DE3422103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausbildung eines Adapters und einer Tastsonde zum Verbinden des Gehäuses der Tastsonde mit der Werkzeugaufnahme einer Werkzeug­ maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Tastsonden werden insbesondere in automatisch arbeiten­ den Werkzeugmaschinen eingesetzt, um durch Werkstück­ berührung Informationen über das Werkstück zu erhalten.

Automatische Werkzeugmaschinen erfordern eine genaue Lokalisierung von Flächen an Werkstücken. Dazu bringt die Maschine eine Sonde in Kontakt mit dem Werkstück und zeichnet die Sondenposition bei Kontakt auf. Solche Tastsonden haben allgemein eine Tastspitze zur Berüh­ rung des Werkstücks und erzeugen mit einer elektrischen Schaltung ein Signal, wenn die Tastspitze das Werkzeug berührt. Die Maschinensteuerung kann dann Informationen über die Form oder den Ort des berührten Teils aus den Positionsdaten der Tastsonde berechnen.

Eine Ausbildung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 31 17 795 bekannt, bei welcher ein Gehäuse einer Wechseleinrichtung vorgesehen ist, das an seinem oberen Ende flanschartig erweitert ist und etwa in seiner Mitte durch eine Durchmesserverringerung einen flanschartigen Absatz hat. Der untere, sich an den flanschartigen Absatz anschließende Abschnitt des Ge­ häuses ist konisch ausgebildet und dient zur Aufnahme des Adapters. Außerdem ist aus der DE-AS 23 65 984 ein Tastkopf bekannt, bei welchem der Schaft einer Tastspitze zentriert gelagert ist. Mittels dieser Lage­ rung soll die Tastspitze nach Auslenkung durch Anschla­ gen an einem Werkstück jeweils wieder in ihre vorgege­ benen Ruhelage gelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausbil­ dung der oben angegebenen Art zu schaffen, die das Ein­ richten einer Tastsonde auf eine vorgegebene Position ihrer Tastspitze in einem Bearbeitungszentrum ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausbil­ dung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Adapter ist durch diese neuartige Formgebung im Be­ reich der Aufnahme für das Gehäuse der Tastsonde und durch dort vorgesehene Elemente, die ein Halten und Zentrieren gleichzeitig möglich machen, so konstruiert, daß das Gehäuse der Tastsonde in dem Adapter in in radialer Richtung unterschiedlichen Positionen fixiert werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen 2 bis 9 zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vordere Seitenansicht eines Ausführungs­ beispiels einer Tastsonde nach der Erfindung, die in einem Spindelstock eines Bearbeitungs­ zentrums montiert ist,

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Tastsonde,

Fig. 3 den Schnitt 3-3 nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt einer anderen Anord­ nung eines Annäherungsschalters im Adapter, und

Fig. 5 eine vereinfachte Seitenansicht der Tast­ sonde mit schräg gestellter Tastspitze.

In Fig. 1 bis 3 ist eine Tastsondenanordnung 10 darge­ stellt, die allgemein aus drei Teilen besteht, einer Tastspitze 12, einem Tastsondenkörper 14 und einem Adapter 16.

Der Tastsondenkörper 14 umfaßt eine zylindrische Schalter­ einheit 18 und eine zylindrische Schaltungseinheit 20, die miteinander verbunden sind. Das Ende der Schaltungs­ einheit 20 ist durch eine entsprechend geformte Platte 22 verschlossen, die im folgenden noch erläutert wird.

Der Tastsondenkörper 14 ist lösbar mit einem von mehreren unterschiedlichen Adaptern verbunden, deren Konfiguration, insbesondere der Schäfte, den Einsatz mit unterschiedli­ chen Bearbeitungswerkzeugen möglich macht. In Fig. 1 ist die Tastsondenanordnung 10 in einer Werkzeugaufnahme 24 eines numerisch gesteuerten Bearbeitungszentrums montiert. Der Schaft des Adapters ist abgeschrägt und hat eine Gewin­ debohrung 26, die eine motorgetriebene Schraube (nicht dargestellt) aufnimmt. Der Adapter kann ferner einen Flansch 28 haben, der einen Ring zur Führung eines oder mehrerer Antriebskeile 30 aufweist.

Der Tastsondenkörper kann mit mehreren Leuchtdioden 22 zur Übertragung von Informationen über den Status der Tast­ sonde zu einem entfernten Empfangskopf versehen sein. Eine Signalübertragungsschaltung innerhalb der Schaltungs­ einheit 20 wird von Batterien 34, 36 gespeist, die in das Gehäuse eingeschoben und darin durch eine Verschlußkappe 38 gehalten sind.

Die Schaltereinheit 18 enthält mehrere Kontakte, die me­ chanisch so angeordnet sind, daß sie eine Bewegung der Tastspitze 12 bei Kontakt mit einem Objekt, wie beispiels­ weise einer Werkstückfläche, signalisieren. Die mechani­ sche Anordnung dieser Konstruktion ist hier nicht weiter dargestellt, solche Anordnungen sind jedoch für sich be­ kannt. Die Schaltereinheit enthält eine Achse 40, an der die Tastspitze 12 lösbar mit einer Stellschraube 42 be­ festigt ist. Eine Membran 43 dichtet das Innere der Schal­ tereinheit 18 gegenüber schädlichen Umwelteinflüssen ab. Das andere Ende der Achse 40 ist mit einer Betätigungs­ platte 44 verbunden. Diese trägt mehrere elektrisch leit­ fähige Einsätze 46, die normalerweise gegen jeweils eine Kugel 48 durch Wirkung einer Feder 50′ gedrückt werden. Wenn jedoch die Tastspitze 12 aus ihrer Ruhelage bewegt wird, so folgt die Betätigungsplatte 44 dieser Bewegung und hebt einen der Einsätze 46 von dem entsprechenden Ku­ gelkontakt ab, der fest angeordnet ist. Die Kugel-Einsatz- Paare bilden elektrische Kontakte, deren Zustandsänderung durch die Schaltung innerhalb der Schaltungseinheit 20 überwacht wird, welche wiederum entsprechende Signale über die Leuchtdioden 32 an die Maschinensteuerung überträgt.

Die vorstehende Beschreibung der Tastsondenanordnung soll lediglich zeigen, unter welchen Bedingungen die durch die Erfindung mögliche Einstellung der Tastspitze genutzt werden kann.

Im folgenden wird die Verbindung des Tastsondenkörpers 14 mit dem Adapter 16 erläutert. Der Adapter 16 hat eine ebene Stirnfläche 50 mit einer darin ausgebildeten Öffnung oder Vertiefung 52. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche 50 Teil eines Ringflansches 54 beacht­ licher Dicke, der einen Aufnahmefuß bildet, welcher mit dem Rest des Adapters 16 über einen Hals 56 verbunden ist.

Die Stirnfläche 58 der Platte 22 des Tastsondenkörpers 14 ist mit einem einsetzbaren Abschnitt 60 versehen, der einen Vorsprung darstellt. Der Vorsprung 60 hat einen kleineren Radius als die Vertiefung 52 des Adap­ ters 16. Vorzugsweise hat der Vorsprung 60 Kegelstumpf­ form, wobei die Seiten zum Adapter 16 hin divergieren. Beispielsweise hat die Vertiefung 52 einen Durchmesser von 3,7 cm, während die Außenkante des Vorsprungs 60 einen Durchmesser von 3,5 cm hat. Der Vorsprung 60 kann in die Vertiefung 52 eingesetzt werden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Durch die unterschiedlichen Querschnitte der Vertiefung 52 und des Vorsprungs 60 herrscht zwischen beiden ein gewisses Spiel. Dieses Spiel ermöglicht eine seitliche Einstellung des Schaftes 12 der Tastspitze.

Der Ringflansch 54 des Adapters 16 enthält als Radialeinstellele­ mente ausgebildete Halte- und Zentrierelemente in Form dreier gleichmäßig beabstandeter Stell­ schrauben 62, 64 und 66, die in radial verlaufenden Bohrungen 74, 76 und 78 geführt sind. Die Außenenden der Stellschrauben 62 bis 66 sind mit Aussparungen oder anderen Mitteln zum Einsatz eines Werkzeuges, beispielsweise eines Sechskant­ schlüssels (nicht dargestellt), versehen, wodurch die abgerundeten Enden der Stellschrauben gegen die Seiten des Vorsprungs 60 bewegt werden können.

Es sei beispielsweise angenommen, daß die Tastspitze 12 sich in der in Fig. 1 gestrichelt gezeigten Stellung be­ findet und ihre Spitze 62 in konzentrischer Ausrichtung mit der Hauptlängsachse des Adapters 16 zu bringen ist. Die Tastsonde ist übertrieben fehlausgerichtet darge­ stellt, um das Wesen der Erfindung besser erkenntlich zu machen. Um die Spitze 62 in die richtige Ausrichtung zu bringen, dreht man die entsprechenden Stellschrauben 62 bis 66 gegen die Seiten des Vorsprungs 60, wodurch der Tastsondenkörper 14 in radialer Richtung bewegt wird, bis die Spitze 62 sich in der gewünschten Lage befindet. Die di­ vergierenden Seiten des Vorsprungs 60 haben die Wirkung einer schiefen Ebene, wenn die Schrauben angezogen werden. Somit wird dann der Tastsondenkörper 14 in axialer Richtung zum Adapter 16 hin gezogen, wodurch die eingestellte Tast­ spitze 12 bzw. 62 an der vorgegebenen Stelle fixiert wird.

Der Ringflansch 54 des Adapters 16 enthält vorteilhaft auch mehrere als Halte- und Zentrierelemente wirkende federbelastete Kolben 68, 70 und 72, die in radial verlaufenden Bohrungen 80, 82 und 84 sitzen. Der Zweck der Kolben 68 bis 72 besteht darin, eine ausreichende nach innen ge­ richtete Kraft auf die Seiten des Vorsprungs 60 auszuüben, um ein zufälliges Lösen des Tastsondenkörpers 14 vom Adap­ ter 16 zu verhindern, wenn die Stellschrauben 62 bis 66 diesen Zweck nicht erfüllen. Wenn beispielsweise während der Ausrichtung die Stellschrauben gelöst werden, könnte der Tastsondenkörper 14 vom Adapter 16 abfallen und dadurch ein Schaden an den empfindlichen Komponenten im Tastsondenkörper 14 verursacht werden. Dies wird durch die elasti­ schen Kolbenköpfe verhindert. Die Kolbenköpfe bewegen sich nach außen, wenn der Vorsprung 60 anfänglich in die Vertiefung 52 des Adapters 16 eingesetzt wird, bewegen dann sich jedoch nach innen und wirken auf die divergierenden Seiten des Vorsprungs 60 ein, um die Lösung beider Teile zu verhindern.

Die vorstehend erläuterte Konstruktion ermöglicht eine seitliche Einstellung der Spitze 62, d.h. in einer Rich­ tung quer zur Hauptlängsachse des Adapters 16. Wahlweise kann auch die im folgenden erläuterte Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, die eine Einstellung der Nei­ gung der Tastspitze 12 ermöglicht. Es ist beispielsweise allgemein erwünscht, die Achse der Tastspitze in konzentri­ sche Ausrichtung auf die Achse des Adapters 16 zu bringen, so daß sie mit der Drehachse des Bearbeitungswerkzeuges zentriert ist. In Fig. 5 ist die Achse 90 der Tastspitze 12 übertrieben gegenüber der Achse 92 des Adapters ver­ stellt gezeigt. Es sei bemerkt, daß die Achse 92 mit der Hauptachse des Tastsondenkörpers 14 im allgemeinen zusammen­ fällt, daß die letztere jedoch tatsächlich während der seitlichen Einstellung etwas verschoben werden kann. Wich­ tig ist die Ausrichtung der Tastspitze mit dem Spindel­ stock, so daß eine gewisse Fehlausrichtung des dazwischen­ liegenden Tastsondenkörpers 14 zugelassen werden kann.

Um die Neigung der Längsachse der Tastspitze einzustellen, sind zwei Scheiben 94 und 96 zwischen den einander gegen­ überliegenden Flächen des Adapters 16 und des Tastsondenkörpers 14 angeordnet. Die Scheiben 94 und 96 haben nicht parallele einander gegenüberliegende Flächen, wie es bes­ ser aus Fig. 1 und 2 zu erkennen ist. Scheiben dieser Art sind an sich bekannt. Die Scheiben 94 und 96 können sich um eine Nabe 98 drehen, die auf der Abdeckplatte 22 des Gehäuses 14 ausgebildet ist. Sie sind auch relativ zueinan­ der um die Nabe 98 drehbar. Wenn der dickste Teil der einen Scheibe axial auf den dünnsten Teil der anderen Scheibe ausgerichtet ist, so haben die beiden Scheiben nahezu parallele Außenflächen quer zur Längsachse der Tast­ sondenanordnung 10. Wenn die Scheiben aus dieser Lage herausgedreht werden, so neigen sich jedoch die Außen­ flächen relativ zueinander. Da die Außenflächen der Schei­ ben 94 und 96 die Winkelverstellung des Tastsondenkörpers 14 gegenüber dem Adapter 16 bestimmen, ist es möglich, die Neigung der Tastspitzenachse 90 einzustellen, da diese der Winkelverstellung des Tastsondenkörpers 14 folgt, welche durch die Scheiben 94 und 96 bestimmt ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird keine Winkelverstellung erzeugt, da die beiden Scheiben aufeinander ausgerichtet sind, d.h. die dickste Stelle der einen ist axial auf die dünnste Stelle der anderen ausgerichtet. Die Achse der Tastspitze 12 ist auch in Fig. 1 zentral ausgerichtet dargestellt. Dies ergibt sich beim anfänglichen Zusammen­ bau der Tastsonde. Wie jedoch in Fig. 5 gezeigt, ist es möglich, daß die Tastspitzenachse 90 geneigt ist. Gemäß der hier erläuterten Weiterbildung der Erfindung kann diese Neigung leicht korrigiert werden, indem lediglich die Scheiben 94 und 96 gegeneinander gedreht werden, um die Tastspitzenachse zumindest parallel zur Achse 92 zu bringen. Die seitliche Einstellung der Tastspitze 12 kann, falls erforderlich, wie weiter oben beschrieben oder in anderer Weise erfolgen.

In den Fig. 1 und 5 ist ferner ein Werkzeug zur Drehung der beiden Scheiben 94 und 96 und zur Einstellung der Neigung der Tastspitze 12 dargestellt. Das Werkzeug 100 hat zwei ge­ bogene Greifarme 102. Jeder dieser Arme hat einen nach innen gerichteten Stift zum Einsetzen in Öffnungen 110 und 112, die radial in den dicksten Tei­ len der Scheiben 94 und 96 vorgesehen sind. Das Werkzeug 100 wirkt nach Art eines Zahntriebs, wobei die Arme 102 gleichzeitig bewegt werden und ihre Stifte auf einem gebogenen Weg verlagert werden. Das Werkzeug 100 ist so konstruiert, daß die Abstände zwischen jedem Stift und einem vorgegebenen Punkt des Werkzeu­ ges eine vorgegebene Beziehung haben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bleiben die Stifte immer in demselben Abstand von der Achse eines Drehknopfes 114.

Zur Benutzung wird das Werkzeug 100 so eingestellt, daß die Stifte in die Öffnungen 110 und 112 der Scheiben 94, 96 eingreifen. Wenn sie einander noch nicht gegenüberstehen, wird der Knopf 114 gedreht, bis die Stif­ te diametral diese Stellung einnehmen.

Die Bewegung der Stifte bewirkt eine Drehung der abgeschrägten Schei­ ben 94 und 96, wodurch die Winkelstellung der Außenflä­ chen der beiden Scheiben relativ zueinander neu einge­ stellt wird. Die schräge Anordnung der Außenflächen der Scheiben bewirkt ein Neigen des Tastsondenkörpers 14 gegen­ über dem Adapter 16 und bringt die Achse 90 der Tast­ spitze 12 in parallele Lage zur Achse 92. Wenn die Spitze 62 nicht auf der gewünschten Achse 92 liegt, so kann man mit den Stellschrauben 62 bis 66 die Position der Tast­ spitze 12 in seitlicher Richtung verstellen, wie oben be­ schrieben. Ein Anziehen der Stellschrauben drückt den Tastsondenkörper 14 gegen den Adapter 16, wodurch die abgeschräg­ ten Scheiben 94 und 96 in ihrer eingestellten Lage ver­ klemmt werden.

Eine Tastsonde der hier beschriebenen Art wird normaler­ weise mit einem automatischen Werkzeugwechsler (nicht dar­ gestellt) in die Werkzeugaufnahme 24 eingesetzt. Der Adapter 16 hat vorteilhaft einen Annäherungsschalter, der seinen elektrischen Schaltzustand ändert, wenn die Tastsonde 10 in die Werkzeugaufnahme 24 eingesetzt wird. In Fig. 1 ist ein solcher Annäherungsschalter 140 dargestellt. Er hat als Schalterbetätigungselement einen Kolben 142, der nach innen gedrückt wird, wenn der Adapter 16 in die Werkzeugaufnahme 24 eingesetzt wird. Alter­ nativ kann auch ein Schalter 140′ vorgesehen sein, dessen Kolben 142′ durch die Keile 30 nach innen gedrückt wird, wie es bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung der Fall ist. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Anschlüsse des Schalters mit der in der Schaltungseinheit 20 des Tastsondenkörpers 14 vorgesehenen Signalubertragungsschaltung ver­ bunden. Diese ist in Fig. 1 schematisch mit einer Schal­ tungsplatine 144 dargestellt. Die Betätigung des Schalters führt zur Anschaltung der Batterien 34, 36 an die Schal­ tung, wodurch wiederum die Leuchtdioden 32 Signale mit einer vorgegebenen Frequenz abgeben. Auf diese Weise wird der Maschinensteuerung (nicht dargestellt) signalisiert, daß die Tastsonde richtig arbeitet und zur Durchführung einer Prüfung bereit ist. Wenn die Tastspitze 12 ein Ob­ jekt wie beispielsweise ein Werkstück berührt, so wird die Frequenz der von den Leuchtdioden 32 abgegebenen Signa­ le verschoben, um die erfolgte Berührung zu signalisieren.

Die elektrische Verbindung zwischen dem Schalter 140 oder 140′ und der Schaltungsplatine 144 erfolgt über Leitungen 146, 148, die mit den Enden von als Steckerstifte 150 und 152 ausgebildeten elektrischen Kontakten verbunden sind. Diese haben federbelastete Köpfe, wodurch sie in axialer Richtung nachgiebig sind. Sie werden gegen konzentrische, elektrisch leitfähige Ringkontakte 154 und 156 gedrückt, die an der Stirnfläche des Vorsprungs 60 aus­ gebildet sind, wie Fig. 2 zeigt. Somit bilden die Stifte und die elektrischen Ringkontakte eine lösbare elektrische Ver­ bindung zwischen dem Adapter 16 und dem Tastsondenkörper 14. Die leitfähigen Ringkontakte können mit den entsprechenden Stel­ len auf der Schaltungsplatine 144 über nicht dargestellte Leitungen verbunden sein, welche durch die Schaltungs­ einheit 20 des Tastsondenkörpers 14 hindurchgeführt sind.

Claims (9)

1. Ausbildung eines Adapters und einer Tastsonde zum Verbin­ den der Tastsonde mit der Werkzeugaufnahme einer Werkzeug­ maschine, mit einem der Werkzeugaufnahme entsprechend aus­ gebildeten Einsatzteil und einem damit verbundenen Auf­ nahmefuß für die Tastsonde, dadurch gekennzeich­ net, daß der Aufnahmefuß als Ringflansch (54) an einer als Anlage für den Tastsondenkörper (14) dienenden Stirn­ fläche (50) ausgebildet ist und in über seinen Umfang gleichmäßig verteilten, radial verlaufenden Bohrungen (74, 76, 78; 80, 82, 84) auf die Seite eines in den Auf­ nahmefuß einsetzbaren Abschnitts (60) des Tastsondenkör­ pers (14) einwirkende Halte- und Zentrierelemente (62, 64, 66; 68, 70, 72) enthält.

2. Ausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Halte- und Zentrierelemente Stellschrauben (74, 76, 78) vorgesehen sind.

3. Ausbildung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Halte- und Zentrierelemente feder­ belastete Kolben (68, 70, 72) vorgesehen sind.

4. Ausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei entsprechend einander gegenüberstehenden Stirnflächen von Adapter (16) und Tast­ sondenkörper (14) bemessene Scheiben (94, 96) mit schräg zueinander liegenden Stirnflächen als zwischen Aufnahme­ fuß (54) und Tastsondenkörper (14) anzuordnende Beilag­ elemente vorgesehen sind.

5. Ausbildung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Scheiben (94, 96) an einer Nabe (98) ge­ führt sind, die zwischen der Stirnfläche des Tastsonden­ körpers (14) und einem in den Aufnahmefuß (54) einsetzba­ ren Vorsprung (60) des Tastsondenkörpers (14) angeordnet ist.

6. Ausbildung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheiben (94, 96) an Umfangsab­ schnitten mit Öffnungen (110, 112) versehen sind, in die ein Werkzeug (100) zwecks Verdrehung der Scheiben (94, 96) einsetzbar ist.

7. Ausbildung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnungen (110, 112) in Abschnitten über­ einstimmender Dicke, vorzugsweise größter Dicke, der bei­ den Scheiben (94, 96) vorgesehen sind.

8. Ausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für eine Tastsonde mit eingebauter elektrischer Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (16) ein aus einer mit der Werkzeugaufnahme (24) oder dem Tast­ sondenkörper (14) in Berührung kommenden Außenfläche ra­ gendes und in die Außenfläche hinein bewegbares Schalterbe­ tätigungselement (142, 142′) trägt und daß mindestens ein elektrischer Kontakt (150, 152) an der Stirnfläche des Auf­ nahmefußes (54) und mindestens ein elektrischer Ringkon­ takt (154, 156) an der Stirnfläche des Vorsprungs (60) des Tastsondenkörpers (14) vorgesehen sind.

9. Ausbildung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektrischen Kontakte zwei in axialer Rich­ tung elastisch beaufschlagte Stifte (150, 152) sind,die von der Stirnfläche des Aufnahmefußes (54) abstehen und auf zwei konzentrische, elektrisch leitfähige Ringe auf der Stirn­ fläche des Vorsprungs (60) einwirken.