DE2356030A1 - Taster zur werkstueckantastung - Google Patents

Taster zur werkstueckantastung

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    • B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Description

Unter Zeichen: A 19^9/B 281 ο 633 Wetzlar, den, 2. November 1973
Pat Se/Hz
Taster zur Werkstückantastung
Die Erfindung betrifft einen Taster zur Werkstückantastung mit einem Federparallelogramm je Koordinatenrichtung für Translationsbewegungen.
Bekannt sind Tastköpfe zur mechanischen Antastung körperlicher Werkstücke an dreidimensionalen Meßmaschinen. Dabei haben die Taster entweder in zwei Achsen rotatorische und in einer Achse translatorische Lagerung oder in allen drei Achsen translatorische Lagerung. Letzteres ist durch entsprechend angeordnete Federparallelogramme realisiert worden«
Auch sind Taster bekannt, bei denen die Meßkräfte durch zusätzliche Maßnahmen aufgebracht werden. Auf diese Weise erreicht man, daß die Tasterposition, bei der die Meßablesung erfolgt, in jedem Fall die gleiche ist. Eine Umrechnung oder Korrektur des Meßwertes muß dann nicht mehr erfolgen.
Ein Nachteil solcher Taster liegt in dem relativ großen Aufwand, der insbesondere bei mehrdimensionaler Antastung zur Erzeugung der Meßkräfte notwendig ist.
Gemäß einer weiteren Konstruktion wird bei einem Taster die Meßkraft nicht gesondert aufgebracht. Man erhält sie vielmehr durch eine Tasterauslenkung bekannter Größe und kombiniert dann durch geeignete meßtechnische Maßnahmen die Tasterauslenkung mit dem Wert aus dem Maßerfassungssystem in der richtigen Weise zum Meßergebnis» Bei einem besonderen derartigen System ist die Tasterauslenkung
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kleiner als die Genauigkeit der Meßmaschine, wodurch die genannte Kombinatinn entfallen kann.
Bei Tastern der letztgenannten Art ergibt sich folgendes Problemt die Auslenkung des Taststiftes, bei der die Messung erfolgt, sollte au* meßtechnischen Gründen möglichst klein sein. Zur Erzeugung einer vorgegebenen Meßkraft bedingt diese Forderung für jeden Bewegungsfreiheitsgrad des Taststiftes einen relativ steilen Kraft-Weg-Zusammenhang (steife Federung). Andererseits ist ein gewisser Freihub des Tasters erforderlich, damit im Falle von Kollisionen zwischen Werkstück und Taster der Tastkopf selbst die Steuerung der entsprechenden Bewegung übernehmen und die Bewegung sofort abbremsen kann, um eine Zerstörung zu vermeiden. Steife Federung und größerer Freihub sind aber widersprüchliche Forderungen.
Aufgabe der Erfindung war es, die beiden genannten Forderungen bei einem Taster zur Werkstückantastung in Einklang zu bringen.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Taster der eingangs genannten Art, welcher sich auszeichnet durch zusätzliche federnde Mittel zur Variation der Federkonstante bei mindestens einem Federparallelogramm.
Dabei können in gegensätzlichen Richtungen wirkende, im Ruhezustand direkt oder üer Zwischenglieder gegen Anschläge liegende Spiralfedern als federnde Mittel vorgesehen sein, welche über mindestens einen Biegestab angesteuert werden. Die Anschläge sind zweckmäßig so ausgebildet, daß bei einer Deformation des Federparallelogramms zunächst im wesentlichen nur die Federkraft des Biegestabes und bei wachsender Auslenkung dann zusätzlich die Federkraft einer Spiralfeder wirksam wird. Bei einer Ausführungsform sind an einer Platte eines Federparallelogramms montierte Spiral-
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federn und ein an der gegenüberliegenden Platte dieses Federparallelogramms montierter Biegestab vorgesehen. Der Taster kanrn sich aber auch auszeichnen durch an einer Platte eines Pederparallelogranuns montierte Spiralfedern und durch einen an mindestens einer der Parallelogrammfedern montierten Biegestab. Als Biegestab kann ein Piezostab vorgesehen sein. Zweckmäßig weist dir Biegestab einen steilen und jede der Spiralfedern einen flachen Kraft-Weg-Zusammenhang auf. Eine weitere Ausftthrungsform des Tasters ist dadurch gekennzeichnet, daß als Anschläge für die Spiralfedern mit der einen Parallelogrlnmplatte starr verbundene Kugeln vorgesehen sind, daß der Biegestab über eine, nur an ihm befestigte, relativ zum Federparallelogramm bewegliche Kugel an den Spiralfedern angreift und daß die Kugel des Biegestabes, bei an den Anschlägen anliegenden Federbolzen spielfrei zwischen diesen gehalten ist·
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigent
Fig. 1 ein Tasterelement in Vorderansicht,
Fig. 2 dasselbe in Seitenansicht,
Fig.» 3 den zugehörigen Kraft-Weg-Zusammenhang und
Fig. 4 einen 3-D-Tastkopf.
Gemäß Fig. 1 ist ein Taststift 1 mit der in Richtung des Pfeiles 6 beweglichen Platte 2 einer Parallelogratnmführung fest verbunden. Die Platte 2 ist über Blattfedern 3, 4 mit einer Basisplatte 5 verbunden, die bezüglich der Richtung des Pfeiles 6 starr gelagert ist. An der Basispl*te 5 sind zwei Federtöpfe 7, 8 befestigt, deren Spiralfedern 9, 1o mit ihren Achsen parallel zum Pfeil 6
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orientiert sind» Die vorgespannten Federn 9, 1o drücken Anschlagbolzen 11, 12, gegen drei, in einem Federgehäuse 14 befestigte Kugeln 15 (s. Fig. 2). Zwischen die Anschlagbolzen 11, 12 ragt durch eine Aussparung im Federgehäuse 14 hindurch bezüglich der Anschlagbolzen spielfrei das Ende eines im Teil 2 fixierten Biegestabes 13·
Die soweit beschriebene Einrichtung hat folgende Funktion« Berührt der Taststift 1 bei einer Relativ-Bewegung in Richtung des Pfeiles 6 ein Werkstück, so erfährt zunächst der Biege-stab 13 eine Flexion mit steilem Kraft-Weg-Zusammenhang, wie er für geringe Tasterauslenkungen in Figo 3 dargestellt ist. Übersteigt die dabei entstehende Meßkraft die Kraft der vorgespannten Federn 9» 1o, so werden diese deformiert, wobei wegen des dabei wirksamen flachen Kraft-Weg—Zusammenhanges die Meßkraft nur noch relativ wenig anwächsto (Fig. 3)·
In Fig» 4 ist eine mögliche Kombination dreier Tasterelemente gemäß Fig. 1 und 2 zu·'einem 3~D-Taster gezeigt. Die federnden Elemente 7 bis 13 sind in den Parallelogrammführungen der Übersicht halber foilgelassea. Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung ist es möglich, bei Meßkräften bis zu etwa 5o ρ Hübe von nur wenigen μηι zu realisieren, wobei für größere Beanspruchungen gleichzeitig ein Freihub für den Taster von mehreren mm zur Verfügung steht.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Tasters gegenüber Bekanntem liegt in der Möglichkeit einer Messung hoher Genauigkeit unter Verzicht auf den Aufwand, der sonst zur Steuerung der Motoren erforderlich ist.
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~ ο "~

Claims (8)

  1. A 19^-9/B 28 Io 2.11.1973
    A η s ρ r ü ch e
    \1.JTaster zur Ferkstückantastung mit einem Federparallelogramm je Koordinatenrichtung für Translationsbewegungen, gekennzeichnet durch zusätzliche federnde Mittel (9, 1o, 13) zur Variation der Federkonstante bei ■ mindestens einem Federparallelogramm.
  2. 2. Taster nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei, in gegensätzlichen Richtungen wirkende, im Ruhezustand direkt oder über Zwischenglieder (11, 12) gegen Anschläge (15) liegende Spiralfedern (9, 1o) als federnde Mittel, welche über mindestens einen Biegestab (13) angesteuert werden ο
  3. 3· Taster nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Anschläge (15), daß bei einer Deformation des Federparallelogramms zunächst im wesentlichen nur die Federkraft des Biegestabes (13.) unci bei wachsender Auslenkung dann zusätzlich die Federkraft einer Spiralfeder (9, 1°) wirksam wird.
  4. k. Taster nach Anspruch 3> gekennzeichnet durch an einer Platte· (5) eines Federparallelogramms montierte Spiralfedern (9, To)-" und durch einen an der gegenüberliegenden Platte (2) dieses Federparallelogramms montierten Biegestab (13)o
  5. 5» Taster nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch an einer Platte eines Federparallelogramms montierte Spiralfedern und durch einen an mindestens einer der Parallelogrammfedern montierten Biegestab„
  6. 6. Taster nach einem der Ansprüche 2 bis 5» gekennzeichnet durch einen Piezostab als Biegestabo
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  7. 7. Taster nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (13) einen steilen und jede der Spiralfedern (9, 1oj einen flachen Kraft-Weg-Zusammenhang aufweist.
  8. 8. Taster nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß als Anschläge für die Spiralfedern (9» 1o) mit der einen Parallelogrammplatte (5) starr verbundene Kugeln (15) vorgesehen sind, daß der Biegestab
    (13) über eine, nur an ihm befestigte, relativ zum Federparallelogramm bewegliche Kugel an den Spiralfedern (9, 1o) angreift und daß die Kugel des Biegestabes (13)» bei an den Anschlägen anliegenden Federbolzen (11, 12) spielfrei zwischen diesen gehalten ist.
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