DE2804398C3 - Meßkopf für Koordinatenmeßmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf für Koordinatenmeßmaschinen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Koordinatenmeßmaschinen weisen bekanntermaßen einen Maßkopf auf, der dreidimensional relativ zu einer feststehenden Rahmenkonstruktion bewegbar ist und einen Taster trägt, der zum Antasten eines zu vermessenden Werkstuckes dient Das Werkstück wird vermessen, indem jeweils beim Antasten des Werkstukkes durch den Taster die Meßkopfposition mit Bezug auf eine vorgegebene Bezugsposition abgelesen wird.

Ein Meßkopf fur derartige Koordinatenmeßmaschinen weist bekanntermaßen em Gehäuse bzw. eine Halterung und einen darin gehalterten Taster auf, der im allgemeinen die Form eines geraden Stabes hat Bei Meßaufgaben, bei denen die Messungen hauptsächlich in zwei Dimensionen vorzunehmen sind, ist es wünschenswert, daß diese Dimensionen an dem zu vermessenden Werkstuck mindestens annähernd rechtwinklig zur Längsachse des Tasters verlaufen. Wenn beispielsweise Durchmesser oder Mittenabstände von Bohrungen in einer horizontalen Werkstückfläche gemessen werden sollen, wird der Tastkopf so angeordnet bzw. ausgelegt, daß der Taster vertikal verläuft Dies schließt natürlich nicht aus, daß auch gewisse Messungen in der vertikalen Dimension ausgeführt werden. Beispielsweise lassen sich Bohrungstiefen oIImw Schwierigkeiten messen.

Sollen jifdocb Bohrungen in einer vertikalen Werkstückfläche vermessen werden, ist es häufig wünschenswert, den Tastkopf so anzuordnen, daß der Taster horizontal verläuft, da es andernfalls schwierig wäre, beispielsweise die Tiefen verhältnismäßig langer Bohrungen :zu messen.

to Es ist zu diesem Zweck bereits bekannt, den Taster an einem gelenkig mit dem Meßkopf verbundenen Arm anzuorelnen. Dabei ist der Arm mit einer Klemmschraube verschen, die zum Schwenken des Tasters von Hand gelöst wird, wonach der Taster ebenfalls von Hand in !3 die gewünschte Lage geschwenkt und anschließend die Spannschraube wieder angezogen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Meßkopf der eingangs genannten Art so auszubilden!, daß er ach für eine automatisch gesteuerte Schwenkung des Tasters ohne Notwendigkeit manueller Eingriffe eignet

Diese: Aiafgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst

Damit wird der technische Fortschritt erzielt, daß eine mit dem erfindungsgemäßen Meßkopf ausgestattete Koordinatenmeßmaschine auch dann, wenn im Zuge der in einem Meßablauf vorzunehmenden Folge von Meßvorgängen eine Tasterschwenkung erforderlich ist, vollautomatisch, beispielsweise magnet- oder lochbandgesteueirt, betrieben werden kann und zeitraubende manuelle Eingriffe während des Meßablaufs nicht mehr notwendig sind.

Der Anspruch 3 gibt ein Verfahren zum Schwenken desTastersdes Meßkopfes nach der Erfindung an.

Einige Ausführungsbeispieie der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. Il eine Ansicht einer Koardinatenmeßmaschine ■to mit einem Meßkopf nach der Erfindung,

Fig.il im vergrößerter Darstellung den Meßkopf in Richtung din Pfeiles U in Fig. I gesehen,

Fig.;) vergrößert einen Schnitt durch eine Einzelheit des Meflkopfes nach F i g. 2,

Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform des Meßkopfra;

Fig.!) einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4,

F ig. 6 einen Schnitt längs der linie VI-VI in Fig.5, und

Fig.ΪΓ eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VII in Fig.4.

Die in IF i g. 1 gezeigte Meßmaschine weist einen Nießkopif 110 auf, der dreidimensional relativ zu einer feststehenden Rahmenkonstruktion U verschiebbar ist Dazu ist tier Meßkopf 10 an einem säulenförmigen vertikalen !Schlitten 12 angeordnet, der in einer Führung 13 in dar Z Richtung (Vertikalrichtung) verschiebbar ist Die Führung 13 ist ihrerseits horizontal in der X-Richtunjt auf einer Führung 14 verschiebbar, die μ wiederum horizontal in der ^Richtung auf einer Fühmnj! 15 der feststehenden Rahmenkonstruktion verschiebbar ist Die Komponenten 12, 13 und 15 sind mittels Schrittmotoren 13A 14/4 und 15,4, und Gewindespindeln mit Spindelmuttern in an sich bekannter Weise antreibbar. Die Motoren werden mit Hilfe eines Dreispurmagnetbandes 16 gesteuert, das von einem l.esekopf 17 abgetastet wird, der Steuersignale Xi, Vl und Z\ zur Steuerung der den jeweiligen

Richtungen zugeordneten Motoren abgibt.

Am Meßkopf IO ist ein Tastkopf 18 mit einem Taster 34 angeordnet, welcher zum Antasten eine? Werkstükkes 19 bei der Durchführung von Messungen dient, beispielsweise zur Messung von Durchmesser und Tiefe einer vertikalen Bohrung 20 oder von Durchmesser und Tiefe einer horizontalen Bohrung 21. Zur Vermessung der vertikalen Bohrung 20 weist der Taster eine vertikale Stellung 34A auf, so daB er parallel zur Richtung der Bohnmgsachse verläuft Zur Vermessung ;o einer horizontalen Bohrung 21 dagegen muß der Taster in eine horizontale Stellung 34Cgebracht werden.

Um den Taster zwischen der vertikalen Stellung und der horizontalen Stellung drehen zu können, ist der Tastkopf an einem Ende eines Annes 22 befestigt, dessen anderes Ende mittels einer Gelenkverbindung 23 am MeBkopf 10 gehaltert ist Gemäß Fig.2 weist die Gelenkverbindung 23 ein Scharnier 24 mit horizontaler Achse 24/4 auf. Das Scharnier besteht aus aus an einem Teil 26 angeordneten Scharnierzapfen 2SB, die mit an dem betreffenden Ende des Armes 22 ausgebildeten ösen 25/4 zusammenwirken. Eine freie Drehbarkeit des Scharniers 24 wird durch Tellerfedern 27 verhindert, die zwischen den ösen 25A und den Zapfen 250 Reibung erzeugen.

Das Teil 26 ist mittels eines Drehzapfens 28 mit vertikaler Achse 28Λ am Meßkopf 10 gehaltert Eine Tellerfeder 29 erzeugt Reibung zur Verhinderung einer freien Drehbarkeit des Teils 26 auf dem Zapfen 28.

Der Arm 22 wäd geschwenkt, indem der MeBkopf 10 in eine Position 100 gebracht wird, in welcher der Ann 22 an einer Kugel 30 anliegt, die auf einer an der Rahmenkonstruktion 11 der Meßmaschine befestigten Stütze 31 angeordnet ist Dazu wird der MeBkopf zunächst so positioniert, daß der Arm 22 an einem mit Abstand von der Achse 24Λ der Scharnierzapfen 250 gelegenen Punkt 22Pan der Kugel 30 anliegt, so daB bei weiterer Verschiebung des Meßkopfes in die Position IOC aufgrund der Anlage des Armes 22 an der Kugel 30 ein auf den Ann 22 wirkendes Drehmoment erzeugt wird, das den Ann 22 um die Achse 24/4 herum in die Position 22C schwenkt Die weitere Verschiebung des Meßkopfes 10 kann geradlinig in horizontaler Richtung erfolgen, sie kann auch einen Bogen 32 beschreiben, derart, daB sich die Lage des Berühnmgspunktes 22F des Armes 22 roh der Kugel 30 nicht übermäßig verändert

Sofern die Meßmaschine mittels eines Magnetbandes 16 gesteuert wird, um die verschiedenen Messungen an einem Werkstück 19 vorzunehmen, ist es auch wünschenswert, die Schwenkung des Tastkopfes 18 durch vom Magnetband 16 abgegebene Signale zu steuern. Dies erfolgt durch geeignete Vorbereitung des Magnetbands durch Einschreiben von Tastkopfschwenkbefehka nrnch Beendigung der eine vertikale Orientierung des Tasten 34 erfordernden Meßvorgänge und vor Beginn der eine horizontale Orientierung des Tasten erfordernden Meßvorgänge. Diese Vorbereitung des Magnetbands unterscheidet sich nicht von derjenigen für die Ausführung der Meßkopfbewegun- βο gen bei den MeßvorgingetL

Das angegebene Verfahren zum Schwenken des Tastkopfes 18 kamt zur Herstellung jedes beliebigen Winkels mit Bezug auf die Vertikalrichtung Anwendung finden, und der Tastkopf kann außerdem um die vertikale Achse 244 geschwenkt werden, indem der MeBkopf IO bei in horizontaler Stellung befindlichem Arm 22 horizontal verschoben wird. Die Kugel 30 dient außerdem afc Bezugspunkt zur Eichung des Tastkopfes in an sich bekannter Weise, und eine solche Eichung findet normalerweise nach jeder Schwenkung des Tastkopfes statt, um den Tastkopf in den richtigen Nullbezugszustand zu bringen.

Gemäß F ί g. 3 weist der Tastkopf ein Gehäuse 33 auf, das den Taster 34 haltert Der Taster, der ein kugelförmiges Tasterende 35 zum Antasten des Werkstückes besitzt, ist im Gehäuse 33 in einer durch Kugeln 36 gebildeten Lagerung allseitig kippbar und vertikal abhebbar gelagert Die Tasterauslenkung relativ zu seiner Lagerung 36 erfolgt entgegen der Rückstellkraft einer Feder 37, die den Taster nach Beendigung der jeweiligen Auslenkungskraft in die Lagerung 36 zurückdrängt Diese Tastkopfkonstruktion ist aus der GB-PS14 45 977 bekannt

Während eines MeSvorganges wird der Meßkopf so bewegt, daß das Tasterende 35 das Werkstück an der gewünschten Stelle antastet, wobei vom Tastkopf im Augenblick dieser Antastung ein Signal erzeugt wird, das zur Aufzeichnung der augenblicklichen Meßkopf position relativ zu einer Bezugsposition verwendet wird. Die zur Auslenkung des Tasters aus seiner Nullstellung erforderliche Kraft ist beträchtlich kleiner als die zur Oberwindung der von den Tellerfedern 27 und 29 der Gelenkverbindung 23 ausgeübten Reibung erforderliche Kraft, so daß sich während des Meßbetriebs des Tastkopfes die Tastkopforientierung mit Bezug zu den Achsen 24/4 und 28Λ nicht verändern kann. Beispielsweise reicht ein Moment von etwa lZ5gcm zur Auslenkung des Tasters aus der Lagerung 36 aus, während die TeDerfedern 27 und 29 so eingestellt sein können, daß ein Drehmoment von mindestens 1250 gern zur Schwenkung des Armes 22 mn das Gelenk 23 erforderlich ist

Die Federn 27 und 29 verhindern eine Drehbewegung zwischen den Teilen 25/4 und 25B, solange ein auf den Arm 22 wirkendes Moment kleiner als ein gegebener Grenzwert ist Die erforderliche Größe des Grem wertes wird experimentell bestimmt und muß ausreichend groß sein, um zufällige Bewegungen des Armes, beispielsweise durch Trägheitswirkungen beim Anfahren oder Anhalten des Meßkopfes, zu verhindern. Das erforderliche Mindestmoment kann leicht durch Veränderung der FedereinsteDung mit Hilfe von Muttern 27A und 29/4 erfolgen, welche die Federn unter Spannung halten.

Bei einer in den F i g. 4 bis 7 gezeigten abgewandelten Ausführungsform ist der Tastkopf 18 über eine Gelenkanordnung 123, die ein Drehgelenk 124 mit horizontaler Achse 124Λ und ein Drehgelenk 128 mit vertikaler Achse 128/4 aufweist, mit dem MeBkopf 10 verbunden. Das Drehgelenk 124 weist ein Teil 122 auf, an weVrham drei Paare zylindrischer Lagerkörper 125/4 längs Achsen A, B, C(Fig.5) mit gleichen Winkeiabständen um die Dre{?schse 124/4 herum angeordnet sind. Eine Feder 127 spannt das Teil 122 in Anlage an eine kranzartige Anordnung von kugeligen Lagerkörpern 1250 vor, die an einem Teil 126 befestigt sind Jedes Paar der zylindrischen .Lagerkörper 125/4 wirkt mit einem zwischen diese eingreifenden kugeligen Lagerkörper 1250 zusammen (Fig.6). Jedes Paar zylindrischer Lagerkörper 125/4 bildet zwei zueinander konvergierende Stützflächen, an denen der betreffende kugelige Lagerkörper 1250 anliegt, und die drei Gruppen von jeweils miteinander zusammenwirkenden Lagerkörpern 1254 und 1250 wirken im Sinne einer zwangsschlüssigen winkelmäBigen Positionierung des Teils 122

zusammen. Das Teil 122 ist schaltbar um die Achse 124/4 herum drehbar, indem es jeweils von einer Gruppe von drei kugeligen Lagerkörpern 1255zur nächsten Gruppe dieser Lagerkörper weiter indexiert wird, wobei die Feder 127 geringfügig zusammengedrückt wird, während die zylindrischen Lagerkörper beim Weiterindexieren Ober die kegeligen Lagerkörper hinübergleiten. Das zum Weiterschalten des Teils 122 erforderliche Drehmoment muß so groß sein, daß die zylindrischen Lagerkörper entgegen der Vorspannkraft der Feder 127 Ober die kugeligen Lagerkörper hinweggedrückt werden. Die Schwenkbarkeit des Teils 122 ist auf Stufen beschränkt, die der Teilung der kugeligen Lagerkörper entspricht Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwenkbarkeit auf Schritte von jeweils 15° beschränkt, während bei dem Ausfflhrungsbeispiel nach den F i g. I bis 3 eine Schwenkbarkeit des Armes 22 um jeden beliebigen Winkel möglich ist

Das Teil 122 bildet entweder für sich oder zusammen mit dem Gehäuse 33 des Tastkopfes 18 einen Arm, der in der genannten Weise schrittweise um die Achse 124/4 geschwenkt werden kann, indem der MeBkopf 10 bei an einem feststehenden Teil der Rahmenkonstruktion, in diesem Falle an einem horizontalen Stab, anliegendem Arm 130 verschoben wird.

F i g. 7 zeigt, wie das Teil 122 um 120° gedreht wird, indem der MeBkopf 10 auf einem Bogen 132 bewegt wird. Das Teil 122 kann noch weitere Tastköpfe 18/4 und 180 tragen, die nach Bedarf für verschiedene Arten von Meßvorgängen benützt werden können. Eine Drehung

■> des Teils 122 kann also auch dazu benützt werden, jeweils einen der drei verschiedenen Meßköpfe 18, HA und 180 in die gewünschte MeBstelhing zu bringen, beispielsweise in eine vertikal nach unten weisende Position.

Bei einer Drehung des Teils 122 um das Drehgelenk 124 spielt das Drehgelenk 128 keine Rolle. Soll jedoch der Tastkopf 18 um die vertikale Achse 128/4 herum geschwenkt werden, wird der Tastkopf zuerst in die horizontale Stellung gebracht und sodann wird er mit

ts Hilfe eines feststehenden Stabes 130/1 um die Achse 1280 herum geschwenkt Das Drehgelenk 128 verbindet das Teil 126 in der bereits mit Bezug auf das Drehgelenk 124 beschriebenen Weise mit Hilfe von zylindrischen und kugeligen Lagerkörpern mit dem Meßkopf 10.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das jeweils zum Schwenken des Tastkopfes benötigte Teil der feststehenden Konstruktion auch durch das Werkstück selbst gebildet sein, d. h, der Arm 22 bzw. das Teil 122 wird gegen eine Kante des Werkstücks gefahren, um die Schwenkung des Tastkopfes herbeizuführen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Meßlcopf für Koordinatenmeßmaschine, welcher dreidimensional relativ zu einer feststehenden Rahmenkonstruktion verschiebbar ist, wobei der Meßkopf an einem vertikal verschiebbaren Schlitten angeordnet ist und einen Taster trägt, der am freien Ende eines Armes befestigt ist, dessen anderes Ende mittels einer Gelenkverbindung am Meßkopf gehaltert und um die Drehgelenkachse in beliebige Winkelstellungen relativ zum Meßkopf schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung (23,123) Reibungsfedern (27,29, 127) oder dergL aufweist, deren Vorspannkraft einer freien Drehbewegung des Armes (22,122) mit Bezug auf den Meßkopf (10) entgegenwirkt, solange die Größe eines auf den Arm (22, 122) wirkenden Drehmoments unterhalb eines eingestellten Grenzwertes liegt

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da&die Gelenkverbindung (123) mit einer Rastenanordnung (125) versehen ist, die eine schrittweise Drehung des Armes (122) um die Drehgelenkachse ermöglicht.

3. Verfahren zum Schwenken des Tasters des Meßkopfes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der MeSkopf (10) zunächst relativ zur feststehenden Rahmenkonstruktion (11) der Meßmaschine in eine Position (10BJ gebracht wird, in welcher der Arm (22. 122) an einem mit Abstand von der Drehachse (24A, YlAA) der Gelenkverbindung gelegenen Punkt (22/> 30, 130) der feststehenden Rataaenkocrtruktion anliegt, und daß sodann der Meßkopf (10) weiter in einem solchen Sinne bewegt wird, i*jß zwischen dem genannten Punkt der Rahmenkonstruktion und der Gelenkachse ein auf den Arm wirkendes Drehmoment erzeugt und der Arm um den gewünschten Drehwinkel geschwenkt wird.