DE10028671A1 - Three axis precision sensor for determination of three-dimensional coordinates of a free surface, has a capacitor arrangement for determining the sensor position - Google Patents
Three axis precision sensor for determination of three-dimensional coordinates of a free surface, has a capacitor arrangement for determining the sensor positionInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtastvorrich tung zum berührenden Abtasten einer dreidimensionalen Freiformfläche mittels einer stabförmigen Messsonde, deren freies, der abzutastenden Freiformfläche zuge wandtes Ende in wenigstens einer Raumrichtung beweglich ist und deren der abzutastenden Freiformfläche gegen überliegendes Ende an einem Messsondenträger in wenig stens einer Raumrichtung beweglich gelagert ist, wobei eine Bewegung der Messsonde relativ zum Messsondenträ ger über Sensormittel erfassbar ist. Des Weiteren be trifft die Erfindung eine Schwenkvorrichtung mit einem Schwenkarm zur schwenkbaren Halterung einer solchen Ab tastvorrichtung, eine elektrische Schaltung zum Betrieb einer solchen Abtastvorrichtung sowie ein Verfahren zum Justieren einer solchen Abtastvorrichtung.The present invention relates to a scanning device device for touching scanning of a three-dimensional Free-form surface using a rod-shaped measuring probe, their free, the free-form surface to be scanned turned end movable in at least one spatial direction and against the free-form surface to be scanned overlying end on a probe holder in little least one spatial direction is movably supported, wherein movement of the probe relative to the probe center ger can be detected via sensor means. Furthermore be the invention meets a swivel device with a Swivel arm for the pivotable mounting of such a probe device, an electrical circuit for operation such a scanning device and a method for Adjusting such a scanner.
Abtastvorrichtungen der genannten Art dienen meist zum Bestimmen der Lage eines zu bearbeitenden Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine und zum anschließenden Posi tionieren des Werkstücks und/oder eines Bearbeitungs werkzeuges anhand der bei der Abtastung gewonnenen Po sitionsdaten. Mittels der gewonnenen Positionsdaten kann zudem die Maßhaltigkeit des Werkstücks geprüft werden, um Werkzeug- und Maschinentoleranzen erkennen und gegebenenfalls korrigieren zu können.Scanning devices of the type mentioned are mostly used for Determine the position of a workpiece to be machined on a machine tool and to the subsequent posi tion of the workpiece and / or a machining tool based on the Po obtained during the scanning edition data. By means of the position data obtained can also check the dimensional accuracy of the workpiece to recognize tool and machine tolerances and to be able to correct if necessary.
Die Abtastvorrichtung wird dabei beispielsweise mittels Servomotoren oder Schrittmotoren in den drei Raumrich tungen bewegt und sensiert eine Berührungsnahme der Messsonde mit einem Hindernis der Freiformfläche. Bei dem Hindernis kann es sich um eine Werkstückoberfläche oder eine an der Werkzeugmaschine selbst angeordnete Außenfläche oder Außenkante handeln. Bei der Berüh rungsnahme stoppen die Servomotoren nahezu verzöge rungsfrei, und aus der im Moment der Berührung jeweils vorliegenden Position der Servomotoren lässt sich dann sehr genau die absolute Raumposition der Messsonde er mitteln. Die räumliche Auflösung liegt derzeit bei etwa 1 µm.The scanning device is used, for example Servomotors or stepper motors in the three room directions moves moves and senses a contact with the Measuring probe with an obstacle on the free-form surface. At The obstacle can be a workpiece surface or one arranged on the machine tool itself Act outside surface or outside edge. At the famous The servomotors stop almost without delay free of tension, and from the moment of touching each position of the servo motors can then be very precisely the absolute spatial position of the measuring probe average. The spatial resolution is currently around 1 µm.
Eine der eingangs beschriebenen Abtastvorrichtung ähn liche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 42 31 989 C1 bekannt. Bei dieser Abtastvorrichtung ist die Messsonde mittels dreier voneinander unabhängiger, die Messsonde in jeweils einer Koordinatenrichtung spiel frei führenden Linearlager gehaltert, wobei für jede Koordinatenrichtung ein eigener Linearwandler vorgese hen ist. Die Linearwandler dienen dabei als Längenmess einrichtungen, um für die betreffende Koordinatenrich tung auswertbare Positionsdaten bzw. -signale bereitzu stellen.Similar to the scanning device described in the introduction Liche device is for example from DE 42 31 989 C1 known. In this scanner, the Measuring probe by means of three independent, the Measuring probe in one coordinate direction play free-running linear bearings, each for Coordinate direction provided a separate linear converter hen is. The linear converters serve as length measuring devices facilities for the coordinate coordinate in question position evaluable position data or signals ready put.
Die Linearlager für die X- und Y-Richtung sind dabei insbesondere durch Messsondenaufhängungen in Form von einseitig eingespannten Biegefedern realisiert, welche die erforderlichen Rückstellkräfte an der Messsonde er zeugen. Die Wandler für die Erzeugung der Positions signale in der X- und Y-Richtung sind als berührungslos arbeitende X-, Y-Wandler ausgebildet. Die Wandler sind als induktive oder kapazitive Näherungsschalter ausge legt und sprechen auf Induktivitätsänderungen bzw. Ka pazitätsänderungen in Abhängigkeit von einer Auslenkung der Messsonde in X-Richtung bzw. Y-Richtung an. Insbe sondere weisen die X- und Y-Wandler zueinander senk recht angeordnete, der Messsonde jeweils zugewandte Sensorflächen auf, wobei die Messsonde im Bereich der Sensorflächen zu diesen parallele, zueinander ebenfalls senkrechte Außenflächen aufweist.The linear bearings for the X and Y directions are included in particular by measuring probe suspensions in the form of cantilever springs, which the required restoring forces on the measuring probe testify. The transducers for generating the positions Signals in the X and Y directions are considered to be non-contact working X, Y converter trained. The converters are as inductive or capacitive proximity switches puts and talk to changes in inductance or Ka changes in capacity depending on a deflection of the measuring probe in the X direction or Y direction. In particular in particular, the X and Y converters are perpendicular to one another located quite right, facing the measuring probe Sensor surfaces on, the measuring probe in the area of Sensor surfaces parallel to these, also to each other has vertical outer surfaces.
Bei der genannten Abtastvorrichtung sind die Aufhängung für die Messsonde und die Wandler für die Messsondenbe wegungen in den drei zueinander senkrechten Koordinaten X, Y und Z an einem gemeinsamen Träger befestigt, wel cher mit Hilfe eines für die Z-Richtung zusätzlich vor gesehenen Linearlagers längs einer Schiene in Z- Richtung verfahrbar ist. Für das Anheben und Absenken des Messsystems ist zudem eine Hubvorrichtung mit einem Spindelantrieb vorgesehen, die mit dem schlittenförmi gen Träger lösbar gekoppelt ist. Dadurch kann der Trä ger für die Durchführung einer Abtastung bzw. Messung in eine durch einen Anschlag definierte Nullstellung abgesenkt werden, in der er von der Hubrichtung voll ständig entkoppelt ist.The suspension is in the said scanning device for the measuring probe and the transducers for the measuring probe movements in the three mutually perpendicular coordinates X, Y and Z attached to a common support, wel cher with the help of one for the Z direction seen linear bearing along a rail in Z- Direction is movable. For lifting and lowering of the measuring system is also a lifting device with a Spindle drive provided with the slide-shaped gene carrier is detachably coupled. Thereby the Trä ger for performing a scan or measurement in a zero position defined by a stop be lowered in which it is full of the stroke direction is constantly decoupled.
Aufgrund der genannten Wandler und Linearlager ist die bekannte Abtastvorrichtung technisch relativ aufwendig und insbesondere nicht auf die Bedürfnisse eines reinen Berührungssensors zugeschnitten.Due to the mentioned converters and linear bearings, the known scanning device technically relatively complex and especially not on the needs of a pure Tailored touch sensor.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ab tastvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzuge ben, die eine in allen Raumrichtungen möglichst berüh rungsempfindlich ansprechende Messsonde bereitstellt. Die Abtastvorrichtung soll dabei hinsichtlich ihres Messsystems gegenüber dem Stand der Technik möglichst vereinfacht und damit auch billiger herstellbar sein. Zudem soll eine solche Abtastvorrichtung möglichst selbstkalibrierend ausgelegt sein.It is an object of the present invention, an Ab tactile device of the type described above ben that touch you as possible in all spatial directions provides a sensitive measuring probe. The scanning device should with respect to their Measuring system compared to the state of the art if possible simplified and therefore cheaper to manufacture. In addition, such a scanning device should, if possible be designed to be self-calibrating.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhän gigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Aus führungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen ange führt. The task is solved by the characteristics of the independent claims. Advantageous configurations or off leadership forms are specified in the dependent claims leads.
Die Besonderheit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abtastvorrichtung liegt nun darin, dass die Messsonde an ihrem, dem freien Ende gegenüberliegenden Ende ein im Wesentlichen senkrecht zur Stabachse der Messsonde und mit dieser im Wesentlichen starr verbundenes erstes Kondensatorflächenelement aufweist, das mit einem am Messsondenträger im Wesentlichen starr angeordneten zweiten Kondensatorflächenelement zusammen einen Plat tenkondensator bildet, wobei die beiden Kondensatorflä chenelemente in unbelastetem Zustand der Messsonde mit tels Federkraft in einem Normabstand gehalten werden.The peculiarity of the proposed according to the invention Scanning device is now in that the measuring probe at its end opposite the free end essentially perpendicular to the rod axis of the measuring probe and essentially rigidly connected to this first Has capacitor surface element that with a Measuring probe carrier arranged essentially rigid second capacitor sheet element together a plat Tenkondensator forms, the two capacitor surfaces Chen elements in the unloaded state of the measuring probe be held at a standard distance by spring force.
Nach dem vorgeschlagenen Messprinzip wird das an der Messsonde starr angeordnete erste Kondensatorflä chenelement bei jeder Auslenkung der Messsonde in ir gendeine Raumrichtung von dem mit dem Messsondenträger starr verbundenen zweiten Kondensatorflächenelement wegbewegt, wodurch die elektrische Kapazität zwischen den beiden Kondensatorflächenelementen sinkt. Das Ab sinken der Kapazität geschieht ohne Zeitverzögerung und kann als Triggersignal (-puls) zur Erfassung von Posi tionen der Werkzeugmaschine herangezogen werden. Die vorgeschlagene Abtastvorrichtung ermöglicht eine Echt zeitverarbeitung mit hoher zeitlicher Ausflösung und ermöglicht zudem, zusammen mit einem Servomotorantrieb, eine hohe Ortsauflösung bei der Bestimmung der räumli chen Position der Messsonde.According to the proposed measuring principle, this will be at the Measuring probe rigidly arranged first capacitor area Chen element with each deflection of the measuring probe in ir a spatial direction from that with the probe carrier rigidly connected second capacitor surface element moved away, causing the electrical capacity between the two capacitor surface elements drops. The Ab decrease in capacity happens without delay and can be used as a trigger signal (pulse) to detect Posi tions of the machine tool. The proposed scanning device enables a real time processing with high temporal resolution and also enables, together with a servo motor drive, a high spatial resolution when determining the spatial position of the measuring probe.
In einer bevorzugten Ausführungform liegt das erste, mit der Messsonde im Wesentlichen starr verbundene Kon densatorflächenelement an dem Messsondenträger bei Normabstand an mindestens drei Stützelementen kraft schlüssig an. Bei drei Stützelementen sind diese je weils um einen Winkel von 120° gegeneinander verschoben angeordnet. Die vorgeschlagenen Stützelemente garantie ren eine reproduzierbare Lagerung der Messsonde in dem Messsondenträger, insbesondere nach etwa vorheriger Be wegung der Messsonde aus der Ruheposition heraus. Ins besondere ist garantiert, dass die beiden Kondensator flächenelemente in der Ruheposition der Messsonde re produzierbar planparallel angeordnet sind.In a preferred embodiment, the first Kon essentially rigidly connected to the measuring probe capacitor surface element on the probe carrier Standard distance by force on at least three support elements conclusively. With three support elements, these are each Weil shifted against each other by an angle of 120 ° arranged. The proposed support elements guarantee reproducible storage of the measuring probe in the Measuring probe carrier, especially after previous loading movement of the measuring probe from the rest position. Ins special is guaranteed that the two capacitor surface elements in the rest position of the measuring probe right producible are arranged plane-parallel.
Dabei ist es vorteilhaft, dass die mindestens drei Stützelemente kugelförmig ausgebildet sind und in ent sprechende, an dem ersten Kondensatorflächenelement vorgesehene, in Bezug auf die Messsondenachse radial nach außen hin sich öffnende Ausnehmungen bei dem Normabstand in tangentialer Richtung formschlüssig an liegen. Hierdurch befindet sich das erste Kondensator flächenelement, bei unbelasteter Messsonde, automatisch in der Normposition.It is advantageous that the at least three Support elements are spherical and in ent speaking, on the first capacitor sheet provided radial with respect to the probe axis recesses opening outwards in the Standard distance in a tangential direction lie. As a result, the first capacitor is located surface element, when the probe is not loaded, automatically in the normal position.
Die Federkraft kann mittels einer auf der der abzuta stenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite der Mess sonde, bezüglich der Stabachse der Messsonde im Wesent lichen zentral angeordneten und in Richtung der abzuta stenden Oberfläche mechanisch wirkenden Spiralfeder er zeugt sein. Hierdurch werden die erforderlichen Feder kräfte gleichmäßig auf das erste Kondensatorflächenele ment übertragen und die vorgenannte Normposition begün stigt d. h. stabilisiert. The spring force can be abta by means of a surface opposite side of the measuring essentially with respect to the rod axis of the measuring probe Lichen centrally arranged and towards the abta surface mechanically acting coil spring be fathered. This will make the necessary spring forces evenly on the first capacitor surface transfer and begin the aforementioned standard position increases d. H. stabilized.
Zur vereinfachten mechanischen Justierbarkeit der Mess sonde kann ferner vorgesehen sein, dass das mit dem Messsondenträger starr verbundene zweite Kondensator flächenelement durch mindestens drei Befestigungsele mente in axialer Richtung verstellbar angeordnet ist. Vorteilhaft können die Befestigungselemente durch Schrauben gebildet sein, wobei zwischen dem zweiten Kondensatorflächenelement und dem Messsondenträger im Bereich der Schrauben elastisch verformbare Elemente, insbesondere Gummiringe, angeordnet sein können.For simplified mechanical adjustability of the measurement probe can also be provided that with the Probe carrier rigidly connected second capacitor surface element by at least three fastening elements elements is arranged adjustable in the axial direction. The fasteners can be advantageous Screws are formed, being between the second Capacitor surface element and the probe carrier in Area of the screws elastically deformable elements, in particular rubber rings can be arranged.
Zur vereinfachten elektrischen Justierbarkeit kann fer ner vorgesehen sein, dass das erste und/oder das zweite Kondensatorflächenelement in mindestens drei Flächen segmente unterteilt sind bzw. ist. Durch Erfassen der Kapazität einzelner Flächensegmente lässt sich damit eine einfache und schnell zum Ziel führende Justierung des Plattenkondensators bewerkstelligen.For simplified electrical adjustability, fer ner provided that the first and / or the second Condenser surface element in at least three areas segments are divided. By capturing the Capacity of individual surface segments can thus be easy and quick adjustment to the target of the plate capacitor.
Zur weiteren Erhöhung der Kompaktheit der vorgeschlage nen Abtastvorrichtung kann weiter vorgesehen sein, dass auf dem Messsondenträger, insbesondere in einem Mess sondenträgergehäuse, eine zum Betrieb der Messsonde dienende Prozessoreinheit angeordnet ist.To further increase the compactness of the proposal NEN scanning device can further be provided that on the probe carrier, especially in a measurement probe carrier housing, one for operating the measuring probe serving processor unit is arranged.
Bei der erfindungsgemäß auch vorgeschlagenen Schwenk vorrichtung liegt die Besonderheit darin, dass der Schwenkarm starr ausgebildet und mittels eines Drehge lenks drehbar gehalten ist, dass das Drehgelenk in axialer Richtung spielfrei gelagert ist, und dass der Schwenkarm unter einer Vorspannung in eine durch einen Anschlag definierte Betriebsposition absenkbar ist. Die vorgeschlagene spielfreie Lagerung ermöglicht einen re produzierbaren Anschlag mit Toleranzen im Bereich von nur 1 µm. Mittels des Schwenkarmes lässt sich die Mess sonde rasch aus dem Arbeitsbereich herausfahren, so dass ein Bearbeitungswerkzeug ausreichende Bewegungs freiheit für die Bearbeitung des Werkstückes hat. Zum Zwecke einer etwa nachfolgenden Abtastung, beispiels weise des Werkstückes, kann die Messsonde dann schnell und dabei extrem genau und reproduzierbar an dieselbe Position herangeführt werden.In the swivel also proposed according to the invention The special feature is that the Swivel arm rigid and by means of a swivel is rotatably held that the swivel in Axial direction is free of play, and that the Swivel arm under pre-tension in one by one Stop defined operating position can be lowered. The proposed backlash-free storage allows a re producible stop with tolerances in the range of only 1 µm. The measuring can be done by means of the swivel arm move the probe out of the work area quickly that a machining tool has sufficient motion has freedom to machine the workpiece. To the Purposes of a subsequent scan, for example of the workpiece, the measuring probe can then quickly and at the same time extremely precise and reproducible Position can be introduced.
Bevorzugt ist der Schwenkarm gekröpft ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass dadurch der auf der Werkzeugma schine bzw. dem Werkzeugtisch zur Verfügung stehende freie Abtastbereich vergrößert wird.The swivel arm is preferably cranked. This has the advantage that the machine or the tool table available free scanning area is enlarged.
Zur möglichst spielfreien Halterung des Schwenkarmes in bezüglich der Drehbewegung axialer Richtung kann vorge sehen sein, dass das Drehgelenk in axialer Richtung durch mindestens zwei in sich verspannte Kugellager, insbesondere mittels Tellerfedern, gelagert ist. Der Anschlag kann dabei vorteilhaft durch einen am Drehge lenk im Wesentlichen radial außen angeordneten Stift oder kugelförmigen Anschlag gebildet sein.To hold the swivel arm in as free of play as possible with respect to the rotational movement of the axial direction can be pre be seen that the swivel in the axial direction by at least two self-contained ball bearings, in particular by means of disc springs. The Stop can be advantageous by a on the Drehge steer essentially radially outer pin or spherical stop.
Bei der erfindungsgemäß weiter vorgeschlagenen elektri schen Schaltung zum Betrieb einer solchen Abtastvor richtung liegt die Besonderheit darin, eine Kippschal tung zum zyklischen Aufladen und Entladen des Platten kondensators, einem Schmitt-Trigger zum Erfassen der Schaltschwellen am Plattenkondensator beim Einschalten und Ausschalten der Kippschaltung sowie Mittel zum Be rechnen der Kapazität aus der erfassten Zeit zwischen Einschalten der Kippschaltung und Erreichen der Schalt schwellen vorzusehen. Die Zeit zwischen dem Ein- und Ausschalten des Schmitt-Triggers ist proportional zur zu messenden Kapazität. Die Schaltung ist technisch re lativ einfach aufgebaut und daher kostengünstig her stellbar. Sie reagiert zudem sehr schnell auf Änderun gen der Kapazität und die Messsignale lassen sich mit tels Puls- und Zeitmessung schnell und einfach auswer ten. Aufgrund der gesamten Messanordnung des Platten kondensators wird zudem eine einheitliche Schaltschwel le für alle drei Raumrichtungen bereitgestellt.In the electri proposed further according to the invention circuit for operating such a scan direction is the peculiarity in a tilt scarf device for cyclic loading and unloading of the plates capacitor, a Schmitt trigger for detecting the Switching thresholds on the plate capacitor when switching on and switching off the flip-flop and means for loading calculate the capacity from the recorded time between Switch on the flip-flop and reach the switch to provide thresholds. The time between on and Switching off the Schmitt trigger is proportional to capacity to be measured. The circuit is technically right relatively simple and therefore inexpensive adjustable. It also responds very quickly to changes capacity and the measurement signals can be Quick and easy to evaluate using pulse and time measurement Due to the overall measurement arrangement of the plate capacitor also becomes a uniform switching threshold le provided for all three spatial directions.
Das erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagene Verfahren zum Justieren einer Messsonde einer solchen Abtastvor richtung weist insbesondere die folgenden Schritte auf. Zunächst wird wiederholt die Drehstellung mindestens einer der Justierschrauben verändert und anschließend die Kapazität jedes der durch die mindestens drei Flä chensegmente jeweils gebildeten Plattenkondensators ge messen. Im Falle, dass die Kapazitäten der drei Plat tenkondensatoren innerhalb vorgebbarer Toleranzen über einstimmen, werden schließlich die mindestens drei Flä chensegmente wenigstens eines Kondensatorflächenelemen tes zu einer einzelnen Kondensatorplatte elektrisch zu sammengeschlossen. Die einzelnen Flächensegmente des Plattenkondensators werden demnach erst separat ju stiert und erst nach beendeter Einzeljustage wieder zu einem einzigen Plattenkondensator zusammengeschaltet. Durch diese Vorgehensweise wird ermöglicht, das die beiden Kondensatorplatten sehr schnell in einen plan parallelen Relativabstand gebracht werden können.The method also proposed according to the invention to adjust a probe of such a scan direction has in particular the following steps. First, the rotary position is repeated at least one of the adjusting screws changed and then the capacity of each of the at least three areas chensegment each formed plate capacitor ge measure up. In the event that the capacities of the three plat t capacitors within predefined tolerances agree, the at least three areas will eventually at least one capacitor surface element tes to a single capacitor plate electrically united. The individual surface segments of the Plate capacitor are therefore only separately ju bull and only after closed individual adjustment again connected together in a single plate capacitor. This procedure enables the two capacitor plates very quickly in one plan parallel relative distance can be brought.
Ein über eine etwa geänderte Kapazität erfasstes Auslö sen der Messsonde triggert die Prozessoreinheit der Werkzeugmaschine dahingehend, dass die aktuelle Positi on der Messsonde gespeichert und die Servomotoren ge stoppt werden.A trip recorded via an approximately changed capacity The measuring unit triggers the processor unit of the Machine tool in that the current positi stored on the measuring probe and the servo motors be stopped.
Die Erfindung wird im Folgenden weiter unter Heranzie hung der Zeichnungen erläutert.The invention is further elucidated below under Heranzie hung of the drawings explained.
Im Einzelnen zeigen:Show in detail:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer seitlich entlang der Mittelachse geschnittenen erfindungsgemä ßen Abtastvorrichtung; Fig. 1 is a sectional view of a side cut along the central axis according to the invention SEN scanning device;
Fig. 2a-c schematische Darstellungen dreier unter schiedlicher Zustände einer Messsonde der in Fig. 1 gezeigten Abtastvorrichtung zur Veran schaulichung des erfindungsgemäßen Messprin zips; Fig. 2a-c are schematic representations of three states under schiedlicher a measuring probe of the scanning device shown in Figure 1 to Veran schaulichung of Messprin invention zips.
Fig. 3a, b zwei Ausführungsbeispiele einer Messsonden aufhängung einer erfindungsgemäßen Abtastvor richtung; Fig. 3a, b show two embodiments of a suspension of a measuring probes according to the invention Abtastvor direction;
Fig. 4a eine Draufsicht auf eine Messsondenaufhängung gemäß der Erfindung; FIG. 4a is a plan view of a measuring probe suspension according to the invention;
Fig. 4b eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 4a; FIG. 4b is a sectional view taken along line AA in Fig. 4a;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dreifach unterteilten Kondensatorfläche gemäß der Er findung; Figure 5 is a schematic representation of a tripartite capacitor area according to the invention.
Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittansicht zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Justieren einer erfindungsge mäßen Messsonde mittels der in Fig. 5 gezeig ten unterteilten Kondensatorfläche; . Fig. 6 is a sectional view corresponding to Figure 1 for illustrating the method according to the invention for adjusting a erfindungsge MAESSEN measuring probe by means of the in Figure 5 gezeig th divided capacitor area.
Fig. 7 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schwenkarmes zur Halterung der erfindungsge mäßen Abtastvorrichtung; Figure 7 is a side view of a swivel arm according to the invention for supporting the erfindungsge MAESSEN scanning device.
Fig. 8a eine erfindungsgemäße elektrische Schaltung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Abtastvor richtung; und FIG. 8a device according to the invention an electrical circuit for operating the Abtastvor invention; and
Fig. 8b ein typischer Spannungsverlauf bei einer elektrischen Schaltung gemäß Fig. 7a zur Er mittlung der elektrischen Kapazität eines Plattenkondensators der erfindungsgemäßen Ab tastvorrichtung. Fig. 8b shows a typical voltage curve in an electrical circuit according to FIG. 7a to determine the electrical capacitance of a plate capacitor of the scanning device according to the invention.
Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsge mäße Abtastvorrichtung, und zwar seitlich entlang deren Mittelachse 10. Eine stabförmige Messsonde 11 weist an einem dem abzutastenden Gegenstand zugewandten Ende ei nes Messsondenstabes 12 eine kugelförmige Spitze 13 auf, wobei sich am Übergang zwischen der kugelförmigen Spitze 13 und dem Messsondenstab 12 eine Verjüngung 14 befindet. Aufgrund der kugelförmigen Gestalt der Mess sondenspitze 13 und der genannten Verjüngung 14 wird eine berührende Abtastung von Gegenständen in einem re lativ großen Winkelbereich 15 von etwa 270° ermöglicht. Fig. 1 shows a section through a erfindungsge Permitted scanning device, namely laterally along the central axis 10.. A rod-shaped measuring probe 11 has a spherical tip 13 on an end of the measuring probe rod 12 facing the object to be scanned, a taper 14 being located at the transition between the spherical tip 13 and the measuring probe rod 12 . Due to the spherical shape of the probe tip 13 and the mentioned taper 14 , a touching scanning of objects in a relatively large angular range 15 of about 270 ° is made possible.
Die Messsonde 11 ist an einem Messsondenträger bzw. Messsondengehäuse 16 gehaltert, der hier mittels Bruch linien 17 nur in seinem unteren Bereich dargestellt ist. Der Messsondenstab 12 ist durch eine mittig ange ordnete Durchgangsbohrung 18 in das Innere des Messson dengehäuses 16 geführt. An dem der Messsondenspitze 13 gegenüberliegenden Ende des Messsondestabes 12 ist die ser mit einer senkrecht zur Mittelachse 10 angeordneten Grundplatte 19 starr verbunden. Die Grundplatte 19 ist in dem vorliegenden Beispiel aus einem Stahl gefertigt und senkrecht zur Papierebene dreieckig ausgebildet, wodurch in dem gezeigten mittelachsigen Schnitt ein Teil 20 der Platte nicht zu sehen ist. Die Grundplatte 19 weist an ihrer der Messsonde 11 abgewandten Seite einen mittig angeordneten Sockel 21 auf, mittels dessen eine Spiralfeder 22 form- und kraftschlüssig an der Mittelachse 10 gehaltert ist. Die Spiralfeder 22 steht unter einer Vorspannung und beaufschlagt die Grundplat te 19 somit in Richtung der Messsonde 11 mit einer An druckkraft.The measuring probe 11 is held on a probe holder or probe housing 16 , which is shown here by means of fault lines 17 only in its lower region. The measuring rod 12 is guided through a centrally arranged through hole 18 into the interior of the measuring housing 16 . At the end of the measuring probe rod 12 opposite the measuring probe tip 13 , the water is rigidly connected to a base plate 19 arranged perpendicular to the central axis 10 . The base plate 19 is made of steel in the present example and is triangular perpendicular to the plane of the paper, as a result of which a part 20 of the plate cannot be seen in the central axis section shown. The base plate 19 has on its side facing away from the measuring probe 11 a centrally arranged base 21 , by means of which a spiral spring 22 is held on the central axis 10 in a positive and non-positive manner. The coil spring 22 is under a prestress and acts on the Grundplat te 19 thus in the direction of the measuring probe 11 with a pressure force.
Das Messsondengehäuse 16 weist in den äußeren Bereichen der Grundplatte 19 Sackbohrungen 23 auf, und zwar in dem vorliegenden Beispiel drei Sackbohrungen, von denen in dieser Darstellung aufgrund der Dreiecksform der Grundplatte 19 allerdings nur die eine Bohrung 23 zu sehen ist. In jede dieser Sackbohrungen 23 eingepresst sind Stahlkugeln 24, die in eine entsprechende Nut 25 der Grundplatte 19, in der gezeigten Darstellung senk recht zur Papierebene nach oben hin, formschlüssig ein greifen und die Grundplatte 19 an drei Abstützpunkten gegen die genannte Andruckkraft abstützen. Durch die Form der Nut 25 im Zusammenspiel mit der Spiralfeder 22 ist im Übrigen gewährleistet, dass sich die Grundplatte 19 nicht in Umfangsrichtung der Messsonde 11, d. h. senkrecht zur Papierebene, verdrehen kann. Die Nut ist zudem nach radial innen abgeschrägt 26, wodurch sich die Grundplatte 19, bei unbelasteter bzw. berührungslo ser Messsonde 11, mittels der Stahlkugeln 24 und mit tels der Spiralfeder 22 an der Mittelachse 10 automa tisch zentriert.The measuring probe housing 16 has blind holes 23 in the outer regions of the base plate 19, specifically three blind holes in the present example, of which only one hole 23 can be seen in this illustration due to the triangular shape of the base plate 19 . In each of these blind bores 23 are pressed steel balls 24 , which engage in a corresponding groove 25 of the base plate 19 , in the illustration shown perpendicular to the paper plane upwards, positively and support the base plate 19 at three support points against the mentioned pressing force. The shape of the groove 25 in interaction with the spiral spring 22 also ensures that the base plate 19 cannot rotate in the circumferential direction of the measuring probe 11 , ie perpendicular to the plane of the paper. The groove is also chamfered radially inwards 26, whereby the base plate 19 , when unloaded or contactless water probe 11 , by means of the steel balls 24 and by means of the coil spring 22 on the central axis 10 automatically centered.
Auf der der Messsonde 11 zugewandten Seite weist die Grundplatte 19 einen flachen Sockel 27 auf, der sich in etwa bis kurz vor der jeweiligen Nut 25 radial er streckt. Dieser Sockel 27 stellt nun eine Kondensator fläche 28 des erfindungsgemäßen Plattenkondensators dar. Die zweite Kondensatorfläche wird durch eine mit dem Messsondengehäuse 16 lösbar und starr verbundene Messplatte 29, und zwar durch eine entsprechende (hier nicht sichtbare) Metallisierung 30 an der Oberfläche der Messplatte 29, gebildet. Die Messplatte ist in dem vorliegenden Beispiel aus einem Leiterplattenstück ge fertigt, wobei die Metallisierung 30 in bekannter Weise durch eine Kupferschicht gebildet ist. Der Sockel 27 und die Messplatte 29 stehen sich demnach in einem re lativ kleinen Abstand "d" symmetrisch gegenüber, wobei der Abstand "d" den Abstabd zwischen den Kondensator platten 28, 30 darstellt.On the side facing the measuring probe 11 , the base plate 19 has a flat base 27 which extends radially to approximately until just before the respective groove 25 . This base 27 now represents a capacitor surface 28 of the plate capacitor according to the invention. The second capacitor surface is detachably and rigidly connected to the measuring probe housing 16 by a measuring plate 29 , namely by a corresponding (not visible) metallization 30 on the surface of the measuring plate 29 , educated. In the present example, the measuring plate is made from a piece of printed circuit board, the metallization 30 being formed in a known manner by a copper layer. The base 27 and the measuring plate 29 are therefore symmetrically opposite one another at a relatively small distance "d", the distance "d" representing the distance between the capacitor plates 28 , 30 .
In den Fig. 2a bis 2c sind schematische unterschied liche Auslenkungszustände einer Messsonde der in Fig. 1 gezeigten Abtastvorrichtung dargestellt, mittels derer das erfindungsgemäße Messprinzip veranschaulicht werden soll.In FIGS. 2a to 2c are schematic differed are shown Liche Auslenkungszustände a measuring probe of the scanning device shown in Fig. 1, by means of which the measuring principle of the invention is to be illustrated.
Die Fig. 2a zeigt eine berührungsfreie, d. h. mechanisch unbelastete Messsonde mit einem Messsondenstab 40 und einer kugelförmigen Messsondenspitze 41. In diesem "be lastungsfreien" Zustand liegt eine an dem der Messson denspitze 41 gegenüberliegenden Ende angebrachte Kon densatorplatte 42 an drei Stützpunkten 43 auf, von de nen in dieser Darstellung nur zwei zu sehen sind. Die Kondensatorplatte 42 befindet sich in einem "unbelaste ten" und planparallelen Normabstand zu einer zweiten Kondensatorplatte 44. Dieser Normabstand wird durch Fe derwirkung einer Spiralfeder 45 mittels des Kraft schlusses der Platte 42 an den Stützpunkten 43 stabili siert. Die gezeigte Abtastvorrichtung ist in einem Ge häuse 46 untergebracht, wobei sich in einem oberen Ge häuseteil auch die Steuerelektronik und gegebenenfalls auch die Auswerteelektronik der Abtastvorrichtung be findet. Fig. 2a shows a non-contact, ie mechanically unloaded measuring probe having a measuring probe rod 40 and a spherical probe tip 41. In this “be load-free” state, one is attached to the end of the measuring probe tip 41 opposite the capacitor plate 42 at three support points 43 , of which only two can be seen in this illustration. The capacitor plate 42 is in an "unloaded th" and plane-parallel standard distance to a second capacitor plate 44th This standard distance is stabilized by the effect of a spiral spring 45 by means of the force circuit of the plate 42 at the support points 43 . The scanning device shown is housed in a Ge housing 46 , with the control electronics and possibly also the evaluation electronics of the scanning device being located in an upper housing part Ge.
Die Fig. 2b zeigt nun einen Zustand, bei dem die Mess sonde durch Berührung mit einem (nicht gezeigten) Ge genstand seitlich ausgelenkt ist, und zwar um einen Be trag der sich aus einer Verschiebung Δx und einer Ver schiebung Δy zusammensetzt. Diese seitliche Auslenkung führt nun dazu, dass sich die Kondensatorplatte 42, am Stützpunkt 43 abstützend, schräg nach oben hin anhebt, wodurch sich der mittlere Abstand zur zweiten Kondensa torplatte 44 erhöht und die Kapazität des Plattenkon densators sich verringert.The Fig. 2b now shows a state in which the measurement probe by contact with a Ge (not shown) subject matter is deflected laterally, namely supporting a loading resulting from a displacement Ax and Ay composed Ver shift. This lateral deflection now leads to the fact that the capacitor plate 42 , which is supported at the support point 43 , rises obliquely upward, as a result of which the average distance to the second capacitor plate 44 increases and the capacitance of the plate capacitor decreases.
In Fig. 2c ist nun gezeigt, wie sich eine lineare Bewe gung in z-Richtung auf den Plattenkondensator auswirkt. Eine Verschiebung Δz des Messsondenstabes 40 führt zu einer entsprechenden planparallelen Verschiebung der beiden Kondensatorplatten 42, 44 und damit zu einer Verringerung des Kapazitätwertes.In Fig. 2c is now shown how a linear movement in the z direction affects the plate capacitor. A shift Δz of the measuring rod 40 leads to a corresponding plane-parallel shift of the two capacitor plates 42 , 44 and thus to a reduction in the capacitance value.
Es ist anzumerken, dass das beschriebene Messprinzip auch bei komplexeren Bewegungsformen der Messsonde funktioniert, z. B. bei Bewegungen, die sich aus den ge zeigten reinen Bewegungen in x-, y- und z-Richtung be liebig zusammensetzen. Insbesondere zeigt die Empfind lichkeit der Abtastvorrichtung bei der gezeigten 3- Punktaufhängung nahezu keinerlei Abhängigkeit von der Auslenkungsrichtung der Messsonde.It should be noted that the measuring principle described even with more complex forms of movement of the measuring probe works, e.g. B. in movements resulting from the ge showed pure movements in the x, y and z directions assemble lovingly. In particular, the sensation shows the scanning device in the shown 3- Point suspension almost no dependence on the Direction of deflection of the measuring probe.
Die Fig. 3a und 3b zeigen nun zwei Ausführungsbei spiele einer Messsondenaufhängung einer erfindungsgemä ßen Abtastvorrichtung. In dem ersten Beispiel nach Fig. 3a ist die an dem Messsondenstab 50, an dem der Mess sondenspitze 51 gegenüberliegenden Ende angeordnete Grundplatte 52, wie in den vorherigen Beispielen be reits gezeigt, im unbelasteten Zustand der Messsonde auf Abstützpunkten 53 gelagert. Dabei wird die Grund platte 52 mittels einer Feder 55, z. B. einer Spiralfe der, an die Abstützpunkte 53 angepresst. Die Messplatte 54 ist dabei auf der bezüglich der Feder 55 abgewandten Seite der Grundplatte 52 angeordnet. FIGS. 3a and 3b show two Ausführungsbei now play a measuring probe of an inventive suspension SEN scanning device. In the first example according to FIG. 3a, the base plate 52 arranged on the measuring rod 50 , at the end opposite the measuring probe tip 51 , as already shown in the previous examples, is mounted on support points 53 in the unloaded state of the measuring probe. The base plate 52 is by means of a spring 55 , z. B. a Spiralfe, pressed against the support points 53 . The measuring plate 54 is arranged on the side of the base plate 52 facing away from the spring 55 .
In dem in Fig. 3b gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Grundplatte 52 entsprechend Fig. 3a angeordnet. Aller dings befindet sich die Messplatte 54 hier auf der ge genüberliegenden Seite der Grundplatte 52 und dient zu sätzlich als Abstützung für die Feder 55.In the exemplary embodiment shown in FIG. 3b, the base plate 52 is arranged in accordance with FIG. 3a. However, the measuring plate 54 is here on the opposite side of the ge base plate 52 and also serves as a support for the spring 55th
Eine noch detailliertere Ansicht einer vorbeschriebenen Messsondenaufhängung zeigt Fig. 4a, und zwar in Form einer Draufsicht auf die in den vorherigen Figuren ge zeigte Unterseite der Grundplatte 60 und in Blickrich tung der in Fig. 1 gezeigten Mittelachse 10. In dieser Ansicht befindet sich der Messsondenstab 61, in Höhe der Mittelachse 10, auf der Rückseite der Grundplatte 60. Die Grundplatte 60 weist eine gebogene Dreiecksform auf, wobei in den drei äußeren Bereichen jeweils Nut vertiefungen 62 angeordnet sind. Im inneren Bereich be findet sich ein flacher Sockel 63, der die Geometrie einer der Kondensatorplatten definiert.A more detailed view of a measurement probe above suspension, Fig. 4a, in the form of a plan view of the ge in the previous figures showed underside of the base plate 60 and in view Rich tung the central axis 10 shown in FIG. 1. In this view, the measuring rod 61 is located at the level of the central axis 10 on the back of the base plate 60 . The base plate 60 has a curved triangular shape, groove depressions 62 being arranged in each of the three outer regions. In the inner area there is a flat base 63 which defines the geometry of one of the capacitor plates.
Eine weitere Ausschnittvergrößerung einer der drei in Fig. 4a gezeigten Nutvertiefungen 62 bzw. Aufhängungs punkte zeigt nun Fig. 4b, in der eine Schnittansicht entlang der in Fig. 4a gezeigten Schnittlinie "A-A" ge zeichnet ist. Der Nutquerschnitt weist zu beiden Seiten Abschrägungen 64 auf sowie in der Mitte eine rechtecki ge Sackbohrung 65. In dieser Ansicht ist weiter einge zeichnet, wie eine Kugel 66 in die Nutvertiefung 62 formschlüssig eingreift. Die Abschrägungen 64 führen zu der bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen selbstzentrierenden Wirkung des Zusammenspiels zwischen Kugel 66 und Nutvertiefung 64, 65. Und zwar verhindern die Abschrägungen 64 in der gezeigten Darstellung ein seitliches 'Ausbrechen' der Kugel und definieren zudem präzise die Normposition der Grundplatte 60 auf den Ku geln 66.A further enlargement of one of the three groove depressions 62 or suspension points shown in FIG. 4a now shows FIG. 4b, in which a sectional view along the section line "AA" shown in FIG. 4a is drawn. The groove cross-section has bevels 64 on both sides and a rectangular blind bore 65 in the middle. This view also shows how a ball 66 engages in the groove recess 62 in a form-fitting manner. The bevels 64 lead to the self-centering effect of the interaction between ball 66 and groove recess 64 , 65, which was already described in connection with FIG. 1. Namely, the bevels 64 in the illustration shown prevent the ball from 'breaking out' to the side and also precisely define the standard position of the base plate 60 on the balls 66 .
Zur Kalibrierung des Plattenkondensators in der Ruhepo sition der Messsonde, wobei die beiden Kondensatorflä chen möglichst planparallel einzustellen sind, ist die mit dem Messsondenträger starr verbundene Kondensator fläche entsprechend der Anzahl der Aufhängungspunkte in der Kondensatorflächenebene symmetrisch unterteilt, d. h. in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechend dreifach unterteilt 70-72, wobei die einzelnen Flä chen jeweils um einen Winkel von 120° gegeneinander verdreht angeordnet sind. Dies ist nun in Fig. 5 sche matisch veranschaulicht, in der eine Draufsicht auf ei nes solche unterteilte Kondensatorfläche dargestellt ist. Diese Kondensatorfläche ist in Form einer Metalli sierung auf der in Fig. 1 gezeigten Messplatte 29 auf gebracht. In dem in Fig. 1 und Fig. 3a gezeigten Aus führungsbeispiel weist die Messplatte 29 eine zentrale Durchgangsöffnung 73 auf, durch die der Messsondenstab 12, 50 hindurchgeführt ist. Zudem sind hier, zur Veran schaulichung der räumlichen Anordnung der Messplatte 29 relativ zum Messsondegehäuse 16, auch die Abstützpunkte 74 für die Grundplatte 19, 52 dargestellt. Die einzel nen Kondensatorflächen werden über getrennte Leitungen 75-77 elektrisch nach außen geführt.To calibrate the plate capacitor in the resting position of the measuring probe, the two capacitor surfaces being set as plane-parallel as possible, the capacitor surface rigidly connected to the measuring probe carrier is symmetrically divided according to the number of suspension points in the capacitor surface plane, that is to say divided into three in the present exemplary embodiment 70 -72 , wherein the individual surfaces are each rotated relative to one another by an angle of 120 °. This is now schematically illustrated in Fig. 5, in which a plan view of such a divided capacitor area is shown. This capacitor surface is brought in the form of a metallization on the measuring plate 29 shown in FIG. 1. In the operation example shown in Fig. 1 and Fig. 3a, the measuring plate 29 has a central through opening 73, through which the probe rod 12 is passed 50. In addition, the support points 74 for the base plate 19 , 52 are also shown here to illustrate the spatial arrangement of the measuring plate 29 relative to the measuring probe housing 16 . The individual capacitor areas are electrically conducted to the outside via separate lines 75-77 .
Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Justieren einer solchen Messsonde mittels der in Fig. 5 gezeigten unterteilten Kondensatorfläche zeigt Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittansicht. Die Messplatte 29 ist zu diesem Zweck ebenfalls bevor zugt an drei Stützpunkten gelagert, in dem vorliegenden Beispiel über Schrauben 80, welche die Messplatte 29 über O-Ringe 81 federnd an das Messsondengehäuse 16 an pressen. Dadurch lässt sich die Messplatte 29 relativ zur Grundplatte 19 beliebig verkippen und somit die Planparallelität zwischen den beiden Platten 19, 29 herstellen. Dabei werden die einzelnen Schrauben 80 reihum verdreht und die Kapazitäten der einzelnen Kon densatoren 70-72 gemessen. Die Stellungen der Schrau ben 80 wird solange verändert, bis die Kapazitätswerte der Kondensatoren 70-72 innerhalb gewisser Toleranzen übereinstimmen, was ein Indiz dafür ist, dass die Plat ten 19, 29 ausreichend planparallel ausgerichtet sind. Hierdurch ist dann gewährleistet, dass die Empfindlich keit der Messsonde unabhängig ist von der Richtung der jeweiligen Auslenkung, und zwar insbesondere bei Ver kippungen gemäß Fig. 2b.To illustrate the method according to the invention for adjusting such a measuring probe by means of the divided capacitor area shown in FIG. 5, FIG. 6 shows a sectional view corresponding to FIG. 1. For this purpose, the measuring plate 29 is also preferably stored at three support points, in the present example via screws 80 , which press the measuring plate 29 resiliently against the measuring probe housing 16 via O-rings 81 . As a result, the measuring plate 29 can be tilted as desired relative to the base plate 19 and thus the plane parallelism between the two plates 19 , 29 can be established. The individual screws 80 are rotated in turn and the capacities of the individual capacitors 70-72 measured. The positions of the screws 80 are changed until the capacitance values of the capacitors 70-72 match within certain tolerances, which is an indication that the plates 19 , 29 are aligned sufficiently plane-parallel. This then ensures that the sensitivity of the measuring probe is independent of the direction of the respective deflection, in particular when tilting according to FIG. 2b.
Eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schwenkarmes 90 zur Halterung der erfindungsgemäßen Abtastvorrich tung zeigt nun Fig. 7. Der Schwenkarm 90 ist gekröpft ausgebildet und weist an einem Ende eine erfindungsge mäße Abtastvorrichtung 91 mit einer Messsonde 92 und einem am Ende der Messsonde angeordneten kugelförmigen Messsondenkopf 93. In der durch "I" gekennzeichneten Stellung des Schwenkarmes 90 befindet sich die Ab tastvorrichtung 91 in einer Betriebsposition und dient Abtastvorrichtung 91 als Tastsensor bei der Bewegung eines Bearbeitungswerkzeuges 94, beispielsweise eines Fräswerkzeuges, auf einem (nicht gezeigten) Werkzeug tisch.7 shows a side view of a swivel arm 90 according to the invention for holding the scanning device according to the invention . The swivel arm 90 is cranked and has at one end a scanning device 91 according to the invention with a measuring probe 92 and a spherical measuring probe head 93 arranged at the end of the measuring probe. In the position of the swivel arm 90 identified by "I", the scanning device 91 is in an operating position and serves as a scanning sensor 91 as a scanning sensor during the movement of a machining tool 94 , for example a milling tool, on a tool table (not shown).
In der Position "II" des Schwenkarmes 90 befindet sich die Abtastvorrichtung 95 in einer Ruheposition, wobei das Bearbeitungswerkzeug 94, ungestört von der Ab tastvorrichtung 95, die gewünschten Bearbeitungsschrit te ausführen kann.In the position "II" of the swivel arm 90 , the scanning device 95 is in a rest position, wherein the machining tool 94 , undisturbed by the scanning device 95 , can perform the desired machining steps.
Der Schwenkarm 90 ist insbesondere an einem Drehgelenk 98 drehbar gelagert, wobei eine spielfreie Lagerung in axialer Richtung, d. h. senkrecht zur Papierebene, durch eine spielfrei vorgespannte Lagerung 99 erfolgt. In Um fangsrichtung ist die exakte und reproduzierbare Posi tionierung des Messsondenkopfes 93 mittels eines Stif tes 100, der in der Betriebsposition "I" über eine (hier nicht gezeigte) Federvorspannung kraftschlüssig an einem Bolzen 101 anliegt, gewährleistet. Der gezeig te Schwenkarm 90 ermöglicht eine reproduzierbare Posi tionierung des Messsondenkopfes 93 in der Betriebsposi tion "I" mit einer Genauigkeit von etwa 1 µm.The swivel arm 90 is in particular rotatably mounted on a swivel joint 98 , with play-free mounting in the axial direction, ie perpendicular to the paper plane, being carried out by a play-free preloaded bearing 99 . In the circumferential direction, the exact and reproducible positioning of the probe head 93 is ensured by means of a pin 100 which , in the operating position "I", is non-positively applied to a bolt 101 via a spring preload (not shown here). The swivel arm 90 shown enables reproducible positioning of the probe head 93 in the operating position “I” with an accuracy of approximately 1 μm.
In Fig. 8a ist eine erfindungsgemäße elektrische Schal tung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Abtastvorrich tung gezeigt. Einen typischen Spannungsverlauf in einer solchen elektrischen Schaltung, mittels dessen die Ka pazität eines Plattenkondensators der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung gemessen werden kann, zeigt Fig. 8b. Die Schaltung weist eine Kippschaltung zum zyklischen Aufladen und Entladen des Plattenkondensators der Ab tastvorrichtung auf. Mittels einer Prozessoreinheit wird dabei die Zeit zwischen dem Einschalten der Kipp schaltung und dem Erreichen der Schaltschwelle des Schmitt-Triggers erfasst (tLade) (genauso kann auch die Zeit zwischen Abschalten der Kippschaltung und Errei chen der Ausgangsschwelle des Schmitt-Triggers erfasst werden (tEntlade)) und aus der so erfassten Zeit die Ka pazität berechnet. Sobald der aktuell gemessene Kapazi tätswert, aufgrund einer berührungsverursachten Auslen kung der Messsonde, von einem entsprechenden gespei cherten Wert abweicht, wird ein Triggersignal an die Werkzeugmaschinensteuerung ausgegeben, mittels derer die Servomotoren für die Bewegung der Tastvorrichtung entlang des Werktisches unmittelbar gestoppt werden. Aus der im Triggerzeitpunkt aktuellen Position der Ser vomotoren lassen sich dann die erforderlichen Positi onsdaten generieren.In Fig. 8a, an electrical circuit device according to the invention for operating the scanning device according to the invention is shown. A typical voltage profile in such an electric circuit, by means of which the capacity of a plate capacitor Ka of the scanning device according to the invention can be measured, Fig. 8b. The circuit has a flip-flop for cyclically charging and discharging the plate capacitor from the scanning device. Using a processor unit, the time between switching on the flip-flop and reaching the switching threshold of the Schmitt trigger is recorded (t loading ) (the time between switching off the flip-flop and reaching the output threshold of the Schmitt trigger can also be recorded (t Discharge )) and the capacity calculated from the time recorded in this way. As soon as the currently measured capacitance value deviates from a corresponding stored value due to a contact-induced deflection of the measuring probe, a trigger signal is output to the machine tool control, by means of which the servo motors for the movement of the probe device along the work table are stopped immediately. The required position data can then be generated from the position of the servo motors at the time of the trigger.
Claims (14)
Durchführen der folgenden beiden Schritte in einer Schleife:
Verändern der Drehstellung mindestens einer der Justierschrauben;
Messen der Kapazität jedes der durch die min destens drei Flächensegmente jeweils gebilde ten Plattenkondensators;
und im Falle, dass die Kapazitäten der mindestens drei Plattenkondensatoren innerhalb vorgebbarer To leranzen übereinstimmen:
elektrisches Zusammenschalten der mindestens drei Flächensegmente wenigstens eines Kondensatorflä chenelementes zu einer einzelnen Kondensatorplat te.14. A method for adjusting a probe from a scanning device according to claim 7 or 8, characterized by the steps:
Perform the following two steps in a loop:
Changing the rotational position of at least one of the adjusting screws;
Measuring the capacitance of each of the plate capacitors formed by the at least three surface segments;
and in the event that the capacitances of the at least three plate capacitors match within predeterminable tolerances:
electrical interconnection of the at least three surface segments of at least one capacitor surface element to form a single capacitor plate.
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