DE19724104A1 - Tastkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf, insbesondere einen Tast­ kopf vom schaltenden Typ, für den Einsatz in Meßeinrichtungen, Koordinatenmeßmaschinen und Werkzeugmaschinen, nach dem Oberbe­ griff von Patentanspruch 1.

Durch die DE 43 31 655 C2 ist bereits ein Tastkopf vom messen­ den Typ für Koordinatenmeßgeräte mit einem den Taststift tra­ genden Bauteil bekannt. Dieser bekannte Tastkopf besitzt einen ersten ortsfesten Magneten und einen zweiten gegenpoligen Mag­ neten, der mit dem Taststift verbunden ist. Zwischen beiden Magneten ist ein Luftspalt belassen. Die beiden Magnete sind in dem Tastkopf seitlich ausweichbar zueinander gelagert. Der Luftspalt zwischen ihnen bleibt bei der Ausweichbewegung kon­ stant. Durch diese Bauart ist ein Tastkopf für einen mechani­ schen Taster geschaffen worden, bei dem die Rückstellmittel auf den Taster berührungslos wirken. Das seitlich Ausweichen ge­ lingt aber nur, wenn für den mit dem Taster verbundenen Magne­ ten eine Querführung eingerichtet ist.

Um die Auslenkung eines Taststiftes oder Tasters in einem Tast­ kopf zu erfassen, ist es auch aus der DE 195 16 272 A1 bekannt, den Taster im Tastkopfgehäuse gegen ein Druckelement beweglich zu lagern. Auch in diesem Fall besteht das Druckelement aus zwei sich im Abstand gegenüberliegenden, gegenpoligen Magneten, von denen wiederum ein Magnet dem Taststift zugeordnet ist. Die Auslenkung des Taststiftes bei Antastung an ein Werkstück er­ folgt durch Abheben der Taststiftaufnahme aus einer Lagerung und Abkippen über eine Seitenachse. Nach erfolgter Antastung und Freigabe des Taststiftes drängen die gegenpoligen Magnete die Taststiftaufnahme wieder in die Ausgangslage zurück, die der Ruheposition entspricht. Der ortsfeste zweite Magnet ist bei diesem bekannten Tastkopf in einem U-förmigen Topf gehal­ ten, dessen äußere Mantelfläche ein Gewinde aufweist und in ein Innengewinde eines Körpers eingreift, in dessen umschlossenen Ringraum der Anschlußzapfen des Tastkopfes für den Einsatz in eine Meßeinrichtung vorgesehen ist.

Die Halterung und Führung des U-förmigen Topfes sind technisch aufwendig. Der Anschlußzapfen ist zu dem Körper und damit zum U-förmigen Topf relativ bewegbar, was sich negativ auf die Füh­ rung und die Zentrierung der Bauteile auswirkt. Da der U-förmi­ ge Topf außerdem durch zwei oder mehr Kontaktstifte axial ge­ führt wird, ist der Bauteileaufwand erheblich und das Zusammen­ spiel der einzelnen Bauelemente zur Gewährleistung einer ein­ wandfreien Funktion gefährdet.

Schließlich ist noch aus der DD 287 993 A5 ein dreidimensiona­ ler taktiler Geber mit magnetischer Umsetzung und Rückstellung bekannt, bei dem ein Taststift verschleißfrei auslenkbar gela­ gert ist. In dem Tastkopf ist ein zylinderförmiger Permanentma­ gnet mit dem Taststift verbunden, während ein zweiter Perma­ nentmagnet ortsfest angeordnet ist. Das von beiden Magneten er­ zeugte Magnetfeld bewirkt bei Tasterauslenkung eine Rückstel­ lung in die Null-Lage. Der ortsfest eingebrachte Magnet ist nicht verstellbar. Eine Veränderung der magnetischen Kräfte durch Veränderung der Abstände der Magnete zueinander ist nicht vorgesehen.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Tastkopf der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der die Auslenkung und Rückführung des Taststiftes mit einfachen und wenigen Mitteln ermöglicht und dazu eine ein­ fache und sichere axiale Veränderung des Luftspaltes zwischen den gegenpoligen Magneten erlaubt.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen der erfinderischen Lösung sind in den Unteransprü­ chen 2 bis 8 beschrieben.

Von Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Tastkopf ist die ein­ fache, zentrale Unterbringung des zweiten Magneten in einem Ringraum des Anschlußkörpers des Tastkopfes. Mit dieser Anord­ nung und dem Einsatz eines Feingewindes zwischen dem Zapfen des Tragelementes und dem Gehäuseansatz ist eine gute und reprodu­ zierbare Genauigkeit der Funktionen gewährleistet. Es sind nur relativ wenige Bauteile erforderlich. Die axiale Verschiebung erfolgt einfach durch Drehbewegung des Zapfens der Magnetauf­ nahme in dem Feingewinde der Durchgangsöffnung des Anschlußkör­ pers. Außerdem gewährt die besondere Anordnung des zweiten Magneten einen guten Kollisionsschutz.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt.

Der gesamte Tastkopf 1 ist in einer Schnittdarstellung gezeigt und weist ein mehrteiliges Gehäuse auf. Das Gehäuseunterteil 2 ist hülsenförmig gestaltet und besitzt einen Boden 3 mit einer zentralen Öffnung 4. Durch diese Bodenöffnung 4 ist eine Tast­ stiftaufnahme 5 in das Gehäuseunterteil 2 eingeführt, welche mit einem Kopfteil 6 den ersten Magneten 7 aufnimmt. In die Taststiftaufnahme 5 ist ein Taststift oder Tasterbaum auswech­ selbar einführbar. Dadurch ist der erste Magnet 7 mit dem Taststift 8 verbunden bzw. dem Taststift 8 fest zugeordnet.

Innerhalb des Gehäuseunterteils 2 ist eine Hülse 9 eingesetzt, die innen auf dem Boden 3 des Gehäuseunterteils 2 unter Zwi­ schenfügung einer Schaltungsplatine 10 aufsteht, die im Zu­ sammenspiel mit Kugelelementen als Schalter wirkt. Das heißt, daß bei Antasten des Taststiftes 8 an ein Werkstück und bei dem dadurch auftretenden Auslenken des Taststiftes 8 sich die Ku­ geln von der Schaltungsplatine 10 kurzzeitig lösen, wodurch ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Denn der Stromfluß, der von der Maschine über das Führungsgehäuse 15 und die Hülse 9 und eine Feder auf die Schaltungsplatine 10 eingeleitet wird, wird bei dem Auslenken des Taststiftes 8 unterbrochen. Bei dem aufgrund der Magnetkraft zurückkehrenden Taststift 8 in seine Ruhelage wird der Stromkreis zurück über den Gewindezapfen 14 zur Ma­ schine wieder geschlossen.

Die Bodenöffnung 4 ist durch einen elastischen Ringkörper 11 verschlossen, der um die Taststiftaufnahme 5 verläuft und von dieser gehalten ist. Der Ringkörper 11 verhindert das Eindrin­ gen von Staub und Schmutz in das Innere des Tastkopfgehäuses.

Das Gehäuseunterteil 2 ist mit dem oberen Anschlußkörper 12 durch eine Schraubverbindung 13 oder durch Bajonettverschluß lösbar verbunden. Der Anschlußkörper 12 ist glockenförmig ge­ bildet und mit einem oberen Gewindezapfen 14 versehen, mit dem der Tastkopf 1 in eine Aufnahme einer Meßeinrichtung oder einer Werkzeugmaschine befestigt werden kann. Auch hier ist anstelle des Gewindes ein Bajonettverschluß möglich.

In dem glockenförmigen, inneren Ringraum 16 des Anschlußkörpers 12 ist ein Führungsgehäuse 15 angeordnet. Sein oberer, hohl­ zylindrischer Ansatz 17 ist in den Anschlußkörper 12 im Bereich des Gewindezapfens 14 eingepaßt. Mit seinem unteren Kragen 18 liegt das Führungsgehäuse 15 auf der zugewandten oberen Stirn­ fläche 19 der Hülse 9 auf.

Von Bedeutung bei dem konstruktiven Aufbau des Tastkopfes 1 ist die eingehaltene galvanische Trennung des Anschlußkörpers 12 von dem Führungsgehäuse 15.

In dem etwa mittleren Bereich im Ringraum des Führungsgehäuses 15 befindet sich das Tragelement 20 für den zweiten Magneten 21. Das Tragelement 20 weist einen Gewindezapfen 22 mit einem Feingewinde auf, das spielfrei in das Innen-Feingewinde 23 in der Durchgangsöffnung des Führungskörpers 15 eingreift. Der Gewindezapfen 22 befindet sich gemeinsam mit dem Tragelement 20 und dem zweiten Magneten 21 in koaxialer Anordnung zur Tast­ stiftaufnahme 5 bzw. zum Taststift 8. Der Magnet 21 liegt an der plan geschliffenen Fläche des Tragelementes 20 satt an.

Durch eine Drehung des mit dem Feingewinde versehenen Gewin­ dezapfens 22 im Führungsgehäuse 15, beispielsweise durch einen Imbusschlüssel, Schraubendreher oder dergleichen Werkzeug in entsprechender Formfläche des Gewindbolzens, und relativ zum drehfesten Führungsgehäuse 15, erfolgt gemäß der gestrichelten Linie eine axiale Verschiebung des Gewindebolzens 22 und mit ihm die axiale Verschiebung des Tragelementes 20 und des zwei­ ten Magneten 21. Durch diese axiale Bewegung wird der Luftspalt zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Magnete 7 und 21 verändert, wodurch automatisch die Rückstellkräfte auf den Taststift nach erfolgter Auslenkung beeinflußt werden. Zwi­ schen den beiden gegenpoligen Magneten wird das Magnetfeld ver­ ändert, nämlich verstärkt oder vermindert.

Die axiale Länge des Feingewindes am Gewindebolzen 22 ent­ spricht in etwa der Distanz zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Magnete 7, 21. Insgesamt ist die axiale Länge des Feingewindes kurz ausgeführt, wodurch ein Kollisions­ schutz in axialer Richtung nach oben und nach unten gewährt wird. Denn bei weiterer Drehbewegung gleitet das Feingewinde des Gewindebolzens 22 aus dem Innen-Feingewinde 23 außer Ein­ griff, so daß eine axiale Bewegung des Tragelementes 20 mit Magnet 21 und Gewindbolzen 22 auf ein vorbestimmbares Maß be­ grenzt ist.

Die Unterbringung und Lage des zweiten, axial verstellbaren Magneten stellt damit einen guten Kollisionsschutz und dadurch eine hohe Funktionssicherheit dar.

Der zweite Magnet 21 gleitet bei seiner axialen Bewegung mit dem Tragelement 20 innen im Führungsgehäuse 15.

Eine axiale Verschiebung des Tragelementes 20 mit Magnet 21 ist auch dadurch möglich, wenn das Führungsgehäuse 15 gedreht wird, während der Gewindebolzen 22 gleichzeitig an einer Drehmitnahme gehindert wird.

In dem Anschlußkörper 12 des Tastkopfes 1 sind radiale Öffnun­ gen 24 vorgesehen, um mit einem Werkzeug ein Festziehen des Gewindezapfens 14 des Tastkopfes in der Maschinenaufnahme zu ermöglichen. Dieses Werkzeug kann dabei mit einem Drehmoment­ messer versehen oder gekuppelt sein, um Beschädigungen der Aufnahmen bei ausreichend festem Sitz zu vermeiden.

Das Druckelement für die Rückstellung des Taststiftes 8 nach Auslenkung besteht also aus zwei gegenpoligen Magneten 7 und 21, die sich in einem veränderbaren, einstellbaren Abstand ge­ genüberstehen. Durch Veränderung des Luftspaltes zwischen den Magneten 7 und 21 wird die Rückstellkraft des Druckelementes beeinflußt.

Alle in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung so­ wie in der Zusammenfassung erläuterten Einzelheiten sind für die Erfindung wichtig.

Claims (8)

1. Tastkopf, insbesondere Tastkopf vom schaltenden Typ, für den Einsatz in Meßeinrichtungen, Koordinatenmeßmaschinen und Werkzeugmaschinen, mit einem Taststift, der gegen ein Druck­ element beweglich gelagert ist, das aus zwei gegenpoligen Mag­ neten besteht, die sich mit einem variabel einstellbaren Luft­ spalt gegenüberstehen und von denen einer dem Taststift zuge­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnet (21) durch ein zentral im Tastkopfgehäuse (12, 15) axial verschieblich eingesetztes Tragelement (20) ge­ halten ist.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (20) auf der dem zweiten Magneten (21) ab­ gewandten Seite einen Gewindezapfen (22) aufweist, der in ein Innengewinde (23) einer zentralen Durchgangsöffnung des Tast­ kopfgehäuses (12, 15) eingreift.

3. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindezapfen (22) mit einem Feingewinde versehen ist.

4. Tastkopf nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Gewindes am Gewindezapfen (22) dem Abstand zwischen den einander zugekehrten Oberflächen der Magnete (7, 21) entspricht.

5. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (23) im Anschlußkörper (12) des Tast­ kopfes (1) und in koaxialer Ausrichtung zur Taststiftaufnahme (5) angeordnet ist.

6. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (23) in einem glockenförmigen Füh­ rungskörper (15) angeordnet ist, der im Tastkopfgehäuse (12) eingesetzt ist.

7. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (15) gegen axiale und drehende Bewegung gesichert ist.

8. Tastkopf nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taststiftausnahme (5) mit dem Kopfteil (6) einstückig ausgebildet ist.