DE102008011476B3 - Federgelenksystem in Sandwichbauweise für mehrdimensionalen Taster - Google Patents

Federgelenksystem in Sandwichbauweise für mehrdimensionalen Taster Download PDF

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Abstract

Zur Herstellung eines 1D-, 2D- oder 3D-Tasters wird zunächst eine Sandwichanordnung bestehend aus mindestens einem, vorzugsweise zwei steifen Deckkörperzuschnitten und einer zwischen diesen angeordneten Federfolie ausgegangen. Aus dieser Sandwichanordnung werden die einzelnen Federgelenksysteme mit einem geeigneten Trennverfahren ausgeschnitten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Federgelenksystem und ein Tastmessgerät.
  • Federgelenksysteme werden z. B. bei 3D-Tastköpfen oft zur nachgiebigen Lagerung von Taststiften eingesetzt. Es wird dazu auf die DE 43 45 091 C2 , verwiesen. Diese Druckschrift offenbart einen Tastkopf mit einem Taststiftträger, der durch Federgelenke beweglich gelagert ist. Jedes Federgelenk besteht aus zwei steifen Metallteilen, die übereinander durch eine Blattfeder verbunden sind. Die Blattfeder überbrückt dabei einen zwischen den beiden Metallteilen ausgebildeten geraden Spalt, der die Schwenkachse des so gebildeten Federgelenks definiert.
  • DE 37 25 205 A1 beschreibt einen Tastkopf, bei dem mehrere starre Seitenteile durch Blattfedern miteinander verbunden sind, um einen als Federparallelogramm wirkenden Rahmen zu bilden.
  • DE 2 323 447 A1 beschreibt ein weiteres Federgelenksystem, das als Parallelführungselement bei einer Wägezelle dient. Es weist eine Sandwichstruktur mit einer federnden Schicht auf, die zwischen zwei versteifenden Platten angeordnet und mit diesen verbunden ist. Durch Aussparungen in den Platten und der federnden Schicht werden Federgelenke geschaffen.
  • DE 93 20 718 U1 beschreibt einen Mehrkoordinatentastkopf, der auf der Grundlage eines mittels Blattfedern gebildeten Federparallelogramms arbeitet.
  • DE 26 20 099 C2 beschreibt einen weiteren 3D-Tastkopf, der zur Auslenkung in alle Koordinatenrichtungen eine verschachtelte Struktur von Federparallelogrammen aufweist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zur Schaffung von Federgelenksystemen anzugeben, mit der sich Tastköpfe auf besonders rationelle einfache Weise erzeugen lassen.
  • Diese Aufgabe wird von dem Federgelenksystem nach Anspruch 1 gelöst:
    Das erfindungsgemäße Federgelenksystem besteht aus einer Sandwichstruktur mit einer federnden Folie, die mit zumindest einer steifen Deckschicht versehen ist, die mit der Folie verbunden ist. In der Deckschicht ist zumindest eine Unterbrechung ausgebildet, die von der federnden Folie ü berbrückt wird, um ein Federgelenk zu bilden. Die beiden durch die Unterbrechung getrennten Teile der Deckschicht entstammen somit ein und demselben ursprünglichen Teil. Beispielsweise sind sie aus einem gemeinsamen Blech hergestellt, in das die Unterbrechung eingebracht worden ist.
  • Diese Art des Aufbaus von Federgelenksystemen eröffnet zum einen die Möglichkeit einer sehr rationellen Herstellung und zum anderen hat sie das Potential der Miniaturisierung von Koordinaten- und Formmessgeräten. Das Federgelenksystem lässt sich aus wenigen großen, einfach zu handhabenden ebenen Teilen herstellen, nämlich einer federnden Folie und zumindest einer, vorzugsweise aber zwei Deckschichten, zwischen denen die Folie gefasst ist. Die Deckschichten werden durch Deckkörperzuschnitte gebildet, in denen Trennlinien für spätere Trennstellen und Gelenkstellen vorgefertigt sind. Sind die Deckkörperzuschnitte und die Folie miteinander verbunden, können aus dieser Sandwichanordnung eine große Anzahl einzelner Federgelenksysteme herausgeschnitten werden, die jeweils für sich eine Sandwichstruktur bilden. Diese Sandwichstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Folie und die darauf angebrachten Deckkörper konturgleich sind. Das Ausschneiden der einzelnen Federgelenksysteme aus der Sandwichanordnung kann mittels Laserstrahl oder anderer geeigneter, ausreichend genau und schonend arbeitender Schneidtechniken geschehen.
  • Es lassen sich auf diese Weise Mikrotaster erzeugen, die beispielsweise wenige Millimeter lange Taststifte, beispielsweise im Durchmesser 300 μm messende Rubintastkugeln, oder andere Tastkörper, tragen und Antastunsicherheiten von weniger als 20 Nanometern aufweisen. Die Herstellung der entsprechenden Federgelenksysteme ist weitgehend unabhängig von manueller Montage und Justage möglich. Es werden in ei nem Bearbeitungsschritt gleichzeitig mehrere (viele) Tastsysteme zusammen auf einer Palette gefertigt.
  • Es ist möglich, das Federgelenksystem sowohl zur Erzeugung der gewünschten, zur 2D- oder 3D-Abtastung erforderlichen Freiheitsgrade als auch zur Erzeugung der Messkraft heranzuziehen. Eine federnde Stahlfolie ergibt beispielsweise nahezu lineares Verhalten bezüglich der Messkraftcharakteristik über die Tasterauslenkung. Dies wird trotz einfacheren Aufbaus und einfachster Kinematik erreicht. Das Prinzip ist zum Aufbau kleinster, kleiner oder auch mittelgroßer Systeme geeignet. Es kann in 3D-Messmaschinen, Verzahnungsmessmaschinen, Formmessmaschinen und in anderen Messeinrichtungen angewendet werden, die mindestens eine zwei oder auch mehrere Achsen haben.
  • Die Sandwichstruktur zur Ausbildung des Federgelenksystems weist vorzugsweise wenigstens einen Trennspalt auf, an dem sowohl die Folie als auch die wenigstens eine Deckschicht durchbrochen ist, um einen Teil der Sandwichstruktur beweglich freizustellen. Dieser Trennspalt kann beispielsweise durch Laserschneiden hergestellt werden. Die einander gegenüber liegenden Kanten des Trennspalts berühren sich nicht, so dass der freigestellte Teil reibungsfrei bewegbar ist. In dem Trennspalt kann bei Bedarf jedoch ein Dämpfungsmittel, beispielsweise ein viskoses Dämpfungsmittel, vorgesehen sein. Dieses kann z. B. durch Kapillarwirkung in dem Trennspalt gehalten sein.
  • Das Federgelenksystem umfasst zumindest zwei Federgelenke, die in einem Winkel zueinander orientiert sind, um zwei unterschiedliche Schwenktastrichtungen festzulegen. Damit lässt sich ein 2D-Taster aufbauen. Dies insbesondere, wenn der Winkel ein rechter Winkel ist.
  • Das Federgelenksystem kann auch mehr als zwei Federgelenke aufweisen, von denen vorzugsweise wenigstens zwei parallel zueinander orientiert sind. Dadurch kann zusätzlich zu den Schwenkrichtungen des Taststifts eine lineare Tastrichtung festgelegt sein, die beispielsweise in Längsrichtung des Taststifts weist. Mit diesen Federgelenken lässt sich ein einfacher 3D-Taster mit zwei Schwenkrichtungen und einer linearen Tastrichtung realisieren.
  • Vorzugsweise werden die beiden Deckschichten durch steife Körper, beispielsweise in Form von Deckblechen oder auch Keramikteilen oder dergleichen gebildet. Sie können mit der Folie dauerhaft verbunden werden, beispielsweise indem sie mit der Folie verschweißt werden. Alternativ können sie mit der Folie verklebt werden. Die Folie ist dadurch zwischen zwei steifen Deckschichten gefasst. Während die Folie z. B. eine federnde Metallfolie, z. B. eine federnde Stahlfolie, ist, können die Deckschichten hinsichtlich anderer physikalischer Eigenschaften optimiert werden. Beispielsweise kann zumindest eine der Deckschichten hinsichtlich magnetischer Eigenschaften optimiert sein, um in direktem Zusammenwirken mit magnetischen Sensoren eine Positionserfassung zu ermöglichen. An der Deckschicht können weitere Elemente, beispielsweise kapazitiv wirksame, optisch wirksame oder anderweitig physikalisch wirksame Elemente angebracht sein, um eine Positionserfassung des von dem Federgelenksystem getragenen Tastkörpers zu ermögli chen.
  • Der genannte Aufbau des Federgelenksystems eröffnet außerdem den Weg zu einem überaus rationellen und insbesondere großserientauglichen Fertigungsverfahren. Zur Durchführung desselben werden vorzugsweise zunächst eine geeignete federnde Folie und zwei Deckkörperzuschnitte bereitgestellt. Die federnde Folie sowie die Deckkörperzuschnitte sind vorzugsweise im Umriss etwa rechteckig. Vorzugsweise sind sie so groß, dass ihre Fläche ein Vielfaches der Fläche eines einzelnen Federgelenksystems beträgt. Damit können in einem Fertigungsschritt eine ganze Serie von Federgelenksystemen hergestellt werden.
  • Vorzugsweise sind die Deckkörperzuschnitte dazu an denjenigen Stellen, an denen die herzustellenden Federgelenksysteme Federscharniere haben sollen, mit Ausnehmungen versehen. Die Ausnehmungen sind vorzugsweise etwa schlitzartig geformt und weisen eine Schlitzbreite auf, die der Länge des späteren Federscharniers entspricht. Die Ausnehmungen können durch Laserschneiden hergestellt werden.
  • In einem nächsten Fertigungsschritt wird nun die federnde Folie zwischen dem ersten und dem zweiten Deckkörperzuschnitt angeordnet, wobei die Deckkörperzuschnitte so zueinander ausgerichtet werden, dass die vorgefertigten Aussparungen miteinander fluchten. Dies kann durch geeignete Indexbohrungen geschehen, die bei der Herstellung der Ausnehmungen ausgebildet worden sind.
  • Sind die Folie und die Deckkörper aufeinander angeordnet und zueinander ausgerichtet worden, werden sie miteinander verbunden. Dies kann durch Laserschweißen geschehen. Beim dreischichtigen Aufbau und einer Federblechfolie von ca. 10 bis 20 oder auch 30 μm Dicke und Deckkörperzuschnit ten in Form von Blechen mit einer Dicke von jeweils ca. 0,2 mm können die drei Blechschichten durch Laserschweißpunkte miteinander verbunden werden. Es können auch Klebetechniken oder andere Verbindungstechniken angewandt werden.
  • Nach Herstellung des dreischichtigen Verbunds werden aus der so gebildeten Sandwichstruktur die Federgelenksysteme z. B. mit einem Laser oder einem anderen geeigneten Schneidwerkzeug (z. B. in Form eines Laserstrahls) herausgeschnitten. Außerdem können weitere Öffnungen an den Federgelenksystemen angebracht werden, wie beispielsweise Befestigungsbohrungen, Schlitze und dergleichen.
  • Es ist auch möglich, einen geringfügig abgewandelten Fertigungsablauf anzuwenden. Bei diesem werden aus den Deckkörperzuschnitten, d. h. dem Grundblech und dem Deckblech zunächst die Konturen der gewünschten Federgelenksysteme heraus gelasert, d. h. mittels Laserstrahls teilweise freigeschnitten. Jeder Deckkörperzuschnitt enthält die späteren Hebelelemente und die späteren Halteelemente in der gewünschten Positionierung. Die Hebel- und Halteelemente sind dann über jeweils einen oder mehrere Stege mit Abfallbereichen der Deckkörperzuschnitte verbunden. Jedoch halten solche Hilfsstege die einzelnen Abschnitte des Federgelenksystems noch zusammen, so dass die freigeschnittenen Federgelenksysteme in den betreffenden Blechabschnitt des Deckkörpers gehalten und als Gruppe weiterbearbeitet werden können.
  • Es werden nun die so teilweise vorgeschnittenen Deckkörperzuschnitte zu beiden Seiten der Federblechfolie positioniert und zueinander ausgerichtet. Vorzugsweise wird einer der Deckkörperzuschnitte dazu vorher gewendet, d. h. seine Oberseite nach unten gekehrt. Die Deckkörperzuschnitte weisen vorzugsweise mit derjenigen Seite zu dem vorzugs weise mittigen federnden dünnen Blech, die einem schneidenden Laserstrahl zugewandt war. Dort bilden sich an den Schnittlinien Rundungsradien. Die Deckkörperzuschnitte können aber auch auf andere Weise so z. B. durch Stanzen hergestellt werden. Wiederum werden die Zuschnitte vorzugsweise (aber nicht zwingend) so angeordnet, dass ohnehin infolge der Fertigung gerundete oder eigens abgerundete Kanten dem federnden dünnen Blech zugewandt werden.
  • Der Laser kann dann die Anordnung so bearbeiten, dass steife Bereiche federnde Lagerbereiche, Befestigungsbohrung und sonstige Bereiche wie beispielsweise magnetisch leitfähiger Sensorbereich entstehen. Anschließend kann der Laser die drei vorhandenen Schichten in der Vorrichtung zu einer Einheit verschweißen. Nachdem die drei Schichten zu einer Einheit fest verschweißt sind, werden die Hilfsstege vom Laser beseitigt, so dass die Federgelenksysteme vereinzelt werden.
  • Weitere Abwandlungen der Fertigungsreihenfolge sind möglich. Jedoch beruhen alle Abwandlungen auf dem Gedanken, die auf beiden Flachseiten der Federblechfolie vorhandenen Elemente aus entsprechenden Deckkörpern z. B. Blechen herauszuschneiden und möglichst erst dann von dem übrigen Deckkörper zu lösen, wenn eine Verbindung zu der federnden Folie hergestellt ist. Auf diese Weise wird immer ein einfaches prozesssicheres und massenfertigungstaugliches Fertigungsverfahren erhalten.
  • Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung, der Zeichnung oder von Ansprüchen. Die Beschreibung ist auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten beschränkt. Die Zeichnung ergänzt die Beschreibung und offenbart dazu weitere Details. Es zeigen:
  • 1 ein Tastgerät mit erfindungsgemäßem Federgelenksystem,
  • 2 das Federgelenksystem und den Taststift des Tastgeräts nach 1 in gesonderter Perspektivdarstellung,
  • 3 das Federgelenksystem nach 2 perspektivischer Prinzipdarstellung,
  • 4 einen Teil des Federgelenksystems nach 3 zur Veranschaulichung seiner Funktion hinsichtlich einer ersten Achse,
  • 5 einen Teil des Federgelenksystems nach 3 zur Veranschaulichung seiner Funktion hinsichtlich einer zweiten Achse,
  • 6 das Federgelenksystem nach 3 zur Veranschaulichung seiner Funktion hinsichtlich seiner drei Achsen,
  • 7 vorgefertigte Elemente zur Herstellung einer Sandwichanordnung zur Erzeugung einer Anzahl von Federgelenksystemen,
  • 8 einen Ausschnitt aus einem der vorgefertigten Elemente zur Herstellung eines Federgelenksystems,
  • 9 ein 3D-Federgelenksystem in Sandwichbauweise,
  • 10 den Taster mit Federgelenksystem nach 9 mit Taststift in gesonderter Perspektivdarstellung,
  • 11 das Federgelenksystem nach 9 in gesonderter ausschnittsweiser Detaildarstellung und
  • 12 das Federgelenksystem als ein Federgelenk, das nicht den Erfindungsgegenstand verkörpert.
  • In 1 ist ein kleiner 3D-Taster 1 ausschnittsweise perspektivisch veranschaulicht. Er weist ein z. B. zylindrisches Gehäuse 2 auf, das an einem Ende mit einer Abschlussplatte 3 versehen ist. Diese weist eine Öffnung 4 auf, durch die ein Taststift 5 ragt. Der Taststift 5 trägt an seinem freien Ende einen Tastkörper, beispielsweise in Form einer Tastkugel 6.
  • Zwischen der Abschlussplatte 3 und dem Gehäuse 2 ist ein Federgelenksystem 7 veranschaulicht, das in 2 gesondert dargestellt ist. Das Federgelenksystem 7 ist ein im Wesentlichen ebenes Sandwichbauelement, das den Taststift 5 bzgl. mehrerer Freiheitsgrade beweglich lagert und mit der erforderlichen Messkraft beaufschlagt. Die Freiheitsgrade sind z. B. ein lineares Freiheitsgrad Z längs des Taststifts 5, in 2 symbolisiert durch einen Pfeil sowie weitere Schwenk-Freiheitsgrade Y und X. Die Schwenk-Freiheitsgrade Y und X sind Schwenkrichtungen, die zueinander vorzugsweise rechtwinklig sind und jeweils radial zu dem Taststift 5 orientiert sind.
  • In dem Innenraum des Gehäuses 2 ist ein nicht weiter veranschaulichtes Messsystem angeordnet, das dazu eingerichtet ist, die Bewegungen des Taststifts 5 zu erfassen. Diese Messsysteme können magnetische, optische, kapazitive oder sonstige physikalische Effekte oder Kombinationen aus diesen nutzen.
  • Das Federgelenksystem 2 ist deutlicher in 3 veranschaulicht. Es besteht aus einer Sandwichstruktur 8 mit einer steifen Deckschicht 9, einer federnden Folie 10 und einer unteren steifen Deckschicht 11. Die Folie 10 ist beispielsweise eine dünne Stahlfolie, d. h. ein Stahlblech von beispielsweise 30 μm Dicke. Die Deckschichten 9, 11 sind beispielsweise aus etwas dickerem Stahlblech von z. B. 0,4 mm Dicke ausgebildet. Die Deckschichten 9, 11 und die Folie 10 sind miteinander fest verbunden. Sie weisen außerdem übereinstimmende Konturen auf. Wenn das Federgelenksystem 7, wie in 2 und 3 veranschaulicht, insgesamt aus außen kreisförmige Scheibe ausgebildet ist, sind die Deckschichten 9, 11 und die Folie 10 jeweils kreisförmige Zuschnitte mit gleichem Durchmesser.
  • Das Federgelenksystem 7 weist mehrere linear also gerade oder auch anderweitig geformte Trennspalte 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 auf, die als Schlitze ausgebildet sind. Bei diesen Trennspalten sind sowohl die Deckschichten 9, 11 als auch die federnde Folie 10 unterbrochen. Zusätzlich sind die Deckschichten 9, 11 mit geraden schlitzartigen Unterbrechungen 19, 20, 21, 22 versehen, bei denen die Folie 10 nicht unterbrochen ist. Somit bilden die Zonen 19 bis 22 Federgelenke, die insbesondere in 6 deutlich sichtbar sind.
  • Wie ersichtlich, bilden die Unterbrechungen 19 bis 22 Federgelenke. 4 veranschaulicht ein erstes Federgelenk 21, über das ein z. B. in Draufsicht u-förmiges Teil 23 um eine Scharnierachse 24 schwenkbar an dem übrigen Teil 25 gelagert ist, das einen Halteabschnitt oder Halteteil bildet. Damit erhält der Taststift einen ersten Freiheitsgrad in Schwenkrichtung Y, wie 2 zeigt.
  • An das Teil 23 ist über die Federscharniere 19, 20 ein weiteres Teil 27 angeschlossen, wobei die Federscharniere 19, 20 eine Schwenkachse 28 festlegen, die parallel zu der Schwenkachse 24 ist. Somit kann das Teil 27 parallel gegen das Teil 25 bewegt werden, wodurch die aus 2 ersichtliche Linearachse Z festgelegt wird.
  • An dem T-förmig ausgebildeten Teil 27 kann über das weitere Federscharnier 22 ein weiteres Teil 29 angeschlossen sein, das beispielsweise als Taststiftträger dient. Die von dem Federscharnier 22 festgelegte Schwenkachse 30 steht in einem Winkel vorzugsweise in einem rechten Winkel zu den Schwenkachsen 24, 28. Durch die Schwenkachse 30 wird ein dritter Freiheitsgrad als Schwenkrichtung X für den Taststift 5 festgelegt, wie es aus 2 ersichtlich ist.
  • Alle Federscharniere 19, 20, 21, 22 werden durch entsprechende streifenförmige Abschnitte ein und derselben Folie 10 ausgebildet. Das Federgelenksystem 7 besteht somit aus einem einzigen Folienabschnitt, an dem die Teile 25, 23, 27, 29 befestigt sind, die ebenfalls einem einzigen Teil z. B. Blechteil entstammen.
  • Zur Herstellung des Federgelenksystems 7 wird auf 7 verwiesen:
    Bei der Herstellung wird von einem Folienzuschnitt 31 ausgegangen. Dieser wird beispielsweise durch einen rechteckigen Abschnitt einer dünnen Federstahlfolie gebildet, deren Fläche zur Herstellung mehrerer, vorzugsweise vieler Federgelenksysteme 7 ausreicht. Der Federgelenkfolie werden zwei Deckkörperzuschnitte 32, 33 zugeordnet. Diese bestehen aus einem steiferen Material, beispielsweise Stahlblech mit einer Dicke, die die Dicke des Folienzuschnitts 31 übersteigt. Z. B. handelt es sich um Stahlblech von 0,4 mm Dicke, wohingegen die Folie z. B. lediglich 30 μm dick ist.
  • Auf den Deckkörperzuschnitten 32, 33 sind in 7 die gedachten Bereiche punktiert, aus denen später Federgelenksysteme 7 zu erzeugen sind. Ein solcher Bereich 34 ist in 7 hervorgehoben, um stellvertretend für alle anderen Bereiche anzudeuten, dass dieser mit einem Schlitzmuster versehen sein kann. Ein solches Schlitzmuster ist in 8 gesondert veranschaulicht. Es umfasst mehrere Schlitze insbesondere dort wo später die Federgelenke erzeugt werden sollen. Deshalb sind die Bezugszeichen der späteren Federgelenke 19 bis 22 an den entsprechenden Schlitzen vermerkt. Außerdem können sich die Schlitze auch über Bereiche erstrecken, die später Trennspalte bilden sollen. Um dies kenntlich zu machen, sind auch die Bezugszeichen der Trennspalte an den entsprechenden Schlitzen vermerkt. Ein Vergleich mit 3 macht deutlich, wie aus dem Deckkörperzuschnitt das Federgelenksystem 7 zu erzeugen ist. Zwischen den vorhandenen Schlitzen sind noch Haltestege 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 vorhanden, die sicherstellen, dass aus dem Deckkörperzuschnitt keine Teile herausfallen. Das spätere Federgelenksystem kann von weiteren Schlitzen 42, 43, 44, 45 umgeben sein, zwischen denen weitere Haltestege zur Wahrung des körperlichen Zusammenhangs zwischen den Einzelteilen vorhanden sind. Das Schlitzmuster nach 8 kann an allen in 7 punktiert veranschaulichten Bereichen der Deckkörperzuschnitte 32, 33 ausgebildet sein.
  • Zur weiteren Herstellung der Federgelenksysteme 7 werden nun die Deckkörperzuschnitte 32, 33 auf beiden Seiten des Folienzuschnitts 31 positioniert und zueinander fluchtend ausgerichtet. Sodann wird diese dreilagige Struktur zu einer Sandwichstruktur verbunden, beispielsweise indem auf den Bereichen aller Teile 23, 25, 27, 29 Laserschweißpunkte angebracht werden. Zur besseren Veranschaulichung sind die Bezugszeichen der genannten Teile in 8 eingetragen und von einem Kreis umgeben, um anzudeuten, dass aus diesen Abschnitten des Zuschnitts später die genannten Teile entstehen.
  • Im Weiteren wird dort wo die Trennspalte 12 bis 18 vorgesehen sind, die Folie unterbrochen. Dies kann in einem Laserschneidvorgang erfolgen. Im letzten Arbeitsgang werden alle verbleibenden Haltestege 35 bis 41 durchtrennt. Ebenso die zwischen den Schlitzen 42 bis 45 vorhandenen Haltestege, womit das fertige Federgelenksystem 7 aus dem Rest der gebildeten Sandwichanordnung herausfällt.
  • Somit können aus einer einzigen Sandwichanordnung eine größere Anzahl von Federgelenksystemen vereinzelt werden, die in einem prozesssicheren, leicht mechanisierbaren und menschlichen Fehlereinflüssen weitgehend entzogenen Fertigungsablauf hergestellt worden sind.
  • 9 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Federgelenksystems 7 zum Aufbau eines 3d-Tasters. Wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen besteht das Federgelenksystem 7 wiederum aus zumindest zwei, vorzugsweise drei Schichten oder Ebenen, nämlich Deckschichten 9, 11, wie sie ausschnittsweise auch aus 11 ersichtlich sind, und einer dazwischen angeordneten federnden Folie 10 in Form eines dünnen Stahlblechs. Das Federgelenksystem 7 nach 9 weist zwei Schenkel 46, 47 auf, die untereinander durch einen jochartigen Abschnitt 48 verbunden sind. Sowohl der jochartige Abschnitt 48 als auch die Schenkel 46, 47 bestehen jeweils aus steifen Feldern 46a bis 46d, 47a bis 47e und 48a, 48b, 48c. Die Felder sind von Abschnitten der Deckschichten 9, 11 gebildet und untereinander durch Spalte getrennt. Die Spalte werden durch die Folie 10 überbrückt, die Federgelenke bildet. Einige der Felder, z. B. die Felder 46b, 46c können mit Ausschnitten versehen sein. Zur Herstellung des Federgelenksystems werden vorzugsweise die oben beschriebenen Prozesse genutzt. Beispielsweise werden in einem steifen Blech, aus dem die Deckschicht 9 oder 11 erzeugt werden soll, zunächst dort Schlitze angebracht, wo später die Federgelenke entstehen sollen. Auf einem Blech können mehrere Zuschnitte entsprechend der Form des Federgelenksystems 7 erzeugt werden.
  • Zwei entsprechende Bleche können in der genannten Art durch Laserschneiden vorbereitet werden. Dabei werden vorzugsweise in den Blechen zueinander spiegelsymmetrische Schnittmuster erzeugt. Eines der Bleche wird dann gewendet. Damit liegt z. B. bei der Deckschicht 11 diejenige Seite, bei der der Laserstrahl in das Material eingedrungen ist, oben während sie bei der Deckschicht 9 unten liegt. Wie 7 zeigt, kann dadurch sichergestellt werden, dass gerundete Kanten 49, 50, 51, 52 an der der Folie 10 zugewandten Seite zu liegen kommen.
  • Nach dem Durchverbinden der Deckschichten 9, 11, beispielsweise durch Laserschweißpunkte, kann der 3D-Taster 53 nach 10 aufgerichtet werden. Dazu werden an dem Federgelenksystem 7 einige Biegungen erzeugt. Diese können durch die Federgelenke erhalten oder an gesonderten Biegelinien erzeugt werden, wie es 11 oder auch 9 mit gestrichelten Linien 54 andeutet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Feld 47c der Träger für einen Taststift 55, der endseitig eine Tastkugel 56 oder einen sonstigen Tastkörper trägt. Zur Aufrichtung des 3D-Tasters wird beispielsweise bei der Biegelinie 54 ein 90°-Winkel innerhalb des Felds 47a erzeugt. Dann wird das Feld 47e an einer mit 57 bezeichneten Stelle mit dem Feld 47a verbunden. Das Feld 47c ist nun durch eine Parallelogrammführung mit dem Feld 47a verbunden. Die Parallelogrammführung wird durch die Felder 47b, 47d nebst zugehörigen Federgelenken gebildet, die etwa an den Kanten des gebildeten rechteckigen Rings angeordnet sind.
  • Im nächsten Schritt wird das Feld 47a mit dem Feld 48a verbunden. Es wird ein rechteckiger Ring, bestehend aus den Feldern 48a, 48b, 48c, 48d gebildet, der den zuvor beschriebenen aus den Feldern 47 bestehenden Ring in geringem Abstand umschließt. Das Feld 48d ist über eine Parallelo grammführung mit dem Feld 48b verbunden. Die Parallelogrammführung wird durch die Felder 48a, 48c gebildet.
  • Im letzten Schritt wird das Feld 46d mit dem Feld 48b verbunden. Damit ist das Feld 48b über eine aus den Feldern 46a, 46c gebildete Parallelogrammführung mit dem Feld 46b verbunden. Das Feld 47c ist gegen das Feld 46b in drei Richtungen beweglich. Das Feld 46b bildet die Basis des in 10 dargestellten 3D-Tasters. Der Taststift 55 erstreckt sich durch eine Öffnung 57, die in dem Feld 46c vorgesehen sein kann. Das Feld 4b hingegen bildet eine Basis, die an einem Tastkopfträger befestigt werden kann. Gegen diese Basis ist das Feld 48b in einer ersten Richtung bewegbar. Das Feld 48d ist gegen das Feld 48b in einer zweiten Richtung bewegbar. Das Feld 47c ist gegen das Feld 48d bzw. 47a in einer dritten Richtung bewegbar. Die erste, zweite und dritte Richtung können die X, Y und Z-Richtung sein.
  • In 12 ist ein Federgelenksystem 7, das nicht den Erfindungsgegenstand verkörpert in einer Ausgestaltung als Kreuzfedergelenk dargestellt. Wiederum sind aus zwei Deckschichten 9, 11 und einer dazwischen angeordneten Folie 10 mehrere steife Felder 58, 59 geschaffen, die über Federgelenke und sich an diese anschließende Streben 60, 61, 62 miteinander verbunden sind. Die Herstellung erfolgt wieder als ebenes Federgelenksystem, in dem entsprechend mit Ausschnitten versehene Deckschichten 9, 11 auf der Folie 10 platziert und mit dieser verbunden werden. Aus diesem 3-Schichtverbund kann dann eine Vielzahl von Federgelenksystemen frei geschnitten werden, die dann zu der Gestalt nach 12 aufgerichtet und z. B. an einer Stelle 63 z. B. durch Laserschweißen miteinander verbunden werden. Im Übrigen gilt die zu den 1 bis 11 gegebene Beschreibung entsprechend für die Ausführungsform nach 12.
  • Zur Herstellung eines, 2D- oder 3D-Tasters wird zunächst eine Sandwichanordnung bestehend aus mindestens einem, vorzugsweise zwei steifen Deckkörperzuschnitten und einer zwischen diesen angeordneten Federfolie ausgegangen. Aus dieser Sandwichanordnung werden die einzelnen Federgelenksysteme mit einem geeigneten Trennverfahren ausgeschnitten.
  • 1
    Taster
    2
    Gehäuse
    3
    Abschlussplatte
    4
    Öffnung
    5
    Taststift
    6
    Tastkugel
    7
    Federgelenksystem
    x, y, z
    Achsen
    9
    Deckschicht
    10
    Folie
    11
    Deckschicht
    12–18
    Trennspalte
    19–22
    Unterbrechungen der Deckschichten = Federgelenke
    23
    Teil
    24
    Schwenkachse
    25, 27
    Teil
    28
    Schwenkachse
    29
    Teil
    30
    Schwenkachse
    31
    Folienzuschnitt
    32, 33
    Deckkörperzuschnitte
    35–41
    Haltestege
    42–45
    Schlitze
    46, 47
    Schenkel
    48
    jochartiger Abschnitt
    46a-a, 47a-d, 48a-d
    Felder
    49–52
    gerundete Kanten
    53
    3D-Taster
    54
    Linie
    55
    Taststift
    56
    Tastkugel
    57
    Öffnung
    58, 59
    Felder
    60–62
    Streben
    63
    Stelle

Claims (16)

  1. Federgelenksystem (1) für einen Taster (1), bestehend aus einer Sandwichstruktur aus einer federnden Folie (10) und zumindest einer steifen Deckschicht (9), die mit der Folie (10) verbunden ist, mit in der Deckschicht (9) ausgebildeten Unterbrechungen, die von der federnden Folie (10) überbrückt sind, um zumindest zwei Federgelenke zu bilden, wobei zumindest zwei der Federgelenke (21, 22) in einem Winkel zueinander orientiert sind, um zumindest zwei unterschiedliche Schwenktastrichtungen festzulegen, und das Federgelenksystem im Einbauzustand das Federgelenksystem eines 2D- oder 3D-Tasters bildet.
  2. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichstruktur wenigstens einen Trennspalt (12) aufweist, an dem sowohl die Folie (10) als auch die wenigstens eine Deckschicht (9) durchbrochen sind, um einen Teil (23) der Sandwichstruktur beweglich freizustellen.
  3. Federgelenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (23) der Sandwichstruktur mit der übrigen Sandwichstruktur über wenigstens ein Federgelenk (21) verbunden ist.
  4. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Federgelenke (21, 19) parallel zueinander orientiert sind, um eine lineare Tastrichtung (z) festzulegen.
  5. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ein rechter Winkel ist.
  6. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federgelenksystem zumindest zwei parallele, jeweils mehrere Federgelenke (21, 22) aufweisende Schenkel (46, 47) aufweist, die im gefalteten Zustand das Federgelenksystem eines 3D-Tasters bilden.
  7. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) und die Deckschicht (9) miteinander übereinstimmende Konturen aufweisen.
  8. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) und die Deckschicht (9) miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt oder verklebt sind.
  9. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) zwischen zwei Deckschichten (9, 11) gefasst ist.
  10. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (9, 11) Laserzuschnitte sind, die jeweils mit der strahlzugewandten Seite zu der Folie (10) hin orientiert sind.
  11. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) und die zumindest eine Deckschicht (9) aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind.
  12. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (9, 11) aus Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften bestehen.
  13. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) durch ein dünnes Metallblech gebildet ist.
  14. Federgelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichstruktur ein ebenes Element ist.
  15. Federgelenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trennspalt (12) ein viskoses Dämpfungsmittel angeordnet ist.
  16. Tastmessgerät (1) mit einem Federgelenksystem (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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Citations (4)

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DE2323447A1 (de) * 1973-05-09 1974-11-28 Wilhelm Ludwig Kraemer Parallelfuehrungselement
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