DE102009031323B4

DE102009031323B4 - Signalübertragungseinheit sowie Signalübertragungssystem

Info

Publication number: DE102009031323B4
Application number: DE102009031323.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Madlener; Wilfried Veil
Original assignee: M&H Inprocess Messtechnik GmbH
Current assignee: M&H Inprocess Messtechnik GmbH
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: WO2011009519A1; DE102009031323A1

Abstract

Messtaster (1) mit Adaptermitteln (7) zur Anbringung an einer Werkzeugmaschine, wobei die Adaptermittel (5, 6, 7, 10, 12) für eine wiederholgenaue Positionierung des Messtasters (1) an der Werkzeugmaschine und für eine Bereitstellung einer vorgegebenen Haltekraft an der Werkzeugmaschine mittels am Messtaster angebrachten Magnetmitteln (12) ausgelegt sind, und dass der Messtaster mit Sende- und/oder Empfangsmittel ausgestaltet ist, und einen Tastkopf (4) und ein Gehäuse (3) mit einem Sockel (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass drei Fußelemente (7) an einer Positionierfläche (6) des Sockels (5) ausgebildet sind, mit halbkugelförmigen Enden, die zum Eingriff in drei Vertiefungen (9) in einer Oberfläche (8) eines Maschinentisches (2) vorgesehen sind und zusätzlich ein Positionierstift (10) an der Positionierfläche (6) vorhanden ist, der in eine dazu passende Öffnung (11) in der Oberfläche (8) des Maschinentisches (2) passt, um eine eindeutige Zuordnung der Fußelemente (7) zu den Vertiefungen (9) zu erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Messtaster nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Signalübertragungssystem nach dem Obergriff des Anspruchs 5.
Stand der Technik:
Signalübertragungseinheiten, z. B. in Form eines Messtasters mit einer Sende- und Empfangseinrichtung werden regelmäßig mittels Schrauben an einem Maschinentisch an einer Werkzeugmaschine befestigt, um Messungen auszuführen und ein Schaltsignal mit Hilfe der Sende- und Empfangseinrichtung kabellos zu übermitteln.
Nach jedem Montieren des Messtasters an einem Maschinentisch ist es erforderlich, den Messtaster zu kalibrieren.
Die DE 203 18 771 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Festlegen von Gegenständen, insbesondere von zu bearbeitenden Werkstücken, Werkzeugen, Halbzeugen oder Halte- bzw. Spanneinrichtungen an einer Werkzeugmaschine mittels einer am Werkzeugtisch festschraubbaren Halteplatte und daran angeordneten, schaltbaren Magneten und einer Kugelschalen-Kugelverbindung.
Die DE 43 27 250 C5 offenbart ein Verfahren zur Koordinatenmessung an Werkstücken mittels einem Koordinatenmessgerät und einem diesem zugeordneten mechanischen Tastkopf, sowie einem am beweglichen bzw. auslenkbarren Teil des Tastkopfes mittels einer elektromagnetischen Wechselhalterung auswechselbaren Tastelementes.
Die US 4,637, 119 A offenbart die in der vorbenannten DE '250 C5 beschriebene elektro-magnetische Wechselhalterung für die Anordnung von Tastelementen an einem beweglichen bzw. auslenkbaren Teil eines Tastkopfes.
Die DE 697 19 577 T2 offenbart einen Apparat mit Stange und Kugelgelenken für die Kalibrierung einer Maschine, in der Form eines Kugelstabs mit Wandler zur Kalibrierung einer Werkzeugmaschine in drei orthogonal aufeinander stehenden Bearbeitungsebenen.
Die US 6,519,860 B1 offenbart ein Echtzeit-Positionsrückmeldesystem für eine Koordinaten-Messmaschine mit angelenkten Messmitteln (ACMM), in welchem ein Messelement möglichst nahe an einem Schneidewerkzeug oder am Arbeitspunkt ständig fest verbunden mit einem drehenden Teil ist.
In der DE 690 20 494 T2 ist eine Messsonde offenbart, die auf Änderungen in einem Werkstückentlang mehrerer Achsen ansprechen kann.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anbringung einer Signalübertragungseinheit, z. B. eines Messtasters mit Sende- und Empfangseinrichtung an einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine zu erleichtern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 5 gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung geht zunächst von einer Signalübertragungseinheit mit Adaptermitteln zur Anbringung einer Werkzeugmaschine aus.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt nun darin, dass die Adaptermittel für eine wiederholgenaue Positionierung der Signalübertragungseinheit an der Werkzeugmaschine und für eine Bereitstellung einer vorgegebenen Haltekraft an einer Werkzeugmaschine mittels Magneten ausgelegt sind.
Diese Vorgehensweise hat zunächst den Vorteil, dass durch die Wiederholgenauigkeit der Positionierung eine Kalibrierung eines Messtasters nach dessen Anbringung an z. B. einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine nur einmalig erforderlich ist. Dadurch verkürzt sich ein Messzyklus, wodurch Zeit eingespart und für eine eigentliche Werkstückbearbeitung genutzt werden kann.
Darüber hinaus ist es möglich, durch den Einsatz von Magneten, z. B. Dauermagneten eine schnelle Positionierung vorzunehmen, die dennoch eine ausreichende vorgegebene Haltekraft für die Signalübertragungseinheit zur Verfügung stellt.
Im einfachsten Fall wird die Signalübertragungseinheit manuell an einer dafür vorgesehenen Stelle, z. B. am Maschinentisch einer Werkzeugmaschine angesetzt und ist damit ohne weitere Kalibrierung für einen Messvorgang einsatzbereit.
Eine Anbringung kann damit völlig werkzeuglos erfolgen. Darüber hinaus sind gesonderte Aktoren für z. B. eine Klemmung nicht erforderlich.
Die Magnetmittel, z. B. in Form von Dauermagneten können in den Adaptermitteln an der Signalübertragungseinheit untergebracht sein.
Für eine einfache wiederholgenaue Positionierung ist es bevorzugt, wenn die Adaptermittel mechanische Positioniermittel in Form von Vertiefungen und/oder Erhöhungen umfassen. Beispielsweise sind drei fußartige Erhebungen vorgesehen, für das Einstellen in passende Vertiefungen an einer Werkzeugmaschine.
Zusätzlich kann ein insbesondere zu Positioniererhebungen asymmetrisch angeordneter Zentrierstift vorgesehen sein, um eine immer eindeutige Positionierung in Bezug zu der vorgesehenen Positionierstelle zu erhalten.
Die mechanischen Elemente sind vorzugsweise so ausgelegt, dass nach einer einmaligen Kalibrierung eine wiederholgenaue Positionierung von 50 um, insbesondere besser 20 µm oder von < 10 µm möglich ist.
Magnetmittel sind vorzugsweise so ausgelegt, dass eine ausreichende Haltekraft gewährleistet werden kann, jedoch die Haltekraft nicht so groß ist, dass ein manuelles Entfernen nach einem Positioniervorgang einen unpraktikablen großen Kraftaufwand erfordert.
Im Weiteren ist es bevorzugt, wenn die Signalübertragungseinheit als Messtaster mit Sende- und/oder Empfangsmittel ausgestattet ist. Die Signalübertragung erfolgt vorzugsweise kabellos.
Damit lassen sich einerseits Messsignale des Messtasters z. B. an eine Basisstation übertragen. Andererseits kann der Messtaster mit einem „Startsignal“ aktiviert werden.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung betrifft ein Signalübertragungssystem bestehend aus einer soeben beschriebenen Signalübertragungseinheit sowie Aufnahmemittel für die Aufnahme der Adaptermittel an einer Werkzeugmaschine. Der wesentliche Aspekt bei dem Signalübertragungssystem liegt darin, dass die Adaptermittel und die Aufnahmemittel für eine wiederholgenaue Positionierung der Signalübertragungseinheit an der Werkzeugmaschine und die Bereitstellung einer vorgegebenen Haltekraft der Signalübertragungseinheit an der Werkzeugmaschine mittels Magnetmittel ausgelegt sind.
Die Magnetmittel sind vorzugsweise an der Signalübertragungseinheit angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, eine Anbringung an vorgegebener Stelle an der Werkzeugmaschine vorzunehmen bzw. sowohl an der Signalübertragungseinheit als auch an der Werkzeugmaschine Magnetmittel vorzusehen. Durch die Anbringung von Magnetmitteln an der Signalübertragungseinheit kann vermieden werden, dass in einem unerwünschten Ausmaß an den Magnetmitteln Späne einer Werkstückbearbeitung abgelagert werden.
Gemäß der Erfindung umfassen die Aufnahmemittel mechanische Positionierungsmittel in Form von Vertiefungen, die auf die Adaptermittel abgestimmt sind. Vorzugsweise sind an der Werkzeugmaschine lediglich Vertiefungen vorgesehen, so dass keine hochstehenden Elemente, insbesondere an einem Maschinentisch vorhanden sind, die eine Werkstückpositionierung und/oder Bearbeitung behindern könnten.
In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn in entsprechende Vertiefungen an z. B. einem Werkzeugtisch einer Werkzeugmaschine passende Erhebungen der Adaptermittel eingreifen, um eine kalibrierungsfreie wiederholgenaue Positionierung der Signalübertragungseinheit zu erreichen.
Im Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahmemittel eine Halteplatte umfassen, die für eine Anbringung an einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist und welche dazu ausgelegt ist, daran die Adaptermittel zu befestigen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Werkzeugmaschine leicht mit den mechanischen Merkmalen auszustatten, die erforderlich sind, um die Adaptermittel positionsgenau und wiederholgenau anbringen zu können.
Damit können an bestehenden Werkzeugmaschinen durch Nachrüsten die Voraussetzungen geschaffen werden, um eine erfindungsgemäße Positionierung einer Signalübertragungseinheit zu ermöglichen.
Beispielsweise besitzt die Halteplatte Verankerungsmittel für die Anbringung an z. B. Nuten eines Maschinentisches. Die Haltemittel können dadurch z. B. angeschraubt werden. Nach einer einmaligen Kalibrierung der Halteplatte in Bezug auf die Signalübertragungseinheit ist es dann nicht mehr erforderlich, dass beim Entfernen und Wiederpositionieren der Signalübertragungseinheit eine Kalibrierung durchgeführt werden muss.
Damit wird insbesondere, wenn die Signalübertragungseinheit als Messtaster ausgebildet ist, eine vereinfachte und verkürzte Messung ermöglicht, was sich bei einer dadurch möglichen erhöhten Maschinenlaufzeit kostenmindernd auswirken kann.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten nachfolgend näher erläutert.
In der Figur ist ein Messtaster 1 sowie ein Ausschnitt eines Maschinentisches 2 einer Werkzeugmaschine in einer perspektivischen Darstellung abgebildet, in welcher der Messtaster 1 kurz davor steht, am Maschinentisch 2 positioniert zu werden.
Der Messtaster 1 besitzt ein Gehäuse 3 mit einer Messmechanik (nicht dargestellt) und einem Tastkopf 4. Des Weiteren ist am Gehäuse 3 ein Sockel 5 ausgebildet, mit einer Positionierfläche 6. An der Positionierfläche 6 befinden sich drei Fußelemente 7, deren Enden halbkugelförmig sind.
Passend zu den Fußelementen 7 sind in einer Oberfläche 8 des Maschinentisches 2 drei Vertiefungen 9 vorgesehen, deren Lage und Abmessungen bzw. Formgebung auf die Fußelemente 7 abgestimmt sind, so dass eine wiederholgenaue und kalibrierungsfreie Positionierung des Messtasters 1 am Maschinentisch 2 ermöglicht ist. Um eine eindeutige Zuordnung der Fußelemente 7 zu den Vertiefungen 9 zu erreichen, ist zusätzlich ein Positionierstift 10 an der Positionierfläche 6 vorhanden, der in eine dazu passende Öffnung 11 in der Oberfläche 8 des Maschinentisches 2 passt.
Sobald der Messtaster 1 nah genug dem Maschinentisch 2 angenähert ist, kommen Magnetkräfte zum Einsatz, von z. B. Dauermagneten, die im Sockel 5 des Gehäuses 3 des Messtasters angeordnet sind und eine Anziehungskraft an den Maschinentisch 2 bewirken.
Bei vollzogener Positionierung des Messtasters 1 am Maschinentisch 2 ist das Ausmaß der magnetischen Haltekraft so groß, dass der Messtaster 1 nicht nur eindeutig in Bezug zu Maschinentisch 2 gehalten wird, sondern dass auch verrückungsfrei Messungen in Bezug zum Tastkopf 4 möglich sind.
Ein Positionieren und Wiederentfernen des Messtasters 1 nach erfolgter geänderter Messung kann manuell oder jegliches Werkzeug und jeglichen Kalibrierungsvorgang erfolgen. Sobald das Messgerät aufgesetzt ist, kann mit einer Messung begonnen werden.
Schaltsignale lassen sich durch eine Sendeeinrichtung (nicht dargestellt), die vorzugsweise im oberen Bereich des Gehäuses 3 sitzt, an einen entsprechenden Empfänger übermitteln. Gegebenenfalls ist eine bidirektionale Kommunikation möglich, was eine Sende- und Empfangseinrichtung im Messtaster 1 voraussetzt.
Im Ausführungsbeispiel sind an der Positionierfläche 6 lediglich Erhebungen und am Maschinentisch 2 lediglich Vertiefungen ausgebildet, um die erfindungsgemäße Positionierung mit der entsprechenden Genauigkeit zu erhalten.
Vertiefungen in der Oberfläche des Maschinentisches sind in keinster Weise störend für eine Positionierung eines Werkstücks oder bei einem Bearbeitungsvorgang eines Werkstücks. Dennoch ist die Möglichkeit geschaffen, wiederholgenau und kalibrierungsfrei jederzeit für eine erforderliche Messung einen Messtaster daran zu platzieren.
Bezugszeichenliste

1: Messtaster
2: Maschinentisch
3: Gehäuse
4: Tastkopf
5: Sockel
6: Positionierfläche
7: Fußelement
8: Oberfläche
9: Vertiefung
10: Positionierstift
11: Öffnung
12: Dauermagnet

Claims

Messtaster (1) mit Adaptermitteln (7) zur Anbringung an einer Werkzeugmaschine, wobei die Adaptermittel (5, 6, 7, 10, 12) für eine wiederholgenaue Positionierung des Messtasters (1) an der Werkzeugmaschine und für eine Bereitstellung einer vorgegebenen Haltekraft an der Werkzeugmaschine mittels am Messtaster angebrachten Magnetmitteln (12) ausgelegt sind, und dass der Messtaster mit Sende- und/oder Empfangsmittel ausgestaltet ist, und einen Tastkopf (4) und ein Gehäuse (3) mit einem Sockel (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass drei Fußelemente (7) an einer Positionierfläche (6) des Sockels (5) ausgebildet sind, mit halbkugelförmigen Enden, die zum Eingriff in drei Vertiefungen (9) in einer Oberfläche (8) eines Maschinentisches (2) vorgesehen sind und zusätzlich ein Positionierstift (10) an der Positionierfläche (6) vorhanden ist, der in eine dazu passende Öffnung (11) in der Oberfläche (8) des Maschinentisches (2) passt, um eine eindeutige Zuordnung der Fußelemente (7) zu den Vertiefungen (9) zu erreichen.
Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptermittel (5, 6, 7, 10, 12) mechanische Positioniermittel (7, 10) in Form von Vertiefungen und/oder Erhöhungen umfassen.
Messtaster nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptermittel (5, 6, 7, 10, 12) so ausgestaltet sind, dass eine wiederholgenaue Positionierung von besser 50 µm ermöglicht ist.
Messtaster nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptermittel (5, 6, 7, 10, 12) für eine werkzeuglose Positionierung und Befestigung mit vorgegebener Haltekraft an einer Werkzeugmaschine ausgelegt sind.
Signalübertragungssystem bestehend aus einem Messtaster (1) nach einem der vorherigen Ansprüche sowie Aufnahmemittel (9, 11) an einer Werkzeugmaschine für die Aufnahme der Adaptermittel (5, 6, 7, 10, 12), dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptermittel (5, 6, 7, 10, 12) und die Aufnahmemittel (8, 9) für eine wiederholgenaue Positionierung des Messtasters (1) an der Werkzeugmaschine und die Bereitstellung einer vorgegebenen Haltekraft des Messtasters an der Werkzeugmaschine mittels Magnetmittel (12) ausgelegt sind und zusätzlich ein Positionierstift (10) an der Positionierfläche (6) vorhanden ist, der in eine dazu passende Öffnung (11) in der Oberfläche (8) des Maschinentisches (2) passt, um eine eindeutige Zuordnung der Fußelemente (7) zu den Vertiefungen (9) zu erreichen.
Signalübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugmaschine Magnetmittel (12) vorgesehen sind.