DD226367A1 - ARRANGEMENT FOR INCREASING THE STIFFNESS OF TEST POTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhoehung der Steifigkeit an Tastkoepfen mit dem Ziel, die Messgenauigkeit bei Koordinatenmessgeraeten zu erhoehen. Aufgabe ist es, ab einem bestimmten Auslenkungsweg eines federgelagerten Tasterstiftes die Federsteife des Federfuehrungssystems zu erhoehen. Bei den Tastkoepfen ist eine, einen oder mehrere Tasterstifte tragende Tasteraufnahme vorgesehen, welche in einem Blatt- oder Biegestabfedersystem auslenkbar gelagert ist. Kinematisch zu den Blatt- oder Biegestabfedern des Federsystems sind mechanische oder elektrische Mittel vorgesehen, die eine wesentlich hoehere Federkonstante oder -steife als die Federsysteme besitzen und die erst ab einem bestimmten, vorzugsweise einstellbaren Verschiebeweg der federgelagerten Tasteraufnahme mit dieser in Wirkverbindung stehen. Fig. 1The invention relates to an arrangement for increasing the rigidity of scanning heads with the aim of increasing the measuring accuracy in coordinate measuring machines. Task is to increase the spring stiffness of the Federfuehrungssystems from a certain deflection of a spring-loaded stylus pen. When Tastkoepfen a, one or more styli pins carrying button receptacle is provided, which is mounted deflectable in a sheet or Biegestabfedersystem. Kinematically to the leaf or bending bar springs of the spring system mechanical or electrical means are provided which have a substantially higher spring constant or stiffness than the spring systems and are only from a certain, preferably adjustable displacement of the spring-loaded button recording with this in operative connection. Fig. 1
Description
Die Erfindung "betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Steifigkeit τοη Tastkopfen, insbesondere zur Erzielung eines "bestimmten Kraft-Weg-Verhaltens der Tastköpfe.für Koordinatenmeßgeräte.The invention "relates to an arrangement for increasing the rigidity τοη Tastkopfen, in particular for achieving a" certain force-displacement behavior of Tastköpfe. for coordinate.
Für die Wegmessung an Koordinatenmeßgeräten sind verschiedene technische Lösungen "bekannt· So ist in der DE-AS 2 242 355 ein elektronischer Mehrkoordinatentaster beschrieben, der in einem Gehäuse ein torsionssteifes, spiel- und reibungsfreies Blattfeder-Geradführungssystem "besitzt, welches ein räumliches Koordinatensystem "bildet und an welchem ein das Meßobjekt antastender Taststift angeordnet ist« Dieser Taster umfaßt ferner Weg- und Kraftgeber und ein motorisch fein-Terstellbares Präzisionsgesperre.For the distance measurement at coordinate measuring machines, various technical solutions are known. For example, DE-AS 2 242 355 describes an electronic multi-coordinate push-button which has a torsion-resistant, play and friction-free leaf spring linear guidance system "which forms a spatial coordinate system" and on which a measuring object probing stylus is arranged «This button also includes displacement and force transmitter and a motor fine-Terstellbares Präzisionsgesperre.
Ein Nachteil dieses Tasters besteht darin, daß durch die Vorzugsrichtungen des Blattfedersystems sich in Abhängigkeit γόη der Antastrichtung am Meßobjekt unterschiedliche Durchbiegungen der Blattfedern ergeben undA disadvantage of this probe is that arise due to the preferred directions of the leaf spring system in dependence γόη the Antastrichtung on the measurement object different deflections of the leaf springs and
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damit auch unterschiedliche Meßkräfte· Ein bestimmtes, evtl. einstellbares Weg-Kraft-YerJialten des Tasters, um Auswirkungen von Schwingungen am Meßgerät auszuschließen, ist nicht realisierbar.thus also different measuring forces · A certain, possibly adjustable Weg-Kraft-YerJialten of the button, in order to exclude effects of oscillations at the measuring device, is not realizable.
Auch die in der DD-PS 150 111 beschriebene Einrichtung zur Weg-Kraft-Koordinierung an Antastsystemen beseitigt diesen Nachteil nicht» In dieser Einrichtung sind Mittel für eine programmierbare Yorauslenkung und Dämpfung der Führungssysteme des Taststiftes Torgesehen.Also described in DD-PS 150 111 means for path-force coordination of probing systems does not eliminate this disadvantage »In this device means for a programmable Yorauslenkung and damping of the guide systems of the stylus door are seen.
Richtungsunabhängig in einer Ebene arbeitet der in der DD-PS 141 197 beschriebene Koordinatentastkopf, bei welchem ein torsionssteifes Biegestabfedersystem mit Tasteraufnahme und Taststift vorgesehen ist. Nachteilig ist auch hierbei die Störanfälligkeit des Tastkopfes gegenüber Schwingungen, welche sich insbesondere dann auf die Antastgenauigkeit schädlich auswirken, wenn mit geringen Federsteifen des Biegestabfedersystems und kleinen Antastkräften gearbeitet werden muß. Durch die geringe Federsteife wird der Tastkopf sehr schwingungsempfindlich, und es müssen an das mit diesem Tastkopf bestückte Meßgerät im Bezug auf die Steuerung des Anfahrens und Bremsens der Schlitten hohe Anforderungen gestellt werden.Independent of direction in one plane works the described in DD-PS 141 197 coordinate probe, in which a torsionally rigid bending pen spring system is provided with probe recording and stylus. Another disadvantage is the susceptibility of the probe to vibrations, which in particular then have a detrimental effect on the probing precision when working with small spring stiffeners of the flexural-rod spring system and small probing forces. Due to the low spring stiffness of the probe is very sensitive to vibration, and it must be placed on the equipped with this probe gauge in relation to the control of the starting and braking of the carriage high demands.
Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Meßgenauigkeit der mit Tastköpfen ausgerüsteten Koordinatenmeßgeräte zu erhöhen.It is the object of the invention to overcome the drawbacks of the prior art and to increase the accuracy of measurement of the equipped with probes coordinate measuring machines.
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Wesen der Erfindung Essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu gründe, eine Anordnung zur Erhöhung der Steifigkeit an Tastköpfen zu schaffen, die es gestattet, ab einem bestimmten Terschiebe- oder Auslenkungsweg einer federgelagerten Tasteraufnahme die Federsteife eines Federführungssystems wesentlich zu erhöhen·The invention has for its object to provide an arrangement for increasing the rigidity of probes, which makes it possible to increase the spring stiffness of a spring guide system substantially from a certain Terschiebe- or deflection of a spring-loaded probe recording ·
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur Erhöhung der Steifigkeit von Tastköpfen, bei denen eine, einen oder mehrere Tasterstifte tragende Tasteraufnahme in Blatt- oder Biegestabf-edersystemen in einer oder mehreren Koordinaten auslenkbar gelagert ist, wobei für die Bewegung in einer jeden Koordinate ein Federsystem vorgesehen ist, dadurch gelöst, daß, kinematisch in Reihe zu den Blatt- oder Biegestabfedern eines oder eines jeden Federsystems geschaltet, mechanische oder elektrische Mittel vorgesehen sind, die eine wesentlich höhere Federkonstante oder -steife als die Blatt-oder Biegestabfedern besitzen und die erst ab einem bestimmten, vorzugsweise einstellbaren Terschiebeweg der federgelagerten Tasteraufnahme mit dieser in Wirkverbindung stehen.According to the invention, this object is achieved in an arrangement for increasing the rigidity of probes, in which one, one or more styli pen carrying button receptacle is mounted deflectable in sheet or Biegestabf-edersystemen in one or more coordinates, wherein for the movement in each coordinate a spring system is provided, solved in that, kinematically connected in series with the leaf or bending bar springs of one or each spring system, mechanical or electrical means are provided which have a much higher spring constant or stiffness than the leaf or bending bar springs and only from a certain, preferably adjustable Terschiebeweg the spring-loaded button recording are in operative connection with this.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn mechanische federnde Mittel in Form von Blattfedern oder Federstäbe vorgesehen sind, die mit einer, die einen Enden der Blattfern oder Federstäbe aufnehmenden Platte verbunden sind.It is advantageous if mechanical resilient means in the form of leaf springs or spring bars are provided, which are connected to one, the ends of the Blattfern or spring rods receiving plate.
Bei Anwendung von Biegestäben ist es vorteilhaft, daß mechanische, federnde, rohrförmige Mittel koaxial*zu mindestens einer der Biegestabfedern an der Tasteraufnahme fest angeordnet sind, und daß an der, die einenWhen using bending bars, it is advantageous that mechanical, resilient, tubular means coaxial * are fixed to at least one of the bending bar springs on the button recording, and that at the one
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Enden der Biegestabfedern aufnehmenden Platte eic die betreffende Biegestabfeder umfassender, in das offene rohrförmige Mittel mit Spiel hineinragender Zapfen angeordnet ist·Ends of the flexural pen spring receiving plate eic the respective flexure spring more comprehensive, is arranged in the open tubular means with play protruding pin ·
Es ist ferner Torteilliaft, daß ein Tauchspulensystem vorgesehen ist, dessen Spule an der Tasteraufnähme und dessen Anker an der, die Blattfedern aufnehmenden Platte oder umgekehrt angeordnet sind·It is also Torteilliaft that a dive coil system is provided, the coil on the Tasteraufnähme and its armature on the, the leaf springs receiving plate or vice versa are arranged ·
Ss ist.ein Torteil, daß durch diese Anordnung die Federsteife der Blatt- oder Biegestabfedersysteme in Tastkopf en ab einer bestimmten Auslenkung einer Tasteraufnahme bzw. des Taststiftes erhöht werden kann, wodurch die Schwingungsempfindlichkeit des Tastkopfes und auch die Anforderungen an die Bewegungssteuerung für den Tastkopf -verringert werden können»Ss ist.ein Torteil that this arrangement, the spring stiffness of the leaf or Biegestabfedersysteme in Tastkopf s can be increased from a certain deflection of a probe recording or stylus, whereby the vibration sensitivity of the probe and the requirements for the motion control for the probe - can be reduced »
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the drawing show
Fig· 1 ein Blattfedersystem,1 a leaf spring system,
Fig. 2 ein Biegestabfedersystem,2 a bending pen spring system,
Fig· 3 ein Blattfedersystem mit Tauchspulensystem undFig. 3 is a leaf spring system with dive coil system and
Fig. 4 den Federkennlinienverlauf einer Anordnung·4 shows the spring characteristic curve of an arrangement ·
-Bei der Anordnung zur Erhöhung der Steifigkeit von Tastköpfen nach Fig. 1 ist eine Tasteraufnahme 1 in Blattfedern 2; 3 eines Blattfedersystems, in der ein oder mehrere Tasterstifte 4 angeordnet sind, gelagert. Dabei sind die Blattfedern 2; 3 mit ihrem einen Ende in einer am Tastkopfgehäuse 5 befestigten Platte β und mit ihrem anderen Ende an der Tasteraufnahme 1 befestigt·In the arrangement for increasing the rigidity of probes of Figure 1 is a button receptacle 1 in leaf springs 2; 3 of a leaf spring system in which one or more stylus pins 4 are arranged stored. In this case, the leaf springs 2; 3 is fixed at one end to a plate β fastened to the probe housing 5 and to the probe receptacle 1 at its other end.
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Kinematisch, zu den Blattfedern 2; 3 in Reihe geschaltet sind mechanische Mittel 7; 8 in Form von Blattfedern oder Federstaben an der Platte 6 angeordnet· Das freie federnde Ende 9; 10 dieser Mittel 7; 8 ist durch einen Luftspalt 11; 12 von der nicht ausgelenkten Tasteraufnahme 1 getrennt, v/elcher vorzugsweise einstellbar ist·Kinematically, to the leaf springs 2; 3 are connected in series mechanical means 7; 8 arranged in the form of leaf springs or spring bars on the plate 6 · The free resilient end 9; 10 of these funds 7; 8 is defined by an air gap 11; 12 separated from the non-deflected probe receptacle 1, v / elcher is preferably adjustable ·
Bei der in Fig· 2 dargestellten Anordnung sind in der Platte 6 die einen Enden von Biegestabfedern 14; 15 befestigt« An den anderen, in der Ebene auslenkbaren Enden der Biegestabfedern 14; 15 ist die Tasteraufnahme befestigt, an der koaxial zu mindestens einer Biegestabfeder 14 ein rohrförmiges federndes Mittel 16 befestigt ist, in dessen offenes Ende ein an der Platte angeordneter Zapfen 17 mit Spiel hineinragt,In the arrangement shown in Fig. 2 are in the plate 6, the one ends of flexural springs 14; 15 attached to the other in-plane deflectable ends of the flex bar springs 14; 15, the probe receptacle is fixed to the coaxial with at least one flexural spring 14, a tubular resilient means 16 is fixed, in the open end of which a plate arranged on the pin 17 protrudes with play,
Fig. 3 zeigt ein Blattfedersystem, bei welchem an der Tasteraufnahme 1 eine Spule 18 und an der Platte 6 ein Anker 19 angeordnet sind* Eine gleichwertige Lösung ergibt sich auch, wenn die Spule 18 an der Platte 6 und der Anker 19 an der Tasteraufnahme 1 angeordnet sind· Sind bei der Anordnung Biegestabfedern vorhanden, so kann auch ein flächenmäßig wirkendes elektromagnetisches System (nicht dargestellt) aus einer Spule und einer Platte vorgesehen sein.Fig. 3 shows a leaf spring system in which a coil 18 and the plate 6, an armature 19 are arranged on the probe holder 1 * An equivalent solution is obtained even if the coil 18 on the plate 6 and the armature 19 on the probe holder. 1 If flexural flight springs are present in the arrangement, an electromagnetic system (not shown) having a surface-area effect can also be provided from a coil and a plate.
Zur Vermeidung von harten Stoßen bei Berührung der Tasteraufnahme 1 mit den mechanischen Mitteln 7j 8 * bzw· des rohrförmigen Mittels 16 mit dem Zapfen 17 ist an mindestens einem der sich berührenden Teile eine elastische, dämpfende Schicht 20 vorgesehen.To avoid hard impacts when touching the probe receptacle 1 with the mechanical means 7j 8 * or · the tubular means 16 with the pin 17, an elastic, damping layer 20 is provided on at least one of the contacting parts.
Bei Mehrkoordinatentastköpfen ist meistens für jede Koordinate ein Federsystem vorhanden. In diesem FalleFor multi-coordinate probes, there is usually a spring system for each coordinate. In this case
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1st für jedes dieser Federsysteme ein mechanisches elektrisches oder auch pneumatisches Mittel höherer Federkonstante oder -steife vorzusehen.For each of these spring systems to provide a mechanical electrical or pneumatic means higher spring constant or stiffness.
Aus dem in Figo 4 dargestellten Kennlinienverlauf ist die prinzipielle Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung zu erkennen· Innerhalb des flach verlaufenden Bereiches I, der dem Blatt- oder Biegestabfedersystem zuzuordnen ist, liegt bei der Taststiftauslenkung s^ der Ort für die Meßwertübernahmeο Der Bereich II der Kennlinie wird durch die mechanischen oder elektrischen Mittel realisiert, welche nach einem bestimmten Weg s« (Auslenkung) der Tasteraufnähme 1 in Wirkung treten· Sine Auslenkung s-, der Tasteraufnahme mit dem Tasterstift 4 wird bei Anfahr- und Bremsvorgängen am Meßgerät nicht erreicht, sondern nur beim Antastvorgang am Meßobjekt· Bei Erreichen des Bereiches II wird der Tastkopf vom Meßobjekt zurückgeführt·The principal function of the arrangement according to the invention can be seen from the characteristic curve shown in FIG. 4. Within the flat region I, which is to be assigned to the sheet or bending rod spring system, the location for the measured value transfer is the region II of the characteristic line in the case of stylus deflection s realized by the mechanical or electrical means, which after a certain way s «(deflection) of the Tasteraufnähme 1 in effect · Sine deflection s-, the probe recording with the stylus pen 4 is not reached during startup and braking operations on the meter, but only at Probe on the DUT · When the range II is reached, the probe is returned from the DUT ·
Bei der Anordnung nach Fig· 3 wird bei Erreichen einer Auslenkung S^ die Spule 18 des Tauchspulensystems abgeschaltet, so daß bei der Antastung des Meßobjektes das Blatt- oder Biegestabfedersystem im Bereich I der Kennlinie nach Fig· 4 wirkt und dann die Meßwertübernahme erfolgt·In the arrangement according to FIG. 3, when a deflection S 1 is reached, the coil 18 of the dipping coil system is switched off, so that when the measured object is touched, the sheet or bending rod spring system acts in the region I of the characteristic curve according to FIG. 4 and then the measured value is taken over.
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