DE3135495A1

DE3135495A1 - Messkopf fuer messeinrichtungen, mehrkoordinatenmessgeraete und bearbeitungsmaschinen

Info

Publication number: DE3135495A1
Application number: DE19813135495
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Kohler
Original assignee: Mauser Werke Oberndorf GmbH
Current assignee: Mauser Werke Oberndorf GmbH
Priority date: 1981-09-08
Filing date: 1981-09-08
Publication date: 1983-04-28
Also published as: SE8205078L; GB2112139A; DE3135495C2; FR2512543B1; GB2112139B; FR2512543A1; US4471529A; SE8205078D0; IT8222786V0; IT8223114A0; IT1152525B

Description

MP 86 So/Kr

Meßkopf für Meßeinrichtungen, Mehrkoordinatenmeßgeräte und Bearbeitungsmaschinen

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf für Meßeinrichtungen, Kehrkoordinatenmeßgeräte und Bearbeitungsmaschinen mit einem Gehäuse, in das ein dreidimensional relativ zu einer feststehenden Rahmenkonstruktion in den X-, Y- und Z-Koordinaten entgegen der Wirkung einer Feder bewegbarer Meßtaster eingesetzt ist, der mit Einrichtungen für die Fixierung des Meßtasters in die Koordinaten-Nullstellung versehen ist und Anschlüsse für die digitale und/oder analoge Meßwertauswertung aufweist.

Ss sind bereits Meßköpfe mit einem dreidimensional relativ zu einer feststehenden Rahmenkonstruktion bewegbaren Meßtaster bekannt, bei denen der Meßtaster entsprechend dem Parallelogrammaufbau des Meßkopfes eine Verschiebung beim Antasten durchführt. Diese ansich wünschenswerte parallele Verschiebung des Meßtasters in allen Richtungen des X-, Y- und Z-Koordinatensystems erfordert jedoch einen großen technischen Aufwand und einen Raumbedarf, der oft nicht zur Verfügung steht. Der bekannte Meßkopf setzt sich aus im Abstand übereinander angeordnete Platten zusammen, wobei zwischen dem ersten, unteren Paar solcher Platten Blattfedern zur Auslenkung in der X-Richtung angebunden sind und zwischen dem zweiten Plattenpaar Blattfedern zur Auslenkung in der Y-Richtung eingerichtet sind. Über dem zweiten Plattenpaar ist ein weiteres Paar Platten mit winkelförmig angesetzten Seitenwänden angeordnet, zwischen die wiederum Blattfedern mit der Auslenkung in der Z-Richtung

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eingesetzt sind. Inliegend zwischen die Plattenpaare befinden sich ferner das Meßsystem für die Meßwertauswertung und Elemente zur Fixierung des Meßtasters in die Koordinaten-Nullstellung. Wenngleich dieses System in vorteilhafter Weise durch den Parallelogrammaufbau eine im wesentlichen parallele Verschiebung des Meßtasters beim Antasten an ein zu messendes Werkstück gewährleistet, so ist dennoch der technische Aufwand relativ hoch und die große Höhenausdehnung wegen der Sandwichbauweise nicht zu übersehen.

Ein Meßkopf"anderer Bauart ist in der DE-AS 28 04 398 beschrieben. Bei diesem Meßkopf für eine Koordinatenmeßma-. schine ist der Taster in einem Gehäuse in einer durch Kugeln gebildeten Lagerung allseitig kippbar und vertikal abhebbar gelagert. Die Tasterauslenkung relativ zu seiner Lagerung erfolgt entgegen der Rückstellkraft einer Feder, die den Taster nach Beendigung der jeweiligen Auslenkungskraft in die Lagerung zurückdrängt. Aus der praktischen Anwendung dieses Meßkopfes ist bekannt, daß mit ihm zwar eine relativ gute Verschiebung und Rückstellung in die Ausgangslage in den X- und Y-Koordinaten möglich ist, jedoch die lagerichtige Rückstellung nach einer Auslenkung in der Z-Richtung keineswegs gewährleistet ist. Insoweit offenbart diese DE-AS entgegen der eigenen Angabe nicht ein dreidimensionales Auslenken, sondern nur ein zweidimensionales Verschieben.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Meßkopf der eingangs geschilderten Art zu schaffen, welcher ein Auslenken des Meßtasters dreidimensional ermöglicht, dabei die exakte Rückführung in Koordinaten-Nullstellung nach erfolgter Messung garantiert und mit wenigen Mitteln auf kleinem Raum realisierbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Meßtaster innerhalb des Gehäuses durch in X-, Y- und Z-Richtung verlaufende, miteinander im Ruhezustand im Gleichgewicht stehende Seile., Bänder oder dergleichen in der Koordinaten-Nullstellung gehalten ist, und der Meßbewegungsrichtung des Meßtasters jeweils eine parallel zu den Seilen oder Bändern angeordnete Feder mit einer Federkraft in Richtung der Koordinaten-Nullstellung entgegenwirkt. Ein solcher Meßkopf ist auf kleinstem Raum realisierbar, weil die Fixierung des Meßtasters in der. Koordinaten-Nullstellung durch im Gleichgewicht miteinander stehende Seile erfolgt, die jeweils nah aneinander vorbeigeführt werden können und nur eine geringe geometrische Ausdehnung besitzen. Die Fixierung in der Nullstellung wird durch parallel zu den Seilen angeordnete Federn erreicht, welche insbesondere nach Auslenkung des Meßtasters nach einem Antasten eine schnelle und exakte Rückführung des Meßtasters in die Ausgangslage gewährleisten. Damit der Meßtaster eine im wesentlichen lineare Verschiebung beim Antasten durchführt, ist in entsprechender Weiterbildung der Erfindung der Meßtaster im Gehäuse durch im parallelen Abstand übereinander in X- und Y-Richtung verlaufende Seile oder Bänder und in der Z-Richtung durch parallel gespannte Seile in der Koordinaten-Nullstellung gehalten. Dabei sind allen in X-, Y- und Z-Richtung verlaufenden Seilen oder Bändern der Bewegungsrichtung des Meßtasters entgegenwirkende Federn zugeordnet, die eine schnelle und genaue Rückführung des Meßtasters in die Koordinaten-Nullstellung ermöglichen.

In erfindungsgemäßer Ausbildung kann der Meßtaster mit einem in allen Bewegungsrichtungen des X-, Y- und Z-Koordinatensystems bewegbaren Tasterhalter fest verbunden sein, der in X-Richtung und in Y-Richtung mit einem Mittelgehäuse durch Seile verbunden ist, die in einem parallelen Abstand nebeneinander und übereinander angeordnet sind, wäh-

rend das Mittelgehäuse seinerseits ebenfalls durch im parallelen Abstand nebeneinander und übereinander in der X- und Y-Richtung, quer zur Gehäuselängsachse verlaufende Seile mit dem Gehäuse des Meßkopfes verbunden ist und die Lagefixierung des Tasterhalters mit dem Meßtaster in der Z-Richtung über ein in Z-Richtung zu einer Zwischenplatte verlaufendes Seil erfolgt, wobei die Zwischenplatte ihrerseits ebenfalls mit einem in Z-Richtung angeordneten zweiten Seil an die Bodenplatte des Gehäuses angeschlossen ist, und daß allen Seilen eine der Meßbewegungsrichtung des Meßtasters entgegenwirkende Feder zugeordnet ist.

Weitere Erfindungsmerkmale sind in der folgenden Zeichnungsbeschreibung erläutert, die ein Beispiel der Erfindung beschreibt.

Es zeigen:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Meßkopf im Längsschnitt in schematischer Darstellung

Fig. 2 den Meßkopf im Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1 in schematischer Darstellung

Fig. 3 den Meßkopf im Schnitt gemäß der Linie Hl-III in Fig. 1 in schematischer Darstellung.

Der Meßkopf 1 für Meßeinrichtungen, Mehrkoordinatenmeßgeräte und Bearbeitungsmaschinen besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 2 und dem dreidimensional relativ zum feststehenden Gehäuse 2 bewegbaren Meßtaster 3 mit dem kugelförmigen Tastkopf 4. Der Meßtaster 3 ist an seinem Fußende fest mit dem Tasterhalter 5 verbunden, der in dem Gehäuse 2 : bis in die Nähe dessen Bodenfläche 6 erstreckt. Der Tasterhalter 5 bildet in seiner Querschnittsfläche einen rechten

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Winkel, so daß sich sowohl in der X-Koordinate 7 als auch in der Y-Koordinate 8 ein Schenkel 5a, 5b des rechten Winkels erstreckt. Die Ausdehnung des Tasterhalters 5 in Richtung der Z-Koordinate 9 erfolgt parallel zur Gehäuselängsachse 10. Ebenfalls in Fo'fm eines rechten Winkels und in paralleler Ausdehnung zur Z-Koordinate 9 befindet sich gegenüberliegend zum Tasterhalter 5 ein Mittelgehäuse 11 mit den Schenkeln 11a, 11b. Den unteren Abschluß des Tasterhalters 5 bildet ein parallel zur Bodenfläche 6 des Gehäuses angeschlossener Schenkel 5c, während das Mittelgehäuse 11 bodenseitig von dein Schenkel 11c abgeschlossen ist. Im oberen Bereich des Gehäuses ist zwischen die sich gegenüberliegend angeordneten Tasterhalter 5 und Mittelgehäuse 11' quer zur Gehäuselängsachse 10 eine Zwischenplatte 12 eingesetzt.

Die Bauteile Tasterhalter 5, Mittelgehäuse 11, Zwischenplatte 12 und Gehäuse 2 sind nun durch Seile, die aus einer Vielzahl dünner Stahlfäden bestehen, miteinander verbunden und im Gleichgewicht gehalten, wodurch der Meßtaster 3 in dieser Ruheposition die Koordinaten-Nullsteilung einnimmt.

Im oberen Gehäusebereich verläuft ein Seil 13 von dem Schenkel 5b des Tasterhalters 5 zu dem Schenkel 11a des Mittelgehäuses 11 in Richtung der X-Koordinate 7. Dieses Seil 13 ist an den genannten Schenkeln 5b und 11a fest angeschlossen. Parallel zu dem Seil 13 ist eine Zugfeder 14 eingesetzt. Eine gleiche Verbindung findet von dem Schenkel 5a des Tasterhalters 5 zu dem Schenkel 11b des Mittelgehäuses durch das Seil 15 mit der parallel geschalteten Zugfeder 16 in Richtung der Y-Koordinate 8 statt. In einem senkrechten Abstand zu dieser Seilkonstruktion befindet sich in paralleler Anordnung eine zweite Seilkonstruktion, bei der die Seile mit 13a und die Zugfedern mit 14a für die X-Koordinate und das Seil mit 15a und die Zugfeder mit I6a für die Y-Koordinate bezeichnet sind.

Das Mittelgehäuse 11 ist durch eine weitere Seilkonstruktion mit dem Gehäuse 2 verbunden. Im oberen Gehäusebereich

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verläuft das Seil 17 von dem Schenkel 11b zur Gehäusewandung 2b. Parallel zu diesem Seil ist wiederum eine Zugfeder 18 eingesetzt. Zusätzlich zu dieser Anbindung des Mittelgehäuses 11 in Richtung der Y-Koordinate 8 gibt es wiederum den zweiten Anschluß des Tasterhalters 5 in Richtung der X-Koordinate 7. Dieser ist herbeigeführt durch das Seil 19 mit der parallel geschalteten Zugfeder 20 zwischen den Schenkeln 5b und 2c im oberen Gehäusebereich. Im unteren Gehäusebereich findet eine Seilkonstruktion mit dem Seil 17a sowie der Zugfeder 18a zwischen den Schenkel 11b des Mittelgehäuses 11 und der Gehäusewandung 2b statt. Ferner erfolgt eine Seilanbindung im unteren Gehäusebereich gemäß Fig. 3 durch die Seile 19a mit den parallelen Zugfedern 20a zwischen dem Schenkel 11a des Mittelgehäuses 11 und der Gehäusewandung 2a.

Eine Halterung des Meßtasters 3 in der Z-Koordinate erfolgt dadurch, daß der bodenseitige Schenkel 5c des Tasterhalters 5 mit der Zwischenplatte 12 durch zwei parallele Seile 21 verbunden ist, denen parallel geschaltete Zugfedern 22 zugeordnet sind. Von der Zwischenplatte 12 sind zwei weitere Seile 23, denen wiederum Zugfedern 24 parallel zugeordnet sind, zur Bodenplatte 6 des Gehäuses 2 geführt.

Wenn nun beispielsweise der Tastkopf 4 des Meßtasters 3 an einer Werkstückfläche 25 eines beliebigen zu messenden Werkstückes 26 zu Anlage kommt, erfolgt eine Auslenkung des Meßtasters 3 bei entsprechender Druckanlage in Richtung der X-Koordinate 7. Gleichzeitig wird der Anlagekontakt an ein - nicht dargestelltes - Meßwertauswertesystem weitergeleitet und der gemessene Wert digital oder analog angezeigt. Bei der Auslenkung in X-Richtung werden die Seile 13, 13a und 19 zusätzlich gespannt, die.Seile 19a und die Zugfedern 14, 14a und 20 werden auf Zug beansprucht. Die Zugfedem 20a verbleiben in Ruhestellung. Nach erfolgtem Anta-

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sten und Rücknahme des Meßtasters 3 vom Werkstück 26 wird der Meßtaster 3 zusammen mit dem Tasterhalter 5 auf der X-Koordinate aufgrund der Kraft der Zugfedern 14, 14a und 20 wieder in die Ausgangsstellung, d.h. die Koordinaten-Nullstellung, zurückbewegt. In dieser Position befinden sich die Federkräfte im Gleichgewicht und die Seile des genannten Systems sind gleichmäßig gespannt.

Sowohl bei Meßvorgängen in Z- als auch in Y-Richtung laufen im Prinzip die für die X-Bewegung beschriebenen gleichen Bewegungsvorgänge ab.

Statt der geschilderten Zugfedern sind auch Druckfedern einsetzbar, wodurch sich lediglich die bauliche Zuordnung entsprechend der Druckwirkung verändert.

Die Seile oder auch Bänder können vorzugsweise aus einer Vielzahl, beispielsweise 10 oder 20, einzelner Stahlfäden zusammensetzen, was sich vorteilhaft auf die geforderte Elastizität der Seile im System auswirkt. Für die Bewegung des Meßtasters 3 in der Richtung Z können auch statt der Zug- oder Druckfedern einseitig eingespannte Schraubenfedern verwendet werden. Die Bewegung würde dabei ein Zusammenziehen der Schraubenfeder zur Folge haben, das sich nach abgeschlossener Messung entspannt und die Zwischenplatte 12 wieder in die Ausgangsposition zurückbringt.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1_t Meßkopf für Meßeinrichtungen, Mehrkoordinatenmeßgeräte und Bearbeitungsmaschinen mit einem Gehäuse, in das eindreidimensional relativ zu einer feststehenden Rahmenkonstruktion in den X-, Y- und Z-Koordinaten entgegen der Wirkung einer Feder bewegbarer Meßtaster eingesetzt ist, der mit Einrichtungen für die Fixierung des Meßtasters in die Koordinaten-Nullstellung versehen ist und Anschlüsse für die digitale und/oder analoge Meßwertauswertung aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Meßtaster (3) innerhalb des Gehäuses (2) durch in X-, Y- und Z-Richtung verlaufende, im Ruhezustand miteinander im Gleichgewicht stehende Seile, Bänder oder dergleichen (13, 15, 17, 19, 21, 23) in der Koordinaten-Nullstellung gehalten ist, und der Meßbewegungsrichtung des Meßtasters (3) jeweils eine parallel zu den Seilen, Bändern oder dergleichen (13, 15, 17, 19, 21, 23) angeordnete Feder (14, 16, 18, 20, 22, 24) mit Federkraft in Richtung der Koordinaten-Nullstellung entgegenwirkt.
2. Meßkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Meßtaster (3) innerhalb des Gehäuses (2) durch im parallelen Abstand übereinander in X- und Y-Richtung verlaufende Seile, Bänder oder dergleichen (13, 13a, 15 15a, 17, 17a, 19, 19a) und in Z-Richtung durch zueinander parallel gespannte Seile, Bänder oder dergleichen (21, 23) in der Koordinaten-Nullstellung gehalten ist,

wobei allen in X-, Y- und Z-Richtung verlaufenden Seilen, Bändern oder dergleichen der Bewegungsrichtung des Meßtasters (3) entgegenwirkende Federn (14, 14a, 16, 16a, 18, 18a, 20, 20a, 22, 24) für die Koordinaten-Nullstellung zugeordnet sind.
3. Keßkopf nach den Ansprüchen 1 und/oder 2,. dadurch gekennzeichnet, .
daß der Keßtaster (3) mit einem in allen Bewegungsrichtungen äes X-, Y- und Z-Koordinatensystems bewegbaren Tasterhalter (5) fest verbunden ist, der in X-Richtung (7) und in Y-Richtung (8) mit einem Mittelgehäuse (11) durch Seile (13, 13a, 15, 15a) verbunden ist, die in einem parallelen Abstand zueinander und übereinander angeordnet sind, während das Mittelgehäuse (11) seinerseits ebenfalls durch im parallelen Abstand nebeneinander und übereinander in X-Richtung (7) und in Y-Richtung (8) verlaufende Seile (17, 17a, 19, 19a) mit dem Gehäuse (2) des Meßkopfes (1) verbunden ist, und die Lagefixierung des Tasterhalters (3) in der Z-Richtung (9) über ein in Z-Richtung (9) verlaufendes Seil (21) zu einer Zwischenplatte (12) erfolgt, die ihrerseits mit einem ebenfalls in Z-Richtung (9) angeordneten zweiten Seil (23) an die Bodenplatte (6) des Gehäuses (2) angeschlossen ist, und daß allen Seilen eine der Meßbewegungsrichtung des Meßtasters (3) entgegenwirkende Feder (14, 14a, 16, 16a, 18, 18a, 20, 20a, 22, 24) zugeordnet ist.
4. Meßkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Seile, Bänder oder dergleichen (13, 13a, 15, 15a, 17, 17a, 19, 19a, 21 23) jeweils aus einem Bündel dünner Stahlfäden gebildet sind.

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5. Meßkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die den Seilen, Bändern oder dergleichen (13, 13a, 15, 15a, 17, 17a, 19, -19a, 21, 23) zugeordnete Federn (14, 14a, 16, 16a, 18, 18a, 20, 20a, 22, 24) Zug- und/ oder Druckfedern sind.
6. Meßkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die den Seilen, Bändern oder dergleichen (21, 23) zugeordneten Federn für die Z-Positionierung einseitig eingespannte, zylindrische Schraubenfedern sind.
7. Meßkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Tasterhalter (5) und das Mittelgehäuse (11) im Abstand zueinander parallel zur Längeachse (10) des Gehäuses (2) des Meßkopfes (1) angeordnet sind und zwischen sich im oberen Gehäuseteil die Zwischenplatte (12) in quer zur Gehäuselängsachse (10) ausgerichteten Ebene aufnehmen.