DE2509899C2 - Tastkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf zur dreidimensionalen Antastung von Prüflingen, für dreidimensionale Meß- und Anreißmaschinen, der im Oberbegriff des

Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Tastköpfe dieser Art sind zur lösbaren Aufnahme in einem Aufnahmekopf einer dreidimensionalen Meß- und Anreißmaschine bestimmt. Diese besitzen einen horizontalen Querarm mit einem Aufnahmekopf. Der Querarm ist in einem Schlitten in einer Richtung verfahrbar, die in einem räumlichen Koordinatensystem z. B. die K-Richtung darstellt. Der Schlitten wird entlang einer vertikalen Säule geführt. Die Säule verläuft in Richtung der Z-Achse des räumlichen Koordinatensystems. Die vertikale Säule ruht auf einem Schlitten, der entlang des Meß- und Anreißtisches in der anderen Koordinatenrichtung, also z. B. der X-Achse, verschiebbar ist. Jede Verschiebebewegung in einer Koordinatenrichtung wird in entsprechende Meßwerte umgesetzt, die z. B. mittels elektronischer Datenverarbeitungsanlagen verarbeitet werden können. Zur Messung eines Prüflings wird letzterer an vorgegebenen Meßstellen mit dem Tastelement am Ende des Tastgliedes angetastet. Stößt das Tastelement am Prüfling an, so wird über das Tastelement der Tastimpulsübertrager beaufschlagt und der Eingangsimpuls von letzterem umgewandelt in ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird je nach Art des Tastimpulsübertragers entweder als ein reines Ausschaltsignal für den Meßvorgang herangezogen oder stellt ein zum Meßwert analoges, z. B. weiter zur verarbeitendes Ausgangsmeßsignal in einer Signalfolge dar. In letzterem Fall ist also der Tastkopf mit Tastimpulsübertrager ein reiner Meßwertübertrager, während im erstgenannten Fall der Tastkopf etwa mit einem Endlagenschalter vergleichbar ist

Ein bekannter Tastkopf der eingangs genannten Art (US-PS 22 25 717) weist ein langgestrecktes Tastglied in Form eines Rohres auf, das innerhalb eines langgestreckten, rohrförmigen Gehäuseteiles des Tastkopfgehäuses koaxial zu diesem angeordnet ist und an seinem freien Ende ein Tastelement zur Antastung trägt. Die sowohl eine Schwenk- als auch eine Verschiebebewegung des Tastgliedes ermöglichende Lagereinrichtung, ist als sphärisches Lager ausgebildet, daß einerseits aus einem Kugelsegmentring am Rohr und andererseits aus einer im Gehäuse fest verankerten Kugelpfanne besteht. An dem vom Tastelement abgewandten Ende trägt das Rohr ein Kugelende, daß in eine konische Aufnehmung eingreift, die an einer flexiblen, randseitig im Gehäuse festgehaltenen Membran befestigt ist. Diese Membran überträgt die Bewegung des Rohres auf den Stift des im Gehäuse gehaltenen Tastimpulsübertragers unter Zwischenschaltung eines Stiftes und zweier Balgen, wobei der eine Balgen eine zylindrische Schraubendruckfeder aufweist, die die federelastische RückMCMvorniniiurig faiidci.

Dieser bekannte Tastkopf weist einige Unzulänglichkeiten auf. Im sphärischen Lager kann sich ein beträchtliches Lagerspiel einstellen, daß die Meßgenauigkeit beeinträchtigt Der großflächige Berührungskontakt zwischen dem Kugelsegmentring einerseits und der Kugelpfanne andererseits führt zu einer relativ großen Lagerreibung. Diese starke Lagerreibung hat im Laufe des Betriebes Verschleiß zur Folge, was bei längerer Betriebsdauer zur weiteren Verringerung der Meßgenauigkeit führt

Darüber hinaus ist bei diesem Tastkopf eine zuverlässige Lagerung im Nullpunkt des Rohres bzw. des Tastgliedes nicht sichergestellt; denn es fehlt ein zuverlässiger Andruck in Axialrichtung auf das Rohr und auf den damit verbundenen Kugelsegmentring, mit dem letzterer in die Kugelpfanne des sphärischen Lagers gedruckt und in dieser Position gehalten wird. Die elastische Membran kann einen solchen Andruck in Längsrichtung nicht bewirken. Auch die Rückstellvorrichtung kann diesen Andruck nicht bewirken, da die Schraubendruckfeder in dem Nullpunkt des Tastgliedes eine Stift-Verschiebeplatte an einen Flansch des Gehäuseteils andrückt, und somit keine Druckkraft mehr auf den zwischen der Stift-Verschiebeplatte und der Membran angeordneten Stift wirkt. Mit zunehmenden Lagerverschleiß und lotrechter Benutzung des Tastkopfes könnte zwar das Rohr mit Kugelsegmentring durch die dann in lotrechter Richtung wirkenden Gewichtskräfte an die Kugelpfanne angedrückt werden, wobei sich aber das kugelige freie Ende des Rohres bzw. Tastgliedes von der konischen Aufnehmung an der Membran abhebt. Es ergibt sich hier ein Axialabstand, somit also im System Luft. Dies führt zu erheblichen Meßungenauigkeiten. Diese machen sich vor allem dann besonders extrem bemerkbar, wenn die Gebrauchslage des Taslkopfes nicht eine lotrechte ist, sondern der Tastkopf stattdessen z. B. mit seiner Längsachse waagrecht oder schräg nach oben im Raum angeordnet ist.

Weitere Meßfehler können bei dem bekannten Tastkopf dadurch entstehen, daß das Rohr sich in dem sphärischen Lager relativ zum Gehäuse um seine Längsachse drehen kann. Bei Toleranzen zwischen dem Kugelende des Rohres und der konischen Aufnehmung oder bei Verschleiß können gleiche Verstellwege des Tastgliedes in unterschiedlichen Drehstellungen zu unterschiedlichen Verschiebewegen des an der Membran anliegenden Stiftes führen.

Der bekannte Tastkopf weist auch keinerlei Sicherung gegen eine Überhubbewegung in Längsrichtung auf. Wird z. B. das Rohr in Längsrichtung um eine relativ große Weglänge verschoben, so wird die Schraubenfeder der Rückstellvorrichtung zusammengedrückt, was jedoch nicht die Ausbeulung der elastischen Membran nach oben verhindert. Da die Feder keine Verschiebebegrenzung nach oben hin darstellt, sind erhebliche Ausbeulungen der Membran zu befürchten, so daß diese überbeansprucht wird und die Gefahr besteht, daß sie sich plastisch verformt, daß sie reißt oder sonstwie Schaden nimmt.

Bei einem weiteren bekannten Tastkopf der eingangs genannten Art (US-PS 35 71 934) besteht das Tastglied aus einem Stab, der auf seiner Längenmitte mittels eines Kugelgelenks in einem Gehäuserohr schwenkbeweglich gelagert ist und der ferner in einer Zwangslage, in der der Stab koaxial zum Gehäuserohr ausgerichtet ist, zusammen mit dem Kugelgelenk in Richtung seiner

g
schiebbar ist. Das dem Tastelement gegenüberliegende Stabende ist abgerundet und greift in eine kegelförmige Bohrung eines Übertragungsgliedes ein, das längs des Gehäuserohres verschiebbar ist um einen zugeordneten Tastimpulsübertrager zu beaufschlagen. Stabende und kegelförmige Bohrung stehen dauernd in Berührungskontakt so daß Erschütterungen des Taststabes unmittelbar übertragen werden und Fehler hervorrufen können.

Diesem Tastkopf haften die gleichen Unzulänglichkeiten an, wie dem eingangs beschriebenen bekannten Tastkopf. Darüber hinaus ist bei diesem Tastkopf nur eine Antastung alternativ in X-Y-Rtchtung oder aber in Z-Richtung möglich. Oberlagerungen im gesamten räumlichen Koordinatensystem hingegen sind ausge-

schlossen. Durch die Lagerung des Taststabes auf seiner Längenmitte wird entsprechend der Antastauslenkung in A^V-Richtung eine lineare, gleich große Schwenkbewegung am Taststabende im Gehäuserohr erzeugt. Die Meßgenauigkeit ist somit gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tastkopf der im Oberbegriff definierten Art so zu verbessern, daß er einerseits einen einfachen Aufbau aufweist, die Möglichkeit von Überlagerungen im gesamten räumlichen Koordinatensystem beim Antasten gibt und unempfindlich gegen Erschütterungen ist und andererseits eine sehr hohe Meßgenauigkeit und Meßzuverlässigkeit aufweist. Zur letzteren gehört vor allem das Ausschalten von Verschleißerscheinungen nach langer Einsatzdauer, das Sicherstellen der zuverlässigen Rückkehr des Tastgliedes in seine Ausgangs- oder Nullstellung bei Wegfall der Tastkräfte und die Verhinderung von möglichen Beschädigungen des Tastkopfes bei Überhubbewegungen des Tastgliedes.

Diese Aufgabe ist bei einem Tastkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Lagerung des Rohrs bzw. des Tastgliedes mittels der Blattfeder ist ein Lager geschaffen, das völlig spielfrei und keiner Reibung unterworfen ist. Es sind somit schon deswegen außerordentlich hohe Meßgenauigkeiten erzielbar. Darüber hinaus ist dieses Lager außerordentlich einfach, billig, standfest und bedarf weder einer Wartung, Nachstellung noch Erneuerung bei Verschleiß. Das Lager sichert zugleich mit einfachen Mitteln das Rohr gegen Verdrehung um seine Längsachse, so daß auch dadurch evtl. beuingte Meßungenauigkeiten ausgeschaltet sind.

Bei einem bekannten Abtastgerät für Kopierfräsmaschinen (DE-PS 8 35 168) ist das Tastglied mittels einer Federmembran, die radial ausgerichtet und im Gehäuse fixiert ist, gelagert. Aufgabe dieser Federmembran ist es, das Tastglied in seiner Nullstellung zu halten, um ein seitliches Ausschwingen infolge der Vibration der Maschine, auf der der Taststift angeordnet ist, zu vermeiden. Darüber hinaus dient diese Federmembran auch als Universalgelenk und verleiht dem Tastglied in beschränktem Maße Bewegungen in allen Richtungen.

Bei dem erfindungsgemäßen Tastkopf wird demgegenüber die durch die Lagergestaltung bereits verbesserte Meßgenauigkeit und Meßzuverlässigkeit durch die Gestaltung des freien Stiftendes des Tastimpulsübertragers und der ihm zugeordneten Vertiefung noch gesteigert. Auch dadurch, daß zudem die Blattfedern in einem in Längserstreckung des Rohres gemessenen Längenabsianu vom Tasicicfncnt angeordnet ist. der wesentlich kleiner ist als der Längenabstand zwischen der Blattfeder und dem gegenüberliegenden, die Vertiefung aufweisenden Ende des Rohres, wird die Meßgenauigkeit weiter erhöht. Es wird dadurch eine beachtliche Hebelübersetzung erreicht, so daß beim Antasten bereits sehr kleine Tastausschläge im Bereich des Tastelementes zu großen Ausschlägen im Bereich des gegenüberliegenden, die Vertiefung enthaltenden Endes führen. Dadurch wird der Stift des Tastimpulsübertragers schon bei sehr kleinen Tastausschlägen beaufschlagt Dies wiederum schafft die Voraussetzung dafür, daß Stift und Vertiefung in der Ausgangsstellung des Tastgliedes nicht in dauerndem Berührungskontakt gehalten werden müssen, sondern in Abstand voneinander gehalten werden können und so ein fehlerhaftes Ansprechen infolge Erschütterungen ausgeschaltet wird, und zwar ohne dabei Genauigkeitseinbußen hinnehmen zu müssen. In gleicher Richtung zielt auch das vorgesehene geringe radiale Bewegungsspiel und das etwa gleich große, ebenfalls sehr geringe Axialspiel. Durch die Begrenzung der möglichen Auslenkung in allen Richtungen wird verhindert, daß das Rohr zu stark ausgelenkt wird, was zu Beschädigungen innerhalb des Tastkopfes, z. B. zu bleibenden Verformungen der Blattfeder, führen könnte. Solche Beschädigungen, die überlicherweise nicht oder zumindest nicht sogleich bemerkt werden, führen zu extremen Ungenauigkeiten und beeinträchtigen die Meßzuverlässigkeit des Tastgerätes. Bei dem erfindungsgemäßen Tastkopf sind solche Beschädigungen zuverlässig ausgeschlossen.

Die besondere Ausgestaltung der federelastischen Rückstellvorrichtung sorgt für eine einwandfreie und reproduzierbare Rückstellung des Rohres, sobald am Tastelement des Tastgliedes bzw. Rohres die Tastkraft abfällt. Diese Rückstellvorrichtung ist unabhängig von der jeweiligen Anordnung des Tastkopfes und gleich gut in horizontaler, schräger oder vertikaler Ausrichtung des Tastkopfes wirksam. Die Rückstellvorrichtung arbeitet dabei unabhängig von der Rückstellkraft des Stiftes des Tastimpulsübertragers. Die Rückstellvorrichtung dämpft zugleich eventuelle Erschütterungen und Schwingungen des Rohres und verhindert eine daraus resultierende fehlerhafte Stiftbeaufschlagung. Ferner stellt die Rückstellvorrichtung eine reproduzierbare Zentrierung des Rohres derart sicher, daß dessen Längsmittelachse in der Ausgangsstellung immer in einer Flucht mit der Achse des Stiftes des Tastimpulsübertragers verläuft.

Bei dem erfindungsgemäßen Tastkopf ist die vorgesehene Schutzeinrichtung insofern für dessen Meßzuverlässigkeit und Meßgenauigkeit von Bedeutung, als durch diese Schutzeinrichtung bei Durchlaufen des gesamten Bewegungsspieles im Bereich des Tastelementes und bei weiter anstehender Tastkraft Beschädigung des Tastelementes, des Rohres und weiterer Teile des Tastkopfes durch übermäßige, daran angreifende Kräfte vermieden werden. Bei hoher Tastkraft wird die gesamte Einheit, bestehend aus Rohr und Gehäuseteil, in Richtung der Längsmiitelachse gegenüber dem

as Tastkopfgehäuse federelastisch in Z-Richtung verschoben. Es wird dabei verhindert, daß der Stift des Tastimpulsübertragers bei Beaufschlagung weiter in den Tastimpulsübertrager eingeschoben wird, als es dem axialen Bewegungsspiel entspricht. Bei Überschreiten

so dieses Bewegungsspiels werden die Tastkräfte vom Tastelement und Rohr auf den rohrförmigen Gehäuseteil übertragen und von dort über die Rückstellfedern der Schutzeinrichtung aufgenommen. Das gleiche gilt auch bei Schwenkbewegungen des Tastelementes, die über das Radialspiel hinausgehen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 4. Diese Gestaltung und Ausbildung des Tastgliedes führt zu hoher Biegesteifigkeit bei geringem Gewicht und gestattet dennoch die Vertiefung am Rohrende ausreichend breit und tief auszuführen. Der Materialeinsatz ist relativ gering. Von Vorteil kann es dabei sein, wenn sich der gemeinsame Schwerpunkt des gesamten Tastgliedes, also des Rohres mit Scheibe am einen und Aufnahmehülse sowie darin

{,5 gehaltenem Tastelement am anderen Ende, etwa innerhalb der Lagerebene, also der Ebene der Blattfeder, befindet

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung

ergibt sich aus Anspruch 5. Durch diese Maßnahme ist erreicht, daß der Mikroschalter, und damit dessen Stift, genau im Bezug auf die Vertiefung des Tastgliedes eingestellt werden kann, beispielsweise so, daß die Längsmittelachse des Stiftes in einer Flucht mit der Längsmittelachse des Tastgliedes in dessen Ausgangsstellung verläuft und daß, in Umfangsrichtung gesehen, der. Abstand zwischen der Außenfläche des Stiftendes und der Vertiefung in Umfangsrichlung nach allen Seiten hin gleich groß ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 6, insbesondere in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Anspruch 7. Hierdurch ist der Mikroschalter einerseits in Richtung seiner Längsmittelachse unverrückbar und festgehalten und fein einstellbar und andererseits der Stirndeckel selbst und damit der Mikroschalter radial einstellbar. Mit geringem Aufwand ist damit eine Einstellung des Mikroschalters in axialer und radialer Richtung möglich.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung in Hinblick auf zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rückstellvorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 8—15.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung bezüglich einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ergibt sich aus Anspruch 17.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 18. Die Zwischenverlängerungshülse kann für die Fälle entfallen, bei denen die Ausladung des rohrförmigen Gehäuseteils mit Tastglied in Längsrichtung relativ klein sein kann. Sollte doch der Längenabstand zwischen einem festen Punkt des Tastkopfgehäuses und dem Ende des Tastelementes größer sein, um beispielsweise in tiefere Bohrungen eines Prüflings hineinzugelangen, dann ist zwischen Teller und rohrförmigen! Gehäuseteil die Zwischenverlängerungshülse vorzusehen, über die der Längenabstand vergrößert wird. Es können also mit relativ einfachen Mitteln bei sonst völlig gleichen Abmessun- <to gen der Einzelteile des Tastkopfes unterschiedlicher Längen für die Auskraglänge des rohrförmigen Gehäuseteils angeboten werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 19. Die Krümmung der äußeren Umfangsfläche erleichtert eine Taumelbewegung des Tellers innerhalb des Zylinderraumes, die sonst bei zylindrischer Umfangsfläche mit relativ großer Erstreckung in Richtung der Längsmittelachse nicht möglich wäre.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich aus Anspruch 20. Hierdurch wird eine zuverlässige Zentrierung des Tellers in der Ausgangsstellung, bei der der Teller mit seiner Paßfläche an der Anschlagstirnfläche des Tastkopfgehäuses anliegt, erreicht; denn in dieser Stellung wird der Teller im Bereich der Zentrierdurchgangsbohrung mit dem darin vorgesehenen zylindrischen Bohrungsabschnitt auf dem entsprechenden Zylinderabschnitt des Zentrierstiftes zusätzlich zentriert und geführt Wird der Teller in Richtung seiner Längsmittelachse von der Anschlagstirnfläche um ein relativ kleines Maß abgehoben, bei Überbeanspruchung in Z-Richtung, dann gelangt der zylindrische Bohrungsabschnitt in der Zentrierdurchgangsbohrung des Tellers außer Eingriff mit dem zugeordneten Zylinderabschnitt des Zentrierstiftes. Das gleiche erfolgt, wenn der Teller bei einer Uberhub-Schwenkbewegung innerhalb eines ebenen Koordinatensystems eine Schwenkbewegung ausführt. Der im Durchmesser kleinere Fangabschnitt des Zentrierstiftes erleichtert bei der federelastischen Rückstellung des Tellers das Aufsetzen auf den Zylinderabschnitt des Zentrierstiftes.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 21. Durch diese Maßnahmen werden Herstellung und Montage wesentlich vereinfacht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 23. Hierdurch ist mit einfachen Mitteln die zur Anschlagbegrenzung wirksame Anschlagfläche geschaffen, an der der Teller mit der dem Tastelement abgewandten Seite bei Durchfahren des zur Verfügung stehenden Überhubes anschlägt.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich auch aus weiteren, hier nicht explizit genannten Ansprüchen, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des Tastkopfes mit strichpunktiert angedeutetem Aufnahmekopf einer Meß- und Anreißmaschine und mit strichpunktiert angedeuteten verschiedenen Überhubstellungen des Tastgliedes,

F i g. 2 einen axialen Längsschnitt mit teilweiser Draufsicht des Tastkopfes gemäß F i g. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten axialen Längsschnitt mit teilweiser Seitenansicht des vorderen Endbereiches des Tastkopfes,

F i g. 4 einen vergrößerten axialen Längsschnitt, teilweise in Seitenansicht, des Teiles des Tastkopfes am gegenüberliegenden Ende des Tastgliedes,

F i g. 5 einen vergrößerten axialen Längsschnitt, zum Teil in Seitenansicht, des Teiles des Tastkopfes zur Meßwertumsetzung am Ende des Tastgliedes,

F i g. 6 einen vergrößerten axialen Längsschnitt, zum Teil in Seitenansicht, eines Teiles der Schutzeinrichtung des Tastkopfes,

F i g. 7 einen vergrößerten axialen Längsschnitt eines Teiles des Stiftes des Tastimpulsübertragers einerseits und des Endes des Tastgliedes andererseits,

F i g. 8 eine Seitenansicht eines separaten Tastelementes mit Klemmschraube.

Der Tastkopf ist in F i g. 1 und 2 in natürlicher Größe dargestellt Er ist zur dreidimensionalen Antastung von Prüflingen vorgesehen und dazu bestimmt, in einer dreidimensionalen Meß- und Anreißmaschine, die nicht weiter gezeigt ist aufgenommen zu werden.

Der Tastkopf weist ein Tastkopfgehäuse 10 auf, das aus einem z. B. zylindrischen Gehäusedeckel 11 und einen etwa topfförmigen Gehäuseabschnitt IZ der ebenfalls Zylinderform besitzt oder auch eckig sein kann, sowie aus einem gegenüber dem Gehäusedeckel 11 und Gehäuseabschnitt 12 beweglichen rohrförmigen Gehäuseteil 13 besteht der in den Gehäusedeckel 11 eingreift, wobei zwischen Gehäuseteil 13 und Gehäusedeckel 11 als Schutz ein den Innenraum nach außen hin abschließender Faltenbalg 14 angeordnet ist Am dem Gehäuseteil 13 abgewandten Ende ist am Tastkopfgehäuse 10 ein mit einer Befestigungsplatte 15 einstückiger Aufnahmeschaft 16 mittels Schrauben 17 lösbar befestigt Mit dem Aufnahmeschaft 16 ist der Tastkopf in einen strichpunktiert angedeuteten, würfelförmigen Aufnahmekopf 18 einer dreidimensionalen Meß- und Anreißmaschine einsetzbar.

Der Gehäusedeckel 11 ist am Gehäuseabschnitt 12 über Schrauben 19 befestigt Im Inneren des Tastkopf-

gehäuses 10, insbesondere des rohrförmigen Gehäuseteiles 13 und Gehäusedeckels 11, befindet sich die eigentliche Tast- und Übertragungseinrichtung. Letztere weist ein langgestrecktes Tastglied in Form eines Rohres 20 aus Aluminium auf, das mit seiner Längsmittelachse 21 koaxial zum rohrförmigen Gehäuseteil 13 ausgerichtet ist. Das Rohr 20 trägt am freien Ende ein Tastelement 22, das lediglich in Fig. 1 dargestellt ist. In Abstand vom Tastelement 22 ist das Rohr 20 mittels einer später noch näher erläuterten Lagereinrichtung gegen eine federelastische Rückstellvorrichtung in einem ebenen Koordinatensystem (Tf-K-Koordinaten in Fig. 1) gegenüber dem Tastkopfgehäuse 10 schwenkbeweglich, und/oder in dazu rechtwinkliger Richtung (Z-Achse) verschiebbar gehalten. Mit dem dem Tastelement 22 gegenüberliegenden Ende des Rohres 20 ist bei einer Schwenk- und/oder Verschiebebewegung des Rohres 20 innerhalb des räumlichen Koordianlensystems (X-, Y- und Z-Achse) ein zur Längsmittelachse 21 des Rohres 20 koaxialer, federbelasteter Stift 23 eines im Tastkopfgehäuse 10 gehaltenen Tastimpulsübertragers in Form eines elektrischen Mikroschalters 24 beaufschlagbar.

Die Lagereinrichtung für das Rohr 20 weist eine scheibenförmige, innerhalb einer zur Längsmittelachse 21 rechtwinkligen Ebene ausgerichtete, kreisringförmige Blattfeder 25 auf (vgl. insbesondere F i g. 3). Die Blattfeder 25 umschließt das Rohr 20 und ist mit letzterem entlang ihres Innenrandes fest verbunden. Entlang ihres Außenrandes ist die Blattfeder 25 fest jo gegenüber dem rohrförmigen Gehäuseteil 13 verankert. Die Federsteifigkeit der Blattfeder 25 ist kleiner als bei der federelastischen Rückstellvorrichtung, jedoch größer als bei dem federbelasteten Stift 23 des Mikroschalters 24.

Das Rohr 20 weist an dem dem Tastelement 22 gegenüberliegenden und zum Stift 23 hinweisenden Ende eine am Rohrende befestigte, beispielsweise eingeklebte. Scheibe 26 auf, die das Rohr 20 dort abschließt. In der Scheibe 26 ist auf der zum Stift 23 hinweisenden Seite eine zur Längsmittelachse 21 des Rohres 20 und damit auch des Stiftes 23 rotationssymmetrische, kegelförmige Vertiefung 27 vorgesehen, die beispielsweise einen 9(T-Kegelwinkel besitzt (Fig. 5 und 7). In die Vertiefung 27 ragt der Stift 23 mit seinem freien Ende hinein. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Anordnung auch umgekehrt getroffen sein. d. h. am Ende des Rohres 20 ein Stift vorgesehen sein, der in eine zugeordnete Vertiefung am freien Ende des Stiftes 23 hineinragt. Es ist insbesondere aus F i g. 5 und 7 ersichtlich, daß in der Ausgangsstellung des Tastelementes 22, also bei keiner am Tastelement 22 angreifenden Tastkraft, die rotationssymmetrische Vertiefung 27 koaxial zur Längsmittelachse des Stiftes 23 ausgerichtet ist und die Außenfläche am freien Ende des Stiftes 23 in die Umfangsrichtung vorzugsweise gleichen Abständen von der zugewandten Fläche der Vertiefung 27 verläuft Dieser Abstand zwischen der Vertiefung 27 und der Außenfläche am freien Ende des Stiftes 23 ist insbesondere aus Fi g. 7 deutlich ersichtlich. Diese dort gezeigte Stellung entspricht der unbelasteten Ausgangsstellung. Das freie Ende des Stiftes 23 ist wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist, halbkugelfönnig ausgebildet Dieser Halbkugelform zugeordnet ist der 90°-Kegelwinkel der Vertiefung 27. Bei anderer Gestaltung des Stiftendes ist der Kegelwinkel entsprechend angepaßt

Insbesondere aus F i g. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Blattfeder 25 in einem in Längserstreckung des Rohres 20 gemessenen Längenabstand von der Spitze des Tastelementes 22 angeordnet ist, der wesentlich kleiner ist, als der Längenabstand zwischen der Blattfeder 25 und dem gegenüberliegenden, die Vertiefung 27 aufweisenden Ende des Rohres 20. Der Längenabstand zwischen Blattfeder 25 und dem dem Tastelement 22 gegenüberliegenden, die Vertiefung 27 enthaltenden Ende des Rohres 20 kann z. B. das zwei- bis dreifache des Längenabstandes zwischen der Spitze des Tastelementes 22 und der Blattfeder 25 betragen. Es wird somit eine Hebelübersetzung 1 :2 bis 1 :3 erzielt.

Die Blattfeder 25 stellt eine Lagerung für das Rohr 20 dar, bei der das Rohr 20 sich innerhalb eines ebenen Koordinatensystems (X- Y-Achse) frei schwenken läßt und zusätzlich dazu in zur Koordinatenebene rechtwinkliger Richtung (Z-Richtung), also in Richtung der Längsmittelachse 21, verschieben läßt. Diese Bewegungen sind jeweils für sich oder auch überlagert durch die Blattfeder 25 möglich. Somit ist das Rohr 20 innerhalb eines räumlichen Koordinatensystems voll beweglich.

Die Blattfeder 25 ist, wie insbesondere aus F i g. 3 hervorgeht, mit ihrem zum Rohr 20 weisenden Innenrand in einen auf dem Rohr befestigten, z. B. aufgepreßten und/oder aufgeklebten, Innenring 28 und mit ihrem zur rohrförmigen Gehäuseteil 13 weisenden Außenrand in einen dazu konzentrischen Außenring 29 eingesetzt, der am Gehäuseteil 13 befestigt ist. Der Innenring 28 und der Außenring 29 sind an dem jeweils zugeordneten Teil undrehbar sowie in Axialrichtung unverschiebbar fixiert. Beide Ringe 28 und 29 weisen einen abgestuften Absatz 30 bzw. 31 mit gegenüber dem übrigen Ringabsatz kleinerem bzw. größerem Durchmesser auf, auf dem die Blattfeder 25 gehalten ist.

nuS dem abgestuften Absatz 30 des Innenringes 28 bzw. 31 des Außenringes 29 sitzt ein innerer Haltering 32 bzw. äußerer Haltering 33, mittels denen die Blattfeder 25 am Innennng 28 bzw. Außenring 29 in Richtung der Längsmittelachse 21, sowie in dazu radialer Richtung unverschiebbar fixiert ist.

Am freien, zum Tastelement 22 weisenden Ende ist in das Rohr 20 mittels im Rohr 20 vorgesehenem Innengewinde 34 eine Aufnahmehülse 35 eingesetzt, die einen Ringbund 36 besitzt, der das stirnseitige, zugeordnete Ende des rohrförmigen Gehäuseteiles 13, das mit einem Aufsatzring 37 verschlossen ist. in radialer Richtung übergreift. Die Aufnahmehülse 35 ist zur auswechselbaren Aufnahme einzelner Tastelemente 22 in Form von Einsätzen ausgebildet.

Wie insbesondere F i g. 3 zeigt, ist das Rohr 20 innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteiles 13 im Bereich der Aufnahmehülse 35 mit geringem radialen Bewegungsspiel a gehalten. Die Ringbund 36 der Aufnahmehülse 35 ist gegenüber dem stirnseitigen Ende des am Gehäuseteil 13 befestigten Aufsatzringes 37 mit etwa gleich großem axialen Bewegungscpiel b angeordnet Dieses Bewegungsspiel beträgt z. B. 0,05—0,1 mm.

Der Mikroschalter 24 ist in Richtung seiner Längsmittelachse, die mit der Längsmittelachse 21 zusammenfällt und quer dazu fein verstellbar sowie auswechselbar am dem Tastelement 22 gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Gehäuseteiles 13 gehalten. Zu diesem Zweck ist am Gehäuseteil 13 ein Stirndeckel 38 mit Rohransatz 39 mittels Stirnschrauben 40 gehalten (Fig. 5). Der Stirndeckel 38 weist eine durchgehende koaxiale Aumahmebohrung 41 auf. die einen Innengewindeabsatz trägt und in die der Mikroschalter 24 in Richtung der Längsmittelachse 21

mittels eines Gewindeabsatzes 42 auf dem Gehäuse des Mikroschalters 24 einstellbar eingesetzt ist. Auf dem Gewindeabsatz 42 des Mikroschalters sitzt auf der dem Stift 23 abgewandter Seite eine Kontermutter 43, mittels der der Mikroschalter 24 nach axakter Justierung in Richtung der Längsmittelachse 21 gegenüber dem Stirndeckel 38 in der eingestellten Position konterbar ist

Der Stirndeckel 38 ist außerdem in radialer Richtung, also zur Längsmittelachse 21 rechtwinkliger Richtung, gegenüber dem rohrförmigen Gehäuseteii 13 fein verstellbar und nach erfolgter Einstellung erst dann mittels der Stirnschrauben 40 fixierbar. Zu dieser Radialverstellung sind am zugeordneten Ende im rohrförmigen Gehäuseteil 13 in radialen Gewindebohrungen 44 Radialstellschrauben 45 gehalten, die mit ihrem freien Ende auf der äußeren Umfangsfläche des Rohransatzes 39 des Stirndeckels 38 aufstoßen. Die Radialstellschrauben 45 sind z. B. in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabständen vorgesehen.

Nachfolgend ist die federelastische Rückstellvorrichtung näher erläutert, mittels der bei Auslenkung des Tastelementes 22 nach Abfallen der Tastkraft das Tastelement wieder in die in F i g. 1 mit durchgezogenen Linien gezeigte Ausgangsstellung zurückstellbar ist.

Die Rückstellvorrichtung (F i g. 5) weist eine Kreisringscheibe 46 auf, die mit einer im wesentlichen stirnseitigen Rückstellfläche 47, die zur Scheibe 26 des Rohres 20 weist, am zum Stift 23 des Mikroschalters 24 weisenden Ende des Rohres 20, koaxial zur Längsmittelachse 21 ausgerichtet, aufliegt, mittels einer koaxialen zylindrischen Schraubendruckfeder 48, in der Richtung, die zum Tastelement 22 weist, gegen das Ende des Rohres 20 angepreßt wird und die am rohrförmigen Gehäuseteil 13 in dessen Längsrichtung verschiebbar geführi ist. Wie F i g. 5 zeigt, liegt die Kreisringscheibe 46 an einer Ringkante 49 der am Rohr 20 endseitig befestigten Scheibe 26, koaxial zur Längsmittelachse 21 des Rohres 20 ausgerichtet, auf. Die Ringkante 49 verläuft innerhalb einer zur Längsmittelachse 21 rechtwinkligen Radialebene, die in geringem Axialabstand von der Vertiefung 27 verläuft. Die Ringkante 49 ist abgerundet, um ein besseres Gleiten auf der Rückstellfläche 47 zu bewirken. Die Rückstellfläche 47 der Kreisringscheibe 46 ist als kegelstumpfförmige Zentrierfläche ausgebildet, mit zum Ende des Stiftes 23 des Mikroschalters 24 hin gerichteter Kegelspitze. Die Schraubendruckfeder 48 ist mit einem Ende an einem zylindrischen Absatz des Rohransatzes 39 des Stirndekkels 38 zentriert und an einer radialen Stützfläche 50 des Stirndeckels 38 abgestützt. Mit ihrem gegenüberliegenden Ende ist die Schraubendruckfeder 48 an einem Zylinderansatz 51 der Kreisringscheibe 46 zentriert und an einer Radialstützfläche 52 abgestützt. Im Zentrum ist die Kreisringscheibe 46 von einem zylindrischen Teil 53 der am Ende des Rohres 20 befestigten Scheibe 26 durchsetzt, und zwar so, daß die freie Stirnfläche des zylindrischen Teiles 53 innerhalb der gleichen Ebene endet, wie die zum Stift 23 hinweisende Stirnfläche der Kreisringscheibe 46.

Zur Längsführung entlang des rohrförmigen Gehäuseteiles 13 ist die Kreisringscheibe 46 in eine zylindrische Führungshülse 54 eingesetzt, z. B. eingepreßt und/oder -geklebt. Die Führungshülse 54 ist im radialen Zwischenraum zwischen dem Rohr 20 und dem rohrförmigen Gehäuseteii 13 angeordnet und mit zwei in Längsrichtung in Abstand voneinander verlaufenden äußeren Führungsflächen 55 auf der Innenwand des rohrförmigen Gehäuseteiles 13 gleitend geführt. Auf dem Längenbereich der Führungshülse 54 ist der rohrförmige Gehäuseteil 13 mit einer etwa der Länge der Führungshülse 54 entsprechenden Führungsbuchse 56 ausgekleidet, die aus gegenüber dem Gehäuseteil 13 hochwertigerem Material bestehen kann und die Innenwand zur Gleitführung der Führungshülse 54 bildet

Der Tastkopf weist ferner eine zwischen Tastkopfgehäuse 10 und beweglichem rohrförmigen Gehäuseteil 13 zwischengeschaltete Schutzeinrichtung zur Aufnahme einer Überhubbewegung des Tastelementes 22 und rohrförmigen Tastgliedes auf. Hierbei ist die Einzelheit, bestehend aus rohrförmigen! Gehäuseteil 13 mit Stirndeckel 38, darin gehaltenem Mikroschalter 24, ferner dem Rohr 20 im rohrförmigen Gehäuseteil 13 mit der gesamten Rückstellvorrichtung, federelastisch gegenüber dem Tastkopfgehäuse 10, und zwar dem Gehäusedeckel 11 mit Gehäuseabschnitt 12, schwenkbar und in Richtung der Längsmittelachse 21 verschiebbar gehalten.

Die Schutzeinrichtung (Fig.2 und 6) weist einen zylindrischen Teller 60 auf, der in einem Zylinderraum 61 im inneren des Gehäusedeckels 11 koaxial zur Längsmittelachse 21 des Rohres 20 angeordnet ist, der ferner mittels Rückstellfedern 62 in Gehäuselängsrichtung und in Richtung auf das Tastelement 22 mit einer zur Längsmittelachse 21 rechtwinkligen Paßfläche 64 gegen eine dazu parallele, im Gehäusedeckel 11 vorgesehene Anschlagstirnfläche 63 anpreßbar ist und der innerhalb des Zylinderraumes 61 gegen die Wirkung der Rückstellfedern 62 in zur Längsmittelachse 21 des Rohres 20 koaxialer Richtung federelastisch verschiebbar, sowie um die Achse taumelnd gehalten ist. An dem Teller 60 ist der rohrförmige Gehäuseteil 13 vorzugsweise lösbar, jedoch fest angeordnet. Hierzu besitzt der Teller 60 eine zentrale Nabe 65 mit Innengewinde 66, mit der der Teller 60 auf einen Außengewindeabsatz 67 am Ende des rohrförmigen Gehäuseteiles 13 oder, wie in F i g. 2 gezeigt ist, einer Zwischenverlängerungshülse 68 aufgeschraubt ist. In diesem Fall ist die Zwischenverlängerungshülse 68 mit einem zum rohrförmigen Gehäuseteil 13 weisenden Rohrabsalz mit Innengewinde aufgeschraubt auf den Außengewindeabsatz 67 des rohrförmigen Gehäuseteils 13. Entfällt die Zwischenverlängerungshülse 68, dann ist der Teller 60 unmittelbar auf dem Außengewindeabsatz 67 des Gehäuseteiles 13 aufgeschraubt. Durch die beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 zwischengeschallete Zwischenverlänge rungshülse 68 wird der in Richtung der L ängsmittelachse 21 gemessene Längenabstand zwischen dem Teller 60 und z. B. der Spitze des Tastelementes 22 vergrößert.

Die äußere Umfangsfläche, mit der der Teller 60 an der zylindrischen Innenwandung 69 des Zylinderraumes 61 im Gehäusedeckel 11 verschiebbar und taumelnd gehalten ist, ist nach außen hin konvex gekrümmt, wie bei 70 angedeutet ist.

Ferner ist die Anordnung so getroffen, daß der Teller 60 in radialem Abstand von der Längsmittelachse 21 eine Zenlrierdurchgangsbohrung 71 (Fig. 2) aufweist, die etwa auf ihrer Längenmitte einen zumindest schmalen zylindrischen Bohrungsabschnitt 72 besitzt und sich zu beiden Seiten hin etwa kegelförmig

β·; erweitert, und daß am Gehäusedeckel 11 ein der Bohrung 71 zugeordneter, von der Anschlagstirnfläche 63 ausgehender und über diese vorstehender Zentrierstift 73 angeordnet ist, der einen Zylinderabschnitt 74

jnit dem zylindrischen Bohrungsabschnitt 72 in der Zentrierdurchgangsbohrung 71 entsprechendem Durchmesser besitzt und der bei an der Anschlagstimfläche 63 mit seiner Paßfläche 64 anliegendem Teller 60 (Pos. gem. Fig.2) mit dem Zylinderabschnitt 74 am zylindrischen Bohrungsabschniii 72 der Zentrierdurchgangsbohrung 71 zur Zentrierung des Tellers 60 anliegt. Der Zentrierstift 73 setzt sich zum freien Ende hin in einem im Durchmesser kleineren Fangabschnitt 75 fort, der die Zentrierdurchgangsbohrung 71 durchsetzt.

Im Tastkopfgehäuse 10 ist ferner in axialem Abstand von der Anschlagstirnfläche 63 eine in den Zylinderraum 61 radial vorspringende Anschlagfläche 76 vorgesehen, die eine Anschlagbegrenzung für die Verschiebe- und/oder Taumelbewegung des Tellers 60 bei Oberhubbewegung bildet Der Zylinderraum 61 für den Teller ist im Inneren des Gehäusedeckels 11 gebildet, der vom rohrförmigen Gehäuseteil 13 oder, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2, von der Zwischenverlängerungshülse 68 durchsetzt ist. Der dem Gehäusedeckel 11 zugeordnete Gehäuseabschnitt 12 ist mit Stütz- und Lageraufnahmen 77, z. B. Einsenkungen, für die Rückstellfedern 62 des Tellers 60 versehen. Er ist zumindest innerhalb der Befestigungsebene zwischen Gehäusedeckel 11 und Gehäuseabschnitt 12 dickwandiger als der Gehäusedeckel 11 gestaltet, derart, daß der Wandungsteil, der in der Befestigungsebene in den Zylinderraum 61 radial vorsteht, die Anschlagfläche 76 zur Anschlagbegrenzung bildet.

Nicht weiter erkennbar ist anhand Fig.2, daß als Rückstellfedern 62 mehrere in Umfangsrichtung des Tellers 60 in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete Federn, beispielsweise sechs Federn, vorgesehen sind. Die Federn sind als zylindrische Schraubendruckfedern gestaltet.

Im Gehäuseabschnitt 12 ist eine elektrische Steckdose 78 (F i g. 2) angeordnet, zu der vom Mikroschalter 24 ausgehende elektrische Leitungen 79 geführt sind. In die Steckdose 78 kann von außen her ein elektrischer Stecker mit Zuleitung zur Weiterverarbeitung der Ausgangssignale des Mikroschalters 24 eingesteckt werden. Ferner ist am Gehäuseabschnitt 12 eine elektrische Kontrolleuchte 80 angeordnet, die z. B. aufleuchtet, sobald der Taster seine in F i g. 1 mit ausgezogenen Linien gezeigte Ausgangsstellung wieder eingenommen hat und zu einer erneuten Anlastung bereit ist.

F i g. 8 zeigt ein Tastelement 81, das statt des in F i g. 1 gezeigten Tastelementes 22 auf den Zylinderabsatz der Aufnahmehülse 35 aufgesteckt werden kann Jedes Tastelement weist, wie für das Tastelement 81 in F i g. 8 gezeigt ist. eine längsgeschlitzte Zylinderhulse auf, die von einer Querbohrung 82 durchsetzt ist. die bei der Darstellung in F i g. 8 im linken Teil als Durchgangsbohrung und im rechten Tei¹ als Gewindebohrung gestaltet ist. Zur reproduzierbaren Axialfixierung jedes aufgesteckten Tastelementes weist der ' ν lederabsatz der Aufnahmehülse 35 eine entsprechende Querbohrung 83 (Fig. 2) auf. Das aufgesteckte Tastelement 81 wird auf dem Zylinderabsau der Aufnahmehülse 35 in Radialrichlung festgeklemmt, und zwar mittels einer Klemmschraube 84 (Fig.8). Im aufgesteckten Zustand des Tastelementes 81 durchsetzt die Klemmschraube 84 mit ihrem Gewindeabsatz 85 die Querbohrung 82 des Tastelementes 81 und die Querbohrung 83 des Zylinderabsatzes der Aufnahmehülse 35, wobei der Gewindeabsatz 85 in den bei der Darstellung gemäß FiE. 8 rechten Gewindeteil der Zylinderhülse des Tastelementes 81 eingreift, während ein im Durchmesser größerei Absatz der Klemmschraube 84 auf der äußeren Umfangsfläche bei der Darstellung in Fig.8 auf de^r linken Seite der Hülse zur Anlage kommt Der Gewindeabsatz 85 durchsetzt die Querbohrung 82 und 83, so daß eine Axialfixierung gegeben ist Durch Anziehen der Klemmschraube 84 wird der längsgeschlitzte Hülsenteil des Tastelementes 81 auf dem Zylinderabsatz der Aufnahmehülse 35 festgeklemmt

Als Tastelement kann auch ein solches aufgesetzt werden mit rechteckigem Tasterteil, um beispielsweise die Außenflächen konvex gekrümmter Prüflinge abzutasten. Da das Rohr 20 umdrehbar gelagert ist, ergebun sich dabei keine Meßverfälschungen.

Nachfolgend ist die Wirkungsweise des Tastkopfes näher erläutert, wobei von der in Fig. 1 mit durchzogenen Linien gezeichneten Ausgangsstellung, die der Ruhestellung entspricht, ausgegangen wird. Zum Antasten von Prüflingen wird der Tastkopf mit dem Tastelement 22, und zwar der Spitze desselben, an den Prüfling herangefahren. Beim Antasten in Richtung der Längsmittelachse 21 (Z-Achse) erfolgt in dieser Richtung ein sehr kleiner Tastausschlag des Rohres 20, der im Rahmen des axialen Bewegungsspieles b liegt.

Dieser Tastausschlag hat am gegenüberliegenden Ende des Rohres 20, dort wo die Vertiefung 27 vorgesehen ist, eine Verschiebebewegung in Richtung der Längsmittelachse 21 zur Folge, bei der die Wandung der kegelförmigen Vertiefung 27 in Berührung mit der äußeren Umfangsfläche am freien Ende des Stiftes 23 gelangt. Dadurch wird der Stift 23 in zum Tastelement 22 abgewandter Richtung in den Mikroschalter 24 eingeschoben und ein entsprechendes Ausgangs-Schaltsignal vom Mikroschalter 24 erzeugt. Bereits ein sehr kleiner Tastausschlag des Tastelementes 22 führt zu einem Ausgangsschaltsignal des Mikroschalters 24.

Die Verschiebebewegung des Rohres 20 in Richtung der Längsmittelachse 21 beim Antasten in Z-Richtung wird möglich durch entsprechende federelastische Verformung der Blattfeder 25, die hier als Lager in Richtung der Z Achse wirksam ist. Bei dieser Verschiebebewegung des Rohres 20 schiebt das Rohr die auf der Ringkante 49 mit der kegelförmigen Rückstellfläche 47 aufsitzende Kreisringscheibe 46 gegen die Wirkung der Schraubendruckfeder 48 in Richtung auf den Stift 23. Die Kreisringscheibe 46 ist bei dieser koaxialen Verschiebebewegung über die Führungshülse 54 entlang der Führungsbuchse 56 im rohrförmigen Gehäuseteil 13 in Translationsrichtung geführt. Fällt die Tastkraft, die zur Verschiebebewegung in Z-Richtung geführt hat, ab, dann wird das Rohr 20 mit Tastelement 22 über die sich entspannende Schraubendruckfeder 48 wieder in die ursprüngliche Ausgangslage zurückgestellt, und zwar dadurch, daß die sich entspannende Schraubendruckfeder 48 eine koaxiale Federkraft auf die Kreisringscheibe 46 ausübt, die ihrerseits über ihre konische Rückstellfläche 47 in koaxialer Richtung auf die Ringkante 49 der Scheibe 26 des Rohres 20 drückt. Entsprechend der Rückstellbewegung des Rohres 20 mit Tastelement 22 kann der federbelastete Stift 23 des Mikroschalters 24 infolge seiner Federbelastung wieder in die z. B. in Fig. 5 gezeigte Ausgangslage zurückkeh ren. Die erreichte Position des Stiftes 23 wird optisch kenntlich gemacht durch Aufleuchten der Kontroll-

b5 leuchte 80. Der Tastkopf ist nun für eine weitere Antastung bereit.

Erfolgt eine Antastung innerhalb eines ebenen Koordinatensystems [X- V-Achse), so wird bei Anlegen

des Tastelementes 22 mit der Tastspitze an den Prüfling das Tastelement 22 und mit diesem das Rohr 20 um eine Innerhalb des ebenen Koordinatensystems liegende Achse ausgelenkt. Diese Auslenkbewegung wird ermöglicht, da die Blattfeder 25 hierbei die Funktion eines sphärischen Lagers ausübt, also eine Schwenkbewegung des Rohres 20 um alle möglichen Achsen innerhalb eines ebenen Koordinatensystems möglich macht Ein kleiner Tastausschlag der Tastspitze des Tastelementes 22 hat entsprechend der Hebelübersetzung eine größere Schwenkbewegung des gegenüberliegenden Endes des Rohres 20 mit Scheibe 26 zur Folge. Dies ist in F i g. 7 mit gestrichelten bzw. strichpunktierten Linien angedeutet. Die gestrichelte Linie deutet an, daß bei Tastauslenkung innerhalb eines ebenen Koordinatensystems die Kegelwandung der Vertiefung 27 auf einer Seite in Berührung mit dem Stift 23 gelangt, während die strichpunktierte Linie andeutet, daß bei einer Tastauslenkuns innerhalb des ebenen Koordinatensystems in z. B. dazu rechtwinkliger Richtung die gegenüberliegende Kegelwandung mit dem Stift 23 in Berührung gelangt Somit führt eine Auslenkung der Spitze des Tastelementes 22 am gegenüberliegenden Ende des Rohres 20 zu einer entsprechenden, wegen der Hebelübersetzung aber stärker übersetzten Schwenkbewegung, bis die Wandung der Vertiefung 27 mit der Außenfläche des Stiftes 23 in Berührung gelangt und den Stift 23 in Richtung der Längsmittelachse beaufschlagt und in den Mikroschalter 24 einschiebt. Es wird ein entsprechendes Ausgangssignal vom Mikroschalter 24 abgegeben.

Bei einer derartigen Schwenkbewegung wird die Kreisringscheibe 46, die auf der Ringkante 49 mit ihrer konischen Rückstellfiäche 47 aufliegt, je nach Kipprichtung des Rohres 20 in diesem Endbereich von einem kleinen Umfangsbereich der Ringkante 49 beaufschlagt und in Richtung auf den Stift 23 koaxial zur Längsmittelachse 21 gegen die Wirkung der Feder 48 verschoben. Hierbei nimmt das Rohr 20 eine gegenüber der Längsmittelachse 21 um einen geringen Winkel ausgeschwenkte Position ein. Steht die Tastkraft in dem ebenen Koordinatensystem nicht mehr am Tastelement 22 an, dann wird über die Schraubendruckfeder 48 und Kreisringscheibe 46 mit konischer Rückstellfläche 47 das Rohr 20 im Bereich der Ringkante 49 der Scheibe 26 wieder in die zur Längsmittelachse 21 koaxiale Position zurückgestellt und in die Ausgangsposition gemäß F i g. 1 oder 2 zurückgebracht. Hierbei kann der Stift 23 über seine Rückstellfeder im Mikroschalter 24 wieder in die in Fig.5 gezeigte Ausgangslage zurückgestellt werden, in der der Stift wieder in Abstand von der Vertiefung 27 steht.

Wegen der großen Hebelübersetzung ist es möglich, in der Ausgangslage den Abstand zwischen Vertiefung 27 und Umfangsfläche des Stiftes 23 vorzusehen, ohne dabei bei Ansprechen des Tastelementes 22 eine Meßungenauigkeit zu erzeugen.

Der in der Ausgangsstellung vorhandene Zwischenraum zwischen Vertiefung 27 und Stift 23 erhöht die Meßzuverlässigkeit und Meßgenauigkeit; denn evtl. Erschütterungen oder Schwingungen des Rohres 20 können von der Blattfeder 25 und vor allem von der Rückstellvorrichtung (Schraubendruckfeder 48 mit Kreisringscheibe 46) federelastisch gedämpft werden, ohne daß diese Schwingungen einen Berührungskontakt zwischen Vertiefung 27 und Außenfläche am freien Ende des Stiftes 23 herstellen, der zu einem fehlerhaften Ansprechen des Mikroschalters 24 führen würde. Das Tastelement 22 mit Rohr 20 ist also gegen Erschütterungen gesichert Erschütterungen verfälschen das Meßergebnis nicht Trotz dieses Abstandes in der Ausgangsstellung wird erreicht, und zwar infolge der großen Hebelübersetzung, daß eine Richtungsunterscheidung bei Antastung nicht notwendig ist, weil die Ansprechwege in allen Koordinatenrichtungen gleich gering sind und kleiner als die zulässigen Meßunsicherheiten der Meß- und Anreißmaschine sind, diese Fehler also von der Meßunsicherheit der Maschine selbst überdeckt werden. Diese große Hebelübersetzung ist im ebenen Koordinatensystem quer zur Längsmittelachse 21 wirksam. Das Hebelprinzip gestattet also geringe Wege am Tastelement 22 bis zum Auslösen des Mikroschalters 24. Somit kann das Tastelement ohne vorheriges Umschalten in allen drei Koordinatenrichtungen eines räumlichen Koordinatensystems gleichzeitig, beliebig kombiniert, oder nacheinander antasten. Es ist somit ein echter dreidimensionaler Taster geschaffen.

Die Schutzeinrichtung verhindert Beschädigungen der empfindlichen Teile zur Meßwertaufnahme und Meßwertübertragung, z. B. infolge übermäßiger Tastkräfte oder Wege. Die Schutzeinrichtung arbeitet wie folgt: Eine zu große Bewegung des Tastelementes 22 in ± X- und/oder ± V-Richtung führt nach Überwindung des radialen Bewegungsspieles a zur Anlage des Rohres 20 an der Innenwandung der Bohrung im Aufsatzring 37. Nach Aufbringung einer Kraft, die geringfügig aber sicher über der Tastmeßkraft liegt, weichen nun der Aufsatzrng 37, der rohrförmige Gehäuseteil 13 und der Teller 60 gegen die Reaktionskraft der Rückstellfedern 62 aus. Der Teller 60 liegt dann nach Durchfahren des vollen Überhubes schließlich mit einem bestimmten Punkt seines Umfanges an der Anschlagfläche 76 an. Die Rückstellung aller im rohrförmigen Gehäuseteil 13 enthaltener Teile in die in F i g. 2 gezeigte Ausgangslage ist dadurch sichergestellt, daß beim Entspannen der Rückstellfedern 62 der Teller 60 wieder in die zur Längsmittelachse 21 rechtwinklige Lage zurückgestellt wird, wobei der Teller 60 mit seiner Paßfläche 64 an der Anschlagstirnfläche 63 zur Anlage kommt, ferner bei der Rückstellbewegung mit seiner Zentrierdurchgangsbohrung 71 auf den Zentrierstift 73, und zwar zuerst auf den Fangabschnitt 75 und sodann auf den Zylinderabschnitt 74, geschoben wird. In der Position, in der der Teller 60 mit seinem zylindrischen Bohrungsabschnitt 72 auf dem entsprechenden Zylinderabschnitt 74 des Zentrierstiftes 73 ruht, ist die absolute Zentrierstellung wieder garantiert, in der die Längsnvttelachse des rohrförmigen Gehäuseteils 13 wieder exakt in der Ausgangsposition steht.

Eine zu große Bewegung in Richtung der Z-Achse wird nach Überwinden des axialen Bewegungsspieles b in entsprechender Weise, wie vorstehend beschrieben worden ist, in eine axiale Ausweichbewegung des Tellers 60 gegen die Rückstellfedern 62 umgeformt. Kombinierte Bewegungen im gesamten Bereich des räumlichen Koordinatensystems werden in ähnlicher Weise aufgefangen.

Zusammenfassung

Es wird ein Tastkopf zur dreidimensionalen Antastung von Prüflingen mit auch bei langer Betriebsdauer hoher Meßgenauigkeit und Meßzuverlässigkeit angegeben. Der Tastkopf weist eine als scheibenförmige Blattfeder (25) ausgebildete Lagereinrichtung und eine federelastische Rückstellvorrichtung für ein rohrförmiges, gegenüber einem Tastkopfgehäuse (10) dreidimen-

sional schwenkbares Tastglied (20) mit einem Tastelement (22) auf. Die Blattfeder (25) ist in einem Längenabstand vom Tastelement (22) angeordnet, der wesentlich kleiner ist als der Längenabstand zwischen der Blattfeder (25) und dem Ende des Tast^liedes (20), das einen Stift (23) eines Tastimpulsübertragers (24) betätigt Dabei greift der Stift (23) mit seinem freien Ende in eine rotationssymmetrische Vertiefung (27) am Ende des Tastgliedes (20) ein, wobei die Außenfläche des freien Stiftendes in der koaxialen Ausgangsstellung des Tastgliedes (20) in in Umfangsrichtung annähernd

gleichen Abständen von der zugewandten Fläche der Vertiefung (27) verläuft Eine in das Tastglied (20) eingesetzte Aufnahmehülse (35) legt ein max. axiales Bewegungsspiel und ein das Tastglied (20) führendes rohrförmiges Gehäuseteil (13) ein max. radiales Bewegungsspiel für das Tastglied (20) fest Zur Aufnaiime eines Oberhubs des Tastgliedes (20) dient eine zwischen dem Tastkopfgehäuse (10) und dem rohrförmigen Gehäuseteil (13) angeordnete Schutzeinrichtung (60,62) (F ί g. 2).

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (25)

Patentansprüche:

1. Tastkopf zur dreidimensionalen Antastung von Prüflingen, für dreidimensionale Meß- und Anreißmaschinen, mit einem langgestreckten Tastglied in Form eines Rohres, das innerhalb eines langgestreckten, rohrförmigen Gehäuseteiles des Tastkopfgehäuses koaxial zu diesem angeordnet ist, am freien Ende ein Tastelement zur Antastung trägt, in Abstand davon mittels einer Lagereinrichtung gegen eine federelastische Rückstellvorrichtung in einem ebenen Koordinatensystem gegenüber dem Tastkopfgehäuse schwenkbeweglich sowie in dazu rechtwinkliger Richtung verschiebbar gehalten ist und das mil seinem dem Tastelement gegenüberliegenden Ende bei einer Schwenk- oder Verschiebebewegung des Tastgliedes einen zum Tastglied koaxialen federbelasteten Stift eines im Gehäuse gehaltenen Tastimpulsübetragers beaufschlagt, d a durch gekennzeichnet, daß die Lagerein- richtung eine an sich bekannte, scheibenförmige, in einer zur Längsmittelachse (21) des Rohres (20) rechtwinkligen Ebene ausgerichtete Blattfeder (25) aufweist, die das Rohr (20) umschließt und entlang ihres Innenrandes fest mit dem Rohr (20) and entlang ihres Außenrandes fest mit dem rohrförmigen Gehäuseteil (13) verbunden ist, wobei die Federsteifigkeit der Blattfeder (25) kleiner als diejenige der federelastischen Rückstellvorrichtung (46,48), jedoch größer als diejenige des federbelasteten Stiftes (23) des Tastimpulsübetragers (24) ist, daß das dem Stift (23) zugeordnete Ende des Rohres (20) stirnseitig eine zur Längsmittelachse des Rohres (20) und Stiftes (23) rotationssymmetrische, vorzugsweise eine kegelförmige Vertiefung (27) aufweist, in die der Stift (23) des Tastimpulsübertragers (24) mit seinem freien Ende eingreift, oder umgekehrt, daß die Außenfläche am freien Stiftende in der koaxialen Ausgangsstellung des Rohres (20) in in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichen Abständen von der zugewandten Fläche der Vertiefung (27) verläuft, daß die Blattfeder (25) in einem in Längserstreckung des Rohres (20) gemessenen Längenabstand vom Tastelement (22) angeordnet ist, der wesentlich kleiner ist, als der Längenabstand zwischen der Blattfeder (25) und dem gegenüberliegenden, die Vertiefung (27) aufweisenden Ende des Rohres (20), daß am freien Ende in das Rohr (20) mittels im Rohr vorgesehenem Innengewinde (34) eine zur auswechselbaren Aufnahme einzelner Tastelemente (22, 81) ausgebildete Aufnahmehülse (35) eingesetzt ist, die einen Ringbund (36), aufweist, der das stirnseitige zugeordnete Ende des rohrförmigen Gehäuseteiles (13) in radialer Richtung übergreift und gegenüber letzterem mit geringem axialen Bewegungsspiel (b) angeordnet ist, daß das Rohr (20) innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteiles (13) im Bereich der Aufnahmehülse (35) mit etwa gleich großem radialen Bewegungsspiel (a) gehalten ist, daß die federelastische Rückstellvorrichtung eine Kreisringscheibe (46) aufweist, die mit einer im wesentlichen stirnseitigen Rückstellfläche (47) am zum Stift (23) des Tastimpulsübertragers (24) weisenden Ende des Rohres (20), koaxial zur Längsmittelachse (21) ausgerichtet, aufliegt, mittels mindestens einem Federelement (48) in zum Tastelement (22) weisender Richtung gegen das Ende des Rohres (20) angepreßt wird und am rohrförmigen Gehäuseteil (13) in dessen Längsrichtung verschiebbar geführt ist und daß zwischen dem Tastkopfgehäuse (10) und dem rohrförmigen Gehäuseteil (13) eine Schutzeinrichtung (60, 62) zur Aufnahme einer Überhubbewegung des Rohres (20) zwischengeschaltet ist

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Stiftende des Tastimpulsübertragers (24) halbkugelförmig ausgebildet ist und die zugeordnete Vertiefung (27) des Rohres (20) Kegelform mit einem 90°-Kegelwinkel besitzt

3. Tastkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Längenabstand zwischen Blattfeder (25) und dem dem Tastelement (22) gegenüberliegenden Ende des Rohres (20) das zweibis dreifache des Längenabstandes zwischen Tastelement (22) und Blattfeder (25) beträgt.

4. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (20) an dem dem Tastelement (22) gegenüberliegende Ende eine am Rohrende befestigte, z. B. in das Rohr (20) eingeklebte, Scheibe (26) aufweist, die die Vertiefung (27) zur Beaufschlagung des Stiftes (23) des Tastimpulsübertragers (24) enthält.

5. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet daß der Tastimpulsübertrager als elektrischer Mikroschalter (24) ausgebildet ist, der in Richtung seiner Längsmittelachse (21) und quer dazu feinverstellbar sowie auswechselbar am zugeordneten Ende des rohrförmigen Gehäuseteiles (J 3) gehalten ist.

6. Tastkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß am rohrförmigen Gehäuseteil (13) ein Stirndeckel (38) mit Rohransatz (39) mittels Stirnschrauben (40) gehalten ist, der eine durchgehende koaxiale Aufnahmebohrung (41) aufweist, in die der Mikroschalter (24) in Richtung seiner Längsmittelachse (21) mittels Gewinde (42) einstellbar eingesetzt ist.

7. Tastkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirndeckel (38) mittels am zugeordneten Ende im rohrförmigen Gehäuseteil (13) gehaltener Radialstellschrauben (45), die mit ihrem freien Ende auf der Außenfläche des Rohransatzes (39) aufstoßen, in radialer Richtung gegenüber dem rohrförmigen Gehäuseteil (13) feinverstellbar und nach Einstellung mittels der Stirnschrauben (40) fixierbar ist.

8. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringscheibe (46) der Rückstellvorrichtung an einer Ringkante (49) am Ende des Rohres (20), koaxial zu letzterem ausgerichtet, aufliegt.

9. Tastkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkante (49) an der am Rohrende befestigten Scheibe (26) und innerhalb einer Radialebene vorgesehen ist, die in geringem Axialabstand von der Vertiefung (27) verläuft und gebrochen, vorzugsweise abgerundet, ist.

10. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet daß die Rückstellfläche (47) der Kreisringscheibe (46) als kegelstumpfförmige Zentrierfläche ausgebildet ist mit zum Stiftende des Tastimpulsübertragers (24) hin gerichteter Kegelspitze.

11. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 — 10, dadurch gekennzeichnet daß als Federelement der Rückstellvorrichtung eine koaxiale zylindrische Schraubendruckfeder(48) vorgesehen ist.

12. Tastkopf nach Anspruch 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder (48) mit einem Ende am Rohransatz (39) des Stirndeckels (38) zentriert und an einer radialen Stirnfläche (50) des Stirndeckels (38) abgestützt ist und mit ihrem gegenüberliegenden Ende an einem ZyJinderabsatz (51) der Kreisringscheibe (46) zentriert und an einer Radialstützfläche (52) abgestützt ist.

13. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 — 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringscheibe (46) im Zentrum von einem zylindrischen Teil (53) der am Rohrende befestigten Scheibe (26) durchsetzt ist.

14. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 — 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringscheibe (46) zur Längsführung in eine zylindrische Führungshülse (54) eingesetzt, vorzugsweise eingepreßt und/oder -geklebt, ist, die im Zwischenraum zwischen dem Rohr (20) und dem rohrförmigen Gehäuseteil (13) angeordnet und mit äußeren Führungsflächen (55) auf der Innenwand des rohrförmigen Gehäuseteiles (13) gleitend geführt ist.

15. Tastkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Gehäuseteil (13) mindestens auf dem Längenbereich der zylindrisehen Führungshülse (54) eine Führungsbuchse (56) aufweist, die die Innenwand zur Gleitführung der Führungshülse (54) bildet.

16. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 — 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit, bestehend aus rohrförmigem Gehäuseteil (13) mit Stirndeckel (38), darin gehaltenem Tastimpulsübertrager (24), ferner dem Rohr (20) im rohrförmigen Gehäuseteil (13) mit Rückstellvorrichtung (48,46), federelastisch gegenüber dem Tastkopfgehäuse (10) schwenkbar und in Richtung der Längsmittelachse (21) verschiebbar ist.

17. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 — 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung (60, 62) einen zylindrischen Teller (60) aufweist, der in einem Zylinderraum (61) des Tastkopfgehäuses (10) koaxial zur Längsmittelachse (21) des Tastgliedes (20) angeordnet ist, mittels Rückstellfedern (62)

in Gehäuselängsrichtung und in Richtung auf das Tastelement (22) gegen eine Anschlagstirnfläche (63) des Tastkopfgehäuses (10) anpreßbar ist und innerhalb des Zylinderraumes (61) gegen die Wirkung der Rückstellfedern (62) in zur Längsmittelachse (21) des Tastgliedes (20) koaxialer Richtung federelastisch verschiebbar sowie um die Achse taumelnd gehalten ist, und daß der rohrförmige Gehäuseteil (13) am Teller (60) vorzugsweise lösbar, jedoch fest, angeordnet ist.

18. Tastkopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller (60) eine zentrale Nabe (65) mit Innengewinde (66) aufweist, mit der er auf einen Außengewindeabsatz (67) des rohrförmigen Gehäuseteiles (13) unmittelba^r oder mittels Zwischenverlängerungshülse (68) aufgeschraubt ist

19. Tastkopf nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsfläche, mit der der Teller (60) an der Innenwandung (69) des Zylinderraumes (61) im Tastkopfgehäuse (10) verschiebbar und taumelnd gehalten ist, nach außen hin konvex (70) gekrümmt ist.

20. Tastkopf nach einem der Ansprüche 17—19, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller (60) in radialem Abstand von seiner Längsmittelachse (21) eine Zentrierdurchgangsbohrung {71) aufweist, die etwa auf ihrer Längenmitte einen zumindest schmalen zylindrischen Bohrungsabschnitt (72) aufweist und sich zu beiden Seiten hin etwa kegelförmig erweitert, und daß am Tastkopfgehäuse (10) ein der Zentrierdurchgangsbohrung (71) zugeordneter, vorzugsweise von der Anschlagstirnfläche (63) ausgehender und über diese vorstehender Zentrierstift (73) angeordnet ist, der einen Zylinderabschnitt (74) mit dem zylindrischen Bohrungsabschnitt (72) in der Zentrierdurchgangsbohrung (71) entsprechendem Durchmesser besitzt und bei an der Anschlagstirnfläche (63) anliegendem Teller (60) mit dem Zylinderabschnitt (74) am zylindrischen Bohrungsabschnitt (72) der Zentrierdurchgangsbohrung (71) zur Zentrierung des Tellers (60) anliegt und der zwischen Zylinderabschnitt (74) und freiem Ende einen im Durchmesser kleineren Fangabschnitt (75) besitzt.

21. Tastkopf nach einem der Ansprüche 17—20, dadurch gekennzeichnet, daß im Tastkopfgehäuse

(10) in axialem Abstand von der Anschlagstirnfläche (63) eine in den Zylinderraum (61) radial vorspringende Anschlagfläche (76) vorgesehen ist, die eine Anschlagbegrenzung für die Verschiebe- und/oder Taumelbewegung des Tellers (60) bei Überhubbewegung bildet.

22. Tastkopf nach einem der Ansprüche 17—21, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (61) tür den Teller (60) im Inneren eines Gehäusedeckels

(11) gebildet ist, der vom rohrförmigen Gehäuseteil (13) oder der Zwischenverlängerungshülse (68) durchsetzt ist und lösbar an einem zugeordneten Gehäuseabschnitt (12) befestigt ist.

23. Tastkopf nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der zugeordnete Gehäuseabschnitt

(12) Stütz- und Lageraufnahmen (77) für die Rückstellfedern (62) des Tellers (60) aufweist und zumindest innerhalb der Befestigungsebene des Gehäusedeckels (11) dickwandiger als der Gehäusedeckel (11) gestaltet ist, derart, daß der Wandungsteil, der in der Befestigungsebene in den Zylinderraum (61) hinein vorsteht, eine Anschlagbegrenzung bildet.

24. Tastkopf nach einem der Ansprüche 17—23, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellfedern (62) mehrere in Umfangsrichtung des Tellers (60) in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete zylindrische Schraubendruckfedern vorgesehen sind.

25. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1—24, gekennzeichnet durch einen an einer Befestigungsplatte (15) gehaltenen Aufnahmeschaft (16) zur Halterung des Tastkopfes in einem zugeordneten Aufnahmekopf (18) einer Meß- und Anreißmaschine und dadurch, daß die Befestigungsplatte (15) lösbar und wahlweise derart am Tastkopfgehäuse (10) befestigbar ist, daß die Längsmittelachse des Aufnahmeschaftes (16) in einer Flucht mit der Längsmittelachse (21) des Tastgliedes (20) oder rechtwinklig dazu ausgerichtet ist.