DE2347633C3 - Tastkopf - Google Patents

Description

Hauptanforderung darin, eine möglichst exakte Lagerung des Tasters in seiner Halterung mit dem Ziel zu erhalten, daß der Taster nach jeder Auslenkung mit äußerster Genauigkeit wieder in seine Nullstellung zurückkehrt und eine möglichst große Ansprechempfindlichkeit aufweist, um auch kleinste Tasterauslenkungen feststellen zu können. Diese Aüiorderungen sind deshalb wichtig, weil die Gesamtgenauigkeit der Meßmaschine im wesentlichen durch die Rückstellgenauigkeit und Ansprechgenauigkeit des Tasters bestimmt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Tastkopf der eingangs dargelegten Art die Tasterlagerung so auszubilden, daß die erwähnte erforderliche große Rückstellg-;nauigkeit und Ansprechempfindlichkeit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Die erfindungsgemäße Anordnung biete- die Gewähr dafür, daß nur geringste Reibungen in der Tasterlagerung auftreten können, so daß eine erhebliche Rückstellgenauigkeit des Tasters nach jeder Auslenkung in seine Nullage erzielt wird. Eine mit der Zeit eintretende verschleißbedingte Nullstellungsverschiebung beeinflußt dabei die Genauigkeit überhaupt nicht, da der Tastkopf nur zur Ausführung von Relativmessungen dient und dabei lediglich wichtig ist, daß die Nullstellung während einer Meßreihe unveränderlich bleibt.

Vorzugsweise weist die Lagerung gemäß Anspruch 2 drei räumlich zueinander versetzt angeordnete Lagerstellen auf.

Weiter bevorzugte Einzelheiten des erfindungsgemäßen Tastkopfes sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 8.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Tastkopf,

Fig. 2 eine Draufsicht aus der Ebene II —II in Fig. 1 bei abgenommenem Gehäusedeckc!,

Fig. 3 einen Schnitt in der Ebene 111 —III in Fig. 2,

F i g. 4 einen Querschnitt durch eine andere Tastkopfausführungsform,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Ebene V —V in Fig. 4,

Fig.6 einen Schnitt durch eine noch weitere Tasikopfausführungsform,

Fig. 7 einen Querschnitt in der Ebene VII —VlI in Fig. 6,

Fig.8 einen Schnitt in der Ebene VIII-VIlI in F i g. 7, und

Fig. 9 eine Abwandlung der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform.

Der in den F i g. I, 2 und 3 gezeigte Tastkopf 1 weist ein Gehäuse 2 und einen Taster 3 auf. Vom Taster 3 ragen drei Arme 4 radial weg, die jeweils an den beiden Flanken 6 und 7 (F i g. 3) einer durch zwei Lagerkugeln 9 und 10 gebildeten V-förmigen Kerbe 8 liegen. Die Lagerkugeln 9 und 10 sind jeweils mittels Kitt 16 in Bohrungen 11 bzw. 12 eingekittet.

Um die Lagerkugeln bei Bedarf austauschen zu können, können die sie aufnehmenden Bohrungen durch Durchgangsbohrungen 26 kleineren Durchmessers f>5 verlängert sein, die ein Ausstoßen der Kugeln erlauben. Eine sich an einem mittels Schrauben 25 auf dem Gehäuse befestigten Gehäusedeckel 22 abstützende Schraubenfeder 5 drängt den Taster 3 in seine durch die Lagerkugeln festgelegte Nullstellung 37.

Die Tastspitze 13 des Tasters endigt in einer Tastkugel 14. Das zur Tastspitze gehörende Schaftteil 20 ist mittels eines Zapfens 24 in den übrigen Tast^rschaft eingesetzt. Ein freier Raum 19 zwischen dem Tastergehäuse 2 und dem Taster 3 gestattet eine begrenzte Auslenkung des Tasters aus seiner Nullstellung.

Der Tastkopf kann in Verbindung mit einer Koordinatenmeßmaschine benützt werden, um beispielsweise den Umriß eines zu vermessenden Gegenstandes abzutasten. Bei Berührung der Tastkugel 14 mit dem abzutastenden Gegenstand wird der Taster entgegen der Kraft der Feder 5 aus seiner Nullstellung ausgelenkt.

Zur Erfassung der Tasterauslenkung dient ein elektrischer Stromkreis Iλ der geschlossen ist, wenn der Taster sich in seiner Nullstellung befindet. Der Stromkreis verläuft in Reihenschaltung durch die jeweils isoliert im Gehäuse 2 eingesetzten Lagerkugein 9 und 10, zwischen denen bei in der Nullstellung befindlichem Taster die Tasterarme 4, deren mit dem Tasterschaft verbundene Enden 21 mittels isolierendem Kitt in entsprechende Tasterschaftbohningen eingesetzt sind, als Brückenkontakte wirken, und enthält eine Anzeigelampe 17 und eine Batterie 18. Jede Tasterauslenkung bewirkt, daß mindestens einer der Tasterarme 4 «on mindestens einer Flanke der ihm zugeordneten V-förmigen Kerbe 8 abgehoben und dadurch der Stromkreis 15 unterbrochen wird, wodurch die Anzeigelampe 17 erlischt.

Eine solche Stromkreisunterbrechung kann außerdem als Steuerimpuls für eine nicht gezeigte automatische Schalteinrichtung verwendet werden, welche in diesem Zeitpunkt die jeweiligen Koordinalenwerte abliest und speichert.

Zur Vermeidung einer Funkenbildung beim öffnen des Stromkreises kann das Tastergehäuse mit !solationsöl gefüllt sein, wobei eine Gummimanscheüe 27 die Tasterdurchführungsöffnung abdichtet. Die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen V-förmigen Kerben 8 sind zweckmäßigerweise in einer im Gehäuse gebildeten Ringnut 28 untergebracht.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine weitere Tastkopfausführungsform mit drei von einem Zentrierkörper radial wegragenden Armen 81, 82 und 83, die jeweils wiederum in einer durch zwei Lagerkugeln 9 und 10 gebildeten V-förmigen Kerbe liegen. Einer der drei Arme, nämlich der Arm 83, ist zu einem radial verlaufenden Tasterschaft verlängert und trägt an seinem Ende eine Tastkugel 14. Diese Ausführungsform eignet sich beispielsweise zur Untersuchung zylindrischer Bohrungen.

Die Fig.6, 7 und 8 zeigen eine noch weitere Ausführungsform eines Tastkopfes 1 mit einem in einem länglichen Gehäuse 2 angeordneten Taster 3. Der Taster 3 liegt in einer im Querschnitt V-förmigen Nut 94 eines im Gehäuse befindlichen Isolierkörpers 91, die sich über den größten Teil der Isolierkörperlänge erstreckt. An einem abgeflachten Endteil 95 des Isolierkörpers ist mittels zweier Haltestreifen 92 und 93 eine den Taster 3 in seine Nullstellung drängende Haarnadelfeder 5 befestigt. An den Flanken 112 und !13 der Isolierkörperlut 95 sind in axialem Abstand voneinander zwei Lagernadelpaare 96, 98 und 97, 99 angeordnet und am Ende der Nut ist eine weitere Lagernadel 10X) unter einem Winkel von etwa 45° zur Tastkorrfarhse JO!

geneigt befestigt.

Die Haarnadelfeder 5 verläuft durch eine Querbohrung 102 des Tasterschaftes hindurch und drängt diesen gegen die beiden, jeweils eine V-förmige Kerbe bildenden LagernadcUwareund die Lagernadel 100, mit weich letzterer das gerundete Ende 103 des Tasters, zusammenwirkt. Auf diese Weise ist die Nullstellung des Tasters bestimmt. Berührt die Tastkugel 14 einen abzutastenden Gegenstand, so wird der Tabter aus seiner Nullstellung ausgelenkt, so daß der Tasterschaft von irgendeiner der Lagernadeln abgehoben wird. Zur Erfassung der Tasterauslenkung verläuft ein elektrischer Stromkreis über eine Zuleitung iO6 zur Lagernadel 96, von dieser über den Tasterschaft zur Lagernadel 98, sodann zur Lagernadel S9, von dieser über einen vom übrigen Taster durch eine isolation 105 isolierten zylindrischen Teil 104 zur Lagernadel 97 und von dieser aus über eine Leitung 107 zu einer nicht dargestellten Anzeigelampe. Die beiden Leitungsdrähte 106 und 107 werden von einer auf ein Gewinde 108 des Tastkopfgehäuses aufgeschraubten Gummikappe 119 gehalten.

Die fünfte Lagernadel 100 braucht nicht in den Stromkreis geschaltet zu sein, :ij jede Axiaiverschie bung des Tasters bewirkt, daß das gerundete Taslcrendi ICj. an der schrägliegenden Lagernade! 100 aulglpi'ci und sich der Tastei schaft Uadureh von einer der anderer Lagernadeln abhebt, so daß der Stromkreis auf jeder Fall unterbrochen wird.

Bei einer in Γ< g. 9 gezeigten Abwandlung der eben beschriebenen Ausführungsform Jicnen die l.agprnadein 96, 98, 97, 99 und 100 zusammen mit det

ίο Haarnadelfeder b nur dazu, die Nullstellung des Taster« 3 "i'stzulegcn. Der elektrische Stromkreis 15 ist bc üicscr Ausführungsform nicht über die Lagernadelr geführt, sondern verläuft über einen Leitungsdraht 112 pin im Gehaust angeordnetes Kontaktstück 110. der leitenden Tasierschaft, die elektrisch leitende Haarna deiieuer 5 und einen Leitungsdraht 113. jede Ausien )>ung dsr Tasters aus seiner Nullstellung hat zur Folge daß der Kontakt zwischen dem Tasterschaft und derr Kontaktstück 110 unterbrochen und dadurch die

>o Auslenkung über den elektrischen Stromkreis 15 zu: Anzeige gebracht wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Tastkopf, dessen Taster durch eine Rückstellkraft in eine die Nullstellung bestimmende Lagerung s gedrängt wird, aus welcher heraus er relativ zu seiner Halterung in einer Richtung verschiebbar und in mindestens einer Richtung kippbar ist, und der eine Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung mindestens zwei in der Halterung

   (2) räumlich zueinander versetzt angeordnete Lagerstellen (4, 8, 10; 96 bis 100, 103, 10-}) aufweist, an denen jeweils zueinander konvergierende Flächen (9, 10; 96,98 und 97,99) mit einer Gegenfläche (4; 103,104) zusammenwirken, wobei die konvergierenden Flächen und die Gegenflärhen relativ zueinander gekrümmt sind.

   ?.. Tastkopf nach Anspruch 1, dessen Taster allseitig kippbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die to Lagerung drei räumlich zueinander versetzt angeordnete Lagerstellen (4,9,10; 96 bis 100,103,104) aufweist, bei welchen an zwei Lagerstellen zwei zueinander konvergierende Flächen mit einer Gegenfläche und an der dritten Lagerstelle mindestens eine Fläche (9, 10; 100) mit einer Gegenfläche (4; 103) zusammenwirken.

   3. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Lagerstellen durch drei mit gegenseitigen Winkelabständen radial vom Taster

   (3) wegragende Arme (4) und drei damit zusammenwirkende, an der Halterung (2) angeordnete V-artige Kerben (8) gebildet sind.

   4. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (3) einen Zentrierkörper aufweist, von dem der Tasterschaft (83) und zwei Arme (81, 82) mit gegenseitigen Winkelabständen radial abstehen, und daß die drei Lagerstellen durch den Tasterschaft und die zwei Arme und drei damit zusammenwirkende, an der Halterung angeordnete V-artige Kerben (9,10) gebildet sind.

   5. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der drei Lagerstellen durch den zylindrischen Tasterschaft (104) und zwei seitlich mit diesem zusammenwirkende, mit gegenseitigem Axialabstand fluchtend hintereinander angeordnete V-artige Kerben (96, 98 und 97, 99) und die dritte Lagerstelle zwischen dem gerundeten Tasterschaftende (103) und einer zur Taslerschaftlängsachse schräg verlaufenden Gegenfläche (100) gebildet sind.

   6. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zueinander konvergierende Flächen jeweils durch zwei nahe nebeneinander angeordnete Kugeln (9, 10) oder zwei mit ihren Achsen zueinander geneigt angeordnete Zylinderkörper (96,98; 97,99) gebildet sind.

   7. Tastkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem gerundeten Tasterschaftende (103) zusammenwirkende Gegenfläche durch einen Zylinderkörper (1OO) gebildet ist, dessen Achse schräg zur Tasterschaftachse verläuft.

   8. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen und Gegenflächen der einzelnen Lagerstellen jeweils gleichzeitig als elektrische Schaltkontakte dienen.

   Die Erfindung betrifft einen Tastkopf, dessen Taster durch eine Rückstellkraft in eine die Nullstellung bestimmende Lagerung gedrängt wird, aus welcher heraus er relativ zu seiner Halterung in einer Richtung verschiebbar und in mindestens einer Richtung kippbar ist, und der eine Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung aufweist.

   Derartige Taster finden in Verbindung mit Koordinatenmeßmaschinen Anwendung.

   Ein solcher Tastkopf ist beispielsweise aus der G B- PS 12 37 813 bekannt. Die Tasterlagerung erfolgt bei dem bekannten Tastkopf kugelgelenkartig mittels eines kugelig gewölbten Bundes des Tasterschaftes und damit zusammenwirkender, oberer und unterer Gegenflächen. Die untere Gegenfläche ist fest, während die obere, an einer den Tasterschafl umgreifenden Hülse gebildete Gegenfläche entgegen der Kraft einer Feder in Längsrichtung des Tasierschaftes verschiebbar ist. Der bekannte Taster isi folglich allseitig radial auslenkbar und außerdem in Längsrichtung seines Schaftes von der festen Gegenfläche des Taslerschaftbundes weg verschiebbar. Das Tasterschaftende wirkt keilgetriebeartig mit einem, einen Teil einer Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung bildenden Gleitkörper zusammen, der Winkelbewegungen des Tasterschaftes in Längsverschiebebewegungen umsetzt und Verschiebungen des Tasters in Schaftlängsrichiung direkt überträgt.

   Ein weiterer Tastkopf mit bezüglich der eben beschriebenen Anordnung fast identischer Tasterlagerung ist aus der G B-PS 12 71 841 bekannt.

   Bei beiden bekannten Tastköpfen wird eine Messung der Größe der jeweiligen Tasterauslenkung angestrebt, weshalb die bekannten Tasterlagerungen so gestaltet sind, daß sie relativ große Tasterauslenkungen zulassen und die Messung der Größe der Tasterauslenkung im ganzen Auslenkungsbereich möglichst fehlerarm erfolgt.

   Diese Ausbildung der Tasterlagerung im Hinblick auf eine größenmäßige Erfassung der Tasterauslenkung bringt es mit sich, daß aufgrund der zahlreichen, bei den bekannten Tastköpfen bei jeder Tasterauslenkung aufeinander gleitenden Flächen eine erhebliche Gesamtreibung auftritt, wodurch einerseits die Rückkehrgenauigkeit des Tasters in seine Nullage und damit auch die Meßgenauigkeit insgesamt und andererseits wegen der aufgrund der Reibungsverluste notwendigerweise ziemlich großen Rückstellkraft die Emofindlichkeit der bekannten Tastköpfe begrenzt ist. Außerdem kann sich der Verschleiß an den Gleitflächen auf die Genauigkeit der bekannten Tastköpfe auswirken.

   Bei den bekannten Tastköpfen werden die eben erwähnten Nachteile in Kauf genommen, um, wie eben erwähnt, die Größe der Tastauslenkungen messen zu können. Für den Einsatz in Koordinatenmeßmaschinen, mittels derer Werkstücke durch Relativmessungen, d. h. durch Messungen der koordinatenmäßigen Positionen einzelner Meßpunkte und nachfolgende rechnerische Ermittlung der Differenzen der Koordinatenwerte vermessen werden, sind die bekannten Tastköpfe jedoch nicht geeignet. Für den Einsatz in derartigen Koordinatenmeßmaschinen, bei denen es nur darauf ankommt, festzustellen, ob das wirksame Tasterende einen zu vermessenden Gegenstand berührt oder nicht berührt, um danach den Zeitpunkt der Ablesung der Koordinatenwerte eines Meßpunktes oder einer Meßfläche an dem zu vermessenden Werkstück zu bestimmen, liegt die an den Tastkopf zu stellende