DE19907644A1

DE19907644A1 - Meßtaster

Info

Publication number: DE19907644A1
Application number: DE1999107644
Authority: DE
Inventors: Josef Mueller
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-08-24

Abstract

Bei einem Meßtaster ist ein Taststift (2) in einem Grundkörper (1) längsgeführt. Die Position des Taststiftes (2) relativ zum Grundkörper (1) wird mittels einer Positionsmeßeinrichtung (5) erfaßt. Die Öffnung (1.3), aus welcher der Taststift (2) aus dem Grundkörper (1) heraustritt, ist mittels eines Faltenbalges (9) abgedeckt. Die Falten des Faltenbalges (9) sind schraubenlinienförmig ausgebildet und in die so gebildeten Windungen ist eine Schraubenfeder (8) integriert (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßtaster gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Meßtaster werden zum Vermessen von Werkstücken in der Fertigungstechnik eingesetzt. Es können beispielsweise Dicken, Breiten, Längen, Tiefen, Innen- und Außendurchmesser sowie Oberflächen rauhigkeiten ermittelt werden.

In der WO 97/46849 A1 ist ein derartiger Meßtaster beschrieben. Der Taststift ist in Längsrichtung im Grundkörper verschiebbar gelagert. Der zum Antasten eines zu messenden Werkstückes erforderliche Kontaktdruck wird durch eine Schraubenfeder erzeugt, die zwischen dem Taststift und dem Grundkörper angeordnet ist. Die Austrittsöffnung des Taststiftes aus dem Grundkörper ist mittels eines Balges abgedeckt.

Bei derartigen bekannten Meßtastern ist die Schraubenfeder innerhalb des Gehäuses angeordnet. Dieser zusätzliche Raum für die Feder vergrößert die Baugröße. Weiterhin muß die Feder aufwendig an Halterungen des Taststiftes einerseits und des Grundkörpers andererseits montiert werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Vorschub des Taststiftes nicht mittels Druckluft möglich ist, da der Balg sich aufblähen würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Meßtaster zu schaffen, der kompakt aufgebaut ist und die Antastkraft mit einfachen und platzsparenden Mitteln erzeugbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Feder besonders platzsparend angeordnet ist und einfach montierbar ist.

Weiterhin ist der erfindungsgemäß ausgeführte Meßtaster flexibel einsetzbar, da die Antastkraft auch pneumatisch erzeugt werden kann, ohne den Balg nachteilig zu beeinflussen.

Vorteile der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele sind in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt eines Meßtasters,

Fig. 2 den Bereich des Balges vergrößert dargestellt,

Fig. 3 einen Ausschnitt eines zweiten Meßtasters,

Fig. 4 einen Ausschnitt eines dritten Meßtasters,

Fig. 5 einen Ausschnitt eines vierten Meßtasters und

Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Meßtasters.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Meßtasters beschrieben. Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt des gesamten Meßtasters und Fig. 2 einen vergrößert dargestellten Bereich aus Fig. 1. Der Meßtaster besteht aus einem stationären Grundkörper 1, in dem ein stangenförmiger Taststift 2 in Meßrichtung X verschiebbar gelagert ist. Im dargestellten Beispiel besteht der Grundkörper 1 aus mehreren Teilen 1.1 und 1.2. Die Führung des Taststiftes 2 erfolgt mit Linearführungen 3 und 4 in Form von Gleitlagern oder Kugellagern.

Zur Messung der linearen Relativverschiebung zwischen dem Taststift 2 und dem Grundkörper 1 ist eine Positionsmeßeinrichtung 5 vorgesehen. Sie besteht in bekannter Weise aus einem Maßstab 5.1 und einer Abtasteinheit 5.2 zur Abtastung der Meßteilung des Maßstabes 5.1. Der Maßstab 5.1 ist am Taststift 2 und die Abtasteinheit 5.2 gegenüberliegend am Grundkörper 1 befestigt. Von der Abtasteinheit 5.2 werden positionsabhängige elektrische Signale erzeugt, die über ein Kabel 6 zu einer Anzeigeeinheit oder Auswerteeinheit geführt sind. Die Meßteilung kann lichtelektrisch, kapazitiv, magnetisch oder induktiv abtastbar ausgebildet sein.

Zur Antastung eines Werkstückes 7 ist das Ende des Taststiftes 2 kugelig als Antastelement 2.1 ausgebildet. Der Taststift 2 wird mit seinem Antastelement 2.1 auf die zu messende Oberfläche des Werkstückes 7 mit einer vorgegebenen Kraft F gedrängt. Diese Kraft F wird durch eine Schraubenfeder 8 erzeugt, welche zwischen dem Taststift 2 und dem Grundkörper 1 angeordnet ist. Diese Schraubenfeder 8 ist in einer balgförmigen Abdeckung 9 integriert. Der Faltenbalg 9 ist hierzu schraubenlinienförmig geformt und die Schraubenfeder 8 ist darin eingebettet. Die Steigung der Schraubenfeder 8 entspricht der Steigung der Windungen des Faltenbalges 9. Die Schraubenfeder 8 kann in den Tälern oder den Erhebungen der Wellungen des Faltenbalges 9 integriert sein. Ein Ende des Faltenbalges 9 und der Schraubenfeder 8 ist am Grundkörper 1 befestigt und das andere Ende am Taststift 2. Er dichtet somit die Durchgangsöffnung 1.3 des Grundkörpers 1 hermetisch ab. Der Taststift 2 verläuft zentrisch im Faltenbalg 9 und verhindert über die gesamte Länge des Faltenbalges 9 ein radiales Ausknicken der integrierten Feder 8. Da das antastseitige Ende des Balges 9 und der Feder 8 in Meßrichtung X starr mit dem Taststift 2 verbunden ist, folgt dieses Ende der Längsbewegung des Taststiftes 2.

Der Faltenbalg 9 besteht vorteilhafterweise aus einem hochelastischen Kunststoff und die Schraubenfeder 8 aus federndem Stahl, wobei die Schraubenfeder 8 in bekannter Weise in den Faltenbalg eingespritzt ist, wie in der JP 62-49037 A und der DE 44 37 939 C2 an sich beschrieben.

Die Integration der Schraubenfeder 8 in den Faltenbalg 9 kann auch dadurch erfolgen, daß die Schraubenfeder 8 in die Windungen des Faltenbalges 9 eingeschraubt ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Derartige Faltenbälge sind an sich aus der JP 63-225707 A und der JP 2-304290 A bekannt.

Die Schraubenfeder 8 kann auch durch den Faltenbalg 9 selbst gebildet werden. Die Schraubenfeder 8 ist dabei ein verstärkt ausgebildeter schraubenlinienförmig verlaufender Bereich des Faltenbalges 9, wie in Fig. 4 dargestellt. Ein derartiger Faltenbalg 9 ist an sich aus der WO 96/28257 A1 bekannt.

Schraubenfedern 8 haben die Eigenschaft, daß sich die Enden beim Zusammendrücken gegenläufig verdrehen. Sind die Enden fest eingespannt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird auf die Teile 1 und 2 ein Rotationsmoment ausgeübt. Diese Zwangskräfte können auf besonders einfache Weise vermieden werden, wenn die Schraubenfeder 8 aus zumindest zwei hintereinander angeordneten gegensinnig gewundenen Bereichen 8.1 und 8.2 besteht, wie in Fig. 5 dargestellt. Der erste Bereich 8.1 ist linkssinnig gewunden und der zweite Bereich 8.2 rechtssinnig. Diese Ausgestaltung kann bei allen vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen zusätzlich realisiert werden.

Bei den obigen Ausführungen wird die Antastkraft F durch die im Faltenbalg 9 integrierte Schraubenfeder 8 erzeugt. Die Schraubenfeder 8 muß daher eine Druckfeder sein.

Zur Automatisierung des Antastvorganges kann am Meßtaster ein Anschluß zur Erzeugung eines Unterdrucks vorgesehen sein. Dieser im Meßtaster erzeugte Unterdruck wirkt entgegen der Antastkraft F der Druckfeder 8 und hebt den Taststift 2 vom Werkstück 7 ab. Damit der Faltenbalg 9 während des Aufbaus eines Unterdrucks in seinem Innenraum sich nicht radial zusammenzieht, ist es bei dieser Version vorteilhaft, wenn die Schraubenfeder 8 durch stoffschlüssige Verbindung im Faltenbalg 9 integriert ist oder innerhalb des Faltenbalges 9 an den Windungen anliegt.

Bei einer in Fig. 6 gezeigten weiteren Ausführungsform wird die Antasikraft F pneumatisch mittels Druckluft P erzeugt. Hierzu sollte die Schraubenfeder 8 eine Zugfeder sein, welche den Taststift 2 gegen die von der Druckluft P erzeugten Kraft F in die Ruhelage zurückdrängt. Zum Antasten wird Druckluft P angeschlossen und das Antastelement 2.1 des Taststiftes 2 drückt mit der Kraft F auf das Werkstück 7. Soll die Antastung automatisiert beendet werden, wird die Druckluft P abgeschaltet, was zur Folge hat, daß der Taststift 2 durch die Zugfeder 8 vom Werkstück 7 abhebt. Der Druckluftanschluß 10 ist in Fig. 6 nur schematisch dargestellt. Der Vorschub des Taststiftes 2 wird durch die zum Faltenbalg 9 geführte Druckluft P erzeugt. Hierzu können Öffnungen im Taststift 2 und/oder im Lager 4 vorgesehen sein. Die in den Faltenbalg 9 integrierte Schraubenfeder 8 verhindert ein Aufblähen des Faltenbalges 9. Die Druckluft P erzeugt somit nur eine Linearbewegung eines Endes des Faltenbalges 9 in Meßrichtung X, ohne daß sich der Faltenbalg 9 unzulässig radial ausdehnt. Der Faltenbalg 9 kann wiederum in beschriebener Weise gemäß den in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Beispielen ausgeführt sein.

Die spiralförmige Ausführung des Faltenbalges 9 hat auch den Vorteil der vereinfachten Herstellung. Er kann in einem Guß im Spritzverfahren hergestellt werden, wobei gegenüber dem bekannten Blasverfahren an jeder Stelle der Wellung die geeignetste Wandstärke beliebig gewählt werden kann. Der hierzu benötigte Formkern wird einfach durch Herausschrauben entfernt. Durch gegenläufiges Herausschrauben zweier Formkerne ist auch der Faltenbalg gemäß Fig. 5 einfach herstellbar.

In nicht dargestellter Weise kann auch ein mehrdimensional messender Taster erfindungsgemäß ausgestaltet werden. Ein derartiger Meßtaster ist beispielsweise in der US 5,819,429 gezeigt. Der Taststift wird dabei mittels einer Druckfeder in ein Mehrpunktlager eines Grundkörpers gedrängt. Die Stelle (Durchgangsöffnung) des Grundkörpers, aus der das Antastelement heraustritt ist ebenfalls mit einem Faltenbalg abgedeckt. In diesem Faltenbalg kann die Schraubenfeder integriert sein.

Claims

1. Meßtaster mit

- einem Grundkörper (1),
- einem relativ zum Grundkörper (1) verschiebbaren Taststift (2) mit einem Antastelement (2.1) zum Antasten eines Werkstückes (7),
- einer Positionsmeßeinrichtung (5) zur Messung der Relativverschiebung zwischen dem Taststift (2) und dem Grundkörper (1), einer Abdeckung in Form eines Faltenbalges (9) zwischen dem Grundkörper (1) und dem Taststift (2), wobei jeweils ein Endbereich des Faltenbalges (9) mit dem Grundkörper (1) und der andere Endbereich mit dem Taststift (2) in Verschieberichtung (X) starr gekoppelt ist, und
- einer Schraubenfeder (8) zwischen dem Grundkörper (1) und dem Taststift (2), um auf den Taststift (2) in Verschieberichtung (X) eine Kraft (F) auszuüben, dadurch gekennzeichnet, daß die Falten des Faltenbalges (9) schraubenlinienförmig verlaufen, und
- die Schraubenfeder (8) in die Windungen des Faltenbalges (9) integriert ist.

2. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (9) aus elastischem Kunststoff und die Schraubenfeder (8) aus einem federnden Material - insbesondere Metall - besteht.

3. Meßtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (8) durch stoffliche Verbindung in den Windungen des Faltenbalges (9) integriert ist.

4. Meßtaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (8) in den Faltenbalg (9) eingespritzt oder eingegossen ist.

5. Meßtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Schraubenfeder (8) am Außenumfang und/oder am Innenumfang in den Vertiefungen der Falten des Faltenbalges (9) anliegen.

6. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (8) durch Materialbereiche des Faltenbalges (9) selbst gebildet wird.

7. Meßtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (8) durch verstärkte Bereiche des Faltenbalges (9) gebildet wird.

8. Meßtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Windungen der Schraubenfeder (8) der Steigung der Windungen des Faltenbalges (9) entspricht, und daß die Windungen der Schraubenfeder (8) in den Bergen und/oder Tälern der Falten des Faltenbalges (9) integriert sind.

9. Meßtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (9) mit der Schraubenfeder (8) aus zumindest zwei hintereinander angeordneten gegensinnig gewundenen Abschnitten (8.1, 8.2) besteht.

10. Meßtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (8) eine Druckfeder ist, mit der das Antastelement (2.1) mit einer Antasikraft (F) auf das Werkstück (7) gedrängt wird.

11. Meßtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (1) ein Druckluftanschluß (10) vorgesehen ist und die Schraubenfeder (8) eine Zugfeder ist, wobei die Druckluft (P) in den Faltenbalg (9) geführt ist und einen Vorschub des Taststiftes (2) gegen die Vorspannung der Zugfeder (8) in Meßrichtung (X) bewirkt und das Antastelement (2.1) mit einer Antastkraft (F) auf das Werkstück (7) drängt.