DE3345653A1

DE3345653A1 - Beruehrungssensor

Info

Publication number: DE3345653A1
Application number: DE19833345653
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1984-07-12
Also published as: GB8334398D0; DE3345653C2; IT8324423A0; JPH026323Y2; JPS59104003U; IT1170071B; GB2134656A; GB2134656B; US4477976A

Description

γ-ti Le man walte DTpL-I ng. Cu rt Wal lach

Europäische Patentvertreter Dipl.-lng.GüntherKoch

European Patent Attorneys If Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 16. Dezember 1983

Unser Zeichen: 17 832 - K/Sa

Anmelder: Kuroda Precision Industries,

Ltd.

239 Shimohirama, Saiwai-ku, Kawasaki-shi,
Kanagawa-ken, Japan

Bezeichnung: Berührungssensor"

Priorität: No. 57-197243 (197243/82)

Jajpan
29, Dezember 19 82

BAD ORiGiNAU

Die Erfindung bezieht sich auf einen Berührungssensor und insbesondere auf einen Berührungssensor, der an einer Achse einer Werkzeugmaschine oder einer Meßvorrichtung befestigt ist, wobei der Sensor elektrische Zontakte aufweist, die erfindungsgemäß axial auf einem Überbrückungsorgan und einer beweglichen Sonde angeordnet sind.

Bei einem bekannten Berührungssensor sind drei Gruppen elektrischer Kontakte vorgesehen, und jeweils eine Gruppe von Eontakten besitzt zwei elektrische Eontakte, bestehend aus zwei Kugellagern und einem Arm, und es wird eine Sonde an drei Punkten von drei Paaren der elektrischen Kontakte über drei Arme abgestützt (japanische Offenlegungsschrift Nr. 4-9-94-370 (94-370/74-)). Demgemäß weist der bekannte Berührungsfühler insgesamt sechs elektrische Kontakte auf und dadurch ergibt sich der Nachteil, daß die Betriebssicherheit des Sensors vermindert ist. Die drei Arme erstrecken sich radial vom Mittelpunkt auf der Oberseite der Sonde und jeder Arm wird von einer V-förmigen Nut von zwei Kugellagern der elektrischen Kontakte getragen. Durch diese Dreipunkt-AbStützung der Sonde ergibt sich eine weitere Fehlerquelle, die darin liegt, daß

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die Genauigkeit der wiederholten Arbeitsweise des Berührungssensors sich infolge der Meßrichtung eines Gegenstandes ändert; wenn daher der zu messende Gegenstand in verschiedenen Richtungen auftrifft, ergeben sich unterschiedliche Messungen. Außerdem muß ein Isolierteil in Gestalt einer Isolierwand zwischen jedem Kugellager, die die elektrischen Eontakte bilden, vorgesehen werden, und es müssen drei Arme radial so vorgesehen werden, daß sie die Kugellager berühren. Daher ist der Aufbau des herkömmlichen Berührungssensors sehr komplex und die Herstellungskosten des Sensors sind erheblich.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Berührungssensor geschaffen, der nur eine Gruppe elektrischer Kontakte besitzt, die in der Mitte einer beweglichen Sonde und eines Überbrückungsgliedes vorgesehen sind und sich frei und gleichmäßig durch Kräfte aus irgendeiner Richtung reproduzierbar frei bewegen können. Die bewegliche Sonue umfaßt ein hohles Verbindungsglied und einen an einem Ende hieran befestigten Tastst:J.ft, während am anderen Ende des Verbindungsgliedes ein Plansch nach außen absteht, der in einer Öffnung des Gehäuses zu liegen kommt, wobei der Taststift durch eine Öffnung des Gehäuses vorsteht. Der Flansch ist frei auf einem ringförmigen Gelenkschneidenkörper gelagert, der auf einer Innenwand des zylindrischen Gehäuses abgestützt ist.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Berührungssensor zu schaffen, der die erwähnten Nachteile beseitigt, indem nur eine Gruppe elektrischer Kontakte und eine bewegliche Sonde vorgesehen sind, die einen Singflansch aufweist, der frei auf einer ringförmigen

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Gelenkschneide aufruht.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Berührungssensors mit einer beweglichen Sonde in Form eines Taststiftes, der aus einer Gehäuseöffnung vorsteht, wobei eine ringförmige Gelenkschneide vorgesehen ist, auf der die Sonde frei in allen Richtungen ausgelenkt werden kann und bei jeder Auslenkrichtung eine Betätigung der elektrischen Kontakte bewirkt.

Feiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Berührungssensors, der eine hohe Stabilität und Betriebssicherheit aufweist und von einem Gegenstand aus irgendeiner Richtung angestoßen werden kann, wobei eine erhöhte Präzision bei der wiederholten Arbeitsweise erlangt wird und eine hohe Betriebssicherheit der elektrischen Kontakte infolge des einfachen Aufbaus, der mit geringen Herstellungskosten gefertigt werden kann.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Berührungssensors gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Schnittansicht des Hauptaufbaus des Sensors nach Fig. 1,

Fig» 3 eine Teilschnittansicht des elektrischen

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Kontaktaufbaus und der Träger "bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Berührungssensors. Der Berührungssensor bestellt im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 20, einer beweglichen Sonde 10, einem ersten elektrischen Kontakt 16, einem Gelenkorgan 23? einem Überbrückungsglied 24, einer Feder 30 und einem Detektor 40 für elektrische Signale.

Die bewegliche Sonde 10 besteht aus einem hohlen Verbindungsglied 15j einem an einem Ende am Verbindungsglied 15 fixierten Taststift 11, einem Eingflansch 13, der am anderen Ende des Verbindungsgliedes 15 angeordnet ist, einem Träger 17» der ein kleines Loch 18 im Mittelabschnitt aufweist und horizontal am Flansch 13 festgelegt ist. Der erste elektrische Kontakt 16 ist in das Loch 18 des i'rägers 17 so eingesetzt, daß er aus diesem vorsteht. Eine äußere Seitenwand des Flansches verläuft gekrümmt .

Das Gehäuse 20 besitzt an einem Ende eine Öffnung und ein Paßstück 21 für eine Hauptachse einer Werkzeugmaschine oder dergleichen am anderen Ende. Das Gehäuse 20 bildet einen zylindrischen Abschnitt 22, um den Flansch 13 der beweglichen Sonde 10 aufzunehmen. Das Gelenkorgan 23 ist ringförmig ausgebildet und weist im Querschnitt des Rings betrachtet einen sägeζahnartigen Vorsprung auf, dessen Spitze auf einem etwas kleineren Durchmesser liegt als der Durchmesser des Flansches 13· Das ringförmige Gelenkorgan 23 ist innerhalb einer inneren Oberfläche des

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zylindrischen Abschnitts 22 des Gehäuses 20 durch geeignete Mittel festgelegt.

Der Flansch 13 der beweglichen Sonde 10 ist freitragend auf der Kingschneide des ringförmigen Gelenkorgans 23 gelagert und der Taststift 11 steht durch die Öffnung des Gehäuses 20 hindurch.

Das Überbrückungsglied 24· ist an der unteren Oberfläche des Gelenkorgans 23 derart festgelegt, daß das Überbrückungsglied 24- horizontal durch die Öffnungen 19, in der Seitenwand des hohlen Mxttelabschnitts 14- des Verbindungsgliedes 15 der beweglichen Sonde 10 hindurchsteht. Der zweite elektrische Kontakt in Gestalt einer Metallschraube ist einstellbar in ein Gewindeloch eingeschraubt, das in der Mitte des überbrückungsgliedes 24 vorgesehen ist. Der zweite elektrische Kontakt 25 wird in seiner Höhe so eingestellt, daß seine Spitze 25 etwas höher liegt als die Gelenkschneide des ringförmigen Gelenkorgans 23} so daß in unbelasteter Stellung die beiden, elektrischen Kontakte 16 und 25 gewöhnlich in Kontaktberührung miteinander stehen.

In der Zeichnung zeigt das Bezugszeichen 26 einen IPederteller, der in einer Bohrung des Gehäuses geführt ist. Der IPederteller 26 steuert den Meßdruck, mit dem der Taststift 11 belastet ist, und die Einstellung erfolgt mittels einer Schraube 27₅ die in einer Gewindebohrung des Gehäuses 20 eingeschraubt ist. Ein Dichtungskörper in Gestalt einer Membran ist innerhalb der Öffnung des Gehäuses 20 ausgespannt.

Der erste elektrische Kontakt 16 und der zweite elektrische Kontakt 25 sind jeweils elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Bezugszeichen 41 und 42 bezeichnen die jeweiligen Zuleitungen. Die Stromzuführungsleitung 41 ist mit dem ersten elektrischen Kontakt 16 verbunden und steht mit der Spannungsquelle in Verbindung und die andere Anschlußleitung 42 ist an eine innere Oberfläche des Gehäuses 20 angeschlossen und hierüber mit der Spannungsquelle verbunden, um den zweiten elektrischen Kontakt 25 an Spannung zu legen.

Die beiden anderen Enden der Zufuhrungsdrähte 41 und 42 sind jeweils mit dem Detektor 40 für die elektrischen Signale verbunden.

Als Detektor kommt ein kapazitiver Detektor, ein induktiver Detektor, ein photoelektrischer Detektor oder ein anderer Detektor in Frage, über den die Signale abgenommen weruen können.

Was die Form des ringförmigen Gelenkorgans 23 anbelangt, so kann hierfür ein im Querschnitt bogenförmig gestalteter Ring anstelle des schneidenförmigen Ringes Anwendung finden oder es können Lagerkugeln in einer Ringnut eines Ringbasiskörpers als Gelenkorgan angeordnet werden.

Die Arbeitsweise des Berührungssensors gemäß der Erfindung wird in Verbindung mit Fig. 2 erläutert. Wenn ein Gegenstand in horizontaler Richtung den Taststift 11 berührt, dann wird die Kraft in Richtung des Pfeiles auf den Taststift übertragen und die bewegliche Sonde bewegt sich und neigt sich und ein Abschnitt der Unterseite des

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Flansches 13 der beweglichen Sonde 10 drückt auf einen Abschnitt der Schneide des ringförmigen Gelenkorgans und gleichzeitig bewegt sich die Sonde und neigt sich, wie durch den nach oben gerichteten schwarzen Pfeil angedeutet, um die Feder 30 zusammenzudrücken. Darauf hebt sich der erste elektrische Eontakt 16 von dem zweiten elektrischen Kontakt 25 ab und die elektrische Stromleitung über die Kontakte 16 und 25 wird unterbrochen. Die elektrische Leitung und/oder Unterbrechung der elektrischen Kontakte wird durch den Detektor 40 festgestellt. Eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine wird über den Detektor 40 gespeist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Berührungssensors ist der zweite elektrische Kontakt 25 einstellbar in dem Überbrückungsglied 24 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel nach Pig. 3 wird das Überbrückungsglied 24 von einer flachen Feder 29 getragen. Diese flache Feder 29 ist an der Unterseite des Überbrückungsgliedes 24 angeordnet und der zweite elektrische Kontakt 25 wird einstellbar von der flachen Feder 29 getragen. Daher ist der zweite elektrische Kontakt 25 in der Lage, sich axial begrenzt zu bewegen«, Durch die Kraft der flachen Feder 29 wird der zweite elektrische Kontakt 25 auf den ersten elektrischen Kontakt 16 federnd angedrückt.

Bei diesem Aufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel berührt in unbelasteter Stellung die untere Oberfläche des Flansches 13 der beweglichen Sonde 10 die ringförmige Gelenkschneide 23 unter der Kraft der Feder 30. Daher wird der Kontakt zwischen den beiden elektrischen Kontaktstücken 16 und 25 sicher aufrechterhalten und der

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erste elektrische Kontakt 16, d. h. die bewegliche Sonde, ist daran gehindert, sich unter ihrer Vorspannung gegen den zweiten elektrischen Eontakt 25 zu bewegen, und die bewegliche Sonde wird in der gleichen Weise in jede Richtung ausgelenkt.

Wie erwähnt, wird bei dem erfindungsgemäßen Berührungssensor nur ein Eontaktpunkt vorgesehen, und daher sind Genauigkeit und Betriebssicherheit des elektrischen Kontaktes sehr groß. Da die Gelenkschneide ringförmig ist, bleibt auch die Genauigkeit bei wiederholter Betätigung der beweglichen Sonde stabil. Demgegenüber führt ein Fehler in der Genauigkeit, verursacht durch wiederholte Betätigung in jeder Meßrichtung, zu einer Verfälschung des Meßergebnisses bei bekannten Berührungssensoren.

Die Erfindung erweist sich als vorteilhaft, weil der Aufbau des Berührungssensors sehr einfach ist und mit geringen kosten hergestellt werden kann.

Weitere wichtige Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der obigen Beschreibung. Die Größe der Elemente ist nicht beschränkend und die Größe und die Gestalt kann geändert werden, ge nach den Erfordernissen des Betriebs, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentanwälte D*ipL-lng. Curt Wallach

Europäische Patentvertreter Dipl.-Ing. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: l⁶· Dezember 1983

Unser Zeichen: 17 832

Patentansprüche

1\ Berührungssensor mit einem eine Öffnung aufweisenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß eine bewegliche Sonde (10) mit einem hohlen Verbindungsglied vorgesehen ist, das an einer Seite einen durch die Öffnung des Gehäuses vorstehenden Taststift (11) und einen Flansch (13) auf der anderen Seite zusammen mit einem !Träger aufweist, daß ein erster elektrischer Eontakt (16) in der Mitte des Flanschträgers (17) vorgesehen ist, daß ein Gelenkorgan (23) an der Innenseite des Gehäuses vorgesehen ist, um frei den Flansch (13) abzustützen, daß ein Überbrückungsglied unter dem Flansch vorgesehen ist, das durch den hohlen Teil des Verbindungsgliedes verläuft, daß ein zweiter elektrischer Kontakt (25) in der Mitte des Überbrückungsgliedes angeordnet ist, der mit dem ersten elektrischen Kontakt (16) in Ruhestellung in Kontaktverbindung steht, daß eine Feder (30) im Gehäuse vorgesehen ist, um den Flansch gegen das Gelenkorgan (23) zu drücken und damit den Flansch in eine stabile Lage gegenüber dem Gehäuse zu bringen, und daß ein Detektor (40) am Gehäuse vorgesehen ist, um .die elektrischen Signale abzunehmen, die bei der Trennung und Kontaktierung der beiden

elektrischen Kontakte geliefert werden.
2. Berührungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse zylindrisch ausgebildet ist.
3. Berührungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß einer der elektrischen Kontakte gegen den anderen elektrischen Kontakt durch eine Feder (29) angedrückt wird.
4-. Berührungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Flansch (13) zylindrisch ausgebildet ist und daß der Umfang des Flansches bogenförmig gekrümmt ist.
5· Berührungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schraube (27) axial im Gehäuse verstellbar ist, um den Federteller (26) der Feder (30) einzustellen.
6. Berührungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Dichtungsorgan (28) mit der Wand der Gehäuseöffnung verbunden ist, um die Gehäuseöffnung gegenüber dem Taststift (11) abzudichten, der durch das Dichtungsorgan hindurch verläuft.
7· Berührungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen

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Kontakte eine Spannungsquelle verbinden.
8. Berührungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Überbrückungsorgan von einer leder derart getragen wird, daß der zweite elektrische Kontakt (25) längs der Achse der elektrischen Kontakte verschiebbar ist.