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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. ERFINDUNGSFELD
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Berührungssignalfühler zum Messen der Konfiguration eines Werkstücks mit Hilfe eines Koordinatenmeßgeräts oder ähnlichem.
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2. STAND DER TECHNIK
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Meßgeräte zum Messen einer Dimension wie etwa Höhenmeßgeräte, Koordinatenmeßgeräte und Profilmeßgeräte zum Messen der Konfiguration eines Festkörpers sind als Meßgeräte zum Messen der Konfiguration und der Abmessungen eines Werkstücks bekannt. Es sind verschiedene Fühler mit einem Meßgerät verbunden, um die relative Positionsbeziehung zwischen dem Meßgerätkörper und dem Werkstück festzustellen.
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Die Fühler werden in Fühler des Nicht-Kontakttyps und des Kontakttyps oder in kontinuierlich messende Fühler und eine Berührung feststellende Fühler unterteilt.
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Ein in der offengelegten
japanischen Patentveröffentlichung Hei 5-221806 angegebener Ultraschall-Berührungssignalfühler ist ein Beispiel für den oben genannten Berührungsfühler des Kontakttyps für ein Koordinatenmeßgerät.
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Wie in 11 gezeigt, umfaßt ein Berührungssignalfühler 100 einen Fühlerhalter 101, ein Schwingteil 102 und ein piezoelektrisches Element 103 usw. Der Fühlerhalter 101 ist mit einem beweglichen Teil eines Koordinatenmeßgerätes usw. (nicht gezeigt) verbunden. Ein Kontakt mit dem Werkstück wird festgestellt, während das bewegliche Teil bewegt wird, und die Koordinate wird gelesen, wenn der Fühler das Werkstück berührt, um die Konfiguration usw. des Werkstücks zu messen.
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Der Fühlerhalter 101 ist mit einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet und weist das Schwingteil 102 an seinem unteren Innenende auf (in Übereinstimmung mit der Ausrichtung der Zeichnung). Das Schwingteil 102 wird durch ein Paar von Befestigungsstiften 104 gehalten, die an einem Haltepunkt im wesentlichen im Zentrum in der Achsenrichtung des Schwingteils 102 angeordnet sind. Eine Kontaktkugel 102A, die während des Messens gegen das Werkstück stößt, ist am unteren Ende des Schwingteils 102 befestigt, und ein Gegengewicht 102B mit demselben Gewicht wie die Kontaktkugel 102A ist am oberen Ende des Schwingteils 102 befestigt, damit der Haltepunkt für die Verbindung mit dem Fühlerhalter 101 dem Schwerpunkt des Schwingteils 102 entspricht.
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Ein Paar von durch Aussparungen gebildeten Vertiefungen 105 ist am Außenumfang des Schwingteils 102 ausgebildet, wobei die piezoelektrischen Elemente 103 derart befestigt sind, daß sie sich über den entsprechenden Vertiefungen 105 erstrecken. Die beiden Vertiefungen 105 und die beiden piezoelektrischen Elemente 103 weisen jeweils denselben Aufbau auf. Beide Enden der entsprechenden piezoelektrischen Elemente 103 sind an zwei Punkten des Außenumfangs des Schwingteils 102 mit Hilfe eines Klebstoffes oder ähnlichem über den Vertiefungen 105 befestigt.
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Die piezoelektrischen Elemente 103 sind im wesentlichen symmetrisch am Zentrum des Haltepunkts des Schwingteils 102 entlang der Achsenrichtung des Schwingteils 102 angeordnet und in eine Schwingeinrichtung 103A zum Versetzen des Schwingteils 102 in eine Resonanzschwingung sowie in eine Detektoreinrichtung 103B zum Feststellen einer Änderung in der Schwingung des Schwingteils 102 unterteilt.
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In dem Berührungssignalfühler 100 fällt ein Schwingungsknoten des Schwingteils mit dem Haltepunkt zusammen, wenn das Schwingteil 102 durch die Schwingungseinrichtung 103A entlang der Achsenrichtung in Schwingungen versetzt wird.
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Da bei dem Berührungssignalfühler 100 der Schwerpunkt des Schwingteils 102 durch den Fühlerhalter 101 an einem Teil des Schwingungsknotens gehalten wird, ist die Stabilität gegenüber einer Störschwingung erhöht, um die Meßgenauigkeit des Berührungssignalfühlers zu verbessern.
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Folgende Probleme treten jedoch auf, wenn die Gesamtgröße des Fühlers bei einem derartig aufgebauten herkömmlichen Berührungssignalfühler 100 verkleinert wird.
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Wenn die Größe des gesamten Berührungssignalfühlers 100 verkleinert wird, wird die Größe des Haltepunkts des Schwingteils 102 proportional zu den gesamten Abmessungen verkleinert. Um mit anderen Worten zu verhindern, daß der mit einem nicht schwingenden stationären Teil verbundene Haltepunkt die Schwingung des Schwingteils 102 behindert, muß der Haltepunkt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs neben dem Schwingungsknoten des Schwingteils 102 positioniert werden und muß die Größe der Fläche verkleinert werden, wenn die Größe des Berührungssignalfühlers 100 verkleinert wird, wodurch Schwierigkeiten beim Halten des Schwingteils 102 aufgrund der feinen Anordnung desselben verursacht werden.
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Da weiterhin die Schwingungseinrichtung 103A und die Detektoreinrichtung 103B mit dazwischen dem Schwingungsknoten schwierig anzuordnen sind, kann eine sehr genaue Verarbeitung und Montage der Komponenten schwierig sein.
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Andererseits ist in dem
US-Patent 5,524,354 ein Schwingteil für einen Berührungsfühler angegeben, wobei eine Größenreduktion bezweckt ist.
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Wie in 12 gezeigt, umfaßt ein Schwingteil 202 eine stimmgabelförmigen Schwingungseinrichtung 203, einen stabförmigen Fühlstift 204, der an einem Ende der stimmgabelförmigen Schwingungseinrichtung 203 angebracht ist, und eine Endkugel 205, die am Ende des Fühlstifts 204 angebracht ist. Die entsprechenden Stifte 204 sind derart angeordnet, daß sie eine Biegeschwingung in einer Richtung senkrecht zur Achsenrichtung und synchron zu der Schwingung der stimmgabelförmigen Schwingungseinrichtung 203 verursachen. Der Basisteil der stimmgabelförmigen Schwingungseinrichtung 203 vibriert nicht, so daß es auch dann leicht gehalten werden kann, wenn die Größe des Schwingteils 202 klein ist, und die Schwingungseigenschaften am entfernten Ende verbessert werden können, um eine hohe Empfindlichkeit zu ermöglichen. Dementsprechend kann leicht eine Reduktion der Größe des Berührungsfehlers bei Aufrechterhaltung der hohen Empfindlichkeit desselben erreicht werden.
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Da bei dem Berührungsfehler mit dem Schwingteil 202 der Fühlstift 204 eine Biegeschwingung synchron zu der Schwingung der stammgabelförmigen Schwingungseinrichtung 203 erzeugt, kann die Empfindlichkeit über einen weiten Bereich in Abhängigkeit davon variieren, welcher Teil der Endkugel 205 das Werkstück berührt (Richtungsabhängigkeit). Da weiterhin der Schwingungsbereich des entfernten Endes des Fühlstifts 204 allgemein groß gewählt ist, kann keine einem gewöhnlichen Berührungsfehler entsprechende Genauigkeit erhalten werden.
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Aus der
GB 2 070 249 ist ein Kontaktfühler bekannt, der ein Gehäuse aufweist, das einen Kontaktstab lagert, der aus dem Gehäuse herausragt. Innerhalb des Gehäuses ist der Kontaktstab mit zwei gegenüberliegenden piezoelektrischen Elementen versehen, von denen ein piezoelektrisches Element als Schwingungsgeber und das andere piezoelektrische Element als Schwingungsaufnehmer dient, der einen Kontakt eines vorderen Bereich des Kontaktstabs mit einem Werkstück detektiert.
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Die
DE 43 21 949 A1 offenbart einen Piezo-Resonator mit einem Schwingungsteil und einem Resonanzteil, wobei das Resonanzteil außerhalb eines Schwingungsknotens mit dem Schwingungsteil gekoppelt ist.
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Aus der
DE 2 312 446 ist ein elektromechanischer Schwinger für Schweißgeräte bekannt, der einen Schwingungserzeuger aufweist, an dessen vorderer Stirnfläche ein stabförmiges Element angeordnet ist, das eine Längsschwingung ausführt. Mit dem stabförmigen Element sind an zwei Schwingungsbäuchen Befestigungslaschen angeordnet, die mit einer Abstützung verbunden sind, die ein Werkstück trägt. Im Bereich eines weiteren Schwingungsbauches, der zwischen den oben genannten zwei Schwingungsbäuchen liegt, ist an dem stabförmigen Element eine Spitze angeordnet, die an das Werkstück an einer der Abstützung gegenüberliegenden Seite angreift.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Berührungssignalfühler anzugeben, dessen Größe einfach bei Aufrechterhaltung einer hohen Genauigkeit reduziert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung gibt einen Berührungssignalfühler an mit einem Fühlerhalter, einem Schwingteil, das durch den Fühlerhalter gehalten wird und an seinem entfernten Ende einen Kontaktteil für den Kontakt mit einem Werkstück aufweist, einer Schwingungseinrichtung, um das Schwingteil in der Achsenrichtung des Schwingteils in einer Resonanzschwingung zu versetzen, und einer Detektoreinrichtung, um einen Kontakt zwischen dem Schwingteil und dem Werkstück durch eine Änderung in der Schwingung des Schwingteils festzustellen, wenn das Schwingteil das Werkstück kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingteil durch den Fühlerhalter an zwei gegenüberliegenden Haltepunkten mit dazwischen einem Schwingungsknoten gehalten wird.
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Da das Schwingteil in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch den Fühlerhalter an zwei gegenüberliegenden Punkten mit dazwischen dem Schwingungsknoten gehalten wird, kann der Schwingungsknoten an einem Teil zwischen den zwei Haltepunkten des Fühlstifts gebildet werden, indem die Schwingungseinrichtung und die Detektoreinrichtung derart angeordnet werden, dass sie sich über die zwei Haltepunkte erstrecken. Die Haltepunkte sind also nicht auf einen kleinen Bereich beschränkt, was den Halteaufbau vereinfacht und das Befestigen der Schwingungseinrichtung und der Detektoreinrichtung vereinfacht, so dass die Größe des Berührungssignalfühlers einfach geändert werden kann.
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Da das Schwingteil an zwei Punkten gehalten wird, kann weiterhin die horizontale Schwingung in der Richtung senkrecht zur Achsenrichtung des Schwingteils auf eine vernachlässigbare Größe minimiert werden, wodurch die Feststellungsgenauigkeit des Berührungssignalfühlers verbessert wird.
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In der vorliegenden Erfindung ist der Schwingungsknoten des Schwingteils vorzugsweise im Zentrum zwischen den zwei Haltepunkten positioniert und fällt vorzugsweise mit dem Schwerpunkt des Schwingteils zusammen.
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Insbesondere wird das stabförmige Schwingteil 12, wie in der schematischen Ansicht von 1 gezeigt, vorzugsweise durch die zwei Haltepunkte A und B gehalten, wobei der Punkt C des Schwingungsknotens in der Achsenrichtung des Schwingteils 12 vorzugsweise im Zentrum zwischen den zwei Haltepunkten A und B liegt (LA = LB). Die Schwingungsbreite X der Schwingung in der Achsenrichtung ist senkrecht zu der Achse gezeigt.
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Da der Schwingungsknoten des Schwingteils in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Anordnung im Zentrum zwischen den zwei Haltepunkten angeordnet ist und mit dem Schwerpunkt des Schwingteils zusammenfällt, kann eine Beeinflussung des Berührungssignalfühlers durch eine Störschwingung usw. vermindert werden und die Genauigkeit der Feststellung des Werkstücks verbessert werden.
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Die beiden Haltepunkte A und B weisen vorzugsweise denselben Aufbau auf, wobei die statische und dynamische mechanische Stärke des Fühlerhalters für die entsprechenden Haltepunkte A und B vorzugsweise identisch beschaffen ist. Mit anderen Worten ist der mechanische Widerstand an beiden Haltepunkten A und B vorzugsweise gleich.
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Die Schwingungseinrichtung und die Detektoreinrichtung sind in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als ein Teil ausgebildet, das im Bereich der zwei Haltepunkte mit dem Fühlerhalter verbunden ist.
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Die Schwingungseinrichtung und die Detektoreinrichtung können also mit einer Größe ausgebildet werden, die dem Abstand zwischen den zwei Haltepunkten entspricht, wodurch die Verarbeitung und die Montage vereinfacht werden, ohne dass die Feststellungsgenauigkeit des Berührungssignalfühlers mit reduzierter Größe beeinträchtigt wird.
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Der Fühlerhalter ist in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise aus einem piezoelektrischen Material hergestellt, und die Schwingungseinrichtung und die Detektoreinrichtung sind vorzugsweise im Fühlerhalter integriert. Insbesondere ist der Fühlerhalter vorzugsweise aus einem piezoelektrischen Material wie etwa einem Kristall hergestellt, und die Schwingungseinrichtung usw. sind seitlich zu dem Schwingteil-Befestigungsteil ausgebildet, das die zwei Haltepunkte bildet.
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Dementsprechend kann die Anordnung des Berührungssignalfühlers vereinfacht werden, wodurch die Verkleinerung des Berührungssignalfühlers weiter vereinfacht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Ansicht, welche die Funktion der vorliegenden Erfindung erläutert,
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2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Anordnung eines Berührungssignalfühlers in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 ist eine zusammenfassende perspektivische Ansicht eines Zustands, in welchem eine Schwingungseinrichtung und eine Detektoreinrichtung an einem Fühlerhalter der oben genannten Ausführungsform befestigt sind,
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4 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Berührungssignalfühlers in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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5 ist eine zusammenfassende perspektivische Ansicht eines Berührungssignalfühlers in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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6 ist eine schematische Ansicht, welche den Aufbau erläutert, mit welchem das Schwingteil der genannten Ausführungsform in Schwingung gesetzt wird,
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7 ist eine Querschnittansicht des Aufbaus des Fühlerhalters der genannten Ausführungsform,
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8 ist eine zusammenfassende perspektivische Ansicht eines Berührungssignalfühlers in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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9 ist eine Ansicht von vorne eines modifizierten Berührungssignalfühlers der genannten Ausführungsformen,
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10 ist eine schematische Ansicht, welche die Position des Schwingungsknotens in der Modifikation der zuvor genannten Ausführungsformen beschreibt, und
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11 ist eine zusammenfassende perspektivische Ansicht, die einen herkömmlichen Berührungssignalfühler zeigt, und
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12 ist eine zusammenfassende perspektivische Ansicht, die einen anderen herkömmlichen Berührungssignalfühler zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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2 zeigt einen Berührungssignalfühler 10 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Berührungssignalfühler 10 dient zum Messen von kleinen Löchern mit einem Seitenverhältnis von größer oder gleich 30 und umfasst einen Fühlerhalter 11, ein Schwingteil 12 und zwei piezoelektrische Elemente 13.
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Der Fühlerhalter 11 umfasst einen stationären Teil 111, der mit einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgerätes oder ähnlichem zu verbinden ist, sowie einen Schwingteil-Befestigungsteil 112 zum Montieren und Befestigen des Schwingteils 12. Das Schwingteil-Befestigungsteil 112 verzweigt sich in zwei Teile, wobei das Schwingteil 12 an den zwei entfernten Enden der Verzweigung gehalten wird, die den Haltepunkten A und B von 1 entsprechen.
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Der verzweigte Teil des Schwingteil-Befestigungsteils 112 weist denselben Aufbau auf. Eine große Einschnürung ist zwischen dem Schwingteil-Befestigungsteil 112 und dem stationären Teil 111 vorgesehen, um den mechanischen Widerstand an den Haltepunkten A und B des Fühlerhalters 11 auszugleichen. Da insbesondere das Schwingteil-Befestigungsteil 112 in der Achsenrichtung des Schwingteils 12 symmetrisch ist und der stationäre Teil 111 in der Achsenrichtung des Schwingteils 12 asymmetrisch ist, ist die Einschnürung ausgebildet, um einen Einfluß der Asymmetrie zu beseitigen und die mechanische Stärke des verzweigten Teils des Schwingteil-Befestigungsteils 112 anzugleichen.
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Das Schwingteil 12 ist ein stabförmiges Glied mit einem gleichbleibenden Durchmesser. Ein kugelförmiger Kontaktteil 12A zum Kontaktieren des Werkstücks ist am entfernten Ende des Schwingteils 12 ausgebildet, während ein Gegengewicht 12B mit demselben Gewicht wie der Kontakttail 12A am Basisende des Schwingteils 12 ausgebildet ist. Der Kontaktteil 12A ist nicht notwendigerweise kugelförmig ausgebildet, sondern kann auch scheibenförmig sein, was in Abhängigkeit von der Konfiguration des Werkstücks bestimmt wird. Weiterhin ist das Gegengewicht 12B hier genauso wie der Kontaktteil 12A kugelförmig vorgesehen, wobei es jedoch auch würfelförmig mit demselben Gewicht wie der Kontaktteil 12A ausgebildet sein kann.
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Das Schwingteil 12 umfaßt den Kontaktteil 12A an seinem entfernten Ende und das Gegengewicht 12B an seinem Basisende und weist weiterhin im Zentrum in der Achsenrichtung einen Schwerpunkt auf.
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Wenn das Schwingteil 12 am Schwingteil-Befestigungsteil 112 befestigt wird, wird das Schwingteil derart mit Hilfe von Klebstoff oder ähnlichem befestigt, daß der Schwerpunkt des Schwingteils 12 mit dem Zentrum zwischen den Haltepunkten A und B zusammenfällt.
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Zwei piezoelektrische Elemente 13 dienen dazu, das Schwingteil 12 in eine Resonanzschwingung zu versetzen und eine Änderung in der Schwingung des Schwingteils 12 festzustellen, die verursacht wird, wenn das Schwingteil das Werkstück berührt. Eine untere Seite des in 2 oben angeordneten piezoelektrischen Elements 13 und eine obere Seite des in 2 unten angeordneten piezoelektrischen Elements sind als gemeinsame Elektroden angeordnet. Die obere Seite des in 2 oben angeordneten piezoelektrischen Elements 13 ist in die Schwingungseinrichtung 13A und die Detektoreinrichtung 13B an einer Position unterteilt, die dem Zentrum zwischen den Haltepunkten A und B des Schwingteil-Befestigungsteils entspricht. Weiterhin ist auch die untere Seite des in 2 unten angeordneten piezoelektrischen Elements 13 entsprechend in zwei Bereiche unterteilt.
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Die piezoelektrischen Elemente 13 sind derart angeordnet, daß sie sich über dem verzweigten Teil des Schwingteil-Befestigungsteils 112 des Fühlerhalters 11 erstrecken, der mit Hilfe von Klebstoff, Lot oder ähnlichem befestigt ist.
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Mit anderen Worten sind die Schwingungseinrichtung 13A und die Detektoreinrichtung 13B symmetrisch im Zentrum zwischen den Haltepunkten A und B entlang der Achsenrichtung angeordnet.
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Da weiterhin das andere piezoelektrische Element 13, das einen identischen Aufbau wie das erste piezoelektrische Element 13 aufweist und eine Schwingungseinrichtung 13A und eine Detektoreinrichtung 13B umfaßt, gegenüber dem ersten piezoelektrischen Element angeordnet ist, weist der Berührungssignalfühler 10 einen im wesentlichen symmetrischen Aufbau in der Richtung senkrecht zu der Achsenrichtung des Schwingteils 12 auf.
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Wie oben beschrieben, wird der Berührungssignalfühler 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau als Berührungsfühler des Kontakttyps für ein Koordinatenmeßgerät oder ähnliches verwendet. Wenn eine elektrische Spannung an dem piezoelektrischen Element 13, das die Schwingungseinrichtung 13A und die gemeinsame Elektrode bildet, angelegt wird, dann wird das Schwingteil 12 in eine Resonanzschwingung entlang der Achsenrichtung versetzt. Wenn dann das Werkstück den Kontaktteil 12A berührt, wird die Schwingung des Schwingteils 12 verändert, was durch die Detektoreinrichtung 13B festgestellt wird, wobei die Koordinate abgelesen wird, wenn sich die Schwingung ändert. Weil der Schwingungsknoten des Schwingteils 12 am Zentrum zwischen den Haltepunkten A und B gebildet wird, wird die Stabilität gegenüber einer Störschwingung verbessert.
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In Übereinstimmung mit der oben beschriebenen ersten Ausführungsform können die folgenden Wirkungen erhalten werden.
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Weil das Schwingteil 12 zwischen den zwei Haltepunkten A und B mit dazwischen dem Schwingungsknoten gehalten wird, kann der Schwingungsknoten zwischen den zwei Haltepunkten A und B gebildet werden, indem das piezoelektrische Element 13, das die Schwingungseinrichtung 13A und die Detektoreinrichtung 13B bildet, derart angeordnet wird, daß es sich über den zwei Haltepunkten A und B erstreckt. Dementsprechend können die Schwingungseinrichtung 13A und die Detektoreinrichtung 13B einfach an dem Fühlerhalter 11 befestigt werden, wodurch eine Verkleinerung des Berührungssignalfühlers 10 vereinfacht wird.
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Da das Schwingteil an zwei Punkten gehalten wird, kann eine horizontale Schwingung in einer Richtung senkrecht zur Achsenrichtung des Schwingteils 12 auf eine vernachlässigbare Größe minimiert werden, so daß die Feststellungsgenauigkeit des Berührungssignalfühlers 10 nicht herabgesetzt wird.
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Da weiterhin der Schwingungsknoten des Schwingteils 12 im Zentrum zwischen den zwei Haltepunkten A und B vorgesehen ist und mit dem Schwerpunkt des Schwingteils 12 zusammenfällt, kann der Einfluß einer Störschwingung auf den Berührungssignalfühler 10 herabgesetzt werden, wodurch die Genauigkeit bei der Feststellung des Werkstücks verbessert wird.
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen für Teile verwendet, die den oben beschriebenen gleich oder ähnlich sind, um die Erläuterungen zu vereinfachen.
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Bei dem Berührungssignalfühler 10 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform ist das in 2 oben angeordnete piezoelektrische Element 13 in die Schwingungseinrichtung 13A und die Detektoreinrichtung 13B unterteilt.
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Im Gegensatz dazu weist der Berührungssignalfühler 20 wie in 4 gezeigt in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform ein oben angeordnetes piezoelektrisches Element, das eine Schwingungseinrichtung 23A bildet, und ein unten angeordnetes piezoelektrisches Element auf, das eine Detektoreinrichtung 23B bildet, wobei sich die Schwingungseinrichtung 23A und die Detektoreinrichtung 23B über den Haltepunkten A und B erstrecken. Die restliche Anordnung des Fühlerhalters 11 und des Schwingteils 12 sowie die Funktion des Berührungssignalfühlers 20 sind mit der Anordnung und der Funktion der ersten Ausführungsform identisch, so daß hier auf entsprechende Erläuterungen verzichtet werden kann.
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In Übereinstimmung mit dem Berührungssignalfühler 20 der zweiten Ausführungsform kann neben den in der ersten Ausführungsform erhaltenen Wirkungen die folgende Wirkung erhalten werden.
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Da sich die Schwingungseinrichtung 23A und die Detektoreinrichtung 23B über den zwei Haltepunkten A und B erstrecken, müssen die Schwingungseinrichtung 23A und die Detektoreinrichtung 23B lediglich mit einer Größe ausgebildet werden, die dem Abstand zwischen den zwei mit dem Fühlerhalter 11 zu befestigenden Haltepunkten A und B entspricht, so daß die Verarbeitung und die Montage vereinfacht werden können und die Feststellungsgenauigkeit des Berührungssignalfühlers 20 mit kleinerer Größe nicht beeinträchtigt wird.
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Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Der Fühlerhalter 11 des Berührungssignalfühlers 10 in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird durch ein plattenförmiges Glied gebildet, wobei sich der Schwingteil-Befestigungsteil 112 in zwei Teile verzweigt und das Schwingteil 12 an den zwei entfernten Enden der Verzweigung gehalten wird.
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Im Gegensatz dazu wird ein Fühlerhalter 31 eines Berührungssignalfühlers 30 in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform aus einem zylindrischen Glied gebildet, wobei das Schwingteil 12 wie in 5 gezeigt durch die zwei Haltepunkte A und B an einem Ende des zylindrischen Glieds gehalten wird. Das Schwingteil 12 weist eine Achse senkrecht zu der Zentrumsachse des Zylinders des Fühlerhalters 31 auf, wobei die zentrale Achse den Schwerpunkt des Schwingteils 12 kreuzt.
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Ein Paar von Schwingungseinrichtungen 33A und ein Paar von Detektoreinrichtungen 33B sind auf dem Außenumfang des Fühlerhalters 31 ausgebildet, und eine gemeinsame Elektrode 33 aus einem piezoelektrischen Element ist auf dem Innenumfang des Fühlerhalters 31 ausgebildet.
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Wenn eine elektrische Spannung an der Schwingungseinrichtung 33A des Berührungssignalfühlers 30 angelegt wird, wird die Endfläche des Fühlerhalters 31 wie in 6 gezeigt in einem Schwingungsmodus von einem Kreis zu einem Oval verformt, wobei eine Haupt- oder Nebenachse des Ovals mit der Achse des Schwingteils 12 übereinstimmt.
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Mit anderen Worten wird wie in 7 gezeigt eine vierfache Elektrode am Außenumfang des Fühlerhalters 31 gebildet, so daß die entsprechenden Zentren eines Paares von entlang der Umfangsrichtung gegenüberliegenden Elektroden mit der Achse des Schwingteils 12 übereinstimmen, während die entsprechenden Zentren eines anderen Paares von entlang der Umfangsrichtung gegenüberliegenden Elektroden auf einer Achse senkrecht zu der Achse des Schwingteils 12 liegen. Die in der Achsenrichtung des Schwingteils 12 einander gegenüber angeordneten Elektroden bilden die Schwingungseinrichtung 33A und die in der Achsenrichtung senkrecht zu der Achsenrichtung des Schwingteils 12 einander gegenüber angeordneten Elektroden bilden die Detektoreinrichtung 33B. Die Schwingungseinrichtung und die Detektoreinrichtung können auch in der umgekehrten Anordnung vorgesehen sein, und die Schwingungseinrichtung 33A kann auch nur durch eine aus dem Paar von Elektroden gebildet werden, die entlang der Achse des Schwingteils 12 angeordnet sind. Weiterhin weist die gesamte Oberfläche am Innenumfang des Fühlerhalters 31 wie in 7 gezeigt eine Elektrode auf, die durch ein piezoelektrisches Element gebildet wird, das als gemeinsame Elektrode 33 angeordnet ist.
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In Übereinstimmung mit der oben beschriebenen dritten Ausführungsform kann neben den in der ersten Ausführungsform erhaltenen Wirkungen die folgende Wirkung erhalten werden.
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Da der Fühlerhalter 31 als zylindrisches Element ausgebildet ist, können die Haltepunkte A und B zum Halten des Schwingteils 12 unter Verwendung des symmetrischen Aufbaus des zylindrischen Endes vorgesehen werden. Dementsprechend kann der mechanische Widerstand der Haltepunkte A und B des Fühlerhalters 31 einfach ausgeglichen werden, wodurch ein komplizierter Aufbau für den Fühlerhalter 31 vermieden werden kann.
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Im folgenden wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Bei dem Berührungssignalfühler 10 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform sind die Schwingungseinrichtung 13A und die Detektoreinrichtung 13B als unabhängige Körper befestigt, die sich über die Haltepunkte A und B des Fühlerhalters 11 erstrecken.
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Im Gegensatz dazu weist der Berührungssignalfühler 40 in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform einen Fühlerhalter 41 mit einem ähnlichen Aussehen wie der Fühlerhalter 11 der ersten Ausführungsform auf, wobei jedoch eine Schwingungseinrichtung 43A und eine Detektoreinrichtung 43B einstückig mit dem Fühlerhalter 41 ausgebildet sind, so daß die Schwingungseinrichtung 43A und die Detektoreinrichtung 43B jeweils Strukturkomponenten des Fühlerhalters 41 sind.
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Der Fühlerhalter 41 ist aus einem piezoelektrischen Element wie etwa einem Kristall hergestellt und setzt sich aus einem stationären Teil 411 und einem in zwei Teile verzweigten Schwingteil-Befestigungsteil 412 zusammen. Die Schwingungseinrichtung 43A ist auf einer Außenseite der Verzweigung des Schwingteil-Befestigungsteils 412 ausgebildet, und die Detektoreinrichtung 43B ist auf der anderen Außenseite ausgebildet. Die Innenseite der Verzweigung des Schwingteil-Befestigungsteils 412 weist eine gemeinsame Elektrode 43 auf. Die Schwingungseinrichtung 43A, die Detektoreinrichtung 43B und die gemeinsame Elektrode 43 sind elektrisch mit Spannungsanschlüssen 411A, 411B und 411C verbunden, die auf dem stationären Teil 411 ausgebildet sind, so daß die in 1 beschriebene Schwingung durch das Anlegen einer Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz zwischen dem Spannungsanschluß 411A und der gemeinsamen Elektrode 43 erzeugt werden kann. Der Aufbau und die Anordnung des zuvor beschriebenen Fühlerhalters 41, der Schwingungseinrichtung 43A usw. werden in Übereinstimmung mit den Eigenschaften des piezoelektrischen Materials usw. bestimmt.
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In Übereinstimmung mit dem Berührungssignalfühler 40 der vierten Ausführungsform kann die folgende Wirkung erhalten werden.
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Da die Schwingungseinrichtung 43A und die Detektoreinrichtung 43B einstückig mit dem Fühlerhalter 41 ausgebildet sind – d. h. die Schwingungseinrichtung 43A und die Detektoreinrichtung 43B als Teile des Fühlerhalters hergestellt werden – kann der Aufbau des Berührungssignalfühlers 40 vereinfacht werden, wodurch die Verkleinerung des Berührungssignalfühlers weiter vereinfacht wird. Weil die Schwingungseinrichtung 43A usw. einstückig mit dem Fühlerhalter 41 ausgebildet sind, kann weiterhin auf Montageschritte zum Befestigen der piezoelektrischen Elemente wie etwa der Schwingungseinrichtung und der Detektoreinrichtung verzichtet werden, wodurch der Herstellungsprozeß des Berührungssignalfühlers weiter vereinfacht wird.
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Der Erfindungsumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt weiterhin etwa die folgenden Modifikationen.
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Der Stab des Schwingteils 12 ist in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen aus einem Stabglied mit einem gleichbleibenden Durchmesser ausgebildet, wobei jedoch auch andere Anordnungen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung wie in 9 gezeigt auf einen Berührungssignalfühler 50 mit einem Schwingteil 52 angewendet werden, wobei der Durchmesser des Stabs 521 des Schwingteils 52 stufenweise an einem Endteil 521A, einem Zwischenteil 521B und einem Basisteil 521C variiert. Alternativ dazu kann die vorliegende Erfindung auf einen Berührungssignalfühler mit einem stabförmigen Schwingteil angewendet werden, dessen Außendurchmesser sich graduell verjüngt.
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Der in 9 gezeigte Berührungssignalfühler 50 umfaßt einen Fühlerhalter 51 und ein Schwingteil 52, wobei das Schwingteil 52 durch Haltepunkte A und B eines Schwingteil-Befestigungsteils 512 des Fühlerhalters 51 gehalten wird. Der Stab 521 des Schwingteils 52 umfaßt einen Basisteil 521C, an welchem ein Gegengewicht 122 vorgesehen ist, einen Zwischenteil 521B, der sich zwischen den Haltepunkten A und B erstreckt, und einen Endteil 521A mit dem Kontaktteil 12A. Weil der Durchmesser des Querschnitts des Stabes 52 zum Ende desselben hin abnimmt, ist der Schwerpunkt des Schwingteils 52 gegenüber dem Zentrum zwischen den Haltepunkten A und B zum Basisende hin versetzt. Obwohl also wie in 10 gezeigt der Schwingungsknoten nicht im Zentrum zwischen den Haltepunkten A und B gebildet wird (LA > LB) kann dieselbe in der oben beschriebenen Ausführungsform genannte Wirkung erhalten werden, wenn der Schwingungsknoten zwischen den Haltepunkten zwischen den Haltepunkten A und B liegt. Wenn sich der Stab 521 des Schwingteils 52 stufenweise ändert, wird der Schwingungsknoten vorzugsweise derart gewählt, daß er mit dem Zentrum des Schwingteil-Befestigungsteils 512 des Fühlerhalters 51 zusammenfällt. Insbesondere wird die Position des Schwingungsknotens durch Experimente, Analysen und ähnliches bestimmt und derart gewählt, daß sie mit dem Zentrum des Schwingteil-Befestigungsteils 512 zusammenfällt.
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Die Berührungssignalfühler 10 bis 50 in Übereinstimmung mit den zuvor genannten Ausführungsformen sind mit einem Koordinatenmeßgerät verbunden, wobei jedoch zu beachten ist, daß die vorliegende Erfindung für einen Fühler des Kontakttyps zum Feststellen der relativen Position eines Werkstücks an einem Meßgerät wie etwa einem Höhenmeßgerät oder einem Profilmeßgerät verwendet werden kann.
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Es können andere besondere Anordnungen und Konfigurationen bei der Implementierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die im Erfindungsumfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
