DE3506892C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf, dessen Taster durch Rückstell­ kräfte in ein seine Nullstellung bestimmendes Lager gedrängt wird, aus welchem heraus er relativ zu seiner Halterung allseitig kippbar ist.

Derartige, z. B. in der DE-PS 23 67 633 oder der DE-OS 27 43 665 be­ schriebene Tastköpfe finden in Koordinatenmeßgeräten, vorzugsweise Mehr­ koordinatenmeßmaschinen Verwendung und dienen dazu ein Signal zu erzeu­ gen, wenn der Taster, d. h. der bewegliche Teil des Tastkopfes, das zu vermessende Werkstück berührt.

Zur Erzeugung dieses Signal sind in das die Nullstellung des Tasters bestimmende Lager oftmals Schaltelemente integriert, die bei einem Aus­ lenken des Tasters aus einem Lager ansprechen. Es sind allerdings bei­ spielsweise aus der DE-PS 27 12 181 auch Taster bekannt, bei denen die Signalerzeugung unabhängig von einer Auslenkung des Tasters ist, bei denen also das die Nullstellung bestimmende Lager lediglich als nachge­ bende Knickstelle dient, die verhindert, daß der Taster im Zuge des Antastvorgangs deformiert wird.

In jedem Falle hängt die Genauigkeit des für die Koordinatenmessung benutzten Tastkopfes davon ab, wie gut die Nullstellung des Tasters nach jedem Antastvorgang beim Zurückkehren in sein Lager reproduziert wird.

Bei den vorstehend genannten, bekannten Tastköpfen besteht das Lager aus einer selbstzentrierenden Dreipunktauflage am gehäusefesten Teil des Tastkopfes, auf die der Taster mit Federkraft gedrückt bzw. gezogen wird. Um ein Verschieben des Tasters in alle sechs Raumrichtungen zu ermöglichen ist der Taster häufig mittelbar an einem Zwischenring gela­ gert, der seinerseits über ein weiteres Dreipunktlager am gehäusefesten Teil befestigt ist und mit einer im Vergleich zum Taster entgegengesetzt gerichteten Federkraft gegen das Gehäuse vorgespannt ist.

Die verwendeten Dreipunktlager enthalten V-förmige Vertiefungen, in die Kugeln bzw. Zylinder gleitend einrasten. Die in diesen Lagern auftreten­ de, nicht zu vernachlässigende Gleitreibung beeinträchtigt das Rückkeh­ ren des Tasters in seiner exakte Null-Lage und beschränkt daher die Meß­ genauigkeit von Koordinatenmeßeinrichtungen, die mit derartigen Tastern ausgerüstet sind.

Aus der DE-OS 32 15 878 ist ein Tastkopf bekannt, dessen Taster an ge­ geneinander geneigten Spanndrähten aufgehängt ist. Mit der dort offen­ barten Aufhängung an sechs paarweise über Kreuz angeordneten Drähten wird der Taster zwar exakt in seine Null-Lage zentriert. Die Realisie­ rung der Drahtaufhängung ist jedoch mit Aufwand verbunden. Außerdem ist es nicht ohne weiteres möglich, die Drähte einerseits so dünn zu halten, daß sie beim Auslenken des Tasters seitlich weich nachgeben, anderer­ seits aber das elastische Verhalten in Längsrichtung der Drähte zu un­ terdrücken, damit das Gewicht der unterschiedlich schweren Tasterkombi­ nationen ohne Einfluß auf die Null-Lage des Systems bleibt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Tastkopf der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, dessen Lagerung des Tasters einerseits reibungsarm ist und dessen Stützelemente andererseits ein möglich star­ res Verhalten aufweisen. Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichnen des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß das Lager des Tasters mehrere gegen­ einander geneigte Stäbe umfaßt, deren Ende sich jeweils in einer Kerbe in der Halterung und in einer Kerbe am Taster abstützen, und daß Mittel zur Führung der Stäbe bei Ausrückung aus den betreffenden Kerben vorge­ sehen sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Tastkopf ist die Reibung in dem durch die Stützstäbe realisierten Auflager für den Taster verglichen mit der Rei­ bung in einer selbstzentrierenden Dreipunktauflage nach dem Stand der Technik stark vermindert. Denn die Stäbe sind jeder für sich frei be­ weglich und können nach jeder Tasterauslenkung der ihnen zugeordneten Führung leicht folgen und werden dabei exakt mit ihren Enden in die Kerben an der Halterung bzw. dem Taststiftträger zurückgeführt. Bei einer selbstzentrierenden Dreipunktauflage nach dem Stand der Technik dagegen sind die drei Stützstellen starr miteinander verbunden und nach jeder Tasterauslenkung gleitet mindestens einer der Stützpunkte unter der Kraft der den Taster vorspannenden Feder zwangsweise mit Reibung in sein Lager zurück.

Zudem können die Stäbe ausreichend dick und damit starr gehalten werden, was bei einer Aufhängung an Drähten nicht ohne weiteres möglich ist. Deshalb ist die vom Taster eingenommene Null-Lage unempfindlich gegen, über Änderungen des Gewichts der angesetzten Taststiftkombinationen oder davon ausgeübter Momente. Dies ist besondere von Bedeutung, wenn der Tastkopf verschwenkt werden können soll.

Es ist vorteilhaft jedem Stab eine Zugfeder zuzuordnen, die ihn umgibt und die einander entsprechenden Kerben am Taster und an der Halterung miteinander verbindet. Diese Zugfedern bringen nicht nur die Rückstell­ kraft auf, die den Taster in seine Ruhelage drängt, sondern dienen gleichzeitig als Führung für die Stäbe und verhindern, daß die Stäbe bei starker Tasterauslenkung aus ihren Stützstellen herausfallen.

Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, insbesondere Ausführungsformen für die Kerben, in denen sich die Stabenden abstützen, werden nachfol­ gend anhand der Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines einfachen, gemäß der Erfin­ dung aufgebauten Tastkopfes,

Fig. 2 eine detaillierte Schnittdarstellung einer der Kerben, in denen sich die Stäbe des in Fig. 1 gezeigten Tastkopfs abstützen,

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform für die in Fig. 2 dargestellte Kerbe.

Der in Fig. 1 dargestellte Tastkopf besitzt ein im wesentlichen zylin­ drisches Gehäuse 1, an dessen Oberseite ein Befestigungskegel 2 ange­ bracht ist, mit dem er in einer entsprechenden Aufnahme an der Pinole einer Meßmaschine befestigt werden kann.

An der Unterseite des Gehäuses 1 ist eine kreisförmige Platte 3 ange­ ordnet, die als Träger für den abnehmbar daran befestigten Taststift 4 dient. Dieser Taststift 4 trägt an seinem Ende eine Tastkugel 5. Es ist klar, daß anstelle des gezeigten Taststifts auch Tasterkombinationen mit einer Vielzahl sich verzweigender Einzeltaster angesetzt sein können.

Die Platte 3 stützt sich gegenüber der Oberseite 2 des Gehäuses 1 über sechs Stäbe 8 a- 8 f ab. Die Enden dieser Stäbe 8 sind jeweils in Kerben eingesetzt, die in sechs auf der Platte 3 befestigten Lagerkörpern 7 a-f und sechs an der inneren Oberseite des Gehäuses 1 befestigten Lagerkör­ pern 6 a-f eingearbeitet sind.

Die Stäbe 8 und die Lagerkörper 6 und 7 sind in zwei Gruppen zu jeweils drei Exemplaren angeordnet. So bilden die Stäbe 8 a, 8 c und 8 e mit ihren Lagerkörpern eine Gruppe, die unter gleichem Winkel gegen die Platte 3 verdrillt in gleichmäßigen Abständen auf der Oberfläche eines koaxial zum zylindrischen Gehäuse 1 gedachten Zylinders angeordnet sind. Die Stäbe 8 b, 8 d und 8 f bilden mit ihren Lagerkörpern eine zweite Gruppe von Stützelementen, die aber verglichen mit den Stäben der ersten Gruppe entgegengesetzt verdrillt angeordnet sind. Demzufolge überkreuzen sich die Stäbe 8 der Gruppe 1 und 2 jeweils paarweise wie z. B. die Stäbe 8 a und 8 b. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stäbe 8 a, c, e der ersten Gruppe und die Stäbe 8 b, d, f der zweiten Gruppe auf Zylindern mit unterschiedlichen Radius angeordnet, wodurch eine im Verhältnis zum Durchmesser der Platte 3 recht starke Neigung der Stäbe 8 erreichbar ist, ohne daß diese sich stören. Es ist jedoch auch möglich die Stäbe 8 und die zugehörigen Lagerkörper alle auf dem gleichen Radius anzuordnen.

Die beschriebene Anordnung von Stäben und Lagerkörpern stellt ein sta­ biles, verdrehsicheres und in seiner räumlichen Lage eindeutig bestimm­ tes Stützlager für die den Tastschrift 4 haltende Platte 3 in bezug auf das Gehäuse 1 dar. In dieses Lager wird die Platte 3 von sechs jeweils um die Stäbe 8 gelegten Zugfedern 9 a-f gezogen. Die Zugfedern 9 sind an den Lagerkörpern 6 und 7 befestigt und verhindern, daß die Stäbe 8 bei einer Auslenkung des Tasters aus den ihnen zugeordneten Lagerkörpern herausfallen. Vielmehr führen die Federn 9 die Stäbe 8 nach jeder Aus­ lenkung, infolge der die Stäbe aus den Lagerkörpern ausrasten, wieder dorthin zurück.

In Fig. 2 ist detaillierter der Aufbau der Lagerkörper 6 bzw. 7 darge­ stellt. Jeder Lagerkörper enthält eine Vertiefung 10, in die drei Kugeln 12 a-c eingelegt sind. Dies Kugeltrippel bildet die eigentliche Kerbe, in der sich die konische Spitze 11 a des hier dargestellten Stabes 8 a ab­ stützt. Ein ebenfalls konisch in Richtung auf die Kugeln 12 sich ver­ jüngender Plastik- oder Tefloneinsatz 13 a dient ebenso wie die darin eingesetzte Zugfeder 9 a als Führung, entlang der das Ende des Stabes 8 a in die durch das Kugeltrippel gebildete Kerbe zurückgesetzt wird.

Natürlich ist es auch möglich, die Kerbe im Stützelement 7 a anders zu gestalten, indem beispielsweise, wie in Fig. 3 dargestellt, drei gegen­ einander geneigte Zylinderkörper 17, 14, 15 als Wiederlager für das mit einer Kugel 16 versehene Ende des dort gezeigten Stabes 18 dienen. Ge­ nausogut kann eine Vertiefung in Form einer Pyramidenspitze zur Aufnahme des mit einer Kugel versehenen Stabendes dienen.

Der in Fig. 1 dargestellte Taststift 4 läßt sich in jeder beliebigen Richtung gegen die Längsachse des zylindrischen Gehäuses 1 kippen. Bei dieser Kippbewegung rasten nur einige der Stäbe 8 aus ihren Kerben aus, während die anderen mit ihren Enden in den Kerben verbleiben und dort eine Drehbewegung ausführen. Außerdem ist es möglich, den Taster 4 in der gezeigten Darstellung nach unten aus dem Gehäuse 1 herauszuziehen.

Um auch eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung, also in Richtung auf das Gehäuse 11 zu ermöglichen, kann eine Zwischenringlagerung ein­ gesetzt werden, wie sie z. B. in der DE-PS 27 12 181 beschrieben ist. Dazu wird die Platte 3 des Tasters wie dargestellt über die Stützstäbe 8, jedoch mittelbar auf einen Zwischenkörper gelagert, der sich seiner­ seits in entgegengesetzter Richtung vorgespannt ebenfalls über sechs Stäbe am Gehäuse 1 abstützt.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein zusätzlich oder anstelle der Federn 9 eine einzige, z. B. zentral angeordnete Feder einzusetzen, die die Platte 3 gegen das Gehäuse 1 zieht, und zur Führung der Stäbe die Plastikein­ sätze 13 a (siehe Fig. 2) zu verlängern und entsprechend zu formen.

Claims (5)

1. Tastkopf, dessen Taster durch Rückstellkräfte in ein seine Nullstel­ lung bestimmendes Lager gedrängt wird, aus welchem heraus er relativ zu seiner Halterung allseitig kippbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager des Tasters (3/4) mehrere gegeneinander geneigte Stäbe (8) umfaßt, deren Enden (11) sich jeweils in einer Kerbe (12) in der Halterung (1) und in einer Kerbe (12) am Taster (3/4) abstützen, und daß Mittel (9, 13 a) zur Führung der Stäbe (8) bei Ausrückung aus den betreffenden Kerben (12) vorgesehen sind.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben am Taster (3/4) bzw. der Halterung (1) jeweils aus drei Kugeln (12 a-c) gebildet sind und die Enden (11 a) der Stäbe (8) konisch geformt sind.

3. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben am Taster (3/4) bzw. der Halterung (1 ) aus drei gegeneinander geneigten Zylindern (17, 14, 15) gebildet sind und in die Enden der Stäbe (18) Kugeln (16) eingesetzt sind.

4. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stab (8) eine ihn umgebende Zugfeder (9) zugeordnet ist, die die einander entsprechenden Kerben (12) am Taster (3/4) und der Halterung (1) miteinander verbindet.

5. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stabende (11) eine sich in Richtung auf die Kerbe (12) konisch verjüngende Kunststoffhälse (13 a) als Führung zugeordnet ist.