DE2620099C2 - Tastkopf mit allseitig auslenkbarem Taster - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem aus dem DE-GM 72 31 877 bekannten Tastkopf dieser Gattung sind Taster und Halterung durch eine Federparallelogrammanordnung miteinander verbunden, deren drei zueinander orthogonale BlaUfederpaare bzw. Blattfederparallelogramme, von denen jedes eine Tasterbewegbarkeit in Richtung einer der drei Raumkoordinatenachsen ermöglicht, turmartig übereinander angeordnet sind. Dabei ist das über das erste Blattfederpaar mit dem halterungsseitigen starren Endglied verbundene erste starre Zwischenglied winkelförmig ausgebildet.

Bei zwei gegenüber diesem Stand der Technik älteren, aus der DE-OS 19 12 605 bzw. aus der DE-AS 07 270 bekannten Tastkopfkonstruktionen finden jeweils nur zwei zueinander orthogonale Blattfederpaare zur Ermöglichung einer Tasterauslenkung in zwei zueinander orthogonalen Raumkoordinatenachsen Anwendung.

Bei der bekannten Anordnung nach der DE-OS 1912 605 verbindet das erste Blattfederpaar ein halterungsseitiges Endglied mit einem winkelförmigen starren Zwischenglied, das ober das zweite Blattfederpaar mit einem tasterseitigen Endglied verbunden ist, an welchem der Taster befestigt ist, so daß er in den beiden durch die beiden Blattfederpaare gegebenen Auslenkungsrichtungen auslenkbar ist Die beiden Blattfeder-

paare sind dabei so ineinander geschachtelt, daß die Blattfedern vier Seiten eines parallelepipedförmigen Raumes bilden.

Bei der aus der DE-AS 22 07 270 bekannten Anordnung sind die beiden Blattfederpaare ebenfalls derart ineinandergeschachtelt daß die Blattfedern an vier Seiten eines parallelepipedförmigen Raumes liegen, jedoch ist hier der Taster mittels einer Führung in Längsrichtung seines Tasterschaftes verschiebbar mit dem tasterseitigen starren Glied der Blattfederanordnung verbunden, so daß der Taster in allen drei Raumkoordinatenrichtungen auslenkbar ist wobei die Auslenkbarkeil: in zwei Richtungen durch die Blattfederanordnung und in der dritten Richtung durch die längsverschiebüche Führung des Tasterschaftes gegeben ist.

Die beiden eben erörterten bekannten Anordnungen nach der DE-OS l€H2 605 und der DE-AS 22 07 270 bieten wegen der beiden ineinandergeschachtelten Blattfederparallelogramme den Vorteil einer kompakten Konstruktion.

Mit der eingangs erörterten bekannten Anordnung gemäß dem DE-GM 72 31 877 mit drei turmartig übereinander angeordneten Blattfederparallelogrammen wird dem Bedürfnis entsprochen, die Tasterauslenkbarkeit in allen drei Koordinatenrichtungen mittels Blattfederparallelogrammen zu realisieren und damit ein gleichartiges Ansprechverhalten in allen drei Koordinatenrichtungen zu erreichen. Um die Forderung nach einer Tasterauslenkbarkeit in .»Ilen drei Dimensionen mit Hilfe von Blattfederparallelogrammen zu realisieren, weicht die aus dem DE-GM 72 31877 bekannte Anordnung von dem aus den beiden genannten älteren Druckschriften bereits bekannten kompakten kubischen Aufbau ab und wählt stattdessen eine keineswegs mehr kompakte, sondern turmartige Konstruktion.

Abgesehen von dem demzufolge größeren Raumbedarf weist die aus dem DE-GM 72 31877 bekannte Konstruktion aber noch einen weiteren Nachteil auf, nämlich die Tatsache, daß der Hebelarm für die Tasterauslenkungsbewegungen für die drei möglichen Auslenkungsrichtungen unterschiedlich ist, d. h. der Abstand zwischen der auf den Taster wirkenden Auslenkungskraft und der Reaktionskraft, die an dem halterungsseitigen der beiden an dem der betreffenden Auslenkungsrichtung zugeordneten Blattfederpaar befestigten starren Glieder angreift, je nach Auslenkungsrichtung unterschiedlich groß ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Tastkopf mit über drei Federparallelogramme allseitig äuslenkbar angeordnetem Taster in Form einer kompakten Anordnung auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen

Tastkopfes Für eine Prüfmaschine werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig, 1 eine Ansicht der Prüfmaschine mit dem Tastkopf,

F i g, 2 die Blattfederanordn<wg des Tastkopfes,

F i g, 3 einen Schnitt durch den Tastkopf,

F i g. 4 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV in F i g. 3,

Fig.5 eine abgewandelte Ausführungsform des Tastkopfes,

Fig,6 einen Längsschnitt in der Ebene VI-VI in F i g. 5, und

F i g. 7 ein Schaltbild.

Fig. 1 zeigt eine Prüfmaschine mit Schlitten 12, 13 und 14 zur Verschiebung eines Tastkopfes 11 in den X-, Y- und Z-Richtungen eines rechtwinkeligen Koordinatensystems. Die Schlittenverschiebungswege werden durch digitale Anzeigeeinrichtungen 124, 134 und 14A angezeigt.

Der Tastkopf 11 weist einen an einer Halterung 16 angeordneten Taster 15 auf, der mittels einer nachstehend noch beschriebenen Blattfederparallelof/amrnanordnung in der X-, der Y- und der Z-Richtung relativ zu der Halterung auslenkbar aufgehängt ist

Zur Messung eines Werkstückes 10 wird der Tastkopf durch jeweiliges Verschieben der Schlitten verschoben, bis das kugelförmige Tasterende 17 die jeweils gewünschte Fläche 18 des Werkstückes berührt Dadurch wird der Taster aus seiner Nullstellung ausgelenkt (Fig.2), wodurch ein Signal erzeugt wird, welches die der jeweiligen Schlittenbewegung zugeordnete Anzeigeeinheit stoppt, so daß diese dann die relative Position der Werkstückfläche 18 mit Bezug auf eine vorgegebene Bezugsposition anzeigt.

Gemäß den Fig.3 und 4 weist die den etwa stabförmigen Taster 15 mit der Halterung 16 verbindende Blattfederparallelogrammanordnung drei Blattfederpaare 22, 23 und 24 auf, die hintereinandergeschaltet und jeweils in der X- bzw. der Y- bzw. der Z-Richtung biegsam sind. Dazu liegen die Federn 22 in Ebenen, welche die Y- und die Z-Dimension enthalten, die Federn 23 liegen in Ebenen, welche die X- und die Z-Dimension enthalten, und die Federn 24 liegen in Ebenen, welche die X- und die V-Dimension enthalten. Das Blattfederpaar 24 verbindet ein als Teil der Halterung 16 ausgebildetes halterurgsseitiges starres Endglied 16,4 mit einem winkelförmigen starren Zwischenglied 25, das Blattfederpaar 23 dieses Zwischenglied mit dnem weiteren starren Zwischenglied 21, und das BIati federpaar 22 das weitere Zwischenglied mit einem tasterseitigen starren Endglied 20, an welchem der Taster 15 befestigt ist. Dazu sind die Federn 22 mit ihrem einen Ende 224 am tasterseitigen Endglied 20 u.nd ihrem anderen Ende 22S am Zwischenglied 21, die Federn 23 mit ihrem einen Ende 23/4 am Zwischenglied 21 und ihrem anderen Ende 233 am Schenkel 254 des Zwischengliedes 25, und die Federn 24 mit ihrem einen Ende 244 am Schenkel 25S des Zwischengliedes 25 und ihrem anderen Ende 245 am halterungsseitigcn Endglied 164 befestigt.

Zur Herstelkng einer kompakten, raumsparenden Anordnung sind die Federn 22,23 und 24 so angeordnet, daß der Raum zwischen den beiden Federn eines Federpaares gleichzeitig zum Zwischenraum zwischen den beiden Federn der anderen Federpaare gehört, d. h. die Federn der drei Blattfederpaare bilden die sechs Seiten eines parullelepip'jdförmigen Raumes.

Wie dargestellt, liegt das tasterseitige Endglied 20 am weitesten innen in dem von den Federn 22, 23 und 24 gebildeten Kasten, Der Zwischengliedschenkel 254 und die diesem benachbarte Feder 24 sind mit Durchbrüchen 28 bzw. 29 versehen, durch welche hindurch der Taster in das Innere des von den Federn gebildeten Kastens hineinragt Diese Durchbrüche sind jedoch nicht nötig, wenn der Taster seitlich vom Endglied 20 wegragt, beispielsweise in eine Bohrung 30 eingeschraubt ist, so daß er in einer X-Z-Ebene verläuft.

ίο Die Federn 22, 23 und 24 spannen den Taster in eine Nullstellung vor. Diese Nullsteilung ist als diejenige Stellung definiert, welche der Mittelpunkt der Tasterkugel 17 unter dem alleinigen Einfluß der Federn und der Schwerkraft einnimmt, d. h., wenn keine äußere Kraft an der Tasterkugel 17 angreift Diese Nullstellung ist in Fig.2 mit Vollinien dargestellt Beim Anstoßen der Tasterkugel an die Fläche 18 des Werkstücks ergibt sich gemäß F i g. 2 in der V-Richtung eine Auslenkung Y1, die gestrichelt dargestellt ist Infolge der Durchbiegung der Federn, in diesem Fall der Feder« 23, während der Auslenkung Kl tritt unvermeidlich aui.^:h eine Sekundärauslenkung Zl in der Z-Richtung auf. Grundsätzlich bedingt eine Auslenkung in irgendeiner Dimension eine sekundäre Auslenkung in mindestens einer weiteren Dimension, und eine wahrheitsgetreue Anzeige der koordinaienmäßigen Position der Tasterkugel 17 erfordert deshalb, daß alle drei Dimensionen gleichzeitiggemessen werden.
Das Meßsystem weist gemäß den F i g. 3 und 4 eine Eisenmasse 40 auf, die über einen Schaft 41 am tasterseitigen Endglied 20 befestigt ist und folglich jede Bewegung des Tasters 15 mitmacht Die Masse 40 weist Flächen 42, 43 und 44 auf, welche in die X- bzw. die Y- bzw. die Z-Richtung zeigen und jeweils einem Fühler 45 bzw. 46 bzw. 47 zugewandt sind, die an einem Teil 16fl der Halterung 16 angeordnet sind, jeder Fühler weist eine Induktionsbrücke (Fig.7) auf, so daß eine Verschiebung der Eisenmasse 40 in der jeweils betreffenden Dimension X, Vbzw. Zmeßbar ist.

Jede Induktionsbrücke enthält Spulen 4, B, C und D, von denen die Spulen A und B am Halterungsteil 16ß nahe der jeweils zugehörigen Fläche 42, 43 bzw. 44 angeordnet und über einen Stecker 48 mit dem an einem geeigneten feststehenden Ort befindlichen übrigen Teil der Brücke verbunden sind. Die Messung beispielsweise einer Auslenkung in der V-Richtung erfolgt dadurch, daß durch die Bewegung der Tasterkugel 17 der Abstand zwischen der Fläche 43 und den Spulen 4 und B des Wandlers 46 und damit der Abgleich der

so zugehörigen Brücke A, B, C, D verändert wird. Dabei wird nur die Bewegung der Fläche 43 in der V-Richtung gemessen. Eine Bewegung in der X- oder der Z-Richtung hat keinen Einfluß auf den Wandler 46, da diese letzteren Bewegungen den Abstand zwischen der Fläche 43 und den dieser zugeordneten Spulen 4 und B nicht verändern.

Die Brücken sind jeweils mit einer Anzeigeeinrichtung 49 bzw. 50 bzw. 51 oder mit einem Rechner 52 verbunden, um die Wandlerausgangssignale in Beziehung mit den Positionen der Schlitten 12,13 und 14 zu setzen. Beim eben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Spulen 4 und B jeder Brücke bdda auf der gleichen Seite der Masse 40 angeordnet.

Bei einer in den Fig. 5 und 6 dargestellten

ft¹» abgewandelten Ausf'lhrungsform sind die Spulen 4 und B jeder Brücke auf entgegengesetzten Seiten einer Masse 140 angeordnet Gemäß der Darstellung ist die Masse würfelförmig und von einer Kammer H6fl

umgeben, deren Wände die Spulen A und Sder Wandler 45, 46 und 47 an jeweils einander gegenüberliegenden Seiten des Würfels 140 tragen. Der Würfel 140 ist mit dem Taster 15 über einen U-förmigen Winkel 141 verbunden, der einerseits an dem Schaft 41 und

andererseits derart an einer Kante der würfelförmigen Masse 140 befestigt ist. Die eben beschriebene Spulenanordnung verbessert die Linearität des Meßergebnisses.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Tastkopf mit einem allseitig relativ zu seiner Halterung auslenkbaren Taster, wobei Taster und Halterung durch eine Federparallelogrammanordnung miteinander verbunden sind, die drei zueinander orthogonale Blattfederpaare mit jeweils in parallelen Ebenen liegenden Blattfedern aufweist, von denen das erste Blattfederpaar ein halterungsseitiges starres Endglied mit einem starren Zwischenglied, das zweite Blattfederpaar dieses Zwischenglied mit einem weiteren starren Zwischenglied und das dritte Blattfederpaar das weitere Zwischenglied mit einem tasterseitigen starren Endglied verbindet, und wobei eines der beiden Zwischenglieder winkelförmig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (22, 23, 24) der drei Blattfederpaare an den sechs Seiten eines parallelepipedförmigen Raumes angeordnet sind

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Blattfedern (22,23) zweier Blattfederpaare, dem dazwischen liegenden Zwischenglied (21) und dem zugehörigen Endglied (20) gebildete Anordnung zwischen aen Blattfedern (24) des anderen Blattfederpaares liegt

3. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anordnung in dem von den Blattfedern (24) des anderen Blattfederpaares, dem mit ihnen verbundenen Endglied (11) und dem ebenfalls mit ihnen verbundenen anderen Zwischenglied (25) umschlossenen Raum liegt

4. Tastkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Jas die genannte Anordnung mit den Blattfedern (24) des anderen Blattfederpaares verbindende Zwischenglied ^25) winkelförmig ist und einen Winkelansatz (25A) aufweist, der zwischen einer dieser Blattfedern (24) und dem zu der genannten Anordnung gehörenden Endglied (20) verläuft.

5. Tastkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innenliegende, zu der genannten Anordnung gehörende Endglied (20) das tasterseitige Endglied und das andere, außenliegende Endglied (11) das halterungsseitige Endglied ist.