender beiden Lagerstellen (A, B) so angeordnet sind, stellend, wenn eine Tasterauslenkung quer zur Richtung daß sie den Taster (9) in der einen Richtung (Z) M seiner Verschiebbarkeit erfolgt. Hinsichtlich der Tasterverschiebbar lagern, und daß die konvergierenden auslenkung in Richtung seiner Verschiebbarkeit sind Flächen (20) an der anderen Lagerstelle (A) so jedoch bei dem aus dem Hauptpatent bekannten angeordnet sind, daß sie den Taster (9) um eine zu Tastkopf insofern Grenzen gesetzt, als es nicht möglich der genannten Verschiebbarkeitsrichtung (Z) senk- ist, eine in dem gewünschten Umfang vereinfachte rechten Achse (Ma) kippbar lagern und Tastver- 25 längliche Tasterform zu wählen und trotzdem eine Schiebungen entgegenwirken, und daß die Einrich- Erfassung der Tasterverschiebung in Tasterlängsrichtung zur Erfassung des Tasterauslenkung einen tung zu ermöglichen, bzw. eine Tasterauslenkung in seitlich des Tasters (9) angeordneten Annäherungs- beiden Richtungssinnen der Tasterlängsrichtung nicht fühler (26) aufweist. möglich ist, ohne daß erhebliche Schwierigkeiten
2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 hinsichtlich der Einrichtung zur Erfassung der Tasterzeichnet, daß die konvergierenden Flächen (20) an auslenkung auftreten.
der Tasterverschiebungen entgegenwirkenden Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den
Lagerstelle (A) drei Kugelflächen sind, deren Tastkopf nach dem Hauptpatent dahingehend zu
Krümmungsmittelpunkte mit gleichen gegenseitigen verbessern und weiter auszubilden, daß bei einfachster
Abständen in einer zu der genannten Verschiebbar- 35 Gestalt sowohl des Tasters selbst als auch der
keitsrichtungfZJ parallelen Ebene(19) liegen. Tasterlagerung und der Einrichtung zur Erfassung der
3. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Tasterauslenkung eine zuverlässige Erfassung der zeichnet, daß die an der Tasterverschiebungen Tasterauslenkung in jeder beliebigen Tasterauslenentgegenwirkenden Lagerstelle (A) mit den konver- kungsrichtung gewährleistet ist.
gierenden Flächen (20) zusammenwirkende Gegen- 40 Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein solcher Tastkopf
fläche ebenfalls eine Kugelfläche (16) ist. gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die
4. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3T konvergierenden Flächen an einer der beiden Lagersteldadurch gekennzeichnet, daß der Taster (9) auf den len so angeordnet sind, daß sie den Taster in der einen zueinander konvergierenden Flächen (20,23) an den Richtung verschiebbar lagern, und daß die konvergiebeiden Lagerstellen (A, B) um die Tasterlängsachse « renden Flächen an der anderen Lagersteile so (llaj herum drehbar ist, und daß der Taster (9) an angeordnet sind, daß sie den Taster um eine zu der einer zwischen den beiden Lagerstellen (A, B) genannten Verschiebbarkeitsrichtung senkrechten gelegenenen Stelle einen quer verlaugenden Arm Achse kippbar lagern und Tasterverschiebungen entge-(34) aufweist, dessen freies Ende (35) sich an einer genwirken, und daß die Einrichtung zur Erfassung der Gegenfläche (36) der Halterung (14) abstützt, und 50 Tasterauslenkung einen seitlich des Tasters angeordnedaß ein Vorspannelement (25) das freie Ende des ten Annäherungsfühler aufweist.
Armes (34) gegen die Gegenfläche (36) drängt Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Tasterla-
5. Tastkopf nach Anspruch 4, dadurch gekenn- gerung wird der Fortschritt erzielt, daß der Taster eine zeichnet, daß das Vorspannelement (25) eine sehr einfache längliche Form erhalten kann und daß zwischen der Tasterlängsachse (1 IaJ und dem freien 55 trotzdem jede Tasterauslenkung in Richtung seiner Ende (35) des Armes (34) angreifende gleichzeitig Verschiebbarkeit ebenso eindeutig wie jede Tasterausdie Rückstellkraft für den Taster (9) liefernde Feder lenkung quer zur Richtung seiner Verschiebbarkeit ist. erfaßbar ist Bei Auslenkungen in der Verschiebbar-
6. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, keitsrichtung gleitet die mit den konvergierenden dadurch gekennzeichnet, daß der Annähemngsfüh- 60 Flächen der solchen Tastverschiebungen entgegenwirler (26) an einer zwischen den beiden Lagerstellen kenden Lagerstelle zusammenwirkende Gegenfläche (A, B) des Tasters (9) gelegenen Stelle angeordnet des Tasters längs dieser konvergierenden Flächen in ist. Richtung aus der Lagermulde heraus, so daß der Taster
eine Kippbewegung ausführt und sich von dem seitlich
b1) angeordneten Annäherungsfühler wegbewegt. Darüber
hinaus gestattet die erfindungsgemäße Anordnung im
Gegenstand der Hauptpatentanmeldung (P Gegensatz zum Tastkopf nach dem Hauptpatent, bei
47 633.7-52) ist ein Tastkopf, dessen Taster durch eine welchem eine Tasterauslenkung nur in einem Rieh-
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