DE3532184C1 - Kollisionsschutz fuer den Tastkopf einer Messmaschine - Google Patents

Description

Der Tastkopf einer Meßmaschine ist das Maschinenteil, welches den beim Antastvorgang auslenkbaren Taststift, ein dessen Ruhelage hochgenau reproduzierendes Lager, die Meßsysteme für die Erkennung bzw. Messung der Taststiftauslenkung sowie eine Reihe weiterer für den Betrieb not­ wendiger Präzisionsteile enthält. Man ist daher bestrebt, den in expo­ nierter Stellung am Meßarm der Maschine befestigten Tastkopf gegen Kol­ lision mit z. B. dem zu vermessenden Werkstück zu schützen. Dies ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da der Kontakt zwischen dem Tast­ stift und dem Werkstück ja zugelassen werden muß.

Man beschränkt sich daher in der Regel darauf, den empfindlichsten Teil des Tastkopfs, den Taststift, gegen übermäßige Kräfte zu schützen, wie sie im Kollisionsfalle auftreten können.

So ist es aus der DE-GM 74 00 071 bekannt, den Taststift mit Permanent­ magneten am Tastkopf zu befestigen. Bei einer Kollision fällt der Tast­ stift ab und muß dann von Hand wieder am Tastkopf befestigt werden. Diese Lösung ist unbefriedigend, da sie nicht einmal genügenden Schutz für den Taststift selbst bietet, der beim Abfallen beschädigt werden kann.

Aus der DE-AS 19 09 436 ist eine Schutzvorrichtung für einen Kopierfühler beschrieben. Darin wird das Fühlergehäuse selbst elastisch mit einer Zugfeder gegen Rastelemente in Form eines Dreipunktlagers gezogen und kann deshalb im Kollisionsfalle nachgeben. Nachteilig bei dieser be­ kannten Vorrichtung ist, daß die Kraft der Feder, die das Fühlergehäuse vorspannt, senkrecht zur Gewichtskraft des Fühlergehäuses wirkt. Wenn ein sicherer, gut zentrierter Sitz des Fühlergehäuses erreicht werden soll, müßten daher zusätzliche Mittel zur Abstützung des Fühlergehäuses vorgesehen sein oder die Feder muß eine relativ hohe Zugkraft besitzen. Dem steht jedoch die bei Kollision geforderte leichte Nachgiebigkeit entgegen. In das verwendete Dreipunktlager kehrt der Fühler außerdem nur bei relativ kleinen Auslenkungen selbsttätig zurück. Treten größere Auslenkungen auf, was z. B. bei einer Kollision im Eilgang der Maschine geschehen kann, müßte das Fühlergehäuse manuell in seine Ruhelage zu­ rückgesetzt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kollisionsschutz für den Tastkopf einer Meßmaschine in Form einer nachgiebigen Halterung für den Tastkopf so auszubilden, daß die für eine ausreichend gute Zen­ trierung der Arbeitsstellung des Tastkopfs nötige Haltekraft möglichst gering ist und auch bei großen Auslenkungen nach der Kollision ein sicheres Rückkehren in die Arbeitsstellung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angege­ benen Maßnahmen dadurch gelöst, daß die Halterung aus einem Zentrier­ körper mit großem Freihub besteht, in den der Tastkopf ausrückbar einge­ hängt ist und der gleichzeitig das Eigengewicht des Tastkopfs aufnimmt, sowie einem gelenkigen, den Tastkopf gegen Torsion sichernden, spiel­ freien Befestigungselement.

In dem Zentrierkörper, der vorzugsweise eine einzige, von einer koni­ schen Vertiefung aufgenommene Kugel bzw. ein Kugelabschnitt ist, zen­ triert sich der Tastkopf unter seinem eigenen Gewicht. Eine zusätzliche Vorspannung ist daher ebensowenig nötig wie eine separate Abstützung des Tastkopfgewichts. Der zentrale Zentrierkörper erlaubt relativ große Ausrückbewegungen und stellt die Reproduzierbarkeit der Arbeitslage des Tastkopfs sicher.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist der Tastkopf gegen Kollision in fünf Raumrichtungen geschützt. Um auch gegen Kollision entlang der ver­ bleibenden sechsten Raumrichtung zu schützen, ist es zweckmäßig, den Zentrierkörper auf einer gegen das Gehäuse vorgespannten, bei Über­ schreitung der Vorspannkraft nach unten nachgiebigen Wippe anzubringen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, einen bei Ausrasten des Zentrierkörpers ansprechenden Schalter vorzusehen, der den Kollisionsfall meldet und ein Stillsetzen der Maschinenantriebe ermöglicht.

Außerdem kann eine Einrichtung vorgesehen sein, durch die der Tastkopf im Zentrierkörper arretierbar ist, wenn für bestimmte Meßaufgaben eine starre Verbindung zwischen Tastkopf und Meßmaschine gefordert wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis 6 der Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 ist eine Schnittzeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 ist eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Ausrückbewegung;

Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 in Aufsicht;

Fig. 5 ist die Skizze eines alternativ zur Blattfeder 19 nach Fig. 4 verwendbaren Befestigungselements;

Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung des Zentrierkörpers 13, 17 aus Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit 1 die vertikal verschiebbare Pinole einer Koordina­ ten-Meßmaschine in z. B. Portalbauweise bezeichnet, die den Tastkopf 1 mit dem darin beweglich gelagerten Taststift 5 trägt. Der Tastkopf 1 kann beispielsweise ein sogenannter messender Tastkopf sein, wie er in der DE-PS 22 42 355 beschrieben ist.

Der Tastkopf 4 ist an einem Träger 6 befestigt. An der Unterseite des oberen, hakenförmigen Trägerteils 6 a ist eine Halbkugel 7 etwa zen­ trisch zur Längsachse des Tastkopfs 4 angebracht. Der Träger 6 ist mit der Halbkugel 7 in eine konische Vertiefung 3 im waagerechten Teil einer L-förmigen Halteplatte 2 im Innern der Pinole 1 eingehängt. Die Halb­ kugel 7 und die konische Vertiefung 3 bilden den Zentrierkörper der Aufhängung.

Oberhalb der Halbkugel 7 ist am Träger 6 eine senkrecht ausgerichtete Stange 8 starr befestigt. Deren Oberseite liegt in der gleichen Ebene wie die Oberseite der an der Pinole 1 befestigten, L-förmigen Halte­ platte 2. Eine in dieser Ebene liegende Blattfeder 9 verbindet die Hal­ teplatte 2 und die Stange 8 miteinander. Die Blattfeder 9 ist biegeweich um die in der waagerechten Ebene liegenden Achsen x bzw. y, bildet jedoch eine starre Verbindung gegenüber Torsion um die vertikale z-Achse. Die Oberkante der mit dem Tastkopf 4 fest verbundenen Stange 8 ist daher gegen Bewegungen in der waagerechten Ebene, d. h. gegen Torsion um die z-Achse wie auch gegen Translation in x- bzw. y-Richtung, gesichert. Die Ruhelage des Tastkopfs 4 ist deshalb dann, wenn die Halbkugel 7 unter dem Eigengewicht des Tastkopfs in der zentrierenden Vertiefung 3 einge­ rastet ist, eindeutig bestimmt.

Der Tastkopf 4 kann aber bei einer Kollision mit einem Werkstück nach­ geben. Dann rastet, wie in Fig. 3 skizziert ist, die Halbkugel 7 aus der Vertiefung 3 aus. Dabei schließt der am Teil 6 a des Trägers 6 befestigte Schalter 10 , dessen Kontakte mit der Notstoptaste zur Stillsetzung der Antriebe der Meßmaschine verbunden sind. Nach Beseitigung der Kollision kehrt die Kugel 7 unter dem Eigengewicht des Tastkopfs 4 in die konische Vertiefung 3 zurück und stellt die zentrierte Ruhelage des Tastkopfs 4 hochgenau wieder her.

Die Nachgiebigkeit des Tastkopfes ist gegenüber allen fünf für den Kol­ lisionsfall in Betracht kommenden Raumrichtungen ±x, ±y und + z ge­ währleistet. Eine Nachgiebigkeit in Richtung -z kann entfallen, weil die Querabmessungen des Tastkopfes 4 die der darüber befindlichen Pinole 1 nicht übersteigen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Tastkopf 14 kollisionsge­ schützt am Ende des waagerechten Auslegers 11 einer Meßmaschine in Stän­ derbauweise befestigt. Bei diesem Maschinentyp wird eine Nachgiebigkeit des Tastkopfs 14 im Kollisionsfalle in allen sechs Raumrichtungen ±x, ±y und ±z gefordert.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Tastkopf 14 wieder an einem Träger 16 befestigt, dessen hakenförmiges Teil 16 a eine Halbkugel 17 an der Unterseite trägt. Mit dieser Halbkugel 17 ist der Träger 16 in eine sich konisch verjüngende Vertiefung 13 eingehängt. Wie im Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 ist eine Blattfeder 19 vorgesehen, die das am Ende einer mit dem Teil 16 a verbundenen Hülse 18 aufgesetzte Befestigungsteil 30 mit einer an der Stirnseite des Auslegers 11 befestigten Halteplatte 21 verbindet und damit den Tastkopf 14 gegen Torsion und Verkippung um bzw. gegen die z-Achse sichert.

Die Nachgiebigkeit in -z-Richtung wird dadurch erreicht, indem das L-förmige Teil 12, das die Vertiefung 13 trägt, nach Art einer Wippe um eine waagerechte Achse 31 drehbar gelagert ist. Das Teil 12 liegt mit der Achse 31 in einer V-förmigen Gabel 22 an der Halteplatte 21 und stützt sich gegen die Zugkraft einer zwischen Wippe 12 und Halteplatte 21 wirkenden Feder 23 auf einer Stützkugel 24 an der Halteplatte 21 ab. Der am Teil 16 a angebrachte Schalter 25 spricht nicht nur bei einem Ausrasten der Halbkugel 17, sondern auch bei einem Nachgeben des Tast­ kopfs in -z-Richtung an, wenn sich die Wippe 12 gegen die Kraft der Feder 23 um die Achse 31 dreht, die Kugel 17 aber eingerastet bleibt. Denn auch bei dieser Bewegung vergrößert sich der Abstand zwischen der Oberseite des vorderen Teils der Wippe 2 und des Teils 16 a der Halte­ rung 16.

Der Tastkopf 14 läßt sich manuell mittels einer Handhabe 27 arretieren und so der Kollisionsschutz außer Funktion setzen. Dazu sind an einer waagerechten, mit dem Schwenkhebel 27 verbundenen Welle 26, die im Trä­ ger 16 unterhalb der Wippe 12 gelagert ist, zwei Exzenternocken 28 und 29 angebracht. Bei Betätigung des Schwenkhebels 27 legen sich die Nocken 28 und 29 an die Unterseite der Wippe 12 an und verklemmen diese im Träger 16. Da die Achse der Welle 26 senkrecht zur Kippachse 31 der Wippe 12 angeordnet ist und wegen der Steifigkeit der Blattfeder 19 in y-Richtung ist die Arretierung auch bezüglich der Kippbewegung der Wippe 12 wirksam.

In der Aufsicht nach Fig. 4 ist die den Tastkopf 14 gegen Torsion sichernde Blattfeder 19 deutlich sichtbar. Die Blattfeder ist aus zwei V-förmig angeordneten Streifen 19 a und 19 b aus Federstahl gebildet, die in Längsrichtung durch Rippen 20 versteift sind. Infolge der Teilung in zwei Federblätter ist eine Verkippung um die Symmetrieachse y leicht möglich, so daß ein Ausrasten der Kugel 17 aus der Vertiefung 13 bei Kollision in Richtung der y-Achse gewährleistet ist. Die V-förmige Anordnung verhindert andererseits eine Translation der Oberseite der Stange 18 in y-Richtung und sichert damit den Tastkopf in zentrierter Position, d. h. bei eingerasteter Kugel 17 gegen Verkippungen.

Aus der perspektivischen Darstellung nach Fig. 6 ist ersichtlich, daß in die konische Vertiefung 13, in der sich die Halbkugel 17 zentriert, drei mit ihren Längsachsen gegeneinander geneigte Zylinder 13 a-c ein­ gelegt sind. Die Kugel 17 ruht daher auf drei diskreten Berührungs­ punkten, was gegenüber einer linienförmigen Anlage in einem reinen Rundkonus Vorteile hinsichtlich der Lagereproduzierbarkeit bietet.

Alternativ zu der im Beispiel nach Fig. 2 und 4 dargestellten Blatt­ feder 19 kann das in Fig. 5 gezeigte Befestigungselement, bestehend aus drei Stäben 119 a-c und einer Zugfeder 123 verwendet werden. Die Enden der Stäbe 119 a-c sind jeweils über Pendelkugellager 122 a-d an je zwei Punkten an der Tragplatte 121 und einem Befestigungsteil 130 am oberen Ende der vertikalen Stange 118 gelagert, wobei die Zugfeder 123 für Spielfreiheit sorgt. Die N-förmige Anordnung der drei Stäbe sichert auch hier die Oberseite der Stange 118 gegen Torsion und Translation in der Ebene der Achsen x und y, während Verdrehungen um beide Achsen x bzw. y und damit auch eine Translation der Stange 118 in z-Richtung zugelassen sind.

Claims (7)

1. Kollisionsschutz für den Tastkopf einer Meßmaschine in Form einer nachgiebigen Halterung für den Tastkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einem Zentrierkörper (3, 7; 13, 17) mit großem Frei­ hub besteht, in den der Tastkopf (4; 14) ausrückbar eingehängt ist und der gleichzeitig das Eigengewicht des Tastkopfs aufnimmt, sowie einem gelenkigen, den Tastkopf gegen Torsion sichernden, spielfreien Be­ festigungselement (9, 19; 119).

2. Kollisionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkörper eine von einer konischen Vertiefung (3; 13) aufgenom­ mene Kugel bzw. ein Kugelabschnitt (7; 17) ist.

3. Kollisionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement eine Blattfeder (9; 19) ist.

4. Kollisionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkörper (13, 17) auf einer gegen das Gehäuse (11) der Meßma­ schine vorgespannten, bei Übersteigen der Vorspannkraft nach unten nachgiebigen Wippe (12) angebracht ist.

5. Kollisionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (26-29) vorgesehen ist, durch die der Tastkopf (14) am Zentrierkörper (13, 17) arretierbar ist.

6. Kollisionsschutz nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwei mit ihrer Verbindungslinie orthogonal zur Achse (20) der Wippe (12) angeordnete Exzenternocken (28, 29) enthält, die mit einer Betätigungshandhabe (27) gekoppelt sind.

7. Kollisionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei Ausrastung des Zentrierkörpers (13, 17) ansprechender Schalter (25) vorgesehen ist.