DD139454A1

DD139454A1 - PROBE

Info

Publication number: DD139454A1
Application number: DD20898278A
Authority: DD
Inventors: Gerd Huebner
Original assignee: Gerd Huebner
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1978-11-09
Publication date: 1980-01-02
Also published as: DE2938226A1

Description

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Titel der Erfindung; MeßkopfTitle of the invention; measuring head

Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft einen Meßkopf für Koordinatenmeßgeräte, vorzugsweise zur Antastung von Meßobjekteη in räumlichen Koordinatensastemen.Field of application of the invention: The invention relates to a measuring head for coordinate measuring machines, preferably for probing objects of measurement in spatial coordinate fields.

Charakteristik der bekannten technischen_ JLösungen: In der FR-PS 2 3II 274- ist eine Längenmeßeinrichtung beschrieben, welche einen Meßkopf umfaßt, der in mehreren Koordinaten meßbar verschiebbar in oder an einem Koordinatenmeßgerät angeordnet ist. Dieser Meßkopf umfaßt ein Gehäuse, in welchem ein Meßeinsatzträger mit mindestens einem Meßeinsatz (Taster), in 3 Koordinaten verschiebbar, gelagert ist. Ferner sind im Gehäuse Meßwandler angeordnet, um die Stellung des Meßeinsatzträgers und damit der Taster relativ zum Gehäuse zu bestimmen. Characteristics of known technical solutions: In FR-PS 2 3II 274- a length measuring device is described, which comprises a measuring head, which is arranged in a plurality of coordinates measurably displaceable in or on a coordinate. This measuring head comprises a housing in which a Meßeinsatzträger with at least one Meßeinsatz (button), in 3 coordinates slidably mounted. Furthermore, transducers are arranged in the housing to determine the position of the Meßeinsatzträgers and thus the probe relative to the housing.

In der DD-PS 92 567 ist ein Meßkopf beschrieben, mit welchem in den drei Koordinaten gemessen werden kann. Hierbei ist ein Meßeinsatzträger kardanisch in einem Gehäuse gelagert. Die Bewegungen der Meßeinsätze bei der Antastung von Prüflingen bewirken, daß Meßwandler.Signale erzeugen, die zur Ermittlung der Meßwerte verwendet werden.In DD-PS 92 567 a measuring head is described with which can be measured in the three coordinates. Here, a Meßeinsatzträger is gimbal stored in a housing. The movements of the measuring inserts in the probing of specimens cause Meßwandler.Signale generate signals that are used to determine the measured values.

Es ist ein Nachteil des Standes der Technik, daß zur Verwirklichung von Tasterbewegungen und Antastmöglichkeiten in drei Koordinaten eine konstruktiv aufwendige Lagerung des Meßeinsatzträgers notwendig ist. Trotz großemIt is a disadvantage of the prior art that a structurally complex mounting of Meßeinsatzträgers is necessary for the realization of probe movements and probing possibilities in three coordinates. Despite big

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technologischem Aufwand gewährleistet diese Lagerung nicht eine exakte reproduzierbare Lage des Meßeinsatzträgers und damit der den Prüfling antastenden Meßeinsätze· Die angewendeten Führungs- und Lagerungssysteme sind gegenüber Überlastungen empfindlich.Technological effort ensures this storage is not an exact reproducible position of the Meßeinsatzträgers and thus the probing probing Meßeinsätze · The applied guidance and storage systems are sensitive to overloads.

Ziel der Erfindung: . Object of the invention:.

Es ist Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und den konstruktiven und technologischen Aufwand bei Meßköpfen, vorzugsweise für Koordinatenmeßgeräte zu verringern.It is an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to reduce the design and technological complexity of measuring heads, preferably for coordinate.

Explanation of the essence of the invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßkopf, vorzugsweise für Koordinatenmeßgeräte, zu schaffen, bei welchem ein Meßeinsatzträger unabhängig von Eührungsfehlern ist und welcher ein eigenes Koordinatensystem besitzt.The invention has for its object to provide a measuring head, preferably for coordinate, in which a Meßeinsatzträger is independent of Errors and which has its own coordinate system.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Meßkopf mit einem Meßeinsatzträger und mindestens einem Meßeinsatz dadurch gelöst, daß der Meßeinsatzträger reibungsarm und in maximal sechs Ireiheitsgraden eines räumlichen Koordinatensystems verschieb- und drehbar im Gehäuse gelagert ist, und daß zwischen dem Gehäuse und dem Meßeinsatzträger sechs, sämtliche Relativbewegungen des Meßeinsatzträgers gegenüber dem Gehäuse erfassende Meßwandler vorgesehen sind, wobei in drei, vorzugsweise senkrecht zueinander stehenden Ebenen jeweils zwei Meßwandler aus den Ausgangssignalen der Meßwandler die Position des .Meßeinsatzträgers bzw. Tastelements im Koordinatensystem bestimmenden Rechner verbunden sind.According to the invention this object is achieved in a measuring head with a Meßeinsatzträger and at least one Meßeinsatz characterized in that the Meßeinsatzträger is friction and in a maximum of six degrees of freedom of a spatial coordinate system displaceable and rotatably mounted in the housing, and that between the housing and the Meßeinsatzträger six, all relative movements the Meßeinsatzträgers relative to the housing detecting transducer are provided, wherein in three, preferably mutually perpendicular planes in each case two transducers from the output signals of the transducer, the position of the .Meßeinsatzträgers or probe element in the coordinate system determining computer are connected.

Dabei ist es vorteilhaft, daß die Meßwandler am Gehäuse und den einzelnen Meßwandlern zugeordnete Meßflächen am Meßeinsatzträger angeordnet sind.It is advantageous that the transducers are arranged on the housing and the individual transducers associated measuring surfaces on Meßeinsatzträger.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß die Meßwandler am Meßeinsatzträger und die den Wandlern zugeordneten Meßflächen am Gehäuse angeordnet sind.A further embodiment consists in that the transducers on the Meßeinsatzträger and the transducers associated measuring surfaces are arranged on the housing.

Es ist vorteilhaft, daß die Meßwertgeber in ihrer Meßrichtung justierbar angeordnet sind*It is advantageous that the transducers are arranged adjustable in their measuring direction *

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So ist ein Vorteil der Erfindung, daß der technische Aufwand für die in verschiedenen Koordinaten bewegliche Lagerung des Meßeinsatzträgers erheblich verringert und die Anzahl beweglicher Teile vermindert werden. Dadurch wird vor allem die Bedeutung der Lose in der Lagerung beseitigt. Es besteht eine höhere Punktionssicherheit und eine geringere Empfindlichkeit der Führungs- und Lagerungssysteme gegenüber Überlastungen.Thus, an advantage of the invention that the technical complexity of the movable in different coordinates storage of Meßeinsatzträgers significantly reduced and the number of moving parts are reduced. This eliminates the importance of lots in storage. There is a higher puncture safety and a lower sensitivity of the guidance and storage systems against overloads.

Ausführungsbeispiel; Exemplary embodiment;

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show

Fig. 1 schematisch die Lage des Meßkopfes in einer · Koordinatenraeßraaschine, jFIG. 1 schematically shows the position of the measuring head in a coordinate-milling machine, j

Pig. 2 den erfindungsgemäßen Meßkopf undPig. 2 the measuring head according to the invention and

Pig. 3 die koordinatenmäßigen Beziehungen am Meßein-· satzträger.Pig. 3 the coordinate relations at the measuring device carrier.

Das in Fig. 1 dargestellte Koordinatenmeßgerät 1 umfaßt einen auf Führungen 2 in zwei Koordinaten verschiebbaren Meßschlitten 3» a° welchem ein in der dritten Koordinate verschiebbarer Meßkopf 4 angeordnet ist. Auf einem Tisch 5 des Koordinatenmeßgerätes 1 ist ein Meßobjekt 6 angeordnet.The coordinate measuring machine 1 shown in FIG. 1 comprises a measuring carriage 3 "a ° which can be displaced on guides 2 in two coordinates and which has a measuring head 4 which is displaceable in the third coordinate. On a table 5 of the coordinate measuring machine 1, a measuring object 6 is arranged.

Der Meßkopf 4 bestellt aus einem Gehäuse 7» in welchem ein Meßeinsatzträger S mit mindestens einer Meßeinsatzaufnahme 10, in vorzugsweise sechs Freiheitsgraden eines räumlichen Koordinatensystems R-S-T verschieb- und drehbar gelagert ist. Der Meßeinsatzträger 8 ist mittels eines Schaftes 28 in einem im Gehäuse 7 eingesetzten, elastischen Lager 11 gelagert, wobei gewährleistet ist, daß der Meßeinsatzträger und damit auch der Meßeinsatz 9 in allen Freiheitsgraden bewegbar ist.The measuring head 4 is ordered from a housing 7 "in which a Meßeinsatzträger S with at least one Meßeinsatzaufnahme 10, preferably in six degrees of freedom of a spatial coordinate system R-S-T is displaceable and rotatably mounted. The Meßeinsatzträger 8 is mounted by means of a shaft 28 in an inserted in the housing 7, elastic bearing 11, wherein it is ensured that the Meßeinsatzträger and thus also the Meßeinsatz 9 is movable in all degrees of freedom.

Anstelle einer Meßeinsatzaufnahme 10 können auch mehrere am Meßeinsatzträger 8 vorgesehen sein.Instead of a Meßeinsätzeaufnahme 10 and several may be provided on Meßeinsatzträger 8.

Wie Fig., 2 zeigt, sind im Gehäuse. 7 Meßwandler derart vorgesehen, daß in drei .jeweils senkrecht aufeinanderstehenden Flächen des Gehäuses 7 jeweils zwei MeßwandlerAs Fig. 2 shows, are in the housing. 7 transducers provided such that in three .Ueweils mutually perpendicular surfaces of the housing 7 in each case two transducers

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12 und 13, 14 und 15, 16 und 17 so angeordnet sind, daß immer zwei Meßwandler 12 und 13, 14 und 15, 16 und 17 einer jeden der Koordinaten R, S, T (Fig. 3) zugeordnet sind. Diesen Meßwandlern 12; 13; 14; 15; 16; 17 sind auf den, den Flächen des Gehäuses 7 benachbarten Flächen des Meßeinsatzträgers 8 Meßflächen 18; 19; 20; 21; 22; 23 zugeordnet, welche durch diese Meßwandler berührend oder berührungslos angetastet werden.12 and 13, 14 and 15, 16 and 17 are arranged so that there are always two transducers 12 and 13, 14 and 15, 16 and 17 associated with each of the coordinates R, S, T (Figure 3). These transducers 12; 13; 14; 15; 16; 17 are on the surfaces of the housing 7 adjacent surfaces of Meßeinsatzträgers 8 measuring surfaces 18; 19; 20; 21; 22; 23 associated, which are touched by these transducers touching or non-contact.

So sind zur Bestimmung von Verschiebungen des Meßeinsatzträgers 8 in Richtung der R-Koordinate der Meßwandler 12 , in Richtung der S-Koordinate der Meßwandler 14 und in Richtung der T-Koordinate der Meßwandler 16 vorgesehen. Für die Ermittlung von Drehungen oder Kippungen des Meßeinsatzträgers 8 um die R-Koordinate sind die Meßwandler 16 und 17, um die S-Koordinate die Meßwandler 12 und 13 und um die T-Koordinate die Meßwandler 14 und 15 im Gehäuse 7 angeordnet.Thus, to determine displacements of the Meßeinsatzträgers 8 in the direction of the R-coordinate of the transducer 12, in the direction of the S-coordinate of the transducer 14 and in the direction of the T-coordinate of the transducer 16 are provided. For the determination of rotations or tilting of Meßeinsatzträgers 8 to the R-coordinate, the transducers 16 and 17, to the S-coordinate, the transducers 12 and 13 and the T-coordinate, the transducers 14 and 15 are arranged in the housing 7.

Die Meßwandler 12; 13; 14; 15; 16; 17 sind mit einem Meßverstärker 24 verbunden, in dem die Ausgangs-.signale der Meßwandler verstärkt werden. Dem Meßverstärker 24 nachgeordnet ist ein Analog-Digital-Wandler 25, dessen Ausgangswerte A^, Ap, A-,, A^, A,-; Ag zur Bestimmung der Positionsänderung R, S, T des Meßeinsatzträgers 8 und damit des Tastelements 29 bei der Abtastung des Prüflings 6 einen Rechner 26 zugeführt werden. Die den Rechner 26 verlassenden Meßergebnisse werden in eine Anzeige- oder Verarbeitungseinrichtung 27 gegeben. In Fig. 3 sind schematisch die koordinatenmäßigen Beziehungen am Meßeinsatzträger 8 dargestellt. Das meßkopfeigene Koordinatensystem R-S-T ist gehäusefest und die Lage der Meßwandler 12; 13; 14; 15;. 16; 17 dazu wird durch die Abstände a; b; c; d;e; f von den Koordinatenachsen R, S, T gekennzeichnet. Die Abstände der Meßwandler 12 und I3, 14 und 15 sowie 16 und 17 sindThe transducers 12; 13; 14; 15; 16; 17 are connected to a measuring amplifier 24 in which the output signals of the measuring transducers are amplified. Downstream of the measuring amplifier 24 is an analog-to-digital converter 25, the output values A ^, Ap, A- ,, A ^, A, -; Ag for determining the change in position R, S, T of Meßeinsatzträgers 8 and thus of the probe element 29 in the scanning of the specimen 6, a computer 26 are supplied. The computer 26 leaving measurement results are placed in a display or processing device 27. In Fig. 3, the coordinate relationships on Meßeinsatzträger 8 are shown schematically. The meßkopfeigen coordinate system R-S-T is fixed to the housing and the position of the transducer 12; 13; 14; 15 ;. 16; 17 is due to the distances a; b; c; e; d; f of the coordinate axes R, S, T marked. The distances of the transducers 12 and I3, 14 and 15 and 16 and 17 are

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sind mit g, h und i bezeichnet und die Ausgangswerte A^, A₂, A-, A^, Ar, Ag des Analog-Digital-Wandlers 25 sind die bereits verstärkten und gewandelten Anzeigen der Meßwandler 12; 13; 14; 15; 16; 17. Die Ausgangsposition des Tastelements 29 zu Beginn einer jeden Messung ist mit Q (R , S , T ) angegeben, wobei die hierzu gehörigen Koordinaten R , S G? sind.are denoted by g, h and i and the output values A ^, A ₂ , A-, A ^, Ar, Ag of the analog-to-digital converter 25 are the already amplified and converted displays of the transducers 12; 13; 14; 15; 16; 17. The starting position of the probe element 29 at the beginning of each measurement is indicated by Q (R, S, T), the corresponding coordinates R, SG? are.

Mit Kenntnis der Steifigkeit des Lagers 11 werden aus den geometrischen Beziehungen und Größen, wie die Abstände a, b, c, d, e, f, g, h, i und den Ausgangswerten A--, A₂, A-, A₂., Ar, Ag durch den Rechner 26 für jeden Antastfall die Positionsänderungen R , S , T des Tastelements 29 berechnet. Dabei bestehen unter Vernachlässigung der Durchbiegung und Größen höherer Ordnung folgende Beziehungenϊ With knowledge of the rigidity of the bearing 11, from the geometric relationships and magnitudes, such as the distances a, b, c, d, e, f, g, h, i and the output values A--, A ₂ , A-, A ₂ ., Ar, Ag calculates the position changes R, S, T of the probe element 29 by the computer 26 for each probing case. Neglecting the deflection and the higher-order quantities, the following relationships exist

A— — ""Ti O ™* ΊA- "" Ti O ™ * Ί

= A- + — *—*— t S - Q; += A - + - * - * - t S - Q; +

g "*' g gg * g

Q a / 4 " ^A3 ( R_n. - C) + -^—s-—- (T - d)Q a / 4 " ^A 3 (R _n . - C) + - ^ - s --- (T - d)

-1..I₅₊ il-^ (S₈-.)+ ^-4^ <^sg-«-1..I ₅₊ il- ^ (S ₈ -.) + ^ -4 ^ < ^s g- «

A- ... A^- sind hierin die variablen Größen. Die neue tatsächliche Position Q des Tastelements ist dann, wiedergegeben durch die Koordinaten R = R + R S = S + SA- ... A ^ - herein are the variable quantities. The new actual position Q of the probe element is then represented by the coordinates R = R + R S = S + S

G? s T + T SG? s T + T S

Durch erneute Antastung des Meßobjekts 6 ab andererBy renewed probing of the test object 6 from another

Stelle ist in analoger Weise die neue Position des Tastelements 29 bestimmbar. Die einzelnen Positionen können in die Verarbeitungseinrichtung 27 gespeichert bzw. eingegeben werden* Aus ihnen werden dann die zu messenden Größen des Meßobjekts 6 bestimmt.Place is determined in an analogous manner, the new position of the probe element 29. The individual positions can be stored or entered into the processing device 27. The quantities of the measuring object 6 to be measured are then determined from them.

Claims

• - 6 - Invention Request

1. measuring head for coordinate, which is arranged in a plurality of coordinates measurably displaceable in or on the coordinate, comprising a housing, in Welchem a Meßeinsatzträger is mounted with at least one Meßeinsatz, characterized in that the Meßeinsatzträger (8) friction and in a maximum of six degrees of freedom a spatial coordinate system displaceable and rotatably mounted in the housing (7), and that between the housing (7) and the Meßeinsatzträger. (8) six, all relative movements of the Meßeinsatzträgers (8) relative to the housing (7) detecting transducer (12; 13; 14; 15; 16; 17) are provided, wherein in three, preferably mutually perpendicular planes each two transducers (12 and 13, 14 and 15, 15 and 16), which are connected via measuring amplifiers (24) to a computer (26) determining the position of the measuring insert carrier (8) or probe element in the coordinate system from the output signals of the measuring transducers.

2. Measuring head according to item 1, characterized in that the measuring transducers (12, 13, 14, 15, 16, 17) on the housing (7) and the individual transducers associated measuring surfaces (18, 19, 20, 21, 22, 23 ) are arranged on Meßeinsatzträger (8).

3. Measuring head according to item 1, characterized in that the transducers (12, 13, 14, 15, 16, 17) on the Meßeinsatzträger

(8) and the measuring surfaces (18; 19; 20; 21; 22; 23) assigned to the transducers are arranged on the housing (7).

4. Measuring head according to item 1 to 3 »characterized in that the transducers (12; 13; 14; 15; 16; 17) are arranged adjustable in their measuring direction.

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03/11/1978
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