DE3405845C2 - Tastsignalgeber - Google Patents

Abstract

Tastsignalgeber mit einem an einem Schaft befestigten Gehäuse, welches u. a. einen Tast-Stift aufnimmt, der relativ zum Gehäuse kippbar ist, sowie ein ortsfestes Kontaktteil auf der Innenseite des Bodens des Gehäuses, und einen Kontakt-Aufnahmeabschnitt, welcher bewegliche Kontakte trägt und welcher am Tast-Stift befestigt ist, wodurch jeweils Kontakt-Paare zwischen den beweglichen und den ortsfesten Kontakten gebildet werden. Eine Feder ist zwischen dem Schaft-Anker und dem Kontakt-Aufnahmeabschnitt angeordnet, um die beweglichen Kontakte in Richtung auf die ortsfesten Kontakte zu drücken. Eine Verschiebung des Tast-Stiftes wird durch Trennung der Kontakte nachgewiesen. Mittels einer Einstellschraube und eines Federsitzes läßt sich die andrückende Kraft der Feder einstellen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastsignalgeber mit einem über einen Schaft-Anker an einem Schaft befestigten Gehäuse, welches folgende Bauteile aufnimmt: einen Tast-Stift, der in bezug auf das Gehäuse neigbar abgestützt ist, ortsfeste Kontakteinrichtungen auf der Innenseite des Gehäuse-Bodens, eine Kontakt-Aufnahmeeinrichtung, welche bewegliche Kontakteinrichtungen trägt, am Tast-Stift befestigt ist und zusammen mit den ortsfesten Kontakteinrichtungen einen Satz von Kontakten bildet, und eine Feder, welche beaufschlagbar zwischen dem Schaft-Anker und der Kontakt-Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist, um die beweglichen Kontakteinrichtungen in Richtung auf die ortsfesten Kontakteinrichtungen zu drücken, wodurch eine Verschiebung des Tast-Stiftes durch eine Trennung der Kontakteinrichtungen meßbar ist.

Derartige Tastsignalgeber zeigen elektrisch einen Kontakt mit einem zu vermessenden Gegenstand an.

Es sind drei-dimensional wirksame Meßvorrichtungen für die Vermessung der Größe und Form eines auf einer Meß-Basis positionierten Gegenstandes gut bekannt Ebenso sind Anordnungen zum Messen der Position eines Gegenstandes in bezug auf die Werkzeug-Befestigung einer Werkzeugmaschine bekannt Bei derartigen Vorrichtungen wird üblicherweise ein Tastsignalgeber auf einem in bezug auf den Gegenstand in jede Richtung bewegbaren Schlitten montiert Der Tastsignalgeber erzeugt an seinem Ausgangsanschluß ein elektrisches Signal, sobald er den Gegenstand berührt und das Ausgangssignal dient zur genauen Betätigung des Meßsystems.

Wird der Gegenstand vom Kontaktelement des Tastsignalgebers berührt so wird dieses Kontaktelement gekippt und Kontakte trennen sich voneinander, was den elektrischen Nachweis der Berührung mit dem Gegenstand ermöglicht.

Gewöhnlich weisen die in derartigen Vorrichtungen zum Nachweis des Kippens der Kontaktelemente benutzten Kontakte ein bewegliches Kontaktteil und ein ortsfestes Kontaktteil auf, welche miteinander in Eingriff stehen, wenn das Kontaktelement den Gegenstand nicht berührt. Berührt dagegen das Kontaktelement die Gegenstände, so wird es gekippt, um die Kontakte zu öffnen. Dies wird elektrisch nachgewiesen, um die Berührung zwischen Kontaktelement und Gegenstand anzuzeigen.

Das bewegliche Kontaktteil wird gewöhnlich mittels einer Feder in Richtung auf das ortsfeste Kontaktteil gedruckt, so daß sich die Kontakte nicht ungewünscht voneinander trennen, beispielsweise durch Schwingungen oder ähnliches.

Wird aber die Spannkraft der Feder nicht richtig eingestellt, so ist es möglich, daß die Berührung des Kontaktelementes mit dem Gegenstand nicht exakt nachgewiesen wird. Ist die Spannkraft der Feder zu stark, so ist die Nachweisempfindlichkeit abhängig von der Richtung, in welcher das Kontaktelement den Gegenstand berührt. Ist hingegen die Spannkraft der Feder zu schwach, so neigt das Kontaktelement zu Schwingungen. Aus diesem Grunde ist es auch möglich, daß das Kontaktelement nicht in jedem Falle in die genaue Ausgangsposition zurückkehrt, falls das Kcntaktelement kippbar ist. Dementsprechend läßt die Meßgenauigkeit zu wünschen übrig.
Aus der DE-OS 30 39 893 ist ein Tastsignalgeber bekannt, der einen über ein U-förmiges Bauteil und über eine Druckfeder neigbar und federnd am Gehäuse abgestützten Taststift aufv/eist. Mit diesem Tastsignalgeber ist eine Auslenkung des Taststiftes nur in einer einzigen Richtung, nämlich in der Ebene der beiden Schenkel des U-förmigen Bauteils, feststellbar.

Ein Tastsignalgeber der eingangs genannten An ist in der DE-AS 23 65 984 beschrieben. Der Taststift dieses Tastsignalgebers ist über einen scheibenförmigen Bund auf drei in einem Gehäuse befindlichen Lagerkugeln abgestützt Dazu wird der Taststift von einer Schraubenfeder, die sich einerseits am Gehäuse und andererseits an einem am Ende des Taststiftes gebildeten Zentrierzapfen abstützt, gegen die Lagerkugeln gedrückt. Der Zentrierzapfen wird außerdem an drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Federn radial federnd gehalten, so daß er dreidimensional auslenkbar ist.

Da die radial angeordneten Federn die Auslenkkräfte des Taststiftes in die unterschiedlichen Richtungen be-

stimmen, ist nicht gewährleistet, daß in allen Richtungen bei gleichen Andruckkräften gleiche Auslenkungen bewirkt werden. Eine genaue Messung und Feststellung einer Auslenkung ist aber nur möglich, wenn der Zentrierzapfen von allen drei Federn mit der gleichen Federkraft beaufschlagt wird. In der Praxis kann daher die Gefahr bestehen, daß aus falsch gemessenen Druckkräften oder durch unterschiedliche Materialermüdung der Federn Meßungenauigkeiten auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tastsigalgeber zu schaffen, bei welchem Meßungenauigkeiten vermieden sind, die aus falsch bemessenen Druckkräften zwischen den Kontaktteilen resultieren.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches gelöst

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert Dabei zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Tastsignalgeber;

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Schaft-Anker;

F i g. 3 eine Draufsicht auf einen Federsitz;

F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie A-A der F i g. 3; und

F i g. 5 die relative Positionierung der Kontaktaufnahmeeinrichtung, der Blattfeder und des unteren Gehäuseabschnittes.

F i g. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tastsignalgebers. Ein Schaft 10 ist abnehmbar an einem beweglichen Schlitten finer Meßvorrichtung oder einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) befestigt Ein Tastsignalgeber-Gehäuse 12 ist fest mit dem Schaft 10 verbunden und aus isolierendem Material, wie beispielsweise Kunststoff, hergestellt. Das Tastsignalgeber-Gehäuse 12 weist einen oberen Gehäuse-Abschnitt 12a und einen unteren Gehäuse-Abschnitt 120 auf, wobei letzterer abnehmbar am oberen Gehäuse-Abschnitt 12a mittels dreier Befestigungsschrauben 14 (nur eine gezeigt) befestigt ist Der obere Gehäuse-Abschnitt 12a ist mittels des Schaft-Ankers 16 mit dazwischenliegender Einlegscheibe 17 mit dem Schaft 10 verbunden, wozu gemäß F i g. 1 entsprechende Außen- und Innengewinde vorgesehen sind

Das dem Schaft 10 gegenüberliegende Ende des Tastsignalgeber-Gehäuse 12 ist mit einer öffnung 18 versehen, durch welche sich ein Tast-Stift 20 erstreckt, der innerhalb eines begrenzten Spielraumes seitlich bewegbar ist. Der Tast-Stift 20 weist eine Nadel 21 auf, die an seinem äußeren Ende abnehmbar befestigt ist. An der Spitze der Nadel 22 befindet sich ein kugeliges Ende 24, welches mit dem zu vermessenden Gegenstand in Kontakt kommt. Der Tast-Stift 20 ist schwenkbar durch eine ringförmige Blattfeder 26 abgestützt, deren Innenkante an dem Tast-Stift 20 befestigt ist und deren Außenkante am Tastsignalgeber-Gehäuse 12 befestigt ist. Im einzelnen ist die Innenkante der Blattfeder 2b fest zwischen einem Kontakt-Aufnehmer 28 und einem Abstandsstück 30 um den Tast-Stift 20 herum positioniert, während die Außenkante der Blattfeder 26 fest zwischen den oberen und unteren Gehäuse-Abschnitten 12a und 126 angeordnet ist. Hierdurch ist die Radial-Bewegung des Tast-Stiftes 20 durch die Blattfeder 26 begrenzt. Gleichzeitig läßt sich der Tast-Stift 20 kippen und gegen die Kraft der Blattfeder 26 vertikal bewegen.

Die Innenseite des Bodens des unteren Tastsignalgeber-Gehäuse-Abschnittes 126 ist mit drei Ausnehmungen 34a, 346 und 34c versehen, die gemäß F i g. 5 etwa gleichen Abstand voneinander haben. Jede der drei Ausnehmungen 34a, 346 und 34c nimmt ortsfest eine Stahlkugel 32a, 326 bzw. 32c auf, weiche als ortsfeste Kontakte dienen. Der aus isolierendem Material bestehende und am Tast-Stift 20 befestigte Kontakt-Aufnehmer 28 trägt drei Kontakt-Schrauben 36a, 366 und 36c, welche mit den Stahlkugeln 32a, 326 und 32c in Eingriff kommen und als bewegliche Kontakte dienen. Jede der Stahlkugeln 32a, 326 und 32c definiert zusammen mit

ίο einer der Kontakt-Schrauben 36a, 366 bzw. 36c einen Kontakt

Ein Federsitz 38 ist an dem Tast-Stift 20 befestigt und erstreckt sich um diesen herum. Zwischen dem Federsitz 38 und einem im Schaft-Anker 16 ausgeformten Anschlagring 16a ist eine Wendelfeder 40 angeordnet, weiche die Kontakt-Schrauben 36a, 366 und 36c gegen die betreffenden Stahlkugeln 32a, 326 und 32c andrückt.

Gemäß der Erfindung sind besondere Einrichtungen

vorgesehen, mittels welchen sich die andrückende Kraft der Wendelfeder entsprechend den unterschiedlichen Anwendungen des Tastsigalgebers wunschgemäß einstellen läßt

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Federsitz 42 zwischen der Wendelfeder 40 und dem Schaft-Anker 16 derart angeordnet, daß der Federsitz 42 zwar gleitbar, aber nicht drehbar in bezug auf den Anschlagring 16a des Schaft-Ankers 16 ist. Dieser Federsitz 42 weist eine Eingriffsfläche 42a auf, welche mit dem Ende der Feder 40 in Eingriff kommt.

Der Schaft-Anker 16 weist eine durchgehende Gewinde-Bohrung auf, in welche die Einstellschraube 44 eingeschraubt ist. Das innere Ende der Einstellschraube 44 kommt mit der gegenüberliegenden Fläche 426 des Federsitzes 42 in Eingriff. Der Schaft-Anker 16 weist gemäß F i g. 2 innenseitig einen gegabelten Endabschnitt auf. Andererseits ist der Federsitz 42 ringförmig ausgestaltet und weist einen in der Mitte verlaufenden Steg 42c auf, welcher sich gemäß F i g. 3 radial erstreckt. Der zentrale Steg 42c des Federsitzes 42 wird vom gegabelten Endabschnitt des Schaft-Ankers 16 derart aufgenommen, daß die Einstellschraube 44 mit dem Federsitz 42 in Eingriff steht.

Dementsprechend wird der Federsitz 42 durch Drehung und Bewegung der Einstellschraube 44 nach innen oder nach außen bewegt, so daß die Wendelfeder 40 in Ansprache auf die Bewegung der Einstellschraube 44 komprimiert oder expandiert wird. Dementsprechend kann die andrückende Kraft zwischen den beweglichen Kontakten 36 und den ortsfesten Kontakten 32 eingestellt werden. Wird für die Einstellschraube 44 ein entsprechend feines Gewinde vorgesehen, so kann die Spannkraft der Feder 40 entsprechend fein eingestellt werden.
Wie F i g. 1 zu entnehmen ist, ist die Einstellschraube 44 in bezug auf den Tast-Stift 20 koaxial angeordnet, so daß die Wendelfeder 40 gleichmäßig komprimiert wird. Dementsprechend kann auch die andrückende Kraft zwischen den Kontakten 32a, 6, cund 36a, 6, c gleichmäßig eingestellt werden, um die Meßgenauigkeit zu verbessern.

Die Einstellschraube 44 kann von außen betätigt werden, so daß auch während des Betriebes der Tastsignalgeber leicht einzustellen und zu justieren ist.
Fs versteht sich aus der vorhergehenden Beschreibung, daß sich der angemessene Druck zwischen den Kontaktschrauben 36a, b, c und den Stahlkugeln 32a, 6 und c mittels der Wendelfeder 40 sauber einstellen läßt. Die Wendelfeder 40 kann auch durch eine andere Feder

(mit unterschiedlicher Federkonstante) ausgetauscht werden, so daß je nach den gerade vorliegenden Meßbedingungen der bestmögliche Kontaktdruck einstellbar ist. Auch läßt sich eine beschädigte Wendelfeder leicht durch eine neue ersetzen. Insbesondere kann die Feder 40 deshalb leicht ausgetauscht werden, weil sie nur mit dem Anschlagring 60a und dem Federsitz 38 an gegenüberliegenden Enden in Eingriff steht. Auch läßt sich das Tastsignalgeber-Gehäuse 12 leicht auseinandernehmen, so daß die Wendelfeder 40 gut zugänglich ist. Letzterer Vorteil ergibt sich u. a. daraus, daß das Tastsignalgeber-Gehäuse 12 in einen unteren und einen oberen Abschnitt 12a und 126 unterteilt ist.

Die Innenwandung des Anschlagringes 16a im Schaft-Anker 16 weist einen vorgewählten Radial-Abstand von der Mantelfläche des Tast-Stiftes 20 auf. Auch zwischen dem unteren Gehäuse-Abschnitt 126 und dem Tast-Stift 20 ist eine bestimmte Lücke vorgesehen. Dementsprechend ist die Neigung des Tast-Stiftes 20 dadurch auf ganz bestimmte Neigungswinkel eingeschränkt, daß der Tast-Stift 20 mit der Innenwandung des Anschlagringes 16a und der Anschlagfläche 46 des oberen Gehäuse-Abschnittes 126 in Eingriff kommt.

Die Öffnung 18 im unteren Gehäuse-Abschnitt 12Zj ist durch eine staubdichte Abdeckung 48 verschlossen, deren Innenkante an der Mantelfläche des Tast-Stiftes 20 anliegt Die Außenkante der staubdichten Abdeckung 48 ist mittels einer Haltescheibe 50 an dem unteren Gehäuse-Abschnitt 126 befestigt. Auf diese Weise können keine Fremd-Partikel durch die Öffnung 18 in das Innere des Tastsignalgeber-Gehäuses 12 eindringen. Dabei wird die Neigung des Tast-Stiftes 20 in bezug auf das Tastsignalgeber-Gehäuse 12 nicht behindert

Unter Bezugnahme auf die F i g. 5 wird nunmehr das Zusammenwirken des Kontakt-Aufnahmeabschnittes 48, der Blattfeder 26 und des unteren Gehäuse-Abschnittes 126 näher beschrieben.

Die ortsfest auf der Innenseite des Bodens des unteren Gehäuse-Abschnittes 126 positionierten Stahlkugeln 32a, 326 und 32c stehen mit den Kontaktschrauben 36a, 266 und 36c des Kontakt-Aufnahmeabschnittes 28 in Eingriff. Die Stahlkugeln 32a und 32c sind elektrisch mit der Kupferscheibe 52 verbunden, welche im unteren Gehäuse-Abschnitt \2b eingebettet ist während die Kontaktschrauben 366 und 36c mit der Kupferscheibe 54 elektrisch verbunden sind, welche im Kontakt-Aufnahmeabschnitt 28 angeordnet ist Weiterhin sind eine Spannungsquelle 56 und ein Kontakt-Detektor 58 vorgesehen, welche zur Bildung des Detektor-Schaltkreises miteinander in Reihe geschaltet sind. Der Detektor-Schaltkreis ist mit einem Anschluß mit der Kontaktschraube 36a verbunden und mit dem anderen Anschluß mit der Verankerungsschraube 14, welche als Teil einer Zuleitung für den Nachweis-Schaltkreis benutzt wird. Hierdurch werden Teile für die Zuleitung eingespart und der im Gehäuse 12 begrenzt vorhandene Raum besser ausgenutzt

Auf diese Weise wird eine elektrische Schleife durch die folgenden Bauteile gebildet: den Kontakt-Detektor 58, die Kontakt-Schraube 36a, die Stahlkugel 32a, die Kupferscheibe 48, die Stahlkugel 32c, die Kontakt-Schraube 36c, die Kupferscheibe 54, die Kontaktschraube 366, die Stahlkugel 326, die Kupferscheibe 60, die Verankerungsschraube 14, die Spannungsquelle 56 und den Kontakt-Detektor 58. Auf diese Weise kann die Berührung der an der Spitze des Tast-Stiftes 20 befestigten Nadel 22 mit einem zu vermessenden Gegenstand nachgewiesen werden. Im einzelnen berühren also alle Kontakt-Paare (Stahlkugel 32a und Kontaktschraube 36a^, (Stahlkugel 32b und Kontaktschraube 36b) und (Stahlkugel 32c und Kontaktschraube 36c) einander, wenn die Nadel 22 den Gegenstand nicht berührt Dementsprechend wird der Kontakt-Detektor 58 mit Strom versorgt. Berührt die Nadel 22 den Gegenstand, so wird der Tast-Stift 20 gekippt oder vertikal bewegt. Infolgedessen wird zumindest eines der Kontakt-Paare (32a, 36a,), (326,366,) und (32c, 36c^ getrennt, um die Stromversorgung des Detektors 58 zu unterbrechen, wodurch der Kontakt der Nadel 22 mit dem Gegenstand nachgewiesen wird.

Gemäß F i g. 5 weist die Blattfeder 26 Ausnehmungen 26a auf, die jeweils eine bestimmte Geometrie haben.

Die Innenkante 26b der Blattfeder 26 ist am Tast-Stift 20 befestigt und die Außenkante ist am Tastsignalgeber-Gehäuse 12 befestigt, wie oben bereits erwähnt Dementsprechend ist die Radial-Bewegung des Tast-Stiftes 20 mittels der Blattfeder 26 genau begrenzt, falls die Nadel 22 den Gegenstand nicht berührt Gleichzeitig ist die Nadel 22 frei, zu kippen oder sich vertikal zu bewegen. Weiterhin weist die Blattfeder 26 Öffnungen 60a, 60ό und 60c auf, welche in den Stahlkugeln 32a, 32b und 32c entsprechenden Positionen in der Blattfeder 26 aus-

geformt sind. Diese Öffnungen 60a, 606 und 60c bewirken die Isolierung zwischen den Stahlkugeln 32a, 32c und 32c, den Kontaktschrauben 36a, 366 und 36c und der Blattfeder 26.
Wie in den F i g. 1 und 5 dargestellt ist, ist ein Stecker 64 an der Seitenwand des oberen Gehäuse-Abschnittes 12a mittels einer Stecker-Montagescheibe 66 befestigt. Dieser Stecker 64 hat zwei Zuleitungen 68 und 70, welche direkt mit der Kontaktschraube 36a bzw. der Verankerungsschraube 14 befestigt sind. Auf diese Weise können die Zuleitungen relativ kurz ausgeführt werden, so daß auch das Gehäuse klein gestaltet werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß sich die andrückende Kraft zwischen den beweglichen und ortsfesten Kontakten genau und leicht derart einstellen läßt daß auch bei einer Änderung des Einsatzes des Tastsignalgebers oder beim Austausch eines Kontaktelementes durch ein anderes, eine andere Form aufweisendes Kontaktelement eine genaue und zuverlässige Messung gewährleistet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Tastsignalgeber mit einem über einen Schaft-Anker an einem Schaft befestigten Gehäuse, welches folgende Bauteile aufnimmt:

einen Tast-Stift, der in bezug auf das Gehäuse neigbar abgestützt ist, ortsfeste Kontakteinrichtungen auf der Innenseite des Gehäuse-Bodens,
eine Kontakt-Aufnahmeeinrichtung, welche bewegliche Kontakteinrichtungen trägt, am Tast-Stift befestigt ist und zusammen mit den ortsfesten Kontakteinrichtungen einen Satz von Kontakten bildet, und
eine Feder, welche beaufschlagbar zwischen dem Schaft-Anker und der Kontakt-Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist, um die beweglichen Kontakteinrichtungen in Richtung auf die ortsfesten Kontakteinrichtungen zu drücken, wodurch eine Verschiebung des Tast-Stiftes durch eine Trennung der Kontakteinrichtungen meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft-Anker (16) einen gleitenden Federsitz (42) aufnimmt, welcher eine Anschlagfläche aufweist, die auf einer Seite von der Feder (40) beaufschlagt ist, daß eine Einstellschraube (44) zur Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Federsitzes (42) in den Schaft-Anker (16) geschraubt ist, wobei die Spitze der Einstellschraube (44) die gegenüberliegende Fläche des Federsitzes (42) zur Einstellung des Kontakt-Druckes zwischen den ortsfesten Kontakteinrichtungen (32a, 32b, 32c) und den beweglichen Kontakteinrichtungen (36a, 36£>, 36c,) beaufschlagt, daß der Schaft-Anker (16) einen gegabelten Endabschnitt aufweist und daß der Federsitz (42) als ringförmiger Rahmen mit einer mittleren Brücke (42c) ausgeformt ist, wobei die mittlere Brükke (42c,) im gegabelten Endabschnitt des Schaft-Ankers (16) aufgenommen ist und von der Spitze der Einstellschraube (44) beaufschlagt wird, so daß der Federsitz (42) gleitend, aber nicht drehbar auf dem gegabelten Endabschnitt des Schaft-Ankers (16) angeordnet ist, und daß die Einstellschraube (44) koaxial mit dem Tast-Stift (20) in den Schaft-Anker (16) eingeschraubt ist, um eine gleichmäßige Kompression der Feder (40) zu erreichen.

2. Tastsignalgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellschraube (44) derart im Schaft-Anker (16) angeordnet ist, daß sie von außen betätigbar ist.