DE10114126A1

DE10114126A1 - Tastkopf mit auswechselbarem Taststift

Info

Publication number: DE10114126A1
Application number: DE10114126A
Authority: DE
Inventors: Rene Theska; Eckhard Habermehl
Original assignee: Brown und Sharpe GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 2000-04-08
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: DE20006504U1; DE10114126B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf mit auswechselbarem Taststift, wobei eine Tasteraufnahme des Taststiftes in einer Lagerung des Tastkopfes reproduzierbar gelagert ist, wobei der Tastkopf eine Spannvorrichtung aufweist, wobei die Spannvorrichtung als eine mit einem Ende in eine Öffnung der Tasteraufnahme greifende Spannvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Öffnung als eine eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Ende der Spannvorrichtung bildende Öffnung ausgebildet ist, wobei die Lagerung mindestens sechs zueinander versetzt angeordnete Lager und die Tasteraufnahme drei Gegenlager aufweist, und wobei die Tasteraufnahme drehbar und in wenigstens zwei Winkelpositonen in der Lagerung des Tastkopfes anordbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf mit auswechsel barem Taststift.

Gemäß dem Stand der Technik gibt es bei der Messung von rotationssymmetrischen Geometrien, wie etwa bei Zahnrä dern, auf Koordinatenmessgeräten drei Möglichkeiten zur Op timierung des Messvorganges und zur Reduzierung der Mess zeiten:

a) Einsatz eines Rundtisches;
b) Verwendung von Tastkonfigurationen in Sternform;
c) Einsatz eines Dreh-Schwenkgelenkes.

Der Einsatz eines Rundtisches hat den Nachteil, dass die Kosten für Präzisionsrundtische sehr hoch liegen. Die Rundtischfehler gehen darüber hinaus in das Messergebnis ein.

Bei der Verwendung eines Tasters in Sternform besteht der Nachteil, dass derart komplizierte Tasterkonfiguratio nen sich nicht bei allen Geometrien einsetzen lassen und damit die Messung einschränken. Beispielsweise bei der Messung eines Innenzahnrades ist ein Sterntaster nicht einsetzbar. Darüber hinaus ist ein hoher Kalibrieraufwand nötig.

Der Einsatz eines Dreh-Schwenkgelenkes hat den Nach teil, dass die Kosten für Präzisions-Dreh-Schwenkgelenke sehr hoch sind. Darüber hinaus ist man bezüglich der Tas termassen (Drehmoment) eingeschränkt. Das Dreh-Schwenkge lenk sitzt vor dem Tastkopf, so dass der Tastkopf mitge schwenkt wird. Die Dreh-Schwenkgelenkfehler gehen in das Messergebnis ein. Dies betrifft insbesondere die Reprodu zierbarkeit der einzelnen Dreh- beziehungsweise Schwenk stellungen.

Ein Drehgelenk für einen Tastkopf ist aus der DE 692 21 896 T2 bekannt. Auch gemäß dieser Druckschrift wird der gesamte Tastkopf gedreht. Dies ist relativ auf wendig. Darüber hinaus werden gemäß dieser Druckschrift ferromagnetische Mittel für die Halterung des Tastkopfes verwendet. Diese Ausführungsform hat den Nachteil, dass sie sehr aufwendig und kostspielig ist. Besonders aufwendig ist die Gestaltung des Tastkopfes, wenn er für unterschiedliche räumliche Orientierungen geeignet sein soll.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, einen Tastkopf mit auswechselbarem Taststift anzugeben, bei dem die genannten Nachteile vermieden wer den.

Dieses technische Problem wird durch den Tastkopf mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Dadurch, dass eine Tasteraufnahme des Taststiftes in einer Lagerung des Tastkopfes reproduzierbar gelagert ist, und dadurch, dass der Tastkopf eine vorzugsweise hakenför mig ausgebildete Spannvorrichtung aufweist, die mit einem Ende in eine Öffnung der Tasteraufnahme greift und die Tas teraufnahme dreht, ist es möglich, dass mit der Spannvor richtung die Tasteraufnahme in verschiedene Winkelposi tionen gebracht wird.

Die Lagerung des Tastkopfes weist hierzu wenigstens sechs Lager auf. In jeweils drei Lagern werden die Gegenla ger der Tasteraufnahme positioniert.

Die Lager sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sechs Auflagepunkte vorhanden sind, um die sechs möglichen Freiheitsgrade abzudecken.

Die Lager sind vorteilhaft aus je zwei zylinderförmi gen Rollen ausgebildet, und die Gegenlager bestehen aus je weils einer Kugel, so dass die sechs Auflagepunkte gewähr leistet sind.

Es ist auch möglich, die Lager derart auszubilden, dass die Gegenlager jeweils in einem als Planlager, in einem als V-Lager und in einem als Triple-Lager ausgebilde ten Lager angeordnet sind, so dass wiederum die sechs Auf lagepunkte vorhanden sind.

Dadurch, dass der Taststift um seine Längsachse dreh bar ist, ist es möglich, beispielsweise einen abgewinkelten Taststift zu verwenden und damit ein Innenzahnrad anzutas ten. Ist ein Teil der Geometrie des Zahnrades angetastet, wird der Taststift mit der Tasteraufnahme beispielsweise um 60° gedreht und kann den nächsten Teil der Geometrie des Innenzahnrades antasten.

Das Ende der Spannvorrichtung ist vorteilhaft derart in der Öffnung der Tasteraufnahme angeordnet, dass das Ende der Spannvorrichtung an Seitenwänden der Öffnung anliegt, derart, dass eine Drehbewegung der Spannvorrichtung unmit telbar auf die Tasteraufnahme übertragen wird. Vorzugsweise ist die Öffnung sich konisch verjüngend ausgebildet, so dass in der Endstellung des Endes der Spannvorrichtung ein Formschluss entsteht.

Vorteilhaft ist für den Antrieb der Spannvorrichtung ein Motor vorgesehen. Darüber hinaus wird vorzugsweise we nigstens ein Sensor eingesetzt, um die Winkelposition der Tasteraufnahme zu erfassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie mit sehr geringen Kosten gegenüber dem Einsatz eines Rundtisches, eines teuren Tastersternes oder eines Dreh- Schwenkgelenkes realisierbar ist.

Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine sehr hohe Genauigkeit der Messungen (Anschlussmessungen) auf. Weiterhin ist eine hohe Reproduzierbarkeit der Positi onen gegeben.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, dass ein Kollisionsschutz beim Drehvorgang des Tasters vorgesehen ist. Während des Drehvorganges der Tasteraufnahme und des Tasters wirkt erfindungsgemäß der Kollisionsschutzmechanismus des Tastkopfes. Das bedeutet, dass ohne zusätzlichen Aufwand ein Kollisionsschutzmecha nismus vorhanden ist.

Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, dass der Tastkopf nicht mitgedreht wird. Damit müssen auch die Ver sorgungsleitungen zum Tastkopf keine Drehbewegung ausfüh ren. Der Tastkopf bleibt vorteilhaft in seiner Ausrichtung zu der Messmaschine stehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass sie sehr zuverlässig arbeitet (MTTR = Mean Time to Repair).

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach zu handhaben, insbesondere in Bezug auf die Mechanik und die Software.

Im Vergleich zu den gemäß dem Stand der Technik einge setzten komplizierten Tasterkonfigurationen (zum Beispiel Sterntaster) ist gemäß der Erfindung nur noch eine redu zierte Anzahl von Tastern notwendig.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Tastkopf mit auswechselbarem Taststift im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Einzelheit der Funktionsweise;

Fig. 4 ein geändertes Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt einen Tastkopf (1) mit einem auswechsel barem Taststift (2), der an einer Tasteraufnahme (3) ange ordnet ist. Die Tasteraufnahme (3) sitzt in drei Präzisi onslagern (4) einer Tasteraufnahmehalterung (5).

Die Lager (4) sind in Winkelschritten von 120° zuein ander in der Tasteraufnahmehalterung (5) angeordnet. Damit ist eine reproduzierbare Lage der Tasteraufnahme (3) gegen über der Tasteraufnahmehalterung (5) gegeben.

Durch Drehung der Tasteraufnahme (3) in 120°-Schritten um die Längsachse lassen sich drei Stellungen der Taster aufnahme (3) zur Tasteraufnahmehalterung (5) realisieren.

Der seitlich abgewinkelte Taststift (2), der in der Tasteraufnahme (3) sitzt, kann damit in drei eindeutigen Stellungen zur Tasteraufnahmehalterung (5) und damit zum Tastkopf (1) ausgerichtet werden.

Durch die Wahl einer kinematisch eindeutig bestimmten Drei-Punkt-Lagerung sind die Positionen sehr gut reprodu zierbar. Dadurch wird bei einer Koordinatenmessmaschine nach einem Tasterwechsel eine erneute Kalibrierung nicht notwendig.

Der Vorgang beim Drehen des Tasters (2) ist vergleich bar mit dem Einwechseln des Tasters (2) aus einer Taster wechselbank (nicht dargestellt).

Es wird im vorliegenden Fall lediglich kein neuer Tas ter eingewechselt, sondern der vorhandene Taster (2) wird innerhalb von drei Positionsmöglichkeiten in der Tasterauf nahmehaltung (5) neu positioniert.

Hierzu werden Gegenlager (15) der Tasteraufnahme (3) aus den Lagern (4) gehoben und nach einer Drehung um den entsprechenden Winkelbetrag wieder in die Lager (4) abge senkt.

Die Tasteraufnahme (3) wird durch eine hakenförmige Haltevorrichtung (6), die über eine Vorrichtung (7) eine Hubbewegung ermöglicht und eine Zugkraft ausübt, in die Lager (4) gezogen. Durch die Möglichkeit der Drehung der Haltevorrichtung (6) im geöffneten Zustand durch einen an gekoppelten Antrieb (8) wird auch auf die Tasteraufnahme (3) bei entsprechender rotatorischer Kopplung zwischen der Haltevorrichtung (6) und einem Gegenstück (9) der Tas teraufnahme (3) die Drehbewegung übertragen. Der Antrieb (8) ist so gestaltet, dass er die Hubbewegung nicht stört.

Es ist dabei sichergestellt, dass die Tasteraufnahme (3) im offenen Zustand der Lagerung beim Drehen von der Haltevorrichtung (6) festgehalten wird und nicht heraus fällt. Durch entsprechende Gestaltung der Tasterhaltevor richtung (6) und des Gegenstückes (9) an der Tasteraufnahme (3) wird dies gewährleistet. Diese Ausgestaltung wird spä ter noch erläutert.

Durch eine absolute Codierung der Positionen über ei nen Sensor (10) in der Tasteraufnahmehalterung (5) lässt sich die jeweilige Winkelstellung der Haltevorrichtung (6) erfassen. Die Signale steuern den Antrieb (8) und erlauben eine präzise Winkelpositionierung der Tasteraufnahme (3) in der Tasteraufnahmehalterung (5).

Der Antrieb (8) ist derart ausgelegt, dass die auftre tenden Trägheitsmomente bewältigt werden. Es erfolgt eine präzise Bewegung und Abbremsung der Tasteraufnahme (3) mit dem Taststift (2).

Die Haltevorrichtung (6) dient zum einen dazu, die Tasteraufnahme (3) in den Lagern (4) mit den Gegenlagern (15) zu spannen. Hierzu übt die Haltevorrichtung (6) eine Zugkraft in Richtung des Pfeiles (A) aus.

Die Haltevorrichtung (6) versetzt darüber hinaus über das Gegenstück (9) die Tasteraufnahme in eine Drehbewegung um eine Längsachse (11) der Tasteraufnahme (3) in Richtung des Pfeiles (B).

Der Antrieb (8) versetzt hierzu ein Zahnrad (13) sowie ein von dem Zahnrad (13) angetriebenes Zahnrad (12) in Drehung.

Der Antrieb des Zahnrades (12) ist derart ausgebildet, dass die Hubbewegung der Haltevorrichtung (6) ungehindert durchgeführt werden kann.

Gemäß Fig. 2 sind in der Tasteraufnahmehalterung (5) mehrere Präzisionslager (4, 14) angeordnet, und zwar rota tionssymmetrisch. Drei Lagerpositionen weisen zueinander immer 120°-Schritte auf, um den Sitz der drei Gegenlager (15) der Tasteraufnahme (3) in den Lagern (4, 14) zu ge währleisten. In diesem Fall lassen sich mehr als drei Aus richtungen des seitlich abgekröpften Tasters (2) zum Tast kopf (1) realisieren. Gemäß Fig. 2 sind sechs Positionen möglich, da sechs Lager (4, 14) vorgesehen sind.

Durch Verwendung von einfachen Tastersternen (nicht dargestellt) ergibt sich die Möglichkeit, die Positionswin kelschritte für Messungen weiter zu verkleinern. Ein Stern taster mit vier Tastern in 90°-Anordnung erlaubt bei sechs Lagerpositionen eine Winkelschrittweite von 30°. Dies ist bei den meisten Messanwendungen ausreichend. Die Tasterauf nahme (3) ist in jeder Position, die sie einnehmen kann, einmal zu kalibrieren.

Durch die hohe Präzision der Lagerung, die durch die Lager (4, 14) und die Gegenlager (15) gegeben ist, ist die Reproduzierbarkeit der Tasterstellungen sehr hoch. Fehler, die bei den zum Stand der Technik gehörenden Messmethoden durch Gerätekomponenten, wie Rundtisch oder Dreh-Schwenkge lenk vorhanden sind, treten gemäß der Erfindung nicht auf.

Die Tasteraufnahme (3) und der Taststift (2) hängen beim Drehvorgang im Tastkopf (1). Hierdurch wirkt während der Zeit des Drehvorganges der Kollisionsschutzmechanismus des Tastkopfes ein. Sollte der Taststift (2) beim Drehen kollidieren, so wird dies auf den Tastkopf (1) übertragen, ein Trigger-Signal erzeugt und der Vorgang gestoppt.

Die Lager (4, 14), die in Fig. 2 dargestellt sind, be stehen aus zylinderförmig ausgebildeten Rollen (16). Hier durch ist gewährleistet, dass die Gegenlager (15) in jedem Lager (4, 14) zwei Auflagepunkte besitzen.

Die Tasteraufnahmehalterung (5) weist eine Öffnung (17) auf, in die ein Ende (18) der Haltevorrichtung (6) greift. Die Öffnung (17) ist derart ausgebildet, dass Sei tenwände (19) bei einer Drehbewegung auf das Ende (18) der Haltevorrichtung (6) wirken und die Tasteraufnahmehalterung (5) ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt wird.

Fig. 3 zeigt die Halterung (6), die das Gegenstück (9) in Richtung des Pfeiles (C) spannt. Zwischen der Halterung (6) und dem Gegenstück (9) ist eine Kugel (20) angeordnet, damit keine Zwangsführung auftritt.

Eine Druckfeder (21) übt eine Kraft in Richtung des Pfeiles (C) auf die Haltevorrichtung (6) aus. Zum Lösen der Haltevorrichtung (6) in die entgegengesetzte Richtung des Pfeiles (C) wird die Vorrichtung mit Druckluft beauf schlagt. Das bedeutet, dass insbesondere der mittlere Zy linder (22) mit Druckluft beaufschlagt wird.

Zusätzlich ist zur Abdichtung eine Gummidichtung (23) vorgesehen. Für eine präzise Lagerung sind Ringführungen (24, 25) vorgesehen.

Der Innenzylinder (22) trägt als Flansch das Zahnrad (12), welches von dem Zahnrad (13) des Motors (8) ange trieben wird.

Fig. 4 zeigt eine Lagerung (26), die sechs Lager (27, 28, 29, 30, 31, 32) aufweist. Die Lager (27, 28) sind als Planlager, die Lager (29, 30) als V-Lager und die Lager (31, 32) als Triple-Lager ausgebildet. Da die Gegenlager in 120°-Schritten zueinander angeordnet sind, ist immer gewährleistet, dass die Gegenlager jeweils in einem Plan- Lager, V-Lager und Triple-Lager angeordnet sind, unabhängig von der Winkelposition.

Bezugszeichen

1

Tastkopf

2

Taststift

3

Tasteraufnahme

4

Lager

5

Tasteraufnahmehalterung

6

Haltevorrichtung (Spannvorrichtung)

7

Vorrichtung

8

Antrieb

9

Gegenstück zur Haltevorrichtung (

6

)

10

Sensor

11

Längsachse

12

Zahnrad

13

Zahnrad

14

Lager

15

Gegenlager

16

Rollen

17

Öffnung

18

Ende der Haltevorrichtung (

6

)

19

Seitenwand

20

Kugel

21

Druckfeder

22

innerer Zylinder

23

Gummidichtung

24

Ringführung

25

Ringführung

26

Lagerung

27

bis

32

Lager
A Pfeil
B Pfeil
C Pfeil

Claims

1. Tastkopf mit auswechselbarem Taststift, dadurch gekennzeichnet,

- dass eine Tasteraufnahme (3) des Taststiftes (2) in einer Lagerung (5) des Tastkopfes (1) reproduzierbar gelagert ist,
- dass der Tastkopf (1) eine Spannvorrichtung (6) aufweist,
- dass die Spannvorrichtung (6) als eine mit einem Ende (18) in eine Öffnung (17) der Tasteraufnahme (3) greifen de Spannvorrichtung (6) ausgebildet ist, dass die Öffnung (17) als eine eine kraftschlüssige Ver bindung mit dem Ende (18) der Spannvorrichtung (6) bil dende Öffnung (17) ausgebildet ist,
- dass die Lagerung (5) mindestens sechs zueinander ver setzt angeordnete Lager (4, 14) und die Tasteraufnahme (3) drei Gegenlager (15) aufweist, und
- dass die Tasteraufnahme (3) drehbar und in wenigstens zwei Winkelpositionen in der Lagerung (5) des Tastkopfes (1) anordbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Spannvorrichtung (6) als eine die Tasterauf nahme (3) um ihre Längsachse (11) drehende und die Tas teraufnahme (3) in Richtung der Längsachse (11) spannende Spannvorrichtung (6) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Ende (18) der Spannvorrichtung (6) haken förmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Öffnung (17) als eines das Ende (18) der Spannvorrichtung (6) formschlüssig aufnehmende Öffnung (17) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass in oder an dem Tastkopf (1) ein Antrieb (8) für die Drehbewegung der Spannvorrichtung (6) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass wenigstens ein Sensor (10) zur Erfassung der Winkelpositionen der Tasteraufnahme (3) oder der Spannvor richtung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Tasteraufnahme (3) drei Gegenlager (15) auf weist, und dass die Gegenlager (15) aus Kugeln gebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Lager (4, 14; 27 bis 32) der Lagerung (5, 26) des Tastkopfes (1) derart ausgebildet sind, dass die Kugeln der Gegenlager (15) der Tasteraufnahme (3) in jeder Winkel position insgesamt sechs Auflagepunkte mit den Lagern (4, 14; 27 bis 32) des Tastkopfes (1) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, dass die Lager (4, 14) des Tastkopfes (1) als aus je zwei zylinderförmigen Rollen (16) bestehende Lager (4, 14) ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, dass die Lager (17 bis 32) derart ausgebildet sind, dass die Gegenlager (15) jeweils in einem als Planlager (27, 28) ausgebildeten Lager, in einem als V-Lager (29, 30) oder Prismenlager ausgebildeten Lager und in einem als Triple-Lager (31, 32) oder Kegellager ausgebildeten Lager angeordnet sind.