DE19749754C2 - Tastkopf für ein Koordinatenmeßgerät - Google Patents

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 räumlich verfahrbaren beweglichen Teilen 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 bewegliche Teile 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 den beweglichen Teilen 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.

Ein ähnlicher Tastkopf ist auch in Fig. 7 der US 5,339,535 gezeigt. Hierin ist ein Tastkopf vom messenden Typ dargestellt, bei dem eine Taststifteinheit über ein Dreipunktlager an einer Lagerplatte gelagert ist, die an einer in den Koordinatenrichtungen beweglichen Mechanik befestigt ist. Um in auf den Tastkopf zugerichteter Richtung die Auslenkung zu begrenzen, sind an der Tastkopfinnenwand Stege vorgesehen, mit denen die besagte Lagerplatte als Anschlag zusammenwirkt. Im Falle einer Kollission in auf den Tastkopf zugerichteter Richtung wird somit ebenfalls das Dreipunktlager mit entsprechenden Kräften beaufschlagt.

Die US 5,339,535 zeigt weiterhin in einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 1 einen Tastkopf vom schaltenden Typ, bei dem die Besonderheiten des Tastkopfes nach Fig. 7 nicht mehr vorhanden sind. Beim betreffenden Tastkopf ist am tastkopfseitigen Ende des Taststiftes eine Platte befestigt, die über eine Feder in ein die Lage des Taststiftes bestimmendes Dreipunktlager gedrückt wird. Zusätzlich weist der Taststift in einem zentralen Bereich eine weitere Platte auf, die mit dem Tastkopfgehäuse als Anschlag derart zusammenwirkt, daß Kollissionen in auf den Tastkopf zugerichteter Richtung vermieden werden. Die Besonderheit des Tastkopfes ist hierbei darin zu sehen, daß zur Lagerung des Taststiftes und als Kollissionsschutz zwei verschiedene Platten verwendet werden.

Die WO 93/01466 zeigt einen Tastkopf, bei dem ein Taststift über eine Dreipunktlagerung an einer beweglichen Wechselhalterung des Tastkopfes gelagert ist. Die Lagerung befindet sich in einem radial inneren Bereich, so daß der Taststiftteller die Wechselhalterung über seinen gesamten Umfang überragt. Hierdurch ergibt sich die Besonderheit, daß die Auflagefläche des Taststiftes bei gegebenem Radius des Taststifttellers gegenüber der möglichen Auflagefläche reduziert ist und die Lagestabilität des Taststiftes hierdurch eingeschränkt ist.

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 gemäß Anspruch 1 gelöst.

Das Tastkopfgehäuse selbst als Anschlag ausgebildet. 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 beweglichen Teilen 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 (δZ) 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 (1)

1. Tastkopf für ein Koordinatenmeßgerät umfassend
eine gegenüber dem Tastkopfgehäuse (20) bewegliche Tastkopfmechanik (35) mit einer Wechselhalterung,
einen Taststift mit einem runden Taststiftteller, wobei der Taststiftteller an seinem radial äußeren Bereich über eine Dreipunktlagerung austauschbar an der Wechselhalterung gelagert ist, und der Taststiftteller in Radialrichtung die Wechselhalterung nur bereichsweise überragt und die überragenden Bereiche des Taststifttellers zumindest teilweise das Tastkopfgehäuse überlappen, so daß der Taststiftteller und das Tastkopfgehäuse in diesen sich überlappenden Bereichen (28a-c) als Anschlag zusammenwirken, sodaß hierdurch die Linearauslenkung (δz) des Taststiftes in auf den Tastkopf zugerichteter Richtung (z) begrenzt wird.