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Die Erfindung betrifft einen Messtaster einer Messmaschine, insbesondere einer Tastschnittmessmaschine, umfassend einen Tastarm, der sich in Richtung einer Längsachse erstreckt, an dessen Ende eine Tastspitze angeordnet ist, wobei Befestigungsmittel am Tastarm angeordnet sind, um die Tastspitze am Tastarm zu befestigen, wobei die Befestigungsmittel umfassen: einen gabelförmig ausgebildeten Griffabschnitt, der in einem axialen Endbereich des Tastarms angeordnet ist und der mindestens zwei Haltearme umfasst, die ausgebildet sind, einen Abschnitt der Tastspitze zu greifen, und Verspannmittel, mit denen die beiden Haltearme aufeinander zu verspannt werden können.
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Messmaschinen, die mit einem Messtaster eine Geometrie erfassen (taktile Messgeräte), wie beispielsweise Konturmessgeräte, Rauheitsmessgeräte, 2-D-Messgeräte und 3-D-Messgeräte, benötigen für die diversen Messaufgaben entsprechende Messtaster. Diese sind bei der Durchführung des Messvorgangs über eine Messtaster-Aufnahme mit dem Messgerät mechanisch verbunden. Die Tasteraufnahme kann dabei in verschiedenen Achsen schwenkbar bzw. verschiebbar sein. Messtaster offenbaren die DE 10 2005 010 352 B3 und die
DE 20 2005 003 652 U1 .
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Eine spezielle Problematik ist dabei die Befestigung der Tastspitze am Messtaster. Ziel ist es dabei, die Tastspitze einfach und sicher montieren zu können, wobei sichergestellt sein muss, dass die Tastspitze in einer definierten Lage am Messtaster festliegt, um eine hinreichende Messgenauigkeit erzielen zu können.
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Zur Anbringung der Tastspitze ist das Verkleben derselben mit dem Tastarm bekannt. Nachteilig ist hier die schlechte Reproduzierbarkeit der Haltekraft. Verklebte Tastspitzen lösen sich relativ häufig vom Messtaster, was insbesondere erfolgt, wenn Stöße auf die Tastspitze ausgeübt werden. Der zur Anwendung kommende Spezialklebstoff samt Lösungsmittel ist des weiteren häufig für den Menschen giftig und birgt entsprechende arbeitssicherheitstechnischen Probleme. Weiterhin kann ein einwandfreies Verkleben der Tastspitze mit dem Tastarm nur von Fachpersonal vorgenommen werden, da ein besonders sorgfältiges Ausrichten vor dem eigentlichen Verkleben nötig ist. Durch Fehlausrichtungen der Tastspitze von beispielswiese nur 1° bis 3° zur Tastspitzenachse können bereits erhebliche Messfehler bedingt sein.
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Als alternative Befestigungsmöglichkeit kann ein Verschrauben der Tastspitze mit dem Tastarm vorgesehen werden. Problematisch ist hier zum einen gleichermaßen die genaue Ausrichtung der Tastspitze am Tastarm. Beim Anziehen von Befestigungsschrauben dominiert der Kraftschluss der Tastspitze in einer Aufnahmebohrung, so dass es relativ leicht passieren kann, dass die Tastspitze leicht verdreht zu ihrer Achse verschraubt wird. Auch das Vorsehen einer Planfläche auf der Tastspitze richtet mitunter diese nicht ausreichend aus.
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Ein weiteres Problem besteht hierbei darin, dass die Verschraubung der Tastspitze zumeist nur stirnseitig bzw. frontseitig am Tastarm erfolgen kann. Dies hat zur Folge, dass die Befestigungsschraube axial aus dem Tastarm herausragt und es zu Kollisionsproblemen mit dem zu vermessenden Werkstück kommen kann. Viele Anwendungen in der taktilen Messtechnik erfordern nämlich die Abtastung steiler, abfallender Winkel. In diesem Falle wirkt sich die Stirn- bzw. Frontseite des Messtasters mit der Verschraubung als Störkontur aus und verhindert den Einsatz des Messtasters.
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Bekannt sind des weiteren Lösungen, bei denen die Fixierung der Tastspitze am Tastarm durch Federkraft in Verbindung mit Andruckstücken erfolgt. Eine solche Lösung ist in der
DE 10 2005 007 003 B4 beschrieben. Nachteilig ist auch hier ein möglicherweise erfolgendes unbeabsichtigtes Lösung oder Verlagern der Tastspitze vom bzw. zum Tastarm infolge von Stößen oder Schlägen im Betrieb der Messeinrichtung. Ebenfalls kommt auch hier die erläuterte Problematik des stirnseitig aus dem Messtaster herausragenden Befestigungsmechanismus zum Tragen, die es in manchen Fällen (nämlich beim Vermessen steiler Konturen) unmöglich macht, einen Messtaster dieser Art einzusetzen. Des weiteren ist der Befestigungsmechanismus aufwändig aufgebaut und entsprechend teuer in der Herstellung und in der Montage. Auch der Miniaturisierung des Messtasters sind hierdurch entsprechende Grenzen gesetzt.
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Durch die relativ aufwändige Bauform des Messtasters kommt es hierbei auch vor, dass bereits beim Einsetzen der Tastspitze - insbesondere im Falle von doppelseitig wirkenden Tastspitzen - diese beschädigt werden können.
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Im Lichte der vorbekannten Messtaster und der ihnen innewohnenden Probleme liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Messtaster der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Demgemäß soll eine einfache und sichere, aber auch hochpräzise Aufnahme der Tastspitze im Tastarm möglich werden, ohne hierfür einen hohen Aufwand in der Herstellung des Messtasters und bei der Montage der Tastspitze in den Tastarm treiben zu müssen. Wichtig ist weiterhin, dass der stirnseitige Bereich des Messtasters möglichst frei von Störkanten durch die Befestigungsmittel ist, um somit auch steile Konturen problemlos vermessen zu können.
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Die Lös u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tastarm zumindest in seinem axialen Endbereich eine zylindrische Grundkontur aufweist, wobei sich die Tastspitze in eine Richtung erstreckt, die senkrecht auf der Längsachse des Tastarms steht, wobei die Haltearme in einer Richtung gesehen, die senkrecht auf der Längsachse des Tastarms steht, eine Ausformung aufweisen, die kongruent zur Form des zu haltenden Abschnitts der Tastspitze ausgebildet ist, wobei die Verspannmittel durch ein zylindrisches Gewinde und eine auf das Gewinde aufgeschraubte Spannmutter gebildet werden, wobei das Gewinde in den axialen Endbereich des Tastarms in dessen äußeren Umfang eingearbeitet ist, und wobei die Tastspitze im am oder im Tastarm befestigten Zustand im axialen Endbereich des Tastarms axial weitgehend bündig mit dem Tastarm abschließt.
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Die Spannmutter ist insbesondere ausgebildet als platzsparende Rändelmutter mit Innengewinde für eine problemlose Handbedienung.
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Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Haltearme (in einer Richtung gesehen, die senkrecht auf der Längsachse des Tastarms steht) sowie der zu haltende Abschnitt der Tastspitze eine zumindest abschnittsweise quadratische Ausformung aufweisen. Aber auch andere Formen haben sich bewährt, z. B. eine hexagonale Querschnittsform der Haltearme und des Griffabschnitts der Tastspitze.
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Durch den bündigen Abschluss wird eine stirnseitig ausladende Konstruktion vermieden, so dass auch steile Konturen problemlos gemessen werden können.
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Die Haltearme können - zwecks leichter Montage der Tastspitze - in ihrem axialen Endbereich mit einer Abschrägung bzw. Anfasung versehen sein.
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Der gabelförmig ausgebildete Griffabschnitt ist bevorzugt durch einen Funkenerosionsvorgang in den Grundkörper des Tastarms eingebracht.
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Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung eines Messtasters wird eine einfach herstellbare Anordnung bereitgestellt, die sich durch geringe Herstellkosten auszeichnet. Auf aufwändige Konstruktionen kann verzichtet werden. Die benötigte gabelförmige Kontur des Griffabschnitts wird bevorzugt durch einen Funkenerosionsprozess erzeugt, der kostengünstig durchführbar ist und eine sehr hohe Präzision in der Formgebung aufweist.
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Im Falle der zylindrischen Ausführung des Außengewindes wird der Tastspitze bzw. deren Griffabschnitt bevorzugt eine leicht übermäßige Kontur (Übermaß) - im Verhältnis zur Gegenkontur des gabelförmigen Griffabschnitts vorgegeben. Somit wird die Tastspitze nach dem Einschieben in die Haltearme mit leichter elastischer Vorspannung gehalten. Wird dann auf das zylindrische Gewinde bei leicht übermäßiger Tastspitze die Mutter aufgeschraubt, erfolgt ein Festspannen der Tastspitze am Tastarm.
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Aus dem zylindrischen Gewinde wird beim Einklemmen der Tastspitze also durch die leicht übermaßige Kontur des Griffabschnitts der Tastspitze ein leichtes Konusgewinde mit einem spitzen Winkel (im elastischen Bereich des Werkstoffes). Dadurch entsteht beim Festspannen der Mutter eine hohe Keilkraft, auch beim Anziehen der Mutter von Hand. Die Tastspitze kann so leicht von Hand in den Messtaster eingesetzt werden. Die Vorspannung im Messtaster durch die Auslenkung der leicht übermaßigen Tastspitze hält diese fest.
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Im Falle des konischen Außengewindes wird die Tastspitze bevorzugt genau passend zur Gegenkontur der Haltearme gefertigt. Dann liegt beim Einschieben der Tastspitze in die Haltearme keine Vorspannung vor, die die Tastspitze nach dem Einsetzen festhält. Das Verspannen der Tastspitze erfolgt dann erst beim Anziehen der Spannmutter.
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Die Mutter in beiden Ausführungen kann von Hand angezogen werden. Es wird kein Werkzeug oder Fachpersonal benötigt.
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Die Außenkontur spannt die Tastspitze durch Formschluss und Anpresskraft der Mutter.
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Hiermit werden diverse Vorteile erreicht:
- Der Platzbedarf der Halterung für die Tastspitze ist klein. Insbesondere ist der frontseitige bzw. stirnseitige Platzbedarf praktisch Null, so dass es in einfacher Weise möglich wird, auch steile, abfallende Winkel an einem Bauteil zu vermessen. Die eingebrachte Kontur im Messtaster stellt also sicher, dass die Tastspitze bündig mit dem Tastarm abschließt und nicht axial darüber hinausragt.
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Die Ausrichtung der Tastspitze im Tastarm ist präzise möglich. Durch die bevorzugte Doppelkonus-förmige Ausgestaltung der Haltearme erfolgt die Ausrichtung der Tastspitzenachse genau, so dass ausrichtungsspezifische Messfehler vermieden werden können.
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Durch den einfachen Aufbau wird es auch möglich, die Aufnahme der Tastspitze im Tastarm sehr klein auszuführen, ohne einen hohen Aufwand in der Herstellung der benötigten Teile zu haben. Die Bauart ist leicht skalierbar, Minimal-Grenzen durch Einbauten gibt es nicht bzw. kaum.
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Die Herstellung ist einfach und kostengünstig möglich. Die Funkenerosion und Gewindeherstellung sind günstige und gängige Techniken.
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Unbeabsichtigte Auslenkungen durch Stöße sowie Schläge im Messbetrieb können durch den Formschluss und die hohe Spannkraft (Anpresskraft der Tastspitze in den Haltearmen des Tastarms) vermieden werden.
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Die Vorrichtung und deren Einstellung sind gut reproduzierbar. Auch bei Handbedienung (Anziehen der Spannmutter per Hand) können stets gleiche Spannbedingungen gewährleistet werden.
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Gesundheitlich problematische Medien (Klebstoffe) werden nicht benötigt.
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Auch doppelseitige Tastspitzen können problemlos beschädigungsfrei gehandhabt und in den Tastarm eingebaut werden. Keine der beiden Tastspitzen muss in diesem Falle durch eine Bohrung geschoben werden, in der bei vorbekannten proprietären Systemen beim Einsetzen Beschädigungsmöglichkeiten durch Einbauten gegeben sind. Gleichermaßen muss auch keine der beiden Tastspitzen durch eine Bohrung geschoben werden, bei der der Anwender durch Parallel- bzw. Winkelversatz zur Bohrung die Tastspitze beschädigen kann. Die doppelseitigen Tastspitze kann einfach mittig am Schaft, ohne Gefahr einer Beschädigung, eingesetzt werden.
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Die eingebrachte Kontur im Tastarm mit Einführ-Fase und Formschluss-Element erleichtert die Montage und stellt eine beschädigungsfreie Handhabung der Tastspitze sicher.
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Die in die Haltearme eingebrachte Kontur ist in ihrer Lage und Länge so ausgeführt, dass das verwendete Material des Tastarms stets im linearelastischen Bereich verbleibt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 einen Messtaster in der Seitenansicht, der aus einem Tastarm besteht, an dem axial endseitig eine Tastspitze angeordnet ist,
- 2 in der Draufsicht den Tastarm vor der Montage der Tastspitze und vor Aufbringung einer Spannmutter,
- 3 in der Draufsicht den Tastarm vor der Montage der Tastspitze aber nach Aufschrauben der Spannmutter,
- 4 die Seitenansicht einer Tastspitze gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 5 die Seitenansicht einer Tastspitze gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 6 die Draufsicht auf die Tastspitze gemäß 4,
- 7 den Schnitt A-B gemäß 4,
- 8 den Montagevorgang der Tastspitze in den Tastarm, wobei in der Draufsicht das Einschieben der Tastspitze in einen Griffabschnitt des Tastarms dargestellt ist, und
- 9 in der Draufsicht die in den Tastarm montierte Tastspitze.
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In 1 ist ein Messtaster 1 in der Seitenansicht zu sehen, der an einer nicht dargestellten Messmaschine angeordnet ist. Der Messtaster 1 besteht aus einem Tastarm 2, an dessen einem axialen Ende eine Tastspitze 3 befestigt ist. Der Tastarm 2 weist eine Längsachse L auf. Die Tastspitze 3 erfährt beim Abfahren eines nicht dargestellten Werkstücks Auslenkungen auf der Achse R in beide Achsrichtungen.
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Damit die Tastspitze 3 sicher und einfach am Ende des Tastarms 2 befestigt werden kann, sind Befestigungsmittel 4 im axialen Endbereich 6 des Tastarms 2 vorhanden. Zu deren Ausführung wird auf die weiteren Figuren verwiesen.
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In 2 ist - gesehen in der Draufsicht, also in Richtung R - zu erkennen, dass die Befestigungsmittel 4 einen Griffabschnitt 5 umfassen, der vorliegend durch zwei Haltearme 7' und 7" gebildet wird, die in 3 bezeichnet sind. Weiterhin umfassen die Befestigungsmittel 4 Verspannmittel 8 in Form eines Gewindes 9, das in den zylindrischen Außenumfang des Tastarms 2 im axialen Endbereich 6 eingeschnitten ist; ferner umfassen die Verspannmittel 8 eine Spanmutter 10 in Form einer Rändelmutter, die auf das Gewinde 9 aufgeschraubt ist. In 2 ist die Mutter 10 noch nicht aufgeschraubt, wie es in 3 der Fall ist.
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Wie in den 2 und 3 gesehen werden kann, werden die beiden Haltearme 7' und 7" durch einen Einschnitt gebildet, der in das Material des zylindrischen axialen Endbereich 6 des Tastarms 2 eingebracht ist; die genaue Profilierung dieses Einschnitts und daraus resultierend der Haltearme 7', 7" geht am besten aus den 8 und 9 hervor.
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Zunächst ist aber in den 4 und 5 je ein Beispiel für die Ausgestaltung einer Tastspitze 3 gegeben, die am axialen Ende des Tastarms 2 zu montieren ist. Die Tastspitze 3 hat entweder eine einfache Form (s. 4) oder eine Ausgestaltung als Doppeltastspitze (s. 5). Den Schnitten A-B in gemäß 7 bzw. C-D gemäß 6 kann entnommen werden, dass der Endbereich der Tastspitze 3 gemäß 4 bzw. der Mittenbereich der Tastspitze 3 gemäß 5 als profilierter Griffabschnitt ausgebildet ist. Konkret ist hier vorgesehen, dass eine im wesentlichen quadratische Querschnittsform eingeschliffen ist, so dass die Tastspitze 3 mit definierter Orientierung im Tastarm 2 gehalten werden kann.
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Hierzu weisen die Haltearme 7' und 7" eine korrespondierende, d. h. kongruente Form auf, wie es die 8 und 9 zeigen. Dem per Funkenerosion in den Tastarm 2 eingearbeiteten komplett durchgehenden Schlitz 12 und seiner Profilierung kann entnommen werden, dass die Geometrie der Haltearme 7', 7" derjenigen des Halteabschnitts der Tastspitze 3 entspricht, d. h. die Tastspitze 3 kann mit definierter formschlüssiger Ausrichtung bzw. Orientierung im Tastarm 2 aufgenommen werden.
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Der Montagevorgang der Tastspitze 3 in den Tastarm 2 ergibt sich aus 8 und 9. Gemäß 8 wird die Tastspitze 3 in Richtung der Längsachse L in den gabelförmig ausgebildeten Griffabschnitt 5 eingeschoben, wodurch sich die beiden Haltearme 7', 7" elastisch aufdehnen bzw. aufspreizen (s. 8). Abschrägungen bzw. Anfasungen 11 der Haltearme 7', 7" sichern ein einfaches und beschädigungsfreies Einschieben der Tastspitze 3 in den Tastarm 2. Die Spannmutter 10 wurde vor dem Einschieben der Tastspitze 3 auf dem Gewinde nach rechts geschraubt (in 8 daher nicht zu sehen).
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Ist die Tastspitze 3 in der in 9 skizzierten Montage-Endposition zwischen den Haltearmen 7', 7" angelangt, wird die Spannmutter 10 auf dem Gewinde 9 nach links geschraubt, bis sich ein hinreichender Spanndruck zwischen den Haltearmen 7', 7" aufgebaut hat, so dass die Tastspitze 3 sicher in Tastarm 2 gehalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messtaster
- 2
- Tastarm
- 3
- Tastspitze
- 4
- Befestigungsmittel
- 5
- Griffabschnitt
- 6
- axialer Endbereich
- 7'
- Haltearm
- 7''
- Haltearm
- 8
- Verspannmittel
- 9
- Gewinde
- 10
- Spannmutter (Rändelmutter)
- 11
- Abschrägung
- 12
- Schlitz
- R
- Richtung
- L
- Längsachse
