DE3031770C2 - Berührungs-Signalsonde - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß jeweils zwei Sätze von oberen und zwei Sätze von unteren Kontaktpaaren (26, 28 bzw. 34,36) vorgesehen sind,

— daß die zwei Sätze der unteren Kontaktpaare (34, 36) jeweils unter einem rechten Winkel in bezug auf die zwei Sätze der oberen Kontaktpaare (26,28) angeordnet sind,

— daß zwei obere Kontaktarme (46, 48) isoliert und fest in bezug auf die So.idenwelle (16) angeordnet sind und einen Kontakt über jedes der Kontaktelemente der beiden oberen Kontaktpaare (26,28) herstellen,

— daß ein Sondenrohr (50) entlang der Sondenwelle (16) gleitbar ist,

— daß zwei untere Kontaktarme (58, 60) isoliert und fest an dem Sondenrohr (50) angebracht sind und einen Kontakt mit jedem der Kontaktelemente der beiden unteren Kontaktpaare (34, 36) herstellen, und

— daß die Feder (56) isoliert zwischen der Sondenwelle (16) und dem Sondenrohr (50) angeordnet ist, um die oberen Kontaktarme (46,48) und die unteren Kontaktarme (58,60) derart zu positionieren, daß die oberen Kontaktpaare (26, 28) und die unteren Kontaktpaare (34,36) zwischen den oberen Kontaktarmen (46,48) und den unteren Kontaktarmen (58,60) gehalten sind.

Die Erfindung betrifft eine Berührungs-Signalsonde mit den im Oberbegriff des einzigen Patentanspruches niedergelegten Merkmalen.

Aus der DE-AS 28 01 656 ist ein Tastknopf, insbesondere für Koordinatenmeßmaschinen, bekannt, bei dem die Abhängigkeit der Ansprechempfindlichkeit von der Angriffsrichtung der Auslenkungskraft weitgehend herabgesetzt sein soil, Uni diesem Z^eck nachzukommen, weist der Tastkopf drei Sätze kugeliger Stützflächenpaare auf, die auf einem Umfang unter einem Winkel von jeweils 120 Grad angeordnet sind, um so eine Dreipunkt-Lagerung für einen Taster zu bilden. Den kugeligen Stützflächen sind Zylinderkörper zugeordnet, die über einen scheibenförmigen Tasterhaltekörper mittels einer Feder mit einer Kraft beaufschlagt werden. Zwar werden mit dieser Vorrichtung reproduzierbare Messungen ermöglicht, andererseits weist diese Vorrichtung aber auch eine Reihe von wesentlichen Nachteilen auf. So müssen die Zylinderkörper innerhalb der kugeligen Stützflächen gleiten, da der Schaft des Tasterhaltekörpers nicht drehbar ist, wenn er in eine beliebige Richtung ausgelenkt wird. Die bekannte Berührungs-Signalsonde arbeitet daher nicht richtungsunabhängig, d. h. es werden abhängig von den Stellungen der Zylinderkörper zu den Stützflächen für verschiedene Richtungen unterschiedliche Ausgangssignale erhalten. Weiterhin ist an der bekannten Vorrichtung nachteilig, daß bei starken Auslenkungen des Tasters die kugeligen Stützflächen und die Zylinderkörper außer Eingriff kommen können, so daß die Funktionsweise der Signalsonde nicht mehr gewährleistet ist, und die Sonde erst wieder neu einjustiert werden muß.

Schließlich ist die bekannte Berührungs-Signalsonde auch schwierig herstellbar, da die kugeligen Stützflächen und die Zylinderkörper eine besonders feine Bearbeitung erfordern und in ihren Abmessungen genau aufeinander abgestimmt werden müssen. Auch der Zusammenbau der Berührungsonde wirft Probleme auf, da die kugeligen Stützflächen in den ortsfesten Teil der Sonde und die Zylinderkörper in deren beweglichen Teil eingesetzt werden müssen.

In der DE-OS 28 40 934 ist eine Positionsanzeigeeinrichtung für die Überwachung von Oberflächenmessungen beschrieben, bei der ein Sensor an einem Halter angebracht ist Der Halter ist in einem Meßgehäuse axial beweglich gelagert und um den Umfang einer Platte kippbar. Die Platte weist vier Indikatoren auf, die in Abhängigkeit von der Verschiebung des Umfangsrandes der Platte in axialer Richtung des Halters Ausgangssignale abgeben. Mit dieser Positionsanzeigeeinrichtung soll bezweckt werden, daß bei der Überwachung oder Steuerung der Messung einer zu behandelnden Oberfläche in einfacher Weise direkte Meßwerte für zwei- oder dreidimensionale Abweichungen von gewünschten Abmessungen erhalten werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Berührungs-Signalsonde der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau richtungsunabhängige Meßergebnisse mit außerordentlich hoher Genauigkeit liefert und in welcher gleichzeitig einfach hergestellte Bauteile verwendet werden können, die so aufeinander abgestimmt sind, daß nach dem Zusammenbau der Vorrichtung eine Justierung entbehrlich wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des einzigen Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst

Im einzelnen wird die Aufgabe in vorteilhafter Weise durch folgende Anordnungen gelöst. Zunächst sind oberhalb oder unterhalb der Isolierkontakt-Basisplatte die oberen Kontaktelemente bzw. die unteren Kpntaktelemente linear angeordnet. Da weiterhin Kpntaktku-

geln am oberen kontaktarm und Kontaktkugeln am unteren Kontaktarm angebracht sind, wirdJÜe Sondenwelle durch Einsetzen der Kugeln in die entsprechenden V-förmigen Rillen auf einfache Weise justiert Dabei ist

es vorteilhaft, daß die oberen Kontaktelemente bzw. die unteren Kontaktelemente nicht genau rechtwinklig zueinander vorgesehen werden müssen.

Die erfindungsgemäße Berührungs-Signalsonde kann zusammengebaut werden, ohne daß zuvor die relative Lage der Kontaktkugeln und der Kontaktelemente festgelegt werden muß. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die unterhalb der Isolierkontakt-Basisplatte vorgesehenen Bauteile unabhängig von den Bauteilen zusammengesetzt werden können, die oberhalb der Isnlierkontakt-Basisplatte angeordnet sind. Die oberen Kontaktarme und die unteren Kontaktarme sind nämlich relativ zueinander beweglich.

Die erfindungsgemäße Berührungs-Signalsonde arbeitet darüber hinaus vollkommen richtungsunabhängig, was darauf zurückzuführen ist, daß die Sondenwelle mittels der Kontaktarme beidseitig der Isolierkontakt-Basisplatte gelagert ist

Starke Auslenkungen des Berührungsfühlers am spitzen Ende der Sor.denwelle können die F"nktionstüchtigkeit der erfindurigsgemäßen Berührungs-Signalsonde nicht beeinträchtigen, da diese Auslenkungen durch eine Feder sicher aufgenommen werden.

Insgesamt zeichnet sich die erfindungsgemäße Berührungs-Signalsonde durch einen einfachen Aufbau aus und ermöglicht sehr genaue und reproduzierbare Messungen. Trotz des überraschend einfachen Aufbaus sind Messungen mit einer Genauigkeit von unter 1 μπι möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Aubführungsform einer Berührungs-Signalsonde gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Schnitt entlang der Linie H-II in der Fig. 1,

F i g. 3 einen Grundriß, welcher einen Zustand darstellt, in welchem ein Gehäusedeckel, der in der F i g. 1 dargestellt ist, abgenommen ist,

Fig.4 eine Darstellung von elektrischen Leitungsverbindungen für die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in der F i g. 3 und

F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-Vl in der Fig. 3.

Gemäß der Darstellung in der Fig.! ist ein Sondendeckel 12 auf ein Sondengehäuse eingeschraubt, und ein Schaft oder Zapfen 14, der an dem Sondendeckel 12 angebracht ist, ist an einer nicht dargestellten Meßeinrichtung befestigt, welche Messungen entlang der Koordinaten in den drei Dimensionen des Raumes ausführt. Im Innenraum des Sondengehäuses 10 ist eine Sondenwelle 16 angeordnet, die frei verschiebbar gelagert ist. An dem spitzen Ende der Sondenwelle 16 ist ein Berührungsfühler 18 angebracht. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Berührungsfühler 18 mit Hilfe einer Schraube 20 lösbar an der Sondenwelle 16 befestigt sein, so daß der Sondenfühler 18 leicht ausgewechselt und in Abhängigkeit von der Foim des auszumessenden Gegenstandes ausgewählt werden kann. Zwischen dem .Sondengehäuse 10 und der Sondenwelle 16 ist ein Balg 22 angeordnet, welcher die Möglichkeit schafft, daß die Sondenwelle 16 in einer beliebigen Richtung bewegt werden kann, wobei durch den Balg zugleich das Eindringen von Wasser oder Staub in das Sondengehäuse 10 verhindert wird.

In dem Sondengehäuse 10 ist eine Isolierkontakt-Basisplatte 24 angebracht, beispielsweise angeklebt, und es ist eine Öffnung 24a in der Mitte der Isolicrkontakt-Basisplatte 24 vorhanden, durch welche die Sondenwelle 16 hindurchgeführt werden kann. Auf der Oberseite der Isolierkontakt-Basisplatte 24 sind obere Kontaktpaare 26 und 28 angebracht von denen jeder Kontakt zwei Koiitaktelemente 26a und 2Sb bzw. 28a und 286 aufweist die benachbart in dem jeweils isolierten Zustand angeordnet sind und die symmetrisch <n bezug auf die

ίο Sondenwelle 16 positioniert sind. Jedes der Kontaktelemente 26a, 266,28a und 28b hat eins abgeschrägte Vorderseite, wie es aus der Fig.4 ersichtlich ist so daß jedes der oberen Kontaktpaare eine V-förmige Rille bildet Um die oberen Kontaktpaare 26 und 28 in vorgegebener Weise zu positionieren, sind halbkreisförmige Führungsringe 30 und 32 auf der Oberseite der Isolierkontakt-Basisplatte 24 angebracht so daß die Kontaktelemente an dem Endteil jedes der halbkreisförmigen Führungsringe 30 und 32 angebracht werden können.

In derselben Weise wie es oben beschrieben wurde, sind unter der Isolierkontakt-Basisplatte 24 untere Kontaktpaare 34 und 36 angeordnet von denen jedes Kontaktelemente 34a und 346 bzw. 36a und 36/? aufweist und eine V-förmige Rille mit nach unten gerichteter öffnung bildet. Jedes der Kontaktelemente ist benachbart in dem jeweils isolierten Zustand angeordnet und derart positioniert daß es durch die halbkreisförmigen Führungsringe 38 und 40 derart ausgerichtet werden kann, daß eine rechtwinklige Richtung in bezug auf die oberen Kontaktpaare 26 und 28 erreicht ist.

Auf dem oberen Ende der Sondenwelle 16 sind obere Kontaktarme 46 und 48 angebracht, mit dazwischen angeordneten Isolierbuchsen 42 und 44. An dem Ende der Kontaktarme 46 und 48 sind Kontaktkugeln 46a bzw. 48a angebracht, welche mit jedem der Kontaktelemente 26a und 266 bzw. 28a und 28b einen Kontakt herstellen. Die Sondenwelle 16 ist lose durch ein Sondenrohr 50 derart gehalten, daß sie in dem Sondenrohr entlanggleiten kann. Um eine glatte und gut geführte Bewegung herbeizuführen, sind eine Anzahl von Kugellagern 52 zwischen dem unteren Ende des Sondenrohres 50 und einem Halter 54 angeordnet, der an der Sondenwelle 16 angebracht ist und eine Kraft zwischen der Sondenwelle 16 und dem Sondenrohr 50 ausüben kann.

An dem Sondenrohr 50 sind untere Kontaktarme 58 und 60 angebracht, und es sind Kontaktkugeln 58a und 60a an den Enden der Arme 58 und 60 angebracht, welche einen Kontakt mit jedem der Kontaktelemente 34a und 34b bzw. 36a und 36b der unteren Kontaktpaare 34 und 36 herstellen. Um die unteren Kontaktarme von den übrigen Elementen zu isolieren, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Sondenrohr 50 aus einem Isoliermaterial hergestellt ist. Bei dem in der Zeichnung veranschaulichten Zustand bringen die oberen Kontaktarme 46 und 48 und die unteren Kontaktarme 58 und 60 die oberen Kontaktpaare 26 und 28 und die unteren Kontaktpaare 34 und 36 in eine Zwischenstellung, und zwar dadurch, daß die Kraft der Feder 56 derart wirkt, daß der Berührungsfühler 18 positioniert ist. Mit anderen Worten, auf der Oberseite der Isolierkontakt-Basisp'.atle 24 werden die Kontaktkugeln 46a und 48^ der oberen Kontaktarme 46 und 48 über der V-förmigen Rille der entsprechenden oberen Kontaktpaare 26 und 28 gehalten. Dieser Zustand ist in der Fig.5 veranschaulicht. In derselber. Weise werden unter der Isolierkontakt-Basisplatte 24 die Kontaktkugeln 58a und 60a der unteren Kontaktarme 58 und 60 über der V-förmigen Rille der unteren Kontaktarme 34 und 36 gehalten, wie es in der Fig. 6

veranschaulicht ist

In de·- Fig.4 sind elektrische Leitungsverbindungen der Kontaktelemente gemäß der Erfindung dargestellt. Wenn die Kontaktarme 46, 48, 58 und 60 an den entsprechenden Kontaktpaaren 26,28,34 und 36 ordnungsgemäß angeordnet sind, wird eine Reihenschaltung von einer Klemme 62 zu einer Klemme 64 gebildet, und zwar über das Kontaktelement 26b, die Kontaktkugel 46a, das Kontaktelement 26a, das Kontaktelement 366, die Kontaktkugel 60a, das Kontaktelement 36a, das Kontaktelement 286, die Kontaktkugel 48a, das Kontaktelement 28a, das Kontaktelement 346, die Kontaktkugel 58a und das Kontaktelement 34a. Jede der Klemmen 62 und 64 ist mit einer externen elektrischen Schaltung verbunden, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. in einem solchen Zustand, in weichem der Berührungsfühler 18 nicht mit einem Gegenstand in Berührung steht, der gemessen werden so!!, wird ein Durchgangs-Ausgangssignal abgegeben. Wenn der Berührungsfühler 18 einen Gegenstand berührt, der gemessen werden soll, erfolgt eine Lösung der entsprechenden Kontaktkugel von dem zugehörigen Kontaktpaar, und es wird ein Unterbrechungsausgangssignal abgegeben.

In dem in der Zeichnung dargestellten Zustand berührt der Berührungsfühler 18 keinen Gegenstand, der gemessen werden soll. In diesem Zustand ist jede der Kontakikugeln der Kontaktarme derart positioniert, daß sie mit den entsprechenden Kontaktpaaren in Berührung steht. Diese Positionierung ist durch eine feste Stellung bestimmt.

Wenn der Berührungsfühler 18 einen Gegenstand berührt, und zwar in einer beliebigen Richtung, wird eine der Kontaktkugeln aus dem entsprechenden Kontaktelement gelöst, so daß das Unterbrechungs-Ausgangssignal abgegeben wird. Auf diese Weise kann die Position eines Gegenstandes, der gemessen werden soll, mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.

Gemäß der Erfindung wird somit eine Berührungs-Signalsonde geschaffen, welche eine Berührung in einer beliebigen Richtung mit besonders hoher Genauigkeit ermitteln kann.

Um die Isolierung der Kontaktarme zu gewährleisten, sind die Isolierbuchsen und das Sondenrohr aus einem Isoliermaterial hergestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebene Art der Isolierung beschränkt, es kann vielmehr eine beliebige Isolation verwendet werden. Es ist auch im Rahmen der Erfindung möglich, daß die Isolierkontakt-Basisplatte 24 aus einer Metallplatte besteht, die mit einem Isoliermaterial beschichtet ist

Die erfindungsgemäße Berührungs-Signalsonde läßt sich sehr einfach zusammenbauen, ohne das besonders präzise Bauteile erforderlich wären. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Berührungs-Signalsonde auch leicht zu handhaben, da die feste Position des Berührungsfühlers ohne besondere Einstellung nach dem Zusammenbau reproduzierbar und eindeutig bestimmt ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims (1)

1. Patentanspruch:
   Berührungs-Signalsonde mit

   — eiaer an ihrenj spitzen Ende einen Berührungs-Fühier(iS) aufweisenden Sondenwelle (16),

   — einer Isolierkontakt-Basisplatte (24), die an einem Sondengehäuse (10) angebracht ist und eine Öffnung (24a) aufweist, durch deren Mitte die Sondenwelle (16) hindurchführbar ist,

   — Sätzen von oberen Kontaktpaaren (26, 28) an der Oberseite der Isolierkontakt-Basisplatte (24), wobei jeder Satz zwei Kcntaktelemente (26a, 266 bzw. 28a, 2Sb) aufweist, die jeweils benachbart im isolierten Zustand und symmetrisch in bezug auf die SondenweHe (16) angeordnet oind,

   — Sätzen von unteren Kontaktpaaren (34,36) an der Unterseite der Isolierkontakt-Basisplatte (24), wobei jeder Satz zwei Kontaktelemente (34a, 346 bzw. 36a, 36b) aufweist, die benachbart im isolierten Zustand angeordnet sind,

   — einer die Sondenwelle (16) mit einer Kraft beaufschlagenden Feder (56), und

   — Leitungsverbindungen, die Kontaktelemente in Reihe schalten,