DD287993A5

DD287993A5 - THREE-DIMENSIONAL TACTILE ENCODER WITH MAGNETIC IMPLEMENTATION AND REAR POSITION

Info

Publication number: DD287993A5
Application number: DD33274689A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Gerhard; Hanno Koehler; Nils Meinert; Heidrun Schmidt
Original assignee: Th Zwickau,De
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1991-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen dreidimensionalen taktilen Geber, der die mechanische Auslenkung eines verschleiszfrei gelagerten Taststiftes ueber die AEnderung eines von Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes mittels magnetfeldempfindlicher Elemente erfaszt und der Auslenkung entsprechend groeszenanaloge Signale an ein nachfolgendes Geraet uebergibt, wobei die Rueckstellung des Taststiftes im unbelasteten Zustand auf Grund des Wirkens des gleichen Magnetfeldes erfolgt. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz gemaesz Fig. 1 ein Ringmagnet und ein, mit dem Ende des Taststiftes verbundener, zylinderfoermiger Magnet so zueinander angeordnet sind, dasz das von ihnen erzeugte Magnetfeld zur Erfassung der Auslenkung des in einer Huelse verschiebbar und in einem Schwenklager gelagerten Taststiftes in X- und Y-Richtung mittels vier magnetfeldempfindlicher Elemente ueber dieser Anordnung und gleichzeitig zur Rueckstellung des Taststiftes in die Nullage genutzt werden kann, wobei zwei weitere magnetfeldempfindliche Elemente am Schwenklager so zu einem dritten mit dem Taststift verbundenen Ringmagneten angeordnet werden, dasz sie nur die Auslenkung in Z-Richtung erfassen. Fig. 1{Auslenkung; Geber, taktil; Taststift; Permanentmagnet; Magnetfeld; Elemente, magnetempfindlich; Ringmagnet; Schwenklager; Rueckstellung, magnetisch}The invention relates to a three-dimensional tactile encoder, which detects the mechanical deflection of a wear-free mounted stylus on the change of a magnetic field generated by permanent magnets by magnetic field sensitive elements and the deflection corresponding large-scale signals to a subsequent Geraet passes, the return of the stylus in the unloaded state due the action of the same magnetic field takes place. According to the invention, the object is achieved by arranging, according to Fig. 1, a ring magnet and a cylindrical magnet connected to the end of the stylus so that the magnetic field generated by them is displaceable in a sleeve and in a pivot bearing mounted stylus in the X and Y directions by means of four magnetic field sensitive elements on this arrangement and at the same time to reset the stylus in the zero position can be used, with two more magnetic field sensitive elements are arranged on the pivot bearing so to a third connected to the stylus ring magnet, they only detect the deflection in the Z direction. Fig. 1 {deflection; Giver, tactile; stylus; Permanent magnet; magnetic field; Elements, magnet sensitive; Ring magnet; Pivot bearings; Reset, magnetic}

Description

Diese Nachteils werden durch die Erfindung beseitigt, indem die Rückstellung des Taststiftes über ein von zwei Magneten erzeugtes Magnetfeld erfolgt, dadurch sämtliche Foderelemente entfallen können und eine unkomplizierte, kompakte Bauweise des taktllen Gebers ermöglicht wird. Die bereits geschilderte Erkennung der Auslenkung über Magnetfeldihderungen in drei Richtungen erlaubt eine unkomplizierte Auswertbarkeit der Signale der magnetfeldempfindlichen Elemente.This disadvantage is eliminated by the invention by the provision of the stylus via a magnetic field generated by two magnets takes place, thereby all Foderelemente can be omitted and a simple, compact design of tactile encoder is possible. The already described detection of the deflection over Magnetfeldihderungen in three directions allows an easy readability of the signals of the magnetic field sensitive elements.

Object of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, einen dreidimensionalen taktilen Geber zu schaffen, der bei einfacher Konstruktion und kleinem Volumen eine verschleißfreie Lagerung und Rückstellung des Taststiftes und eine berührungslose Erfassung von Betrag und Richtung der Auslenkung des Taststiftes durch magnetempfindliche Elemente bei ausreichender Präzision ermöglicht.The invention has the goal to provide a three-dimensional tactile encoder that enables a simple design and small volume wear-free storage and return of the stylus and non-contact detection of the amount and direction of deflection of the stylus by magnetically sensitive elements with sufficient precision.

Explanation of the essence of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen dreidimensionalen taktilen Geber zu schaffen, der bei einfacher Konstruktion und kleinem Volumen über eine Anordnung von Permanentmagneten eine verschleißfreie, unkomplizierte magnetische Lagerung und Rückstellung des Taststiftes und gleichzeitig die Erfassung der Auslenkung des Taststiftes nach Betrag und Richtung durch m&jjnetfeldempfindliche Elemente und das Führen nachfolgender Geräte, insbesondere Werkzeugmaschinen, Sobolt! Steuerungen und dergleichen, ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Ringmagnet und ein, mit dem Ende des Taststiftes verbundener, zyjinderförmiger Permanentmagnet so zueinander angeordnet sind, daß das von ihn&n. erteufjte Magnetfeld zur Erfassung der Auslenkung des in einer Hülse verschiebbar und einem Schwenklager gelagerten Taststiftvs mittels vier magnetfeldempfindlicher Elemente über dieser Anordnung und gleichzeitig zur Rückstellung des Taststiftes im unbelasteten Zustand in die Nullage genutzt werden kann, wobei zwei weitere magnetfeldampfindliche Elemente am Schwenklager, von der genannten Anordnung magnetisch nicht beeinflußt, so zu einem dritten mit dem Taststift verbundenen Ringmagneten angeordnet, daß sie bei Auslenkung in X- bzw. Y-Richtung mit ausgelenkt werden und nur die Auslenkung in Z-Richtung erfassen.It is the object of the invention to provide a three-dimensional tactile sensor, with a simple design and small volume on an array of permanent magnets wear-free, uncomplicated magnetic bearing and return of the stylus and at the same time detecting the deflection of the stylus by amount and direction by Mnjfeldfeldempfindliche Elements and the guiding of subsequent devices, in particular machine tools, Sobolt! Controls and the like, allows. According to the invention the object is achieved in that a ring magnet and, connected to the end of the stylus, zyjinderförmiger permanent magnet are arranged to each other, that of him & n. erteufjte magnetic field for detecting the deflection of the displaceably mounted in a sleeve and a pivot bearing Taststiftvs can be used by four magnetic field sensitive elements on this arrangement and at the same time to reset the stylus in the unloaded state in the zero position, with two other magnetic field-sensitive elements on the pivot bearing, of the above Arrangement magnetically unaffected, so arranged to a third with the stylus connected ring magnet that they are deflected in deflection in the X or Y direction and only detect the deflection in the Z direction.

AusFfthrungsbelsple!

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel vereinfacht wiedergeben, näher erläutert. Dabei zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to the drawings, which show an embodiment simplified. Show

Fig. 1: Structure of the three-dimensional tactile encoder; Fig.2: Magnet arrangement with magnetic field sensitive elements

in der Draufsicht.in the plan view.

Die gesamte Anordnung zur Umsetzung der Auslenkung des Taststiftes (8) in elektrisch verwertbare Signale und zur Rückstellung in die Nullage befindet sich, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in einem zylindrischen Gehäuse {13) aus einem paramagnetischen Werkstoff in dessen Längsachse der Taststift (8) in einer Hülse (9) verschiebbar und in einem Schwenklager (7) in zwei weiteren Richtungen schwenkbar, verschleißfrei gelagert ist. Die Rückstellung des Taststiftes (8) in alle drei Richtungen erfolgt magnetisch durch das von dem ringförmigen Permanentmagneten (4) und dem am Ende des Tastsliftes (8) angebrachten zylinderförmigen Permanentmagneten (3) erzeugte Magnetfeld. Das gloicho Magnetfeld ände:t sich entsprechend der Auslenkung des Taststiftes (8). Die Magnetfeldänderung wird von den magnetfeldempfindlichen Elementen (1), die sich über der Magnetanordnung in einer Ebene jeweils um 90° versetzt befinden (gemäß Fig. 2) und an einer Platte (12) befestigt sind, erfaßt. Die mechanische Auslenkung des Tastsüftes (8) in X- bzw. Y-Richtung wird in größenanaloge elektrische Signale umgesetzt. Eine Temperaturkompensation wird durch Differenzbildung der Signale der jeweils 180° gegenüberliegenden magnetfeldempfindlichen Elemente (1) erreicht. Zur Erfassung der Verschiebung des Taststiftes (8) in Z-Richtung sind am Schwenklager (7) zwei weitere magnetfeldempfindliche Elemente (2) angebracht, die auf die Magnetfeldänderung bei Verschiebung des ringförmigen Permanentmagneten (5) reagieren und bei Auslenkung des Taststiftes (8) in X- bzw. Y-Richtung mit ausgelenkt werden. Durch Differenzbildung der Signale dieser beiden Elemente wird auch hier eine Temperaturkompensation erreicht. Die Anschläge (6,14) dienen zur Begrenzung für die Verschiebung in Z-Richtung. Die Tastspitze (15) ist am Taststift (8) auswechselbar angebracht und kann an ihrem Ende, der Arbeitsaufgabe entsprechend verschiedene Formelemente aufweisen. Der Gewindering (11) dient zur Halterung der Platte (12), die nicht verdrehbar gelagert sein muß. Am oberen Ende weist der Geber eine Zugentlastung (10) für die Zuleitungen auf.The entire arrangement for implementing the deflection of the stylus (8) into electrically usable signals and to return to the zero position is, as shown in FIG. 1, in a cylindrical housing {13) of a paramagnetic material in the longitudinal axis of the stylus (8 ) in a sleeve (9) and slidably mounted in a pivot bearing (7) in two other directions, wear-free. The provision of the stylus (8) in all three directions takes place magnetically by the magnetic field generated by the annular permanent magnet (4) and the cylindrical permanent magnet (3) attached to the end of the probe lift (8). The gloicho magnetic field changes according to the deflection of the stylus (8). The change in magnetic field is detected by the magnetic field sensitive elements (1), which are located above the magnet arrangement in a plane offset by 90 ° (as shown in FIG. 2) and secured to a plate (12). The mechanical deflection of the pushbutton (8) in the X or Y direction is converted into size-analogue electrical signals. A temperature compensation is achieved by subtraction of the signals of each 180 ° opposite magnetic field sensitive elements (1). To detect the displacement of the stylus (8) in the Z direction, two further magnetic field sensitive elements (2) are mounted on the pivot bearing (7), which react to the magnetic field change upon displacement of the annular permanent magnet (5) and upon deflection of the stylus (8) X- or Y-direction with deflected. By subtraction of the signals of these two elements, a temperature compensation is achieved here. The stops (6,14) serve to limit the shift in the Z direction. The stylus tip (15) is mounted replaceably on the stylus (8) and may have at its end, the task corresponding to different form elements. The threaded ring (11) serves to hold the plate (12), which must be mounted non-rotatably. At the upper end, the encoder has a strain relief (10) for the leads.

Claims

1. Three-dimensional tactile sensor with magnetic conversion and provision, the stylus, consisting of paramagnetic material wear-free in a sleeve slidably mounted by means of pivot bearing in two other directions and above and below the Schwanklager each has a stop for mechanically limiting the displacement characterized in that a cylindrical permanent magnet (3) is connected to a deflectable in three dimensions stylus (8) and arranged to an annular permanent magnet (4) in such a way that the magnetic field generated by the two magnets upon deflection of the stylus (8) Resetting the same effected in the zero position, wherein the displacement of the stylus (8) caused change of the same magnetic field for non-contact detection of the distance of the stylus (8) from the zero position in two dimensions by magnitude and direction in the form of signed, size-analogue Sig nale serves.

2. Three-dimensional tactile encoder according to claim 1, characterized in that for detecting the deflection of the stylus (8) in three dimensions, at least three magnetic field sensitive elements (1,2) are arranged so that at least two such elements in a plane above the magnet assembly (3,4) preferably offset by an angle of 90 °, and that at least one further magnetic field sensitive element, which serves to detect the third dimension, on the pivot bearing (7) is mounted so that it upon deflection of the stylus (8) in X- or Y-direction is deflected and by the magnetic field change of a third with the stylus (8) connected ring magnet (5) upon displacement of the stylus (8) in the Z direction is affected, said arrangement of the above-mentioned magnet assembly magnetic is not affected.

3. Three-dimensional tactile encoder according to claim 1 and 2, characterized in that for temperature compensation, a plurality of magnetic field sensitive elements (1,2) are used, wherein preferably four magnetic field sensitive elements (1) in a plane above the magnet assembly (3,4) each to a Offset angle of 90 ° and at least two other magnetic field sensitive elements (2) in the vicinity of the pivot point of the stylus (8) in the pivot bearing (7) offset by an angle of 180 °, at a certain distance from a third with the stylus (8) connected magnets (5) are arranged one above the other and that from the respectively opposite or superimposed magnetic field sensitive elements (1), a difference signal is formed.

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a three-dimensional tactile encoder with magnetic conversion and provision, the stylus is verschleißfrci mounted in three dimensions, magnetically reset and the magnitude of the preselected, the deflection of the stylus analogous and via an array of permanent magnets and magnetic field-sensitive elements signals to a subsequent Device, in particular on machine tools, robot controls and the like, passes.

Characteristic of the known technical solution

The invention is based on known multi-coordinate probes for coordinate measuring machines, handling equipment and the like according to DE-OS 3215878, DE-OS 3213313, DE-OS 3234471, DE-OS 3246252 or DE-PS 3338695, in which a mechanically stored, by different spring elements in its zero position fixed and deflectable in most two and partially three directions Tastelemoni deflection eg einon operated electrical switching contact. There are many fields of application for tactile transducers, where such a switching behavior is not sufficient. Solutions are known according to DD-PS 234386, DE-OS 3708104 or DE-OS 3708105, which allow a steady detection of the deflection of a probe element in three directions. According to DD-PS 234386, the deflection is determined by an optical arrangement consisting of discrete transmitters, receivers and reflector. According to DE-OS 3708104 and DE-OS 3708105 the deflection of a magnet in two directions via an array of magnetoresistive elements and the deflection in a third direction via temperature sensors are detected. A disadvantage of all these arrangements is that they contain for the provision of the probe element in its zero position a partially complicated arrangement of a certain wear subject to spring elements, or that different detection principles for three-dimensional detection are utilized.