DE10343102B4

DE10343102B4 - Tastkopf vom messenden Typ für Koordinatenmessgeräte

Info

Publication number: DE10343102B4
Application number: DE2003143102
Authority: DE
Inventors: Heinz-Eckhard Dr. Habermehl
Original assignee: Leitz Messtecknik GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: DE10343102A1

Abstract

Tastkopf vom messenden Typ für Koordinatenmessgeräte, wobei der Tastkopf wenigstens eine Tastkopfschaukel aufweist, die einen ortsfesten Teil aufweist und einen beweglich gelagerten Teil, der an dem ortsfesten Teil mittels Federblechen befestigt ist, wobei an dem beweglichen Teil entweder der Taststift oder eine weitere Tastkopfschaukel angeordnet ist, wobei der Tastkopf wenigstens eine Vorrichtung zum Klemmen wenigstens einer Tastkopfachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als eine wenigstens eine Reibschlussverbindung mit Reibflächen (1, 2) aufweisende Vorrichtung ausgebildet ist, und dass die Reibflächen (1, 2) aus Drahtbürsten gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf vom messenden Typ für Koordinatenmessgeräte.
In Koordinatenmessgeräten werden zunehmend Tastköpfe eingesetzt, die nach dem messenden Prinzip arbeiten. Sie haben Vorteile gegenüber Tastköpfen, die gemäß dem schaltenden Prinzip arbeiten. Insbesondere erlauben sie, scannend zu messen.
Um die Messzeiten zu reduzieren, werden die Koordinatenmessgeräte mit immer höherer Dynamik betrieben. Die hohen Beschleunigungswerte beim Anfahren und Bremsen des Tastkopfes führen jedoch dazu, dass er in diesen Phasen aufgrund der wirkenden Trägheitskräfte ausgelenkt wird. Dies kann im Extremfall zur Erkennung einer Antastung beim Verfahren der Achse, einer so genannten "Luftantastung", führen.
Um solche Messfehler zu verhindern, besteht die Möglichkeit, die Achsen im messenden Tastkopf während der Bewegungsphase mit hohen Beschleunigungswerten durch eine Klemmvorrichtung festzustellen. Beim Öffnen der Klemmung vor dem Messvorgang darf dann jedoch keine Auslenkung der Tastkopfachsen erfolgen.

Gemäß dem Stand der Technik ( DE 298 14 216 U1 ist eine so genannte formschlüssige Klemmung bekannt. Mit dieser formschlüssigen Klemmung hält die Tastkopfachse in der geklemmten Stellung eine feste Nulllagenposition ein. Sie wird bei der Montage des Tastkopfes voreingestellt. Bei einer leichten Schieflage des Tastkopfes, zum Beispiel nach dem Einbau in die Messmaschine oder durch die Maschinenaufstellung, verändert sich jedoch die Nulllage der Achse. Als Folge kann die Tastkopfachse nach dem Öffnen der Klemmung in eine andere Position springen. Dann wird ein Nachstellen der Nulllage nötig.

Gemäß dem Stand der Technik ( DE 199 61 326 A1 ) ist es auch bekannt, eine ausschließliche Reibschlussklemmung vorzusehen. Bei einer Reibschlussklemmung tritt jedoch der Nachteil auf, dass die erforderlichen Kräfte eingestellt werden müssen, so dass zum einen der Reibschluss auftritt, zum anderen jedoch im Kollisionsfalle bei einem Koordinatenmessgerät der Reibschluss überwunden werden kann, um eine Zerstörung des Tasters und des Tastkopfes zu vermeiden.

Weiterhin gehört zum Stand der Technik ( DE 41 16 795 A1 ) ebenfalls eine Klemmvorrichtung, die ausschließlich einen Reibschluss zwischen den Klemmflächen der Klemmelemente und der Laufbahn bewirkt. Hier treten ebenfalls die schon genannten Nachteile auf.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Klemmung anzugeben, die bei sich verändernden Ruhestellungen ein Springen des Tastkopfes in eine andere Position nach dem Öffnen der Klemmung vermeidet, die darüber hinaus ohne aufwändige Einstell- und Justierarbeiten auskommt und dennoch ein Lösen des Tastkopfes im Kollisionsfalle gewährleistet.

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

Dadurch, dass der erfindungsgemäße Tastkopf wenigstens eine Vorrichtung zum Klemmen wenigstens einer Tastkopfachse aufweist, wobei die Vorrichtung als eine wenigstens eine Reibschlussverbindung aufweisende Vorrichtung ausgebildet ist, wird das Springen der Tastkopfachse beim Öffnen verhindert. Prinzipbedingt hält die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung im Moment des Klemmvorganges die aktuelle Position der Achse fest. Beim Lösen der Klemmung steht die Achse dann in derselben Position wie beim Schließen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Reibfläche fest an einem ortsfesten Teil der Tastkopfschaukel und eine korrespondierende Reibfläche an einem beweglichen Teil der Tastkopfschaukel angeordnet.

Es ist möglich, mehrere Reibflächen mit korrespondierenden Reibflächen vorzusehen. Ausreichend ist jedoch lediglich eine Reibfläche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reibfläche des beweglichen Teiles an einem beweglichen Hebelarm angeordnet, derart, dass der Reibschluss durch Bewegen des Hebelarmes vollständig aufhebbar ist. Besonders vorteilhaft ist der Hebelarm als Federblechelement ausgebildet, und die Reibfläche ist am Ende des Federblechelementes angeordnet.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, dass die Reibflächen aneinander liegen, sofern keine Energiezufuhr vor handen ist. Das bedeutet, dass die Klemmung auch bei fehlender Energie vorhanden ist und dadurch beispielsweise eine Transportsicherung gegeben ist. Bei einem Energieausfall während eines Antastvorganges wird der Tastkopf ebenfalls automatisch geklemmt, wodurch der Sicherheitsaspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht wird.

Zur Trennung der Reibflächen voneinander ist vorteilhaft eine auf den beweglichen Hebelarm wirkende Vorrichtung zum gesteuerten Auslenken des Hebels vorgesehen, wobei die Vorrichtung vorteilhaft als Stellelement, und zwar als pneumatisches, hydraulisches, elektrisches, magnetisches und/oder piezoelektrisches Stellelement ausgebildet ist.

An die Reibflächen und ihre Anordnung zur Achse werden besondere Anforderungen gestellt.

Je höher der Reibkoeffizient der Flächen und je höher die Kraft zwischen den Flächen ist, desto größer wird die Klemmkraft. Die Oberflächenrauigkeit (Mikroverzahnung) der Oberflächen darf nicht zu grob sein, um Rasteffekte zu minimieren, die ein Springen im Mikrometerbereich bei Öffnen der Klemmung hervorrufen würden. Eine Anordnung aus Flächen, die aus überschliffenen Drahtbürsten mit feinen, kurzen Drähten besteht, was die Standzeit der Anordnung erhöht, ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Lage der Reibflächen (der Winkel) zueinander einstellbar. Durch diese Justagemöglichkeit lassen sich Rasteffekte beziehungsweise Positionsverschiebungen während des Öffnens und Schließens verhindern.

Vorteilhaft erfolgt die Klemmbewegung rechtwinklig zur Messrichtung. Die Federblechbefestigung wird hierdurch nicht durch Stöße belastet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wirkt das Stellelement über einen Kniehebel auf den die Reibfläche tragenden Hebelarm. Durch den Kniehebel wird eine besonders vorteilhafte Kraftübertragung beziehungsweise Kraftübersetzung erreicht, so dass ein relativ klein dimensioniertes Stellelement verwendet werden kann.

Bei Ausfall der Energie in der Koordinatenmessmaschine wird der Tastkopf automatisch geklemmt. Vorteilhafterweise werden die Reibkräfte so eingestellt, dass die Klemmung bei einer Kollision überdrückt wird, ohne dass der Tastkopf beschädigt wird. Dadurch bleibt der volle Sicherheitsweg der Tastkopfschaukeln auch im geklemmten Zustand erhalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass durch die Klemmung im energielosen Zustand der Sicherheitsaspekt bei Energieausfall berücksichtigt wird.

Auch während des Klemmens bleibt der volle Sicherheitsweg des Tastkopf es erhalten.

Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass das System nicht oder kaum in Schwingungen gerät, wenn die Klemmung gelöst wird.

Die Montage und damit auch der Service sind sehr einfach. Der Aufbau ist unempfindlich.

Es erfolgt bei der Verwendung von pneumatischen Stelleinrichtungen kein Wärmeeintrag in den Tastkopf. Darüber hinaus braucht die Druckluft nicht besonders rein zu sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat weiterhin den Vorteil, dass die Anordnung sehr preiswert ist.

Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass im Kollisionsfall der volle Sicherheitsweg vorhanden ist. Ein zusätzliches Freigeben der Klemmung im Kollisionsfall ist ebenfalls von Vorteil.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nur beispielhaft dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt mit offener Klemmung;
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt mit geschlossener Klemmung.
Das zentrale Element der reibschlüssigen Klemmung sind zwei aufeinanderliegende Reibflächen (1, 2), die durch ein pneumatisches Stellelement (3), das auf die Fläche (2) wirkt, getrennt werden können. Die Reibfläche (1) ist fest an einem ortsfesten Teil (4) einer Tastkopfschaukel, die Reibfläche (2) ist über ein bewegliches Federblechelement (5) am beweglichen Teil (6) der Tastkopfschaukel befestigt. Die Teile (4, 6) sind über Federbleche (16) federnd miteinander verbunden.
Das Stellelement (3) ist als Pneumatikzylinder ausgebildet. Über die Vorspannung des Federblechelementes (5) kann die Kraft zwischen den Reibflächen (1, 2) und damit die Haftreibung, das heißt die Klemmkraft, in gewissen Grenzen eingestellt werden.
Zum Öffnen der Klemmung wird der Pneumatikzylinder (3) mit Druckluft beaufschlagt. Ein Kolben (7) fährt aus und drückt über einen Hebel (8), der als Kniehebel ausgebildet ist, gegen das elastische Federblech (5). Die beiden Klemmflächen (1, 2) werden getrennt und die Tastkopfachse kann sich frei bewegen.
Das Federblech (5) verhindert durch sein hohes Flächenträgheitsmoment eine Lose in der Wirkrichtung der Klemmung. Eine Befestigung (9) des Federbleches (5) muss so ausgeführt sein, dass keine Lose entsteht.
Der Hebel (8), an dem ein Kugellager (10) befestigt ist, gestattet es, das Übersetzungsverhältnis und damit die Kraft zum Öffnen einstellbar zu gestalten. Durch das auf dem Blech (5) abrollende Kugellager (10) wird der Verschleiß minimiert.
Einstellbare Drosseln (11, 12) in einem Zuführungsschlauch (14) beziehungsweise Auslassschlauch (15) des Luftzylinders (3) gestatten es, die Bewegung des Kolbens (7) beim Öffnen und Schließen zu dämpfen. Der Schlag beim Öffnungs- oder Schließvorgang wird dadurch minimiert.
Durch die Verwendung einer pneumatischen Stelleinrichtung (3, 7) zum Bewegen der Klemmung wird keine Energie, das heißt kein Wärmeeintrag, in den Tastkopf eingebracht. Es lassen sich jedoch auch andere Stellglieder einsetzen, zum Beispiel magnetische oder elektrische Stellglieder, Piezoelemente und dergleichen.
Beim Überschreiten einer Kraftschwelle wie im Kollisionsfall gleiten die Klemmflächen (1, 2) übereinander und ermögliche eine Bewegung im vollen Sicherheitsweg des Tastkopfes. Damit ist im geklemmten Zustand trotzdem ein Kollisionsschutz gewährleistet. Zusätzlich kann bei Erkennen einer Kollision durch die Steuerung der Koordinatenmessmaschine die Klemmung geöffnet werden, indem ein Ventil (13) Luft auf den Zylinder gibt.
Ist kein Luftdruck auf dem Zylinder (3), so ist der Tastkopf geklemmt, das heißt, dass beim Transport des Tastkopfes die Klemmung immer aktiv ist. Dies bedeutet einen zusätzlichen Schutz für den Tastkopf.

1: Reibfläche
2: Reibfläche
3: Stellelement
4: ortsfester Teil der Tastkopfschaukel
: über Federbleche (16)
5: Federblechelement
6: beweglicher Teil der Tastkopfschaukel
: über Federbleche (16)
7: Kolben
8: Kniehebel
9: Befestigung
10: Kugellager
11: Drosselventil
12: Drosselventil
13: Ventil
14: Zuführungsschlauch
15: Auslassschlauch
16: Federbleche

Claims

Tastkopf vom messenden Typ für Koordinatenmessgeräte, wobei der Tastkopf wenigstens eine Tastkopfschaukel aufweist, die einen ortsfesten Teil aufweist und einen beweglich gelagerten Teil, der an dem ortsfesten Teil mittels Federblechen befestigt ist, wobei an dem beweglichen Teil entweder der Taststift oder eine weitere Tastkopfschaukel angeordnet ist, wobei der Tastkopf wenigstens eine Vorrichtung zum Klemmen wenigstens einer Tastkopfachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als eine wenigstens eine Reibschlussverbindung mit Reibflächen (1, 2) aufweisende Vorrichtung ausgebildet ist, und dass die Reibflächen (1, 2) aus Drahtbürsten gebildet sind.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibfläche (1) fest an einem ortsfesten Teil (4) der Tastkopfschaukel und eine korrespondierende Reibfläche (2) an einem beweglichen Teil (6) der Tastkopfschaukel angeordnet ist.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (2) des beweglichen Teiles an einem beweglichen Hebelarm (5) angeordnet ist, derart, dass der Reibschluss vollständig aufhebbar ist.
Tastkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm als Federblechelement (5) ausgebildet ist.
Tastkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (2) am Ende des Federblechelementes (5) angeordnet ist.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächen (1, 2) ohne Energiezufuhr als aneinander liegende Reibflächen (1, 2) ausgebildet sind.
Tastkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine auf den beweglichen Hebelarm (5) wirkende Vorrichtung (3, 7) zum gesteuerten Auslenken des Hebelarmes (5) vorgesehen ist.
Tastkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vorrichtung (3, 7) als pneumatisches, hydraulisches, elektrisches, magnetisches, elektromagnetisches und/oder piezoelektrisches Stellelement ausgebildet ist.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel der Reibflächen (1, 2) zueinander einstellbar sind.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckkraft der Reibflächen im geklemmten Zustand einstellbar ist.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächen (1, 2) aus überschliffenen Drahtbürsten mit feinen, kurzen Drähten bestehen.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbewegung rechtwinklig oder annähernd rechtwinklig zur Messrichtung erfolgt.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselelement vorgesehen ist, das die Öffnungs- und Schließzeit der Klemmung verzögert.
Tastkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine auf den beweglichen Hebelarm (5) wirkende Vorrichtung (3, 7) zum gesteuerten Auslenken des Hebelarmes (5) als eine über einen Kniehebel (8) auf den Hebelarm (5) wirkende Vorrichtung (3, 7) ausgebildet ist.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Klemmen als eine die Klemmung im Kollisionsfall überdrückbare Vorrichtung ausgebildet ist.
Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Klemmen als eine die Klemmung im Kollisionsfall aktiv freigebende Vorrichtung ausgebildet ist.