DE19749754A1 - Tastkopf für ein Koordinatenmeßgerät - Google Patents
Tastkopf für ein KoordinatenmeßgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Tastkopf für ein
Koordinatenmeßgerät mit einer gegenüber dem Tastkopfgehäuse
beweglichen Mechanik und einem hieran austauschbar
befestigbaren Taststift.
Derartige Tastköpfe werden üblicherweise in
Koordinatenmeßgeräten verwendet, um hierüber die räumlichen
Abmessungen eines zu vermessenden Werkstückes zu erfassen. Der
Tastkopf wird hierzu von einer räumlich verfahrbaren Mimik
derart verfahren, daß der Taststift des Tastkopfes in Kontakt
mit dem Werkstück gebracht wird und hieraus die räumlichen
Abmessungen des Werkstückes abgeleitet werden können. Es sind
hierzu grundsätzlich zwei unterschiedliche Arten von Tastköpfen
bekannt.
Zunächst einmal gibt es die sogenannten schaltenden Tastköpfe.
Hierbei wird über einen sehr empfindlichen Sensor bei
Werkstückberührung des Taststiftes mit dem zu vermessenden
Werkstück ein elektrischer Impuls abgegeben, der die Meßwerte
an den Maßstäben der Mimik des Koordinatenmeßgerätes
"einfriert". Wird der Tastkopf nunmehr noch weiter auf das
Werkstück zu bewegt, so öffnen sich zusätzlich durch die
Bewegung des Taststiftes gegenüber dem Tastkopf elektrische
Kontakte, die ein zweites Signal abgeben, aufgrund dessen die
eingefrorenen Maßstabswerte in den unterschiedlichen
Koordinatenmeßrichtungen als echte Meßwerte identifiziert
werden. Aus den eingefrorenen Meßwerten der Maßstäbe in den
unterschiedlichen Richtungen wird dann der konkrete
Antastpunkt, in dem der Taststift das zu vermessende Werkstück
berührt, ermittelt.
Eine grundsätzlich andere Ausführungsvariante sind die
sogenannten messenden Tastköpfe, bei denen der Taststift in den
drei aufeinander senkrecht stehenden Meßrichtungen gegenüber
dem Tastkopfgehäuse ausgelenkt werden kann, wobei analoge
Meßwertaufnehmer im Tastkopf die Auslenkung des Taststiftes
aufnehmen. Zur Vermessung eines Werkstückes werden hierbei die
gemessenen Auslenkungen des Taststiftes gegenüber dem
Tastkopfgehäuse mit den Meßwerten der Maßstäbe an der Mimik
verrechnet und hierdurch die Abmessungen des Werkstückes
ermittelt.
Ein Tastkopf der besagten zweiten Art ist beispielsweise in der
DE 195 01 178 C2 gezeigt. Der hierin gezeigte Tastkopf weist
eine Tastkopfmechanik auf, über die der Taststift in allen drei
aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen gegenüber dem
Tastkopfgehäuse ausgelenkt werden kann, wobei die Auslenkung in
den drei Meßrichtungen über mit der Mechanik verbundene Gitter
erfaßt werden, die von gegenüber der Tastkopfmechanik
feststehenden optischen Einrichtungen abgetastet werden. Die
Tastkopfmechanik umfaßt hierbei eine Wechselhalterung, mit der
der besagte Taststift an der Tastkopfmechanik befestigt ist.
Die Wechselhalterung weist dazu u. a. eine Dreipunktlagerung
auf, über die der Taststift fest definiert in einer Position
auf der Tastkopfmechanik gelagert ist und einen Magneten, der
den Taststift gegen die Wechselhalterung zieht. Durch die
magnetische Halterung kann u. a. sichergestellt werden, daß beim
Überschreiten einer vordefinierten Maximalkraft senkrecht auf
die Taststiftlängsachse, sich der Taststift von der
empfindlichen Mechanik des Tastkopfes löst und hierdurch eine
Zerstörung der Mechanik des Tastkopfes verhindert. Wirken
allerdings Kräfte in Richtung der Taststiftlängsachse auf den
Tastkopf zu, so weist der Tastkopf keinen geeigneten Schutz vor
Überlastung auf, so daß es bei Kollisionen des Tastkopfes mit
einem Gegenstand, wie beispielsweise dem Werkstück, leicht zur
Zerstörung der Tastkopfmechanik kommt.
Um eine derartige Zerstörung der Tastkopfmechanik zu verhindern
wurde deshalb in dem US-Patent 5,209,131, in dem ebenfalls ein
messender Tastkopf dargestellt ist, ein Anschlag vorgesehen,
der die Auslenkung der Tastkopfmechanik in auf den Tastkopf
zugerichteter Richtung begrenzt. Der Anschlag sieht hierbei
derart aus, daß eine in die Tastkopfmechanik integrierte
Wechselhalterung, an der austauschbar der besagte Taststift
befestigt ist, nach Überschreiten einer vorgesehenen
Maximalauslenkung gegen das robuste Tastkopfgehäuse läuft, so
daß hierdurch eine Zerstörung der empfindlichen Komponenten der
Tastkopfmechanik verhindert wird.
Die Besonderheit des hierin gezeigten Tastkopfes ist darin zu
sehen, daß zwar die empfindlichen Komponenten der
Tastkopfmechanik vor einer Zerstörung geschützt werden, jedoch
trotzdem die Wechselhalterung selbst, auf der der Taststift
über eine hochpräzise Dreipunktlagerung gelagert ist, bei einer
Kollision leicht überbeansprucht werden kann. Dies hat zur
Folge, daß trotz des in dem betreffenden Tastkopf vorgesehenen
Kollisionsschutzes die Wechselhalterung bei einer Kollision
zerstört werden kann, so daß für diesen Fall trotz des
Kollisionsschutzes einzelne Teile des Tastkopfes zerstört
werden können, und der Tastkopf deshalb nach einer
entsprechenden Kollision repariert werden muß.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bislang
bekannten Tastköpfe derart weiterzubilden, so daß die gesamte
Tastkopfmechanik, insbesondere die Wechselhalterung der
Tastkopfmechanik, bei einer Kollision in auf den Tastkopf
zugerichteter Richtung geschützt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kollisionsschutz
gelöst, der die vom Taststift auf die Mechanik des Tastkopfes
übertragbare Kraft in auf den Tastkopf zugerichteter Richtung
begrenzt.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzes
ist hierbei darin zu sehen, daß nunmehr alle Teile der
gegenüber dem Tastkopfgehäuse beweglichen Tastkopfmechanik,
insbesondere auch die Wechselhalterung, vor einer mechanischen
Überlastung in auf den Tastkopf zugerichteter Richtung
geschützt werden.
Die Begrenzung der übertragbaren Kraft kann hierbei auf die
unterschiedlichste Art und Weise erfolgen. Beispielsweise
könnte die magnetische Befestigung des Taststiftes an der
Tastkopfmechanik derart abgeändert werden, so daß sich auch bei
einem Überschreiten einer vorgegebenen Kraft in auf den
Tastkopf zu gerichteter Richtung der Taststift von der
Tastkopfmechanik löst. Am leichtesten läßt sich die Begrenzung
der übertragbaren Kraft jedoch durch einen mit dem Taststift
zusammenwirkenden Anschlag realisieren, der die
Linearauslenkung des Taststiftes gegenüber dem Tastkopfgehäuse
in auf den Tastkopf zu gerichteter Richtung begrenzt.
Ein solcher Anschlag kann hierbei in den unterschiedlichsten
Ausführungsvarianten ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es
sich hierbei um eine spezielle, am Tastkopf befestigte Platte
handeln, die mit entsprechenden Überständen am Taststift derart
zusammenwirkt, daß die Überstände nach einer vorgesehenen
Maximalauslenkung auf der besagten Platte aufliegen.
Weitaus einfacher ist es jedoch, wenn das Tastkopfgehäuse
selbst als Anschlag ausgebildet ist. Dies hat den besonderen
Vorteil, daß am Tastkopf kein zusätzliches Bauteil befestigt
werden muß.
Die Ausbildung des Tastkopfgehäuses als Anschlag kann hierbei
beispielsweise derart erfolgen, in dem die Aufnahmeplatte der
Wechselhalterung in einer entsprechenden Aussparung des
Tastkopfgehäuses geführt ist, wobei die wirksame Fläche des an
der Wechselhalterung befestigten Taststifttellers die wirksame
Fläche der Aufnahmeplatte der Wechselhalterung überragt, und
der überragende Teil des Taststifttellers das Tastkopfgehäuse
zumindest teilweise überlappt. Hierdurch ergibt sich, daß der
überragende Teil des Taststifttellers am Tastkopfgehäuse
anstößt, sobald der Taststift in Richtung auf den Tastkopf
soweit ausgelenkt ist, bis die Wechselhalterung vollständig in
das Tastkopfgehäuse eingetaucht ist.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Figuren.
Hierin zeigen:
Fig. 1 perspektivische Ansicht eines Tastkopfes vom
messenden Typ im Aufriß;
Fig. 2 Tastkopf gemäß Fig. 1 im Schnitt mit einem
erfindungsgemäßen Kollisionsschutz;
Fig. 3 Tastkopf gemäß Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie
III-III.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Tastkopf in der
perspektivischen Ansicht im Aufriß, wobei hierbei das
Tastkopfgehäuse (20) aufgerissen wurde, um hierdurch das
Innenleben des Tastkopfes darstellen zu können. Wie aus der
Fig. 1 zu sehen ist, weist der Tastkopf einen Taststift (29)
auf, der, wie weiter unten noch detaillierter ausgeführt,
austauschbar an der beweglichen Tastkopfmechanik (35) des
Tastkopfes befestigt ist. Der Taststift (29) weist einen in
Fig. 1 nicht zu sehenden Taststiftteller (21) (vgl. vorab
Fig. 2) auf, an dem ein Stift (13) und eine Tastkugel (14)
befestigt ist. Der Taststift (29) ist über eine in Fig. 1
ebenfalls nicht zu sehende und im Zusammenhang mit Fig. 2
und 3 näher zu erläuternde Wechselhalterung (22) an der
restlichen Mechanik (35) des Tastkopfes austauschbar befestigt.
Dazu ist die Wechselhalterung (22) an der Platte (10)
festgeschraubt. Die Platte (10) ist jeweils über Blattfedern
mit den Teilen (11, 12) verbunden, die ihrerseits wieder über
Blattfedern mit der Platte (9) verbunden sind, so daß hierdurch
ein Blattfederparallelogramm entsteht. Die Platte (10) und
somit auch der Taststift (29) sind somit gegenüber der Platte
(9) in Richtung des Pfeiles (X) beweglich gelagert. Die Platte
(9) ist in entsprechender Weise ebenfalls über Blattfedern und
die Teile (7, 8) (Teil 8 hier nicht zu sehen) gegenüber dem
Winkelstück (3, 4) beweglich gelagert, so daß nunmehr der
Taststift (29) auch in Richtung des Pfeils (Y) gegenüber dem
Teil (4) beweglich gelagert ist. Um den Taststift (29) nunmehr
auch in Richtung des Pfeiles (Z) auslenken zu können, ist die
Platte (3) des Winkels (3, 4) ebenfalls über Blattfedern und
die Teile (5, 6) gegenüber dem Teil (2) beweglich gelagert, das
nunmehr an einer beweglichen Mimik des Koordinatenmeßgerätes
befestigt wird. Hierdurch kann der Taststift in allen drei
aufeinander senkrecht stehenden Meßrichtungen gegenüber dem
Tastkopfgehäuse (20) ausgelenkt werden. Die Auslenkung in den
drei Raumrichtungen wird hierbei durch Tauchspulen (21, 22, 23)
ermittelt, wie dies beispielsweise in unserer europäischen
Patentanmeldung EP 0 693 669 A2 beschrieben ist. Zusätzlich
weist der Tastkopf auch noch Tauchspulen (15, 16, 17) auf, über
die sich die Meßkraft, mit der die Tastkugel (14) gegen die
Werkstückoberfläche gepreßt wird, einstellen läßt. Auch
diesbezüglich möchten wir auf unsere EP 0 693 669 A2 verweisen,
auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Im folgenden soll nunmehr anhand der Fig. 2 und 3 der
erfindungsgemäße Kollisionsschutz näher erläutert werden.
Fig. 2 zeigt hierbei einen Schnitt durch den Tastkopf nach
Fig. 1. Wie hierin zu sehen ist, ist der Taststiftteller (21)
an der Wechselhalterung (22) befestigt. Die Wechselhalterung
(22) weist hierzu einen Magneten (34) auf, der eine am
Taststiftteller (21) befestigte ferromagnetische Eisenscheibe
(30) anzieht. Der Taststiftteller (21) und somit der gesamte
Taststift (29) wird hierbei lagegenau auf der Wechselhalterung
(22) über eine Dreipunktlagerung befestigt, wie dies im
folgenden anhand von Fig. 3 näher erläutert wird.
Fig. 3 zeigt hierbei den Tastkopf im Schnitt entlang der Linie
III-III. Wie hierin zu sehen ist, weist die Wechselhalterung
(22) drei Rollen (31, 32, 33) auf, in die jeweils entsprechende
Kugelpaare (24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b), die im
Taststiftteller (21) angeordnet sind, eingreifen. Die
Längsachsen der besagten Rollen sind jeweils so ausgerichtet,
daß sie sich im Zentrum der Wechselhalterung schneiden. Durch
die besagten Rollen, auf denen die drei jeweils paarweise
angeordneten Kugeln (24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b) des
Taststifttellers (21) gelagert sind, läßt sich eine exakte
Positionierung des Taststifttellers auf der Wechselhalterung
(22) erzielen.
Wie aus Fig. 3 weiter zu ersehen ist, ist hierbei die Fläche
des Taststiftteller (21), deren Außenkontur hierbei
strichliniert dargestellt wurde, größer als die entsprechende
Aufnehmerfläche der Wechselhalterung (22), sodaß der
Taststiftteller die Wechselhalterung (22) überragt. Der
überragende Bereich des Taststifttellers überlappt hierbei das
Tastkopfgehäuse in den Bereichen (28a, 28b, 28c). Dies bringt
nun die erfindungsgemäße Wirkung die im folgenden erläutert
werden soll, mit sich. Wird der Taststift (13) in plus Z-
Richtung, also in auf den Tastkopf zugerichteter Richtung
ausgelenkt, so stößt der Taststiftteller (21) nach einer
Auslenkung (22) in den überlappenden Bereichen (28a, 28b, 28c)
auf das Tastkopfgehäuse (20) auf, das hierbei als Anschlag zur
Begrenzung der linearen Bewegung in Richtung auf den Tastkopf
dient. Hierdurch kann verhindert werden, daß die vom Taststift
(29) auf die Tastkopfmechanik (35) des Tastkopfes übertragene
Kraft in auf den Tastkopf zu gerichteter Richtung begrenzt wird
und damit die mechanischen Komponenten, wie beispielsweise die
Federparallelogramme, die Tauchspulen oder insbesondere die
Wechselhalterung (22) mit den Rollen (31, 32, 33) beschädigt
werden.
Claims (5)
1. Tastkopf für ein Koordinatenmeßgerät mit einer gegenüber
dem Tastkopfgehäuse (20) beweglichen Tastkopfmechanik (35)
und einem hieran austauschbar befestigbaren Taststift
(29), dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf einen
Kollisionsschutz aufweist, der die vom Taststift (29) auf
die Tastkopfmechanik (35) des Tastkopfes übertragene Kraft
in auf den Tastkopf zu gerichteter Richtung (Z) begrenzt.
2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kollisionsschutz einen mit dem Taststift (29)
zusammenwirkenden Anschlag umfaßt, der die
Linearauslenkung (σZ) des Taststiftes gegenüber dem
Tastkopfgehäuse (20) in auf den Tastkopf zugerichteter
Richtung (Z) begrenzt.
3. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anschlag das Tastkopfgehäuse (20) ist.
4. Tastkopf nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Taststift (29) über eine Wechselhalterung (22) an der
Tastkopfmechanik (35) befestigt ist.
5. Tastkopf nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Taststift (29) einen Taststiftteller (21)
aufweist, der an der Wechselhalterung (22) gelagert ist,
wobei der Taststiftteller (21) die Wechselhalterung (22)
überragt und der überragende Bereich des Taststifttellers
(21) zumindest teilweise das Tastkopfgehäuse in einem
Bereich (28a, 28b, 28c) überlappt.
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