DE19502840C2 - Tastmeßgerät - Google Patents
TastmeßgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Tastmeßgerät und insbesondere ein Tastmeßgerät, das
Abstandsmessungen in Richtung einer Meßachse und quer dazu erlaubt.
Ein Mehrkoordinaten-Tastmeßgerät, das nicht nur eine Abstandmessung in
Richtung einer vorbestimmten Hauptkoordinate bzw. Meßachse erlaubt, sondern
auch Abstandmessungen in beliebiger Winkellage senkrecht zu der Meßachse, ist
aus DE 41 00 323 A1 bekannt. Ein solches Tastmeßgerät hat ein Gehäuse, und
einen in Richtung der Meßachse relativ zu dem Gehäuse verschiebbaren und
mittels eines Universalgelenks um einen auf der Meßachse liegenden Schwenk
punkt allseitig schwenkbar an dem Gehäuse geführten Tasthebel. Der Tasthebel
ist federnd in eine Ruhelage vorgespannt und hat einen aus dem Gehäuse heraus
ragenden Tastarm, dessen freies Tastende einen in der Ruhestellung des Tast
hebels auf der Meßachse liegenden Tast-Bezugspunkt definiert. Mit dem Tastarm
ist gleichachsig ein Koppelarm verbunden, dessen dem erstgenannten Univer
salgelenk fernes Ende mittels eines zweiten Universalgelenks um einen zweiten
Schwenkpunkt allseitig schwenkbar mit einem Lenkerelement verbunden ist. Das
Lenkerelement ist seinerseits mittels eines dritten Universalgelenks allseitig um
einen auf der Meßachse verschiebbaren dritten Schwenkpunkt schwenkbar an
dem Gehäuse geführt. Das Lenkerelement hat eine die Meßachse umschließende,
von dem ersten Schwenkpunkt wegweisende Ringschulter, die an einer ent
gegengesetzten, die Meßachse gleichfalls umschließenden Ringschulter eines
parallel zur Meßachse in dem Gehäuse verschiebbaren Kopplungsstücks aufliegt.
Eine Meßuhr mißt den Hub des Kopplungsstücks. Durch geeignete Bemessung der
Schwenkpunktabstände wird erreicht, daß die radiale Auslenkung des Tastendes
des Tastarms einerseits und die axiale Auslenkung des Tastendes um gleich große
Wege zu gleich großen Auslenkungen des Kopplungsstücks führen. Zwar ist die
Meßgenauigkeit eines solchen Tastmeßgeräts in axialer Richtung, d. h. in Rich
tung der Meßachse und in radialer Richtung sehr hoch, doch wird dies mit
vergleichsweise hohem Konstruktionsteile- und Fertigungsaufwand erkauft.
Aus DE 19 32 010 C3 und DE 37 01 730 C2 sind Tastmeßgeräte bekannt, die
gleichfalls einen in Richtung der Meßachse relativ zu einem Gehäuse verschieb
baren und mittels eines Universalgelenks um einen auf der Meßachse liegenden
Schwenkpunkt allseitig schwenkbar an dem Gehäuse geführten, federnd in eine
Ruhestellung vorgespannten Tasthebel haben. Auch hier definiert das freie
Tastende des aus dem Gehäuse herausragenden Tastarms des Tasthebels einen in
der Ruhestellung des Tasthebels auf der Meßachse liegenden Tast-Bezugspunkt.
Der Tasthebel hat einen Koppelarm, dessen, bezogen auf den Schwenkpunkt,
dem Tastende fernes, freies Ende eine in der Ruhestellung des Tasthebels zur
Meßachse rotationssymmetrische, äußere Steuerfläche bildet. In dem Gehäuse ist
in Richtung der Meßachse verschiebbar ein Kopplungsstück geführt, dessen
Position, bezogen auf das Gehäuse von einer Meßeinrichtung, beispielsweise einer
Meßuhr, erfaßt wird. Das Kopplungsstück hat eine zum Tastende hin sich erwei
ternde und offene Aussparung, die eine zur Meßachse rotationssymmetrische,
innere Steuerfläche bildet, an der die äußere Steuerfläche des Koppelarms anliegt.
Die Steuerflächen sind so geformt, daß der Koppelarm sowohl beim Verschieben
des Tastarms in Richtung der Meßachse als auch beim Auslenken des Tastarms
um den Schwenkpunkt das Kopplungsstück in Richtung der Meßachse mit im
wesentlichen gleichem Proportionalitätsfaktor mitnimmt. Durch geeignete Wahl
der Krümmung der Erzeugenden der Steuerflächen lassen sich auch hier
Meßfehler zwischen axialer und radialer Messung vermeiden. Bei dem aus
DE 19 32 010 C3 bekannten Tastmeßgerät hat die äußere Steuerfläche des
Koppelarms eine im wesentlichen kreisabschnittförmige Erzeugende, deren
Kreismittelpunkt exzentrisch zur Rotationssymmetrieachse liegt, während
die Erzeugende der inneren Steuerfläche des Kopplungsstücks geradlinig ist.
Im Fall des Tastmeßgeräts der DE 37 01 730 C2 hat die innere Steuerfläche
des Kopplungsstücks eine mathematisch vorgegebene, konvex gekrümmte
Form, während die äußere Steuerfläche des Koppelarms durch eine Kugel
abschnittsfläche gebildet wird.
Bei den bekannten Tastmeßgeräten kann sich der Tasthebel zur Begrenzung
seiner Endauslenkung sowohl in axialer Richtung, d. h. in Richtung der
Meßachse, als auch in radialer Richtung, d. h. senkrecht zur Meßachse,
ausschließlich über die Steuerflächen an dem Gehäuse abstützen. Bei den
Steuerflächen handelt es sich jedoch um Präzisionsflächen, durch die
Meßfehler ausgeglichen werden sollen. Übermäßige Endanschlagskräfte
können diese Präzisionsflächen beschädigen.
Aus DE 24 46 400 A1 ist ein Tastmeßgerät bekannt, dessen Tastarm die
aus einem Gerätegehäuse herausragende Verlängerung eines in dem
Gehäuse um eine feststehende Achse schwenkbar gelagerten Tasthebels
bildet. Der Tasthebel wirkt mit seinem im Gehäuse gelegenen Ende über
einen Hebelmechanismus auf eine induktive Meßeinrichtung und ist seitlich
der Schwenkachse mit Sackbohrungen versehen, in die am Gehäuse
gehaltene Schwenkwegbegrenzungsschrauben eingreifen. Durch die
Schwenkwegbegrenzung wird die induktive Meßeinrichtung vor Schäden
geschützt. Darüber hinaus ist der Tastarm mit Hilfe eines federbelasteten
Knickgelenks an dem Tasthebel gehalten. Das Knickgelenk schützt den
Tastarm vor übermäßiger Beanspruchung.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, Schäden an dem
Tastmeßgerät zu mindern oder zu vermeiden, die durch übermäßige Tast
kräfte sich ergeben könnten.
Die Erfindung geht aus von einem Tastmeßgerät, welches umfaßt:
ein Gehäuse,
einen in Richtung einer Meßachse relativ zu dem Gehäuse verschiebbaren und mittels eines Universalgelenks um einen auf der Meßachse liegenden Schwenkpunkt allseitig schwenkbar an dem Gehäuse geführten, federnd in eine Ruhestellung vorgespannten Tasthebel mit einem aus dem Gehäuse herausragenden Tastarm, dessen freies Tastende einen in der Ruhestellung des Tasthebels auf der Meßachse liegenden Tast-Bezugspunkt definiert und einem Koppelarm, dessen, bezogen auf den Schwenkpunkt, dem Tastende fern es, freies Ende eine in der Ruhestellung des Tasthebels zur Meßachse rotationssymmetrische äußere Steuerfläche mit im wesentlichen konvexer Erzeugender, insbesondere einer kreis abschnittförmigen Erzeugenden, bildet, deren Kreismittelpunkt exzentrisch zur Rotationssymmetrieachse liegt,
ein in dem Gehäuse in Richtung der Meßachse verschiebbar geführtes Kopplungs stück mit einer zum Tastende hin sich erweiternden und offenen Aussparung, die eine zur Meßachse rotationssymmetrische innere Steuerfläche, insbesondere in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeugender bildet, an der die äußere Steuerfläche des Koppelarms anliegt, wobei die Steuerflächen so geformt sind, daß der Koppelarm sowohl beim Verschieben des Tastarms in Richtung der Meßachse als auch beim Auslenken des Tastarms um den Schwenkpunkt das Kopplungsstück in Richtung der Meßachse mitnimmt und
eine die Position des Kopplungsstücks bezogen auf das Gehäuse erfassende Meßeinrichtung.
ein Gehäuse,
einen in Richtung einer Meßachse relativ zu dem Gehäuse verschiebbaren und mittels eines Universalgelenks um einen auf der Meßachse liegenden Schwenkpunkt allseitig schwenkbar an dem Gehäuse geführten, federnd in eine Ruhestellung vorgespannten Tasthebel mit einem aus dem Gehäuse herausragenden Tastarm, dessen freies Tastende einen in der Ruhestellung des Tasthebels auf der Meßachse liegenden Tast-Bezugspunkt definiert und einem Koppelarm, dessen, bezogen auf den Schwenkpunkt, dem Tastende fern es, freies Ende eine in der Ruhestellung des Tasthebels zur Meßachse rotationssymmetrische äußere Steuerfläche mit im wesentlichen konvexer Erzeugender, insbesondere einer kreis abschnittförmigen Erzeugenden, bildet, deren Kreismittelpunkt exzentrisch zur Rotationssymmetrieachse liegt,
ein in dem Gehäuse in Richtung der Meßachse verschiebbar geführtes Kopplungs stück mit einer zum Tastende hin sich erweiternden und offenen Aussparung, die eine zur Meßachse rotationssymmetrische innere Steuerfläche, insbesondere in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeugender bildet, an der die äußere Steuerfläche des Koppelarms anliegt, wobei die Steuerflächen so geformt sind, daß der Koppelarm sowohl beim Verschieben des Tastarms in Richtung der Meßachse als auch beim Auslenken des Tastarms um den Schwenkpunkt das Kopplungsstück in Richtung der Meßachse mitnimmt und
eine die Position des Kopplungsstücks bezogen auf das Gehäuse erfassende Meßeinrichtung.
Bei einem solchen Tastmeßgerät ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das
Kopplungsstück dem freien Ende des Koppelarms benachbart eine in Richtung der
Meßachse durchgehende Durchgangsöffnung hat und daß einerseits an dem
Gehäuse und andererseits an dem freien Ende des Koppelarms, jedoch seitlich von
dessen äußerer Steuerfläche einander zugeordnete Anschlagorgane vorgesehen
sind, die zumindest für die Begrenzung des Verschiebewegs des Tasthebels längs
der Meßachse bei im wesentlichen auf der Meßachse liegendem Tast-Bezugs
punkt durch die Durchgangsöffnung hindurch aneinander anlegbar sind.
Bei einem solchen Tastmeßgerät werden zumindest die bei axialen Abstandmes
sungen eventuell auftretenden Endanschlagskräfte unmittelbar von dem Tasthebel
in das Gehäuse geleitet. Die Steuerflächen sind an der Übertragung der End
anschlagskräfte nicht beteiligt, können also nicht durch solche Kräfte beschädigt
werden.
Eine sehr einfache Gestaltung der Anschlagorgane wird erreicht, wenn die innere
Steuerfläche des Kopplungsstücks dessen Durchgangsöffnung zentrisch um
schließt. Beispielsweise kann dann das Anschlagorgan des Koppelarms durch eine
Anschlag-Stirnfläche des Koppelarms gebildet werden, die von der äußeren
Steuerfläche des Koppelarms zentrisch umschlossen wird. Das Anschlagorgan des
Gehäuses kann beispielsweise als in Richtung der Meßachse vorstehender
Vorsprung ausgebildet sein, der durch die Durchgangsöffnung hindurch in
Anlagekontakt zur Anschlag-Stirnfläche des Koppelarms treten kann. Die An
schlagorgane können integral an dem Gehäuse oder dem Tasthebel angeformt
sein; zumindest eines der Anschlagorgane kann auch durch einen elastischen
Puffer gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung,
werden auch die bei Querauslenkung des Tastendes eventuell sich ergeben
den Endanschlagskräfte nicht von den Steuerflächen aufgenommen, sondern von
gesonderten Anschlagorganen. Es ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß an
dem Kopplungsstück seitlich von dessen innerer Steuerfläche und an dem
Koppelarm seitlich von dessen äußerer Steuerfläche ringförmig die Meßachse
umschließende Anschlagorgane vorgesehen sind, die bei Auslenkung des Tast
hebels um den Schwenkpunkt aneinander anlegbar sind. Bei Querauslenkung
auftretende Endanschlagskräfte werden zwar nicht unmittelbar in das Gehäuse
abgeleitet, jedoch werden auch hier die empfindlichen Steuerflächen geschont.
Bei dem ringförmigen weiteren Anschlagorgan des Kopplungsstücks kann es sich
um die Innenfläche der auch die innere Steuerfläche bildenden Aussparung des
Kopplungsstücks handeln. Eine solche Innenfläche läßt sich mit hinreichender
Präzision leicht herstellen, insbesondere wenn es sich um eine zylindrische
Innenfläche handelt. Gleichfalls einfach herstellbar ist das ringförmige weitere
Anschlagorgan des Koppelarms, wenn es als äußere Umfangsfläche eines Ring
vorsprungs oder dergleichen des Koppelarms ausgebildet ist.
Belastungsschäden an einem Tastmeßgerät der vorstehend erläuterten Art können
nicht nur auf Grund von Endanschlagskräften auftreten, sondern auch bei über
mäßiger Beschleunigung des Tasthebels durch zu schnelles Anfahren des Ta
stendes an den zu messenden Gegenstand. Die üblicherweise als mechanische
Meßuhr ausgebildete Meßeinrichtung setzt der Beschleunigung des Tasthebels
und dem über die Steuerflächen in Anlagekontakt mit dem Tasthebel stehenden
Kopplungsstück eine gewisse Trägheitsmasse entgegen, die über die Steuer
flächen beschleunigt werden muß. Auf das Tastende des Tasthebels wirkende
Stoßbeschleunigungskräfte können nicht nur die Steuerflächen beschädigen,
sondern auch den Mechanismus der Meßuhr. Einem weiteren Aspekt der Erfin
dung liegt das technische Problem zugrunde, durch Stoßbelastungen des Tast
meßgeräts entstehende Schäden zu mindern bzw. zu vermeiden.
Auch unter dem weiteren Aspekt geht die Erfindung von dem bereits erläuterten
Tastmeßgerät aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopplungs
stück und dem Gehäuse eine das Kopplungsstück zum Tastende hin vorspan
nende Rückstellfeder eingespannt ist, daß im Stellantriebsweg der Meßeinrichtung
zwischen dieser und dem Kopplungsstück eine Spielkupplung vorgesehen ist, die
ein Bewegungsspiel des Kopplungsstücks relativ zur Meßeinrichtung zuläßt und
daß der Spielkupplung eine das Bewegungsspiel ausgleichende, insbesondere
entgegen der Kraft der Rückstellfeder ausgleichende Spielausgleichsfeder zu
geordnet ist. Die Spielausgleichsfeder spannt die Spielkupplung in eine spielfreie
Stellung, in der Stellkräfte von dem Kopplungsstück auf die Meßeinrichtung
spielfrei übertragen werden. Die Spielkupplung ist jedoch nicht in der Lage auch
Stoßbeschleunigungskräfte des Kopplungsstücks auf die träge Mechanik der
Meßeinrichtung zu übertragen. Die Spielkupplung öffnet in einem solchen Fall
gegen die Kraft der Spielausgleichsfeder kurzzeitig und hält Stoßbelastungskräfte
von der Meßeinrichtung fern. Mit Verschwinden der Stoßbelastungskräfte schließt
die Spielkupplung erneut in der dann durch das Kopplungsstück bestimmten
Meßstellung. Bei der Spielausgleichsfeder kann es sich um eine in der Meß
einrichtung ohnehin für deren Betrieb erforderliche Feder handeln, beispielsweise
um eine innere Rückstellfeder einer Meßuhr. So kommt man zu einer vergleichs
weise einfachen Konstruktion, wenn die Meßeinrichtung einen mit Spiel in eine
Kupplungsöffnung des Kopplungsstücks eingreifenden Kupplungsstift aufweist,
den die Spielausgleichsfeder vom Tastende weg in Richtung der Meßachse
spannt.
Als weitere Maßnahme zum Schutt empfindlicher Baukomponenten des Tastmeß
geräts ist es beispielsweise aus DE-A-41 00 323 bekannt, daß der Tastarm ein
Soll-Bruchteil aus sprödem Material, insbesondere Keramik aufweist, das zwi
schen dem Universalgelenk und dem Tastende eingefügt ist. Ein solches Soll-Bruch
teil kann zweckmäßigerweise auch bei dem erfindungsgemäßen Meßtaster
vorgesehen. Bei übermäßiger Anschlagbelastung bricht das Tastende ab, wodurch
insbesondere die Steuerflächen und die Meßeinrichtung vor Beschädigung
geschützt werden. Bei der nachfolgenden Reparatur des Tasters muß das Soll-Bruch
teil erneuert werden, wobei allerdings der Tastarm zum Universalgelenk und
zum Steuerarm ausgerichtet und abstandjustiert werden muß. Um dies auf
einfache Weise zu ermöglichen, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung
vorgesehen, daß das Soll-Bruch
teil in einem axiale und radiale Paßflächen aufweisenden Sockelelement
befestigt ist, das seinerseits in einer axiale und radiale Gegen-Paßflächen bilden
den Steckaufnahmeöffnung eines den Koppelarm aufweisenden, von dem Univer
salgelenk geführten Bauteils positioniert ist, wobei das Sockelelement mit einem
Ende eines Toleranzausgleichsstifts verbunden ist, dessen anderes Ende im
Abstand vom Sockelelement mit dem Bauteil verbunden ist. Das Sockelelement
wird auf diese Weise unabhängig von seiner sonstigen betriebsmäßigen Fixierung
über die Paßflächen axial und radial relativ zum Schwenkpunkt und zu dem
Koppelarm positioniert. Der Toleranzausgleichsstift übernimmt die axiale Fixierung
und gleicht, da er lediglich im Bereich seiner Enden mit dem Sockelelement
einerseits und dem Bauteil andererseits verbunden ist, eventuell vorhandene
Toleranzen dieser Befestigungsstellen aus.
In einer einfachen und damit zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Universalge
lenk als Kugelgelenk ausgebildet, dessen Gelenkkugel einstückig mit dem Koppe
larm verbunden ist und dessen Kugelpfanne in eine zylindrische, zur Meßachse
zentrische Kugelführung übergeht. Der Koppelarm und die Gelenkkugel bilden
hierbei eine Baueinheit, die ein zur Meßachse zentrisches, die Steckaufnahmeöff
nung bildendes Sackloch enthält, das den Toleranzausgleichsstift zwischen
dessen Enden mit Abstand umschließt.
Um die axiale Baulänge des Tastmeßgeräts möglichst gering halten zu können, ist
zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Kopplungsstück als den Koppelarm
umschließende, in einer zylindrischen, zur Meßachse zentrischen Führungsöffnung
des Gehäuses verschiebbare Hülse ausgebildet ist, deren Innenmantel im Bereich
des dem Schwenkpunkt fernen Hülsenendes unter Bildung der inneren Steuer
fläche vom Schwenkpunkt weg, insbesondere in Form einer Kegelstumpffläche
mit geradliniger Erzeugender verengt ist, und daß zur Führung der Hülse in der
Führungsöffnung des Gehäuses am Außenmantel der Hülse in axialem Abstand
voneinander zwei radial vorstehende Führungsflansche vorgesehen sind. Die
Hülse hat zweckmäßigerweise im wesentlichen gleichmäßige Wandstärke und
zwar auch im Bereich ihrer inneren Steuerfläche. Ihre Außenkontur folgt damit im
wesentlichen der Innenkontur. Eine solche Hülse hat vergleichsweise geringes
Gewicht, was das Trägheitsmoment der Hülse und damit die Gefahr von Stoßbe
lastungsschäden der Steuerflächen mindert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung
haben die Führungsflansche ringförmige Führungsflächen, die wenig
stens bei im Bereich seiner Ruhelage sich befindendem Tasthebel sämtlich im
wesentlichen auf der zum Schwenkpunkt gelegenen Seite der Stelle gegenseitiger
Anlage der Steuerflächen gelegen sind. Durch eine solche Gestaltung wird
erreicht, daß die Hülse bezüglich beider Führungsflächen vom Koppelarm hier
ausschließlich ziehend bewegt wird, was die an den Führungsflächen wirksamen
Reibungskräfte mindert. Auch durch diese Maßnahme wird die Gefahr von
Stoßbelastungsschäden an den Steuerflächen gemindert und es werden Meßhy
steresefehler verkleinert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt einen Axiallängsschnitt eines Tastmeßgeräts gemäß der Erfin
dung.
Das allgemein mit 1 bezeichnete Tastmeßgerät umfaßt ein Gehäuse 3, an dem ein
allgemein mit 5 bezeichneter Tasthebel in Richtung einer durch das Gehäuse 3
definierten Meßachse 7 verschiebbar geführt ist. Der Tasthebel 5 ist mittels eines
Universalgelenks in Form eines Kugelgelenks 9 darüber hinaus um einen auf der
Meßachse 7 liegenden Schwenkpunkt 11 allseitig schwenkbar an dem Gehäuse 3
geführt und wird von einer Rückstellfeder 13 in nachfolgend noch näher erläuter
ten Weise in die in der Zeichnung dargestellte Ruhestellung federnd vorgespannt.
Der Tasthebel 5 hat einen aus dem Gehäuse herausragenden Tastarm 15, dessen
freies, durch eine Kugel gebildetes Tastende 17 einen in der Ruhestellung des
Tasthebels 5 auf der Meßachse 7 liegenden Tast-Bezugspunkt 19 definiert.
Bezogen auf den Schwenkpunkt 11 ragt ein Koppelarm 21 des Tasthebels 5
entgegengesetzt zum Tastarm 15 in eine kreiszylindrische, zur Meßachse 7
zentrische Führungsöffnung 23 des Gehäuses 3 hinein. In der Führungsöffnung
23 ist ein im wesentlichen hülsenförmiges Kopplungsstück 25 in Richtung der
Meßachse 7 verschiebbar geführt. Einer an dem Gehäuse 3 gehaltene Meßuhr 27
oder andere Meßeinrichtung erfaßt die Position des Kopplungsstücks 25 relativ
zum Gehäuse 3.
Das Kopplungsstück 25 hat im Bereich seines, dem Schwenkpunkt 11 axial
fernen Endes eine innere Steuerfläche 29 in Form einer Kegelstumpffläche mit
geradliniger Erzeugender, mit der es an einer am freien Ende des Koppelarms 21
gebildeten konvexen äußeren Steuerfläche 31 des Tasthebels 5 anliegt. Die innere
Steuerfläche 29 ist zur Meßachse 7 rotationssymmetrisch, während die äußere
Steuerfläche 31 zu der in der Ruhestellung des Tasthebels 5 mit der Meßachse 7
zusammenfallenden Geraden durch den Tast-Bezugspunkt 19 und den Schwenk
punkt 11 rotationssymmetrisch ist. Die äußere Steuerfläche 31 hat eine kreisab
schnittförmige Erzeugende, deren Kreismittelpunkt exzentrisch zu dieser Geraden
liegt. Die mit ihrem einen Ende in einer Ringnut 33 des Bodens der Führungsöff
nung 23 und mit ihrem anderen Ende an einem Ringansatz 35 des Kopplungs
stücks 25 geführte Rückholfeder 13 spannt das Kopplungsstück 25 in Richtung
auf das Tastende 17 zu vor und sorgt zugleich für einen Anlagekontaktdruck der
aneinander anliegenden Steuerflächen 29, 31.
Im Betrieb wird das Tastmeßgerät 1 mittels eines bei 37 angedeuteten, zur
Meßachse 7 gleichachsigen Steilkegelschafts in einer Werkzeugmaschine oder
einem Meßgerät oder dergleichen gehalten. Bei einer im Meßbetrieb sich ergeben
den Stellbewegung des Tastendes 17 in Richtung der Meßachse 7 nimmt der
Koppelarm 21 das Kopplungsstück 25 mit, welches seinerseits die Meßuhr 27
stellt. Bei einer Stellbewegung des Tastendes 17 quer zur Meßachse 7 schwenkt
der Koppelarm 21 um den durch das Kugelgelenk 9 definierten Schwenkpunkt 11.
Die bei dieser Schwenkbewegung des Koppelarms 21 entlang ihrer Erzeugenden
aneinander gleitenden Steuerflächen 29, 31 setzen die Schwenkbewegung des
Tasthebels 5 in eine axiale Bewegung der Kopplungshülse 25 um, derart, daß die
Meßuhr 27 den radialen Abstand des Tast-Bezugspunkts 19 von der Meßachse 7
mißt. Durch die erläuterte Gestaltung der Steuerflächen 29, 31 wird erreicht, daß
der radiale Abstand des Tast-Bezugspunkts 19 von der Meßachse 7 in einem
linear proportionalen 1 : 1 Verhältnis in den durch die Schwenkbewegung des
Tasthebels 5 bewirkten axialen Stellhub des Kopplungsstücks 25 umgesetzt wird.
Das Kugelgelenk 9 hat eine integral mit dem Koppelarm 21 ausgebildete, zur
Gelenkachse 11 zentrische Gelenkkugel 38, die in einem die Führungsöffnung 23
zum Tastende 17 hin begrenzenden Gelenkpfannenteil 39 sitzt. Das Gelenkpfan
nenteil 39 ist in das Gehäuse 3 eingeschraubt und setzt sich dem Tastende 17
entgegengesetzt in einer zylindrischen Führung 41 fort, die die Gelenkkugel 38 bei
der axialen Verschiebebewegung des Tasthebels 5 radial zur Meßachse 7 führt.
Zur Sicherung des Tasthebels 5 gegen Verdrehen um die Meßachse 7 ist in einer
den Schwenkpunkt 11 in der Ruhestellung des Tasthebels 5 einschließenden,
achsnormalen Ebene ein Stift 43 an dem Gelenkpfannenteil 39 vorgesehen, der in
einen in einer Axiallängsschnittebene des Tasthebels 5 in der Gelenkkugel 38 sich
erstreckenden Schlitz 45 eingreift.
Der aus dem Gehäuse 3 vorstehende Tastarm 15 kann im Meßbetrieb aus
Unachtsamkeit oder dergleichen Stoßbelastungen ausgesetzt sein oder aber der
Tastarm 15 wird axial oder radial bis an seine Hubgrenzen ausgelenkt. Für eine
axiale Hubbegrenzung der Bewegung des Tasthebels 5 hat das Kopplungsstück
25 dem freien Ende des Koppelhebels 21 benachbart eine zentrische Durch
trittsöffnung 47, in der eine von der äußeren Steuerfläche 31 des Koppelhebels
21 umschlossene Anschlagfläche 49 zum Boden der Führungsausnehmung 23
des Gehäuses 3 hin freiliegt. Vom Boden der Führungsausnehmung 23 steht
zentrisch zur Meßachse 7 ein zapfenartiger Vorsprung 51 ab, der in die Durch
trittsöffnung 47 eingreifen kann und mit seiner Stirnfläche 53 an der Anschlag
fläche 49 zur axialen Hubbegrenzung anlegbar ist. Axial auf das Tastende 17
wirkende Anschlagkräfte werden auf diese Weise direkt in das Gehäuse 3
geleitet, werden also nicht von den Steuerflächen 29, 31 aufgenommen.
Um die radiale Hubbewegung zu begrenzen, ist im Bereich des freien Endes des
Koppelarms 21 ein Ringwulst 55 angeformt, dessen Umfangsfläche 57 zur
radialen Hubbegrenzung des Tasthebels 5 an eine axial seitlich der inneren
Steuerfläche 29 anschließende, ringzylindrische innere Anschlagfläche 59 des
Kopplungsstücks 25 anschlägt. Auch hier werden Anschlagkräfte nicht von den
Steuerflächen 29, 31 aufgenommen.
Einen weiteren Schutz der Steuerflächen 29, 31, wie auch der Meßuhr 27
ermöglicht ein als Keramikhülse ausgebildetes Soll-Bruchteil 61 des Tastarms 15.
Das Soll-Bruchteil 61 verbindet die Kugel des Tastendes 17 mit einem einstückig
die Gelenkkugel 38 und den Koppelarm 21 umfassenden Bauelement. Bei über
mäßig großen radialen Anschlagkräften bricht das Tastende 17 ab, wodurch die
Steuerflächen 29, 31 und die Meßuhr 27 vor Beschädigung geschützt werden.
Um das Soll-Bruchteil 21 in einem solchen Fall problemlos auswechseln zu
können, ist das dem Tastende 17 abgewandte Ende des Soll-Bruchteils 61 in
einem Sockelelement 63 befestigt. Das Sockelelement 63 sitzt mit radialem
Paßsitz in einem zentrischen Sackloch 65 des durch die Gelenkkugel 38 und den
Koppelhebel 21 gebildeten Bauteils und wird durch eine zum Schwenkpunkt 11
hinweisende axiale Paßfläche 67 des Sockelelements axial positioniert. Für die
axiale Fixierung ist ein in Richtung des Tastarms 1 5 sich erstreckender Toleranz
ausgleichsstift 69 vorgesehen, der mit seinem einen Ende an dem Sockelelement
63 und mit seinem anderen, in axialem Abstand von dem Sockelelement 63
gelegenen Ende an der Kugelgelenk-Koppelarm-Baueinheit befestigt, beispiels
weise jeweils angeschraubt ist. Der Toleranzausgleichsstift verläuft zwischen
seinen Befestigungsenden mit radialem Abstand von dem Sackloch 65 und sorgt
dafür, daß die axialen Fixierungskräfte unabhängig von der Lage der axialen und
radialen Paßflächen des Sockelelement 63 in die Baueinheit geleitet werden
können.
Das Kopplungsstück 25 hat im Bereich seiner axialen Enden je einen Ringflansch
21, 73, der mit seiner äußeren Umfangsfläche an der Führungsbohrung 23 axial
verschiebbar radial geführt ist. Axial zwischen den Führungsflanschen 71, 73
verläuft das Kopplungsstück 25 mit radialem Abstand von der Führungsöffnung
23 und zwar so, daß die Außenkontur des Kopplungsstücks 25 im wesentlichen
der Innenkontur unter Einhaltung einer im wesentlichen gleichbleibenden Wand
stärke folgt. Auf diese Weise kann das Gewicht des Kopplungsstücks 25 und
damit die Trägheitsmasse des Kopplungsstücks 25 verringert werden. Das
Kopplungsstück 25 kann auf diese Weise Stoßbeschleunigungen des Tasthebels 5
besser folgen.
Wie die Zeichnung zeigt, liegen die zur Führung des Kopplungsstücks 25 ausge
nutzten Umfangsflächen der Führungsflansche 71, 73 in der Ruhelage des
Tasthebels 5 beide auf der zum Tastende 17 hin gelegenen Seite der in der
Ruhestellung sich ergebenden Anlagekontaktstelle der Steuerflächen 29, 31. Auf
diese Weise wird die Ruhereibung beider Führungsflansche 71, 73 ziehend
überwunden, was sich günstig auf die Leichtgängigkeit des Kopplungsstücks 25
auswirkt.
Die Meßuhr 27 ist über einen in Richtung der Meßachse 7 beweglichen Kupp
lungsstift 75 mit dem Kopplungsstück 25 gekuppelt. Der Kupplungsstift 75 wirkt
auf den Meß- und Anzeigemechanismus der Meßuhr 27 und wird von einer bei 77
angedeuteten Feder direkt oder indirekt entgegen der Kraft der Rückstellfeder 13
belastet. Der Kupplungsstift 75 greift mit Spiel in Richtung der Meßachse 7 in
eine in dieser Richtung langgestreckte Kupplungsöffnung 79 des Kopplungsstücks
25, wobei die Feder 77 den Kupplungsstift 75 gegen den vom Tastende 17 abge
wandten Rand der Kupplungsöffnung 79 spannt und das durch die Übergröße der
Kupplungsöffnung 79 ermöglichte Spiel ausgleicht. Die Kraft der Feder 77 ist,
bezogen auf das Kopplungsstück 25 kleiner als die Kraft der Rückstellfeder 13.
Im Normalbetrieb liegt der Kupplungsstift 75 unter Ausgleich des Kupplungsspiels
am Rand der Kupplungsöffnung 79 an. Bei übermäßiger Beschleunigung des
Tastendes, beispielsweise durch axiale oder radiale Stoßbelastung des Tastarms
15 muß der Kopplungsarm 21 lediglich die träge Masse des Kopplungsstücks 25
beschleunigen, nicht aber die träge Masse des Meßmechanismus der Meßuhr 27.
Der von der trägen Masse des Mechanismus der Meßuhr 27 zurückgehaltene
Kupplungsstift 75 hebt dann vom Rand der Kupplungsöffnung 79 ab. Die Feder
77 gleicht das Kupplungsspiel zeitlich verzögert aus. Auf diese Weise können die
auf den Meßmechanismus der Meßuhr 27 und auch auf die Steuerflächen 29, 31
wirkende Stoßbelastungskräfte verringert werden.
Die Achse des Steilkegelschafts 37 muß gleichachsig zu der durch die übrigen
Komponenten des Tastmeßgeräts 1 bestimmten Meßachse 7 verlaufen. Um
Fluchtungsfehler ausgleichen zu können, ist das Gehäuse 3 an dem Steilkegel
schaft 37 mittels eines Adapters 81 befestigt, der eine achsparallele Justierung
der Meßachse 7 des Gehäuses 3 relativ zur Achse des Steilkegelschafts 37
erlaubt. Der Adapter 81 hat einen im Paßsitz in einer zentrischen durchgehenden
Bohrung 83 des Steilkegelschafts 37 sitzenden Schaft 85 und wird mittels einer
bei 87 angedeuteten Klemmschraube an dem Steilkegelschaft 37 auswechselbar
gehalten. Zwischen dem Steilkegelschaft 37 und dem Gehäuse 3 trägt der Schaft
85 einen Ringflansch 89 mit einer zur Achse des Steilkegelschafts 37 exakt
senkrecht verlaufenden, planen Anlagefläche 91 für das Gehäuse 3. In die
Anlagefläche 91 ist zentrisch eine Zentrieröffnung 93 eingesenkt, in die mit
radialem Spiel ein vom Gehäuse 3 abstehender Zentrierzapfen 95 eingreift.
Wenigstens drei am Umfang des Ringflansches 89 verteilt angeordnete, radiale
Justierschrauben 97 erlauben eine radiale Justierung des an der Anlagefläche 91
verschiebbar geführten Gehäuses 3. Eine zentrische Befestigungsschraube 99 hält
das Gehäuse 3 am Adapter 81. Für die radiale Justierung des Gehäuses 3 relativ
zu dem Steilkegelschaft 37 wird die Schraube 99 zunächst leicht angezogen, um
das Gehäuse 3 etwas gegen die Anlagefläche 91 zu spannen. Nach der Justie
rung halten die Justierschrauben 97 das Gehäuse 3 in der gewünschten Lage
fest, bis die Schraube 99 vom gehäusefernen Ende des Steilkegelschafts 37 her
festgezogen ist.
Claims (13)
1. Tastmeßgerät, umfassend:
- - ein Gehäuse (3),
- - einen in Richtung einer Meßachse (7) relativ zu dem Gehäuse (3) verschiebbaren und mittels eines Universalgelenks (9) um einen auf der Meßachse (7) liegenden Schwenkpunkt (11) allseitig schwenk bar an dem Gehäuse (3) geführten, federnd in eine Ruhestellung vorgespannten Tasthebel (5) mit einem aus dem Gehäuse (3) herausragenden Tastarm (15), dessen freies Tastende (17) einen in der Ruhestellung des Tasthebels (5) auf der Meßachse (7) liegen den Tast-Bezugspunkt (19) definiert und einem Koppelarm (21), dessen bezogen auf den Schwenkpunkt (11) dem Tastende (17) fernes, freies Ende eine in der Ruhestellung des Tasthebels (5) zur Meßachse (7) rotationssymmetrische äußere Steuerfläche (31) mit im wesentlichen konvexer Erzeugender, insbesondere einer kreis abschnittförmigen Erzeugenden, deren Kreismittelpunkt exzentrisch zur Rotationssymmetrieachse liegt, bildet,
- - ein in dem Gehäuse (3) in Richtung der Meßachse (7) verschiebbar geführtes Kopplungsstück (25) mit einer zum Tastende (17) hin sich erweiternden und offenen Aussparung, die eine zur Meßachse (7) rotationssymmetrische, innere Steuerfläche (29), insbesondere in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeugender bildet, an der die äußere Steuerfläche (31) des Koppelarms (21) anliegt, wobei die Steuerflächen (29, 31) so geformt sind, daß der Koppelarm (21) sowohl beim Verschieben des Tastarms (15) in Richtung der Meßachse (7) als auch beim Auslenken des Tastarms (15) um den Schwenkpunkt (11) das Kopplungsstück (25) in Richtung der Meßachse (7) mitnimmt und
- - eine die Position des Kopplungsstücks (25) bezogen auf das Ge häuse (3) erfassende Meßeinrichtung (27), dadurch gekennzeichnet,
daß das Kopplungsstück (25) dem freien Ende des Koppelarms (21)
benachbart eine in Richtung der Meßachse (7) durchgehende Durch
gangsöffnung (47) hat und daß einerseits an dem Gehäuse (3) und
andererseits an dem freien Ende des Koppelarms (21) jeweils seitlich
von dessen äußerer Steuerfläche (31) einander zugeordnete Anschlag
organe (49, 51) vorgesehen sind, die zumindest für die Begrenzung
des Verschiebewegs des Tasthebels (5) längs der Meßachse (7) bei
im wesentlichen auf der Meßachse (7) liegende Tast-Bezugspunkt
(11) durch die Durchgangsöffnung (47) hindurch aneinander anlegbar
sind.
2. Tastmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
innere Steuerfläche (29) des Kopplungsstücks (25) dessen Durch
gangsöffnung (47) zentrisch umschließt.
3. Tastmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die äußere Steuerfläche (31) des Koppelarms (21) eine dessen An
schlagorgan bildende Anschlag-Stirnfläche (49) zentrisch umschließt.
4. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß eines der Anschlagorgane, insbesondere das Anschlag
organ (51) des Gehäuses (3) als in Richtung der Meßachse (7) vor
stehender Vorsprung ausgebildet ist.
5. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kopplungsstück
(25) seitlich von dessen innerer Steuerfläche (29) und an dem Koppe
larm (21) seitlich von dessen äußerer Steuerfläche (31) ringförmig die
Meßachse (7) umschließende weitere Anschlagorgane (55, 59)
vorgesehen sind, die bei Auslenkung des Tasthebels (5) um den
Schwenkpunkt (11) aneinander anlegbar sind.
6. Tastmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
ringförmige weitere Anschlagorgan des Kopplungsstücks (25) als
Innenfläche (59), insbesondere im wesentlichen zylindrische Innen
fläche der auch die innere Steuerfläche (29) bildenden Aussparung
des Kopplungsstücks (25) ausgebildet ist.
7. Tastmeßgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das ringförmige weitere Anschlagorgan des Koppelarms (21) als
äußere Umfangsfläche (57) eines Ringvorsprungs (55) des Kopplungs
arms (21) ausgebildet ist.
8. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem Kopplungsstück (25) und dem Gehäuse
(3) eine das Kopplungsstück (25) zum Tastende (17) hin vorspan
nende Rückstellfeder (13) eingespannt ist, daß im Stellantriebsweg
der Meßeinrichtung (27) zwischen dieser und dem Kopplungsstück
(25) eine Spielkupplung (75, 79) vorgesehen ist, die ein Bewegungs
spiel des Kopplungsstücks (25) relativ zur Meßeinrichtung (27) zuläßt
und daß der Spielkupplung (75, 79) eine das Bewegungsspiel aus
gleichende, insbesondere entgegen der Kraft der Rückstellfeder (13)
ausgleichende Spielausgleichsfeder (77) zugeordnet ist.
9. Tastmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßeinrichtung (27) einen mit Spiel in eine Kupplungsöffnung (79)
des Kopplungsstücks (25) eingreifenden Kupplungsstift (75) aufweist,
den die Spielausgleichsfeder (77) vom Tastende (17) weg in Richtung
der Meßachse (7) spannt.
10. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Tastarm (15)
ein Soll-Bruchteil (61) aus sprödem Material, insbesondere Keramik
aufweist, das zwischen dem Universalgelenk (9) und dem Tastende
(17) eingefügt ist, daß das Soll-Bruchteil (61) in einem axiale und
radiale Paßflächen aufweisenden Sockelelement befestigt ist, das
seinerseits in einer axiale und radiale Gegen-Paßflächen bildenden
Steckaufnahmeöffnung (65) eines den Koppelarm (21) aufweisenden,
von dem Universalgelenk (9) geführten Bauteils positioniert ist, und
daß das Sockelelement (63) mit einem Ende eines Toleranzausgleichs
stifts (69) verbunden ist, dessen anderes Ende im Abstand vom
Sockelelement (63) mit dem Bauteil verbunden ist.
11. Tastmeßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
Universalgelenk (9) als Kugelgelenk ausgebildet ist, dessen Gelenkku
gel (38) einstückig mit dem Koppelarm (21) verbunden ist und dessen
Kugelpfanne in eine zylindrische, zur Meßachse (7) zentrische Kugel
führung (41) übergeht und daß die den Koppelarm (21) und die
Gelenkkugel (38) umfassende Baueinheit ein zur Meßachse (7) zen
trisches, die Steckaufnahmeöffnung (65) bildendes Sackloch enthält,
das den Toleranzausgleichsstift (69) zwischen dessen Enden mit
Abstand umschließt.
2. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungs
stück (25) als den Koppelarm (21) umschließende, in einer zylindri
schen, zur Meßachse (7) zentrischen Führungsöffnung (23) des
Gehäuses (3) verschiebbare Hülse ausgebildet ist, deren Innenmantel
im Bereich des dem Schwenkpunkt (11) fernen Hülsenendes unter
Bildung der inneren Steuerfläche (29) vom Schwenkpunkt (11) weg,
insbesondere in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeu
gender verengt ist, und daß zur Führung der Hülse in der Führungsöff
nung (23) des Gehäuses (3) am Außenmantel der Hülse im axialen
Abstand voneinander zwei radial vorstehende Führungsflansche (71,
73) vorgesehen sind, wobei die Führungsflansche (71, 73) ringför
mige Führungsflächen haben, die wenigstens bei im Bereich seiner
Ruhelage sich befindendem Tasthebel (5) sämtlich im wesentlichen
auf der zum Schwenkpunkt (11) gelegenen Seite der Stelle gegen
seitigen Anlage der Steuerflächen (29, 31) gelegen sind.
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