DD270366A1

DD270366A1 - MULTI COORDINATE HEAD HEAD FOR WORKPIECE ATTACHMENT

Info

Publication number: DD270366A1
Application number: DD31453688A
Authority: DD
Inventors: Rudolf Poppe; Manfred Neumann
Original assignee: Dresden Feinmess
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1989-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrkoordinatentastkopf. Er wird zur Antastung mehrdimensionaler Werkstuecke auf Werkzeugmaschinen oder Koordinatenmesseinrichtungen eingesetzt. Auf Werkzeugmaschinen wird damit die Masshaltigkeit der Rohteile, der Werkstueckaufspannung, der bearbeiteten Teilekonturen oder einer Werkzeugschneide ermittelt. Der erfindungsgemaesse Tastkopf zeichnet sich durch Einfachheit, Kleinheit, Genauigkeit und Schwingungssicherheit aus. Seine wesentlichen Merkmale sind die Aufhaengung des Tastarmschaftes in drei oder vier pyramidal verlaufenden duennen Spanndraehten und die gleichzeitige Fuehrung des Tastarmschaftes in einem unter Federvorspannung stehenden waelzkugelgelagerten Fuehrungsbolzen. Bei Auslenkung eines mit dem Tastarmschaft verbundenen Tasteinsatzes beruehrt eine mit dem Tastarmschaft verbundene Scheibe nach geringen Freihub Stoessel von drei oder vier im gleichen Winkelabstand konzentrisch im unteren Gehaeuseteil angeordneten Kontakt- oder Analogwertgebern. Die Geberstoessel sind an Blattfedern im Tastkopfgehaeuse befestigt, weisen eine Schraege fuer den Auflauf der Scheibe auf und liegen in Ruhelage unter Federvorspannung an Anschlaegen an, die im Inneren der Geber vorhanden sind. Fig. 1The invention relates to a Mehrkoordinatentastkopf. It is used for probing multi-dimensional workpieces on machine tools or coordinate measuring systems. On machine tools, the dimensional accuracy of the raw parts, the workpiece clamping, the machined part contours or a tool cutting edge is determined. The inventive probe is characterized by simplicity, smallness, accuracy and vibration safety. Its main features are the suspension of the Tastarmschaftes in three or four pyramidal running thin tensioned wires and the simultaneous guidance of the Tastarmschaftes in a spring-loaded walelzkugelgelagerten Fuehrungsbolzen. Upon deflection of a button insert connected to the Tastarmschaft touches a connected to the Tastarmschaft slice after small free lift Stoessel of three or four at the same angular distance concentrically arranged in the lower Gehaeuseteil contact or analog encoders. The transmitter cushions are attached to leaf springs in Tastkopfgehaeuse, have a Schraege for the casserole of the disc and are in rest position under spring tension on stops that are present in the interior of the encoder. Fig. 1

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Mehrkoordinatentastkopf₍wie er zur Antastung mehrdimensionaler Werkstücke auf Werkzeugmaschinen oder Koordinatenmeßeinrichtungen eingesetzt wird.The invention relates to a Mehrkoordinatentastkopf ₍ as used for probing multi-dimensional workpieces on machine tools or coordinate measuring.

Mittels derartiger Tastköpfe kann der Bearboitungs· oder Spannzustand von Werkstücken oder üie Lage von Schneidkanten an Werkzeugen vor oder zwischen den Bearbeitungsstufen meßtechnisch erfaßt werden.By means of such probes of Bearboitungs · or clamping state of workpieces or üie location of cutting edges on tools before or between the processing stages can be detected by measurement.

Characteristic of the known technical solutions

Mehrkoordinatentastköpfe sind im allgemeinen so aufgebaut, daß der Tastarm frei abhebbar in formschlüssigen, selbstzentrierenden Lagerelementen gelagert oder aber in elastischen Aufhängungen selbstzentrierend befestigt ist. Zur letzteren Kategorie, zu der die vorliegende Erfindung gehört, sind nachstehende Lösungen bekannt. Elastische Tasteraufhängungen wie in DE-AS 2242355 (G 01 b, 5/00) oder DE-AS 2356030 (G 01B 3/22) dargestellt, sind gekennzeichnet durch die aneinandergereihte Anordnung von Blattfederparallelogrammen zur Auslenkung des Tasters in den drei Koordinaten X, Y und Z. Derartige Anordnungen bringen für die Tasterauslenkung sehr gut definierte Bedingungen, haben aber den Nachteil, daß sie in Richtung der Z-Achse, in der die Parallelogramme aneinandergereiht sind, sehr lang ausbauen, was oft das Manipulieren am Werkstück erschwert. Ihr konstruktiver Aufwand Ist auch sehr hoch.Mehrkoordinatentastköpfe are generally constructed so that the sensing arm freely liftable stored in positive, self-centering bearing elements or is mounted self-centering in elastic suspensions. For the latter category, to which the present invention belongs, the following solutions are known. Elastic probe suspensions as shown in DE-AS 2242355 (G 01 b, 5/00) or DE-AS 2356030 (G 01B 3/22) are characterized by the juxtaposed arrangement of Blattfederparallelogrammen for deflection of the probe in the three coordinates X, Y. and Z. Such arrangements provide very well-defined conditions for stylus deflection, but have the disadvantage that they extend very long in the direction of the Z-axis, in which the parallelograms are lined up, which often makes it difficult to manipulate the workpiece. Your constructive effort is also very high.

Eine weitere Anordnung ist in der DD-PS 141197 (G01 5/02 beschrieben. Sie ersetzt die Parallelogramme durch ein System von vier symmetrisch und zur Z-Achse in gleichem Abstand voneinander angeordneten Federstäben und der Aufhängung dieser X- und Y-Führung in Membranfedern, die in parallelen Ebenen angeordnet sind. Auch diese Anordnung besitzt einen hohen konstruktiven Aufwand und kommt in der Längsachse Z zu großen Abmessungen und ist wenig geeignet in Anwendungsfällen, wo die Platzverhältnisse für den Tastkopf beengt sind.Another arrangement is described in DD-PS 141197 (G01 5/02) which replaces the parallelograms by a system of four spring bars symmetrically and equidistant from the Z axis and the suspension of these X and Y guides in diaphragm springs Also, this arrangement has a high design complexity and comes in the longitudinal axis Z to large dimensions and is less suitable in applications where the space available for the probe are cramped.

Eine in der DE-OS 2712 761 (G 01D5/04) beschriebene konstruktiv einfache und kleine Anordnung ist gekennzeichnet durch die Aufhängung des Tasters in einer speziell geformten und gekrümmte Abschnitte aufweisenden Membranfeder. Die spezielle Membranfeder gestattet die Tasterauslenkung in allen drei Achsen, läßt aber keine größeren Tasterauslenkungen zu, die gelegentlich unbeabsichtigt entstehen. Bei derartigen größeren Auslenkungen entstehen bleibende Deformationen der sonst ebenen Membranfeder, die zu Schaltpunktabweichungen führen.A structurally simple and small arrangement described in DE-OS 2712 761 (G 01D5 / 04) is characterized by the suspension of the probe in a specially shaped and curved portions having diaphragm spring. The special diaphragm spring allows Tasterauslenkung in all three axes, but does not allow larger Tasterauslenkungen, which occasionally occur unintentionally. In such larger deflections permanent deformations of the otherwise flat diaphragm spring, which lead to switching point deviations arise.

In der DE-OS 2949439 (G 01 BX) und der DE-OS 2949484 (G 01 BX) werden Anordnungen vorgestellt, bei denen der Taster durch strahlenförmig in einer Ebene angeordnete Schraubenfedern und einen in Verlängerung der Tasterachse angebrachten unter Federspannung stehenden Federstab oder durch in einer Ebene strahlenförmig engeordnete unter Federvorspannung stehende Federstäbe zentrisch gehalten wird. Diese Anordnungen ergeben bedingt durch ihren konstruktiven Aufbau Gehäuseabmessungen, mit einem relativ großen Durchmesser. Die Nullpunktlage wird wesentlich beeinflußt von der Konstanz der Federstoife der Schraubenfedern oder Federvorspannungen der Federstäbe.In DE-OS 2949439 (G 01 BX) and DE-OS 2949484 (G 01 BX) arrangements are presented in which the probe by radially arranged in a plane coil springs and mounted in an extension of the probe axis spring-loaded spring rod or by in a plane radially arranged spring-biased spring rods is held centrally. These arrangements result due to their structural design housing dimensions, with a relatively large diameter. The zero point position is significantly influenced by the constancy of the spring rate of the coil springs or spring preloads of the spring bars.

Die ^;n der DD-PS 247 066 (G 01B 5/04) und der DD-PS 251816 (G 01B3/22) erläuterten Tastköpfe zeigen die Lagerung des Tasters mittels vier jeweils 90° streifenförmiger Blattfedern. Dabei sind diese Blattfedern so angeordnet, daß das rechteckige Querschnittsprofil gleichbeanspruchter Blattfederpaare jeweils symmetrisch und 45° geneigt zur X- bzw. Y-Auslenkrichtung liegt. Diese Anordnung ergibt eine sehr hohe Federsteife, die einer gewünschten geringen Auslenkkraft störend entgegenwirkt und Führungsverhältnisse für den Taster, die nicht bei jeder Tasterauslenkung eindeutig und gleich sind.The ^; n DD PS 247 066 (G 01B 5/04) and DD PS 251816 (G 01B3 / 22) explained probes show the storage of the probe by means of four each 90 ° strip-shaped leaf springs. In this case, these leaf springs are arranged so that the rectangular cross-section profile gleichbedspruchter leaf spring pairs each symmetrical and inclined at 45 ° to the X or Y-deflection. This arrangement results in a very high spring stiffness, which counteracts a desired low deflection force disturbing and guide conditions for the button, which are not unique and equal at each Tasterauslenkung.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen Mehrkoordinatentastkopf zu schaffen, welcher die den beschriebenen, bekannten Anordnungen anhaftenden Mängel beseitigt und eine vorteilhaftere Lösung für einen derartigen Tastkopf bringt.The object of the invention is to provide a Mehrkoordinatentastastkopf, which eliminates the shortcomings adhering to the described, known arrangements and brings a more advantageous solution for such a probe.

Essence of the invention

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung soll erreicht werden, daß der Mehrkoordinatentastkopf einen einfachen konstruktiven Aufbau besitzt, eine genaue und sichere Arbeitsweise aufweist und sich durch kleine, weder in Länge noch im Durchmesser störende Abmessungen auszeichnet. Darüber hinaus soll die Signalabgabe nicht bereits bei geringen mechanischen Schwingungen des Tastkopfes ansprechen.With the arrangement according to the invention is to be achieved that the Mehrkoordinatentastkopf has a simple structural design, has a precise and safe operation and is characterized by small, neither in length nor in diameter disturbing dimensions. In addition, the signal output should not respond even at low mechanical vibrations of the probe.

Erfindungsgemäß wird das erreicht.- indem im Gehäuse des Tastkopfes ein formstabiler innerer Tastarmschaft an drei oder vier dünnen, pyramidal verlaufenden Spanndrähten befestigt Ist. Dabei besitzt der innere Tastarmschaft am oberen Ende eine Kugel, die in der Pfanne eines wälzkugelgelagerten Führungsbolzen eingreift. Der Tastarmschaft wird durch die Kraft einer auf den Führur.gsbolzen einwirkenden Druckfeder in seiner Spanndrahtaufhängung eindeutig zentriert. Der innere Tastarmschaft weist eine konzentrische Scheibe auf, die in Ruhelage des inneren Tastarmschaftes bzw. des in ihn eingesetzten Tasteinsatzes einen geringen freien Abstand zu den Stößeln von drei oder vier konzentrisch im Tastkopf angeordneten Kontakt- oder Analogwertgebern besitzt. Die Geberstößel sind dabei an Blattfedern im Gehäuse des Tastkopfes befestigt und liegen mit Vorspannung an innerhalb der Geber vorgesehenen Anschlägen an.According to the invention this is achieved.- in the housing of the probe a dimensionally stable inner Tastarmschaft is attached to three or four thin, pyramidal extending tension wires. In this case, the inner Tastarmschaft has at the upper end a ball which engages in the socket of a ball bearing roller bearing. The probe stem is uniquely centered in its tension wire suspension by the force of a compression spring acting on the guide pin. The inner Tastarmschaft has a concentric disc, which has a small free distance to the plungers of three or four concentric arranged in the probe contact or analog encoders in rest position of the inner Tastarmschaftes or inserted into him probe insert. The encoder tappets are attached to leaf springs in the housing of the probe and are biased to provided within the encoder attacks.

An der Stelle, an der bei Tasterauslenkung die konzentrische Scheibe die Geberstößel berührt, weisen diese jeweils eine Schräge auf. Die Geber sind elektrisch in Reihen- bzw. Brückenschaltung zusammengefaßt. Bei der Auslegung der Geber als Analogwertgeber können diese induktiv, kapazitiv oder lichtelektronisch arbeiten. Bei Auslenkung des Tasteinsatzes bzw. inneren Tastarmschaftes und Berührung der konzentrischen Scheibe mit den Geberstößeln geben die Geber durch Schaltzustandsänderung ein Signal ab bzw. ändern den Wert ihres Analogsignals. Dabei tritt diese Kontakt-Signalgabe bzw. Analogwertänderung erst ab dem Zeitpunkt auf, wenn die konzentrische Scheibe des inneren Tastarmschaftes einen der mit Vorspannung an ihren Ausgangsanschlägen anliegenden Geberstößel abhebt.At the point where the concentric disc touches the master plunger when the probe is displaced, they each have a bevel. The encoders are combined electrically in series or bridge circuit. When the encoders are designed as analog value transmitters, they can work inductively, capacitively or with light electronics. Upon deflection of the probe insert or inner Tastarmschaftes and touching the concentric disc with the encoder tappets donate by switching state change from a signal or change the value of their analog signal. In this case, this contact signaling or analog value change occurs only from the time when the concentric disc of the inner Tastarmschaftes lifts one of the voltage applied to their output stops encoder plunger.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In der vereinfachten Zeichnung zeigen:The invention will be explained below using an exemplary embodiment. In the simplified drawing show:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Mehrkoordinatentastkopf Fig. 2: ein Schnitt A-A des Mehrkoordinatentastkopfes1 shows a longitudinal section through the Mehrkoordinatentastkopf invention. FIG. 2: a section A-A of the Mehrkoordinatentastkopfes

In Fig. 1 and 2, a probe 1 is shown, which has a replaceable probe insert 2. The key unit 2 is in oinem

inneren formstabilen Tastarmschaft 3 befestigt. Der Tastarmschaft 3 ist an vier dünnen, pyramidal verlaufendeninner dimensionally stable Tastarmschaft 3 attached. The Tastarmschaft 3 is on four thin, pyramidal running

Tension wires 4; 5; 6; 7 suspended in a housing 8. Its designed as a ball 9 end is in a pan 10 of a guide pin 1. ' caught. The latter is by means of ball 12; 13 in

einer fest im Gehäuse 0 angeordneten Führungshülse 14 gelagert. Der Führ ingsbolzen 11 steht unter der Kraft einera fixedly arranged in the housing 0 guide sleeve 14 is mounted. The guiding pin 11 is under the power of a

Compression spring 15. Concentric to the probe head axis or the housing 8 are on a lower housing part 16 four contact or Analog value transmitter 17; 18; 19; 20 arranged, the encoder plunger 21; 22; 23; 24 via leaf springs 25; 26; 27; 28 in the housing 8

befestigt sind.are attached.

The leaf springs are dimensioned and arranged so that the donor plunger in the rest position with Federvorspanniing to within

der Geber vorgesehene Anschläge anliegen.the encoder provided attacks abut.

Each of the encoder tappets 21; 22; 23; 24 has a slope 29 which is dimensioned so that it is a small distance to a

auf dem Tastarmschaft 3 fest angebrachten Scheibe 30 aufweist. Die vier Geber 17; 18; 19; 20 sind bei der Ausführung alson the Tastarmschaft 3 fixed disc 30 has. The four donors 17; 18; 19; 20 are in the execution as

Contactor in a series connection or in the execution as analog value transmitter in a bridge circuit

zusammengefaßt.summarized.

When the probe insert 2 is deflected in the X or Y direction, in each case the tensioning wires arranged in the deflection direction bend

aus und die beiden in der entgegengesetzten Richtung angebrachten Spanndrähte bilden zusammen mit demoff and the two tension wires attached in the opposite direction form together with the

Guide system 10; 11; 12; 13; 14 and the ball 9 a forced stirring for the probe insert 2. The two pole paths of this Forced guidance are formed on the one hand by the respective Rtidiusbogen that present in the housing part 16 Capacity of the respective Spanndrähto 4; 6 and 5, respectively; 7 or 6; 7 and 4, respectively; 5 describes the socket position in the housing 8 and

anderseits die Gerade, die von der Achse des Führungssystems 10; 11; 12; 13; 14 gebildet wird. Bei der Auslenkung deson the other hand, the straight line from the axis of the guide system 10; 11; 12; 13; 14 is formed. At the deflection of the

Sensing insert 2 touches the disc 30 each lying in the direction of deflection encoder plunger 21; 22; 23; 24 only after Passing through the small free distance _# which exists in the rest position of the probe insert 2 between them. When deflecting in the Z direction, all four tensioning wires 4, 5, 6, 7 collapse and the disk 30 shifts the encoder rams through

?ntlanggleiten auf der Schräge 29.? ntlang slide on the slope 29.

Claims

1. Mehrkoordinatentastkopf for Werkstückantastung, which has a resilient elements consisting of probe suspension, characterized in that a dimensionally stable inner Tastarmschaft (3), which carries a removable probe insert (2) with three or four in the housing (8) of the probe (1) attached, and the inner Tastarmschaft (3) at the upper end as a ball (9) is formed in a pan (10) of a under the force of a compression spring (15) standing Guide pin (11) terminates, the longitudinally movable and with balls (12; 13) in a concentric in the housing (8) arranged guide sleeve (14) is mounted.

2. Mehrkoordinatentastastkopf according to claim 1, characterized in that the inner Tastarmschaft (3) has a concentric disc (30) and concentric with the housing (8) three or four contact or analog value transmitter (17; 18; 19; 20) are arranged, the inner Have stops on which spring-loaded on leaf springs (25; 26; 27; 28) in the housing (8) fixed donors (21; 2 "; 23; 24) lie, each having a slope (29), the like is dimensioned that between her and the concentric disc (30) in the rest position of the Tastarmschaftes (3) a small free distance is present.