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Die
Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinrichtung und eine zugehörige Tastspitze,
die für
ein Tastschnittmessgerät
vorgesehen sind.
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Aus
der
DE 196 17 023
C1 ist ein Tastschnittmessgerät bekannt, das dazu eingerichtet
ist, eine an einem Tastarm befestigte Tastspitze über eine
Werkzeugoberfläche
zu schleppen. Die Auslenkungen des Tastarms werden auf eine Messeinrichtung übertragen,
die entsprechende Messwerte gewinnt.
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Der
die Tastspitze tragende Tastarm ist zur Vermeidung von Überlastungen
auswechselbar ausgebildet. Tastarm und Tastspitze bilden dabei eine Einheit.
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Es
ist darüber
hinaus aus der Praxis bekannt, die Tastspitze an dem Tastarm lösbar zu
befestigen. Dies hat den Vorteil, dass mit ein und demselben Tastarm
verschiedene Tastspitzen verwendet und verschlissene Tastspitzen
ausgewechselt werden können.
Dabei kommt es aber darauf an, dass die Tastspitze an dem Tastarm
in definierter vorbestimmter Relativposition gehalten wird. Positionierfehler
können
hier zu Messfehlern führen.
Außerdem zeigt
sich, dass zum Ersatz von Tastspitzen gelegentlich Fremdfabrikate
Anwendung finden. Nachdem der Tastarm und die Tastspitze zur Erzielung
verlässlicher
und gültiger
Messwerte eine qualitative Einheit bilden, gilt es, dies zu verhindern.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Aufnahmeeinrichtung
für eine
Tastspitze sowie eine zugehörige
Tastspitze zu schaffen, mit denen es möglich wird, die Tastspitzen
möglichst
ohne erforderliche Nachjustage in definierter Relativposition zu
dem Tastarm zu lagern, wobei die Aufnahmeeinrichtung den Einsatz
von nicht geeigneten Tastspitzen möglichst ausschließen oder
erschweren soll.
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Diese
Aufgabe wird mit der Aufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie mit der
Tastspitze gemäß Anspruch
9 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung
weist eine Bohrung zur Aufnahme des Schafts der Tastspitze auf,
wobei sich ein Stift oder sonstiger Bezugskörper möglichst außer mittig quer durch die Bohrung
erstreckt. Er schneidet die zylindrische Bohrung somit an und verhindert,
dass Tastspitzen mit zylindrischem Schaft weit in die Bohrung eingeschoben
werden. Der Stift bildet mit seiner Mantelfläche eine Bezugsfläche für die Tastspitze.
Diese weist eine Quernut auf, die dem Stift zugeordnet ist. Zwei miteinander
einen Winkel einschließende
Anlageflächen
der Quernut kommen mit der zylindrischen Bezugsfläche des
Stifts in Anlage und positionieren den Schaft der Tastspitze somit
bezüglich
dessen Axialrichtung sowie auch bezüglich einer Drehung um seine
Axialrichtung. Eine Spanneinrichtung dient dabei dazu, den Schaft
der Tastspitze an den Stift anzudrücken. Der Stift erfüllt somit
eine Doppelfunktion, nämlich
erstens die Ausrichtung des Schafts der Tastspitze und zum anderen
die Verhinderung des Einschiebens fremder Tastspitzenschäfte in die
Aufnahmeeinrichtung.
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Die
Ausrichtung wird überdies
auf besonders einfache und sichere Weise erzielt. Der Bediener schiebt
die Tastspitze mit ihrem Schaft in die Aufnahmeeinrichtung ein und
spürt ein
Einrasten, wenn die Kerbe des Schafts der Tastspitze über den
Stift fährt. Danach
muss der Bediener lediglich noch eine Klemmeinrichtung, beispielsweise
in Form einer Klemmschraube betätigen,
um die Tastspitze in ihrer Position zu sichern. Der Tastarm ist
dann einsatzbereit. Die Klemmschraube hat keine Positionier- oder Justagefunktion.
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Einzelheiten
vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder
von Ansprüchen.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
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1 ein
Tastschnittgerät
mit Tastarm und auswechselbarer Tastspitze in schematischer Seitenansicht,
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2 die
Aufnahmeeinrichtung des Tastarms nach 1 in perspektivischer
geschnittener Darstellung und
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3 die
Aufnahmeeinrichtung nach 2 in schematisierter Darstellung.
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In 1 ist
ein Tastschnittgerät 1 veranschaulicht,
das beispielsweise zur Aufnahme eines Oberflächenprofils eines Werkstücks 2 dient.
Das Tastschnittgerät 1 ist
von einem Stativ getragen oder, wie in 1 veranschaulicht,
auf einer Unterlage 3 aufgestellt, die auch das Werkstück 2 trägt. Das
Tastschnittgerät
weist eine Vorschubeinrichtung auf, die einen Schlitten mit einem
daran um eine Schwenkachse 4 schwenkbar befestigten Tastarm 5 mit
einer daran befestigten Tastspitze 6 über die Oberfläche des
Werkstücks 2 schleppt.
Von dem Oberflächenprofil
des Werkstücks 2 verursachte
Schwenkbewegungen des Tastarms 5 werden dabei von einer
Messeinrichtung registriert und in Messwerte umgesetzt.
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Die
Tastspitze 6 ist an dem Tastarm 5 mittels einer
Aufnahmeeinrichtung 7 lösbar
gehalten. Auf diese Weise können
verschlissene Tastspitzen 6 ausgewechselt oder für unterschiedliche
Messaufgaben geeignete, unterschiedlich geformte Tastspitzen 6 eingesetzt
werden. Die Tastspitzen 6 unterscheiden sich beispielsweise
durch die Form ihrer Spitzen oder ihrer Länge. Im Wesentlichen bestehen
sie aus einem zylindrischen Hartmetallkörper, der an seinem unteren
Ende einseitig abgeschrägt
ist. Er bildet somit an seinem unteren Ende eine bogenförmige, definiert
gerundete Schneide 8, die über die Werkstückoberfläche geschleppt
wird. Die Rundung der Schneide sowohl quer zur Schlepprichtung als
auch längs
zur Schlepprichtung ist innerhalb enger Toleranzen festgelegt.
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2 veranschaulicht
den Aufbau der Aufnahmeeinrichtung 7. Sie ist an dem vorderen
Ende des Tastarms 5 angeordnet und als Teil derselben oder
als separates, mit dem rohrförmigen
Tastarm 5 verbundenes Teil ausgebildet.
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Sie
dient zur Aufnahme eines zylindrischen oberen Abschnitts des Schafts 9 der
Tastspitze 6.
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Die
Aufnahmeeinrichtung 7 weist einen Aufnahmekörper 11 auf,
der beispielsweise massiv aus Aluminium ausgebildet ist. Der Aufnahmekörper 11 kann,
wie dargestellt, einen im Wesentlichen zylindrischen zu dem Tastarm 5 koaxialen
Außenumriss
aufweisen oder auch seitlich abgeflacht oder rechteckig ausgebildet
sein. Er weist eine Bohrung 12 auf, die sich quer durch
den Aufnahmekörper 11 erstreckt und
zur Aufnahme des Schafts 9 dient. Die Bohrung 12 kann,
wie dargestellt, als Durchgangsbohrung oder bedarfsweise auch als
Sackbohrung ausgebildet sein. Sie weist vorzugsweise einen im Wesentlichen
kreisförmigen
Querschnitt auf. Ihr Durchmesser ist deutlich größer als der Durchmesser des
Schafts 9, so dass dieser mit Spiel in der Bohrung 12 sitzt. Das
Spiel S ist in 3 gesondert dargestellt.
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Zur
Positionierung und Ausrichtung des Schafts 9 und somit
der gesamten Tastspitze 6 ist ein Bezugskörper 13 vorzugsweise
in Form eines zylindrischen Stifts 14 vorgesehen, der sich
außermittig quer
durch die Öffnung 12 erstreckt.
Prinzipiell könnten
auch andere Stiftformen, wie z.B. Rechteckstifte oder dergleichen
oder auch Kugeln Anwendung finden, jedoch wird ein Zylinderstift
als im Ganzen vorteilhafteste Lösung
angesehen. Der Stift 14 ist mit beiden Enden in dem Aufnahmekörper 11 gehalten. Sein
Durchmesser D ist größer als
sein sich in die Bohrung erstreckender Abschnitt A, der in 3 veranschaulicht
ist.
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Dem
Stift 14 gegenüber
liegend ist eine Spanneinrichtung 15 angeordnet, die den
Schaft 9 gegen den Stift 14 drückt. Zu der Spanneinrichtung 15 gehört eine
dem Stift 14 diametral gegenüber liegend angeordnete Kugel 16,
die durch eine Feder 17 an den Schaft 9 angedrückt wird.
Vorzugsweise sitzen die Kugel 16 und die Feder 17 in
einer Querbohrung 18, deren Bohrungsachse den Stift 14 vorzugsweise
mittig schneidet. Die Querbohrung 18 ist an der Stirnseite 19 des
Aufnahmekörpers 11 mit
einem geeigneten Verschluss, beispielsweise einer Schraube 21 verschlossen.
Sie bildet das Widerlager für
die Feder 17.
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Parallel
zu der Querbohrung 18 ist im bezüglich der Bohrung 12 axialem
Abstand eine weitere quer orientierte Bohrung vorgesehen, die als
Gewindebohrung 22 ausgebildet ist. In dieser sitzt eine Klemmschraube 23,
die mit einer balligen oder kegelstumpfförmigen Stirnseite 24 gegen
die zylindrische Mantelfläche
des Schafts 9 drückt.
Die Klemmschraube 23 bildet somit eine Klemmeinrichtung 25 für den Schaft 9.
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Der
Klemmschraube 23 gegenüber
liegend, d.h. in axialer Verlängerung
der Gewindebohrung 22, weist die Bohrung 12 einen
zylindrischen Wandungsbereich 26 auf, der als Anlagefläche für den Schaft 9 dient.
Der Schaft 9 wird durch die Klemmschraube 23 hier
an den Wandungsbereich 26 angedrückt.
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Der
Schaft 9 ist, wie erwähnt,
im Wesentlichen zylindrisch. Er weist jedoch in einem in Betriebsposition
zwischen der Spanneinrichtung 15 und der Klemmeinrichtung 25 gelegenen
Bereich eine großzügig bemessene
Ausnehmung 27, beispielsweise in Form einer sich quer durch
den Schaft erstreckenden Rechtecknut auf. Dieser Ausnehmung kann
dazu dienen, dem Bediener eine Anzeige für die richtige Orientierung
des Schafts 9 zu geben, wenn er diesen in die Boh rung 12 einsetzt.
Darüber
hinaus dient die Ausnehmung 27 dazu,.
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Wie
aus den 2 und insbesondere 3 ersichtlich,
ist der Schaft 9 an seinem oberen Ende mit einer vorzugsweise
ebenen, der Kugel 16 zugewandten, Schrägfläche 28 versehen, die
beim Einschieben des Schafts 9 in die Bohrung 12 dazu
dient, die Kugel 16 in die Querbohrung 18 hinein
zu drücken.
An der gegenüber
liegenden, dem Stift 14 zugewandten, Seite ist eine ebensolche
Schrägfläche 29 ausgebildet.
Beide Schrägflächen 28, 29 stehen
beispielsweise unter einem spitzen Winkel, z.B. von 45° zu der Längsachse 31 des
Schafts 9. Somit bilden die Schrägflächen 28, 29 einen
Keil, der beim Einführen des
Schafts 9 zwischen dem Stift 14 und der Kugel 16 wirkt
und die Kugel 16 zunächst
in ihre Querbohrung 18 drängt.
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An
die Schrägfläche 29 schließt sich
eine Quernut 32 an, die sich quer durch den ansonsten im Wesentlichen
zylindrischen Schaft 9 erstreckt und zwei, vorzugsweise
rechtwinklig zueinander ausgerichtete Planflächen 33, 34 aufweist.
Diese bilden miteinander eine prismatische Aufnahme für den Stift 14.
Die Planflächen 33, 34 können auch
in einem von 90° abweichenden
Winkel zueinander stehen. Die Planfläche 33 schneidet die
Schrägfläche 29 in
einer Kante 35. Die Position der Schrägfläche 29 und der Planfläche 33 sowie
der Quernut 32 insgesamt, ist dabei auf den Durchmesser
D des Stifts 14 so abgestimmt, dass der Stift 14 bezogen
auf die Kante 35 mit einer Tiefe T in die Quernut 32 eintaucht.
Diese Tiefe T ist geringer als das Spiel S, das sich als Durchmesserunterschied
zwischen dem Durchmesser der Bohrung 12 und dem Durchmesser
des Schafts 9 ergibt. Andererseits ist die quer zu der Längsachse 31 gemes sene
Breite des Abschnitts A des Stifts 14 mindestens so groß wie das
Spiel S, vorzugsweise jedoch deutlich größer. Somit ist die Breite B
mit der der Stift 14 in die Bohrung 12 ragt, größer als
das Spiel S. Dadurch verhindert der Stift 14, dass der
Schaft 9 zu weit in die Bohrung 12 geschoben wird.
Er lässt
sich nur so weit in die Bohrung 12 schieben, bis der Stift 14 in
der Quernut 32 eingerastet ist. Damit ist die Position
der Tastspitze 6 in Bezug auf die Aufnahmeeinrichtung 7 und
somit in Bezug auf den Tastarm 5 präzise festgelegt. Um die Tastspitze 6 dann
in ihrer Position zu sichern, wird die Klemmschraube 23 angezogen,
womit die Tastspitze 6 spielfrei gehalten ist.
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Der
Stift 14 bietet insbesondere eine eindeutige Positionierung
der Tastspitze 6 bezüglich
ihrer Längsachse 31.
Im Gegensatz zu Lösungen,
bei denen die Axialpositionierung von einer Klemmschraube übernommen
wird und bei der das Gewindespiel der Klemmschraube eine Positionierunsicherheit
bedeutet, erbringt die Anlage der Planflächen 33, 34 an dem
ortsfesten Stift 14 eine sichere Positionierung, die nicht
von einem Gewindespiel der Klemmschraube 23 abhängt.
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Die
insoweit beschriebene Aufnahmeeinrichtung 7 und die Tastspitze 6 werden
wie folgt gehandhabt:
Soll die Tastspitze 6 gewechselt
werden, wird die Klemmschraube 23 gelöst. Die Tastspitze 6 kann dann
aus der Bohrung 12 herausgezogen werden. Dies erfolgt in 2 nach
unten. Die Planfläche 33 gleitet
dabei von dem Stift 14 ab und drängt den Schaft 9 in
Richtung der Querbohrung 18. Dadurch wird die Kugel 16 gegen
die Kraft der Feder 17 kurzzeitig in die Querbohrung 18 hineingedrückt. Die Tastspitze 6 kann
nun aus dem Aufnahmekörper 11 herausgezogen werden.
Die Kugel 26 gelangt dabei in ihre Ruhelage an der Mündung der
Querbohrung 18. Sie kann hier durch eine entsprechende
Verengung gehalten und somit daran gehindert sein, in die Bohrung 12 hineinzufallen.
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Das
Einsetzen einer Tastspitze 6 in die Bohrung 12 geschieht
auf umgekehrte Weise. Die Klemmschraube 23 ist noch immer
in Löseposition. Es
wird dann der entsprechende Schaft 9 der Tastspitze 6 in
die Bohrung 12 eingeschoben bis der Schaft 9 mit
seiner Quernut 32 an dem Stift 14 einrastet. In
dieser Position drückt
die Kugel 16 den Schaft 9 gegen den Stift 14 und
positioniert somit die Tastspitze 6. Es wird nun die Klemmschraube 23 festgezogen,
wobei diese zwar den Schaft 9 gegen den Wandbereich 26 klemmt,
dabei aber die Position der Tastspitze 6 nicht verändert. Diese
ist sowohl bezüglich
der Axialrichtung als auch einer etwaigen Verdrehung um die Längsachse 31 durch
den Stift 14 eindeutig festgelegt.
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Der
Einsatz von nicht für
die Aufnahmeeinrichtung 7 vorgesehenen Tastspitzen 6 in
diese scheitert in der Regel schon daran, dass sich zylindrische
Schäfte
nur bis zu dem Stift 14 nicht aber über diesen hinaus in die Bohrung 12 einschieben
lassen und somit nicht sachgerecht positioniert werden können. Somit
wird die Arbeit mit Fremdfabrikaten, die nicht der Qualitätskontrolle
des Herstellers des Tastarms 5 unterliegen, zumindest erschwert.
Dies führt in
der Praxis zu verlässlicheren
Messergebnissen, insbesondere bei Anwendung des Tastschnittmessgeräts außerhalb
des Einflussbereichs des Geräteherstellers.
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Ein
für ein
Tastschnittmessgerät 1 vorgesehener
Tastarm 5 trägt
eine Aufnahmeeinrichtung 7 für eine Tastspitze 6.
Die Aufnahmeeinrichtung 7 und die Tastspitze 6 bilden
eine definierte Schnittstelle in die nur speziell passende Tastspitzen 6 eingesetzt
werden können.
Dazu weist die Aufnahmeeinrichtung 7 einen Aufnahmekörper 11 mit
einer Bohrung 12 zur Aufnahme des Schafts 9 der
Tastspitze 6 auf, wobei sich ein Stift 14 außermittig
quer durch die Bohrung 12 erstreckt. Der Stift 14 dient
zum einen als Sperre gegen nicht in das System gehörige Tastspitzen 6 und
zum anderen als Bezugskörper
für die
Ausrichtung der Tastspitze 6. Dem Stift 14 ist
an dem Schaft 9 der Tastspitze 6 eine prismatische
Kerbe oder Nut zugeordnet, mittels derer sich die Tastspitze 6 an dem
Stift 14 ausrichtet. Nachjustagen sind nicht erforderlich.
Die Handhabung beim Auswechseln der Tastspitze 6 ist besonders
einfach.