CN102901424A

CN102901424A - 测头

Info

Publication number: CN102901424A
Application number: CN2012102592067A
Authority: CN
Inventors: R.肖普夫
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: CN102901424B; US9062956B2; DE102011079738A1; EP2551631B1; US20130027026A1; EP2551631A1

Abstract

本发明涉及一种测头，其包括壳体(1)，其中，壳体(1)具有：第一壳体单元(1.1)，其确定用于固定在机器处；和第二壳体单元(1.2)，探针(2)可偏转地支承在其处。第二壳体单元(1.2)可动地在第一壳体单元(1.1)处可偏转地支承。此外，测头具有开关单元(1.5)，其包括第一接触元件(1.15)和第二接触元件(1.25)，其中，接触元件(1.15,1.25)这样布置，使得在第二壳体单元(1.2)相对于第一壳体单元(1.1)偏转时接触元件(1.15,1.25)根据偏转的方向可在不同的点(Px,Py)处带到相互接触，其中，通过该接触可触发电气开关信号。

Description

测头

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的测头(Tastkopf)，其尤其能够可靠地且耐用地运行。

背景技术

探测系统例如被用于工件的位置确定，工件夹紧在加工材料的机器(例如铣床)中。该探测系统经常具有静止的发射器-接收器单元(其固定在加工材料的机器的位置固定的元件处)和可相对于此移动的或活动的零件(其经常被称为测头)。测头大多安装在加工材料的机器的可移动的元件处、例如在铣床主轴处。在此，测头包括可从静止位置偏转的探针(Taststift)或可偏转的探测元件，其在从其静止位置中偏转出来时产生开关信号。探测元件的静止位置理解成探测元件的不与工件接触的位置。在探测元件与工件接触时，探测元件被从其静止位置中偏转出来。

在文件DE 35 32 184 C1中例如说明了一种测头，在其中通过中心的支承和单个从中线偏移的开关提供一种防撞装置。

发明内容

本发明另外目的在于提供一种测头，其相对壳体的碰撞是不敏感的且尽管如此达到特别高的测量精度。

该目的根据本发明通过带有权利要求1的特征的测头来实现。

相应地，测头包括壳体和探针，其中，壳体具有带有纵轴线的第一壳体单元。该第一壳体单元尤其确定用于固定在机器处。此外，壳体具有第二壳体单元，探针可偏转地支承在其处，其中，在探针相对于第二壳体单元偏转时可由传感器单元触发电信号。此外，第二壳体单元可动地在第一壳体单元处可偏转地支承。此外，测头具有开关单元，其包括第一接触元件和第二接触元件，其中，接触元件这样布置，使得在第二壳体单元相对于第一壳体单元偏转时接触元件根据偏转的方向可在不同的点或部位处带到相互接触或触碰(Beruehrkontakt)。通过该机械的和电气的接触可触发电气开关信号。

如果壳体、尤其第二壳体单元与障碍物碰撞，那么通常发生偏转。开关信号那么可触发机器(第一壳体单元可固定在其处)的停止，从而可避免测头的损坏。

有利地，接触元件在第二壳体单元相对于第一壳体单元未偏转的状态中通过轴向的气隙(Luftspalt)来彼此分离。即当不发生碰撞时，该状态表示测头的正常运行。

接触元件中的至少一个可轴向有弹性地来设计，也就是说，该接触元件沿着纵轴线可弹性变形地或有弹性地来设计。

根据一有利的结构类型，接触元件中的一个设计为弹簧，例如为钢弹簧、塑料弹簧或橡胶弹簧。对于塑料弹簧或橡胶弹簧，电导体或导电层可设置用于与其它接触元件的电气触点接通。尤其地，接触元件中的一个可设计为柱形的或锥形的螺旋弹簧。

尤其地，至少一个接触元件可设计为板或盘，其自身导电或包括导体或具有导电的表面。在本发明的另一设计方案中，至少一个接触元件具有平的面，其正交于纵轴线定向。

有利地，两个接触元件相应具有平的面，从而在第二壳体单元相对于第一壳体单元未偏转的状态中这些平的面通过轴向的气隙来彼此分离。由此，第一接触元件例如可设计为板、盘或环形盘(Ringscheibe)，使得该第一接触元件尤其在其轴向的端部处具有平的表面或端面。第二接触元件可设计为螺旋弹簧，它的与第一接触元件相对而置的端部平地来设计。

此外，接触元件可这样设计和布置，使得在其处可实现接触元件的相互接触的不同的点或部位与纵轴线具有相同的距离。尤其地，这些点可对称于纵轴线来布置。

有利地，测头如此来构造，使得接触元件中的一个设计为弹簧，其轴线与第一壳体单元的纵轴线一致。这就是说，轴线和纵轴线相叠地布置在同一地点处。该布置方案尤其在使用柱形的或锥形的螺旋弹簧作为接触元件时是有利的。

在本发明的一改进方案中，测头具有开关，其中，测头这样来构造，使得通过操纵开关单元或开关可产生指令，通过该指令可触发机器的相同反应。机器的这样的反应例如可以是机器的停止。通过开关和开关单元即相应可产生具有相同的信息内容的指令。

此外，测头可具有开关，其中，在第二壳体单元相对于第一壳体单元未偏转且第一壳体单元固定在机器处的状态中不仅开关而且开关单元打开，从而电流相应通过开关以及通过开关单元中断。

本发明的有利的构造方案从从属权利要求中得出。

附图说明

根据本发明的测头的另外的细节和优点从实施例的接下来的描说明中得出。其中：

图1显示了测头的透视图，

图2显示了测头的测量装置的详细视图，

图3显示了在第一壳体单元打开的情况下第二与第一壳体单元之间的支承的透视性的详细视图，

图4显示了测头的部分剖示图，

图5显示了作为对接触元件的俯视图的详细视图，

图6显示了作为对接触元件的侧视图的详细视图，

图7显示了作为对在第二与第一壳体单元之间的支承的剖面的详细视图。

具体实施方式

在图1中以透视性的外视图显示了测头。测头相应包括壳体1，其具有第一壳体单元1.1和第二壳体单元1.2，其中，第二壳体单元1.2可动地在第一壳体单元1.1处可偏转地支承。

第一壳体单元1.1具有锥形的区域1.12，其可被引入机床的卡盘中。此外，在锥形的区域1.12处布置有开关1.11，通过它确保，当其未夹紧时，电池操作的测头关断。

探针2从第二壳体单元1.2中伸出。探针2具有纵轴线，其在静止状态中或在静止位置中同时是壳体1、尤其第二壳体单元1.2的纵轴线A。

为了防止环境影响，在第一壳体单元1.1与第二壳体单元1.2之间的区域中设置有由橡胶构成的可变形的涨圈(Manschette)1.3。

在图2中显示了一种测量装置，如其布置在壳体1的第二壳体单元1.2的内部中。在所介绍的实施例中，探针2包括针座(Stifthalter)2.1，其借助于螺栓连接可松开地与探针2相连接。探针2的针座2.1在一端处具有三个以120°相错布置的臂2.11，其中，在图2中仅可见臂2.11中的一个。此外，在第二壳体单元1.2中存在电路板1.21，在其上装配有三个传感器1.22，其中，在图2中仅示出传感器1.22中的一个。在所介绍的实施例中，使用压力传感器元件(其基于压阻的硅芯片)作为传感器1.22。该传感器1.22具有压力敏感的表面，在其处存在这里pn隔离的桥式电阻(Brueckenwiderstand)。在测头的运行中，用于供应传感器1.22的馈电电压经由电路板1.21来导入。球体1.26靠在每个传感器1.22的表面上，其用作机械的传递元件。为了使球体1.26相对于传感器1.22随时精确地定位，设置有固定元件1.27，其关于传感器1.22静止地来固定。

探针2的针座2.1在中间支承在测头的第二壳体单元1.2中。通过弹簧2.2来预紧，针座2.1的臂2.11相应地靠在球体1.26上，其中，针座2.1相对于第二壳体单元1.2可移动地支承且因此相对于传感器1.22可移动或可偏转。

一旦探测球(Antastkugel)(参见图1在探针2的下端处)在探针2处接触待测量的工件，压力或者变化的压力首先被导入所属的球体1.26中，其然后将相应的压力转递到所属的传感器1.22处。传感器1.22在其电信号中相应产生对应的电平变化。这些信号被再处理且在满足规定的标准时产生电信号。在探针2的臂2.11中的一个失去与相应的球体1.26的机械接触之前，到达偏转位置或开关位置。由此阻止产生取决于方向的开关特性。相应的电信号最终被转换成电磁信号，其被发送至位置固定的接收器站。位置固定的接收器站固定在例如机床的不可动的构件处。所接收的信号从该位置固定的接收器站被传输到例如在机床的控制部中的电子装置处，在那里探测球的位置被确定且同时机器被停止。

当测头被从止动位置(Anschlagposition)中驶出时，探针2又返回到静止位置中。通过固定元件1.27确保，当探针2从止动位置返回到静止位置中时，球体1.26相应可再现地支承在传感器1.22的表面上的正确的点处。

在图4中显示了穿过测头的部分纵剖面。开关1.11位于第一壳体单元1.1的锥形的区域1.12中。开关1.11具有圆形的端部，当测头不被引入机器的配合件(Gegenstueck)(例如机床的主轴)中时，其从区域1.12的锥形轮廓中伸出。在该状态中，开关1.11的位置是闭合的。开关1.11的触头经由电缆(其导电地固定在螺旋弹簧1.6处)和心轴1.24与电路板1.28上的导体电路相连接。以该方式可实现，只要开关1.11闭合，测头就不运行。但是一旦测头被插入机器的对应的配合件中，弹性地支承的端部被压到区域1.12的钻孔中且开关1.11打开，从而测头可进入运行。

不可排除的是，壳体1在测量过程中例如无意地与待测量的物体的棱边碰撞。为了避免测头的损坏，对于该情况第二壳体单元1.2可动地在第一壳体单元1.1处可偏转地支承。该支承包括第一套筒1.13(其可被关联于第一壳体单元1.1)以及第二套筒1.23(其属于第二壳体单元1.2)。在套筒1.13、1.23之间布置有球体1.4。

在图7中显示了该支承的尤其在球体1.4的区域中穿过套筒1.13、1.23的剖示图。相应地，球体1.4被压入套筒1.13(其属于第一壳体单元1.1)的钻孔中。相对地，球体1.4靠在另一套筒1.23(其关联于第二壳体单元1.2)的凹口中。球体1.4仅在两个点处接触第二壳体单元1.2的套筒1.23。根据图3和4，第二壳体单元1.2的套筒1.23借助于螺旋弹簧1.7被压到球体1.4处。在此，螺旋弹簧1.7的一端相应与套筒1.23相接触而相关的螺旋弹簧1.7的另一端压向带有平的面作为轴向的限制的大致环形的第一接触元件1.15。第一接触元件1.15是开关单元1.5的组成部分，下面继续阐述其电气功能。通过该结构类型可保证，这两个壳体单元1.1、1.2在正常运行中彼此始终正确地定位，尤其地，可在第二壳体单元1.2相对于第一壳体单元1.1偏转之后精确地且可再现地又占据初始位置。

此外，以螺旋弹簧的形式的第二接触元件1.25作为开关单元1.5的另一组成部分位于壳体1之内，其在轴向的端部处如此来构造，使得其具有平的面。在图6中以相对于图4放大的部分视图在第二壳体单元1.2相对于第一壳体单元1.1未偏转的状态中示出带有其接触元件1.15、1.25的开关单元1.5。在该状态中(即在正常运行中)，两个接触元件1.15、1.25或者接触元件1.15、1.25的平的面通过气隙d在轴向上来彼此分分离，使得该位置对应于开关单元1.5的打开的开关位置且因此在电路板1.28与第一壳体单元1.1之间的电流是不可能的。开关1.11平行于开关单元1.5或者平行于接触元件1.15、1.25电气接通，从而当开关1.11被关闭时，测头因此被从机床中取出，或者当接触元件1.15、1.25接触时，测头触发机器的停止、即测头的行进过程的结束。

当第二壳体单元1.2相对于第一壳体单元1.1被偏转时，即当第二壳体单元1.2与物品的碰撞例如在机床的加工室中发生时，接触元件1.15、1.25的这样的接触可实现。

在图5中显示了对第二接触元件1.25的视图(关于图4，图5对应于从下方的部分视图)。螺旋弹簧1.6在径向上位于第一接触元件1.15之内。通过测头在x方向上的行进，第二壳体单元1.2可与障碍物碰撞。由此，第二壳体单元1.2相对于第一壳体单元1.1的相应的偏转在涨圈1.3变形的情况下发生，也就是说以该方式，即第一接触元件1.15被第二轴向有弹性的接触元件1.25在点Px处在第二接触元件1.25的轴向压缩的情况下接触。该接触触发开关信号且机器的和因此还有测头的运动被停止。类似的观察可被用于该情况，即例如测头被在y方向上移动，其中那么第二接触元件1.25在点Py处被第一接触元件1.15接触。点Px和Py鉴于其位置是不同的，但是与纵轴线A具有相同的距离。如果第二壳体单元1.2相对于第一壳体单元1.1的偏转在z方向上实现，则在沿着环绕的线的多个点处实现触点接通。

Claims

1. 一种测头，其包括壳体(1)和探针(2)，其中，所述壳体(1)

- 具有带有纵轴线(A)的第一壳体单元(1.1)，其中，所述第一壳体单元(1.1)确定用于固定在机器处，并且

- 具有第二壳体单元(1.2)，所述探针(2)可偏转地支承在其处，

其中，在所述探针(2)相对于所述第二壳体单元(1.2)偏转时能够由传感器单元(1.22)触发电信号，并且

所述第二壳体单元(1.2)可动地在所述第一壳体单元(1.1)处可偏转地支承，且

所述测头此外具有开关单元(1.5)，其包括第一接触元件(1.15)和第二接触元件(1.25)，其中，所述接触元件(1.15, 1.25)这样布置，使得在所述第二壳体单元(1.2)相对于所述第一壳体单元(1.1)偏转时所述接触元件(1.15, 1.25)根据偏转的方向能够在不同的点(Px, Py)处带到相互接触，其中，通过所述接触能够触发电气开关信号。

2. 根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述接触元件(1.15, 1.25)在所述第二壳体单元(1.2)相对于所述第一壳体单元(1.1)未偏转的状态中通过轴向的气隙(d)来彼此分离。

3. 根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述接触元件(1.15, 1.25)中的一个轴向有弹性地来设计。

4. 根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述接触元件中的一个(1.25)设计为弹簧、尤其为螺旋弹簧。

5. 根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述不同的点(Px, Py)与所述纵轴线(A)具有相同的距离。

6. 根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述接触元件(1.15, 1.25)相应具有平的面且在所述第二壳体单元(1.2)相对于所述第一壳体单元(1.1)未偏转的状态中所述平的面通过轴向的气隙(d)来彼此分离。

7. 根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述接触元件中的一个(1.25)设计为螺旋弹簧，其轴线与所述第一壳体单元(1.1)的纵轴线(A)一致。

8. 根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述测头具有开关(1.11)且所述测头这样来构造，使得通过操纵所述开关单元(1.5)或所述开关(1.11)能够产生指令，通过其能够触发所述机器的相同反应。

9. 根据权利要求8所述的测头，其特征在于，所述机器的反应是机器的停止。

10. 根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述测头具有开关(1.11)且在所述第二壳体单元(1.2)相对于所述第一壳体单元(1.1)未偏转且所述第一壳体单元(1.1)固定在机器处的状态中不仅所述开关(1.11)而且所述开关单元(1.5)打开，从而电流相应中断。