DE3601910A1 - Tastkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tastkopf zur drei­ dimensionalen Antastung von Prüflingen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Es sind Tastköpfe dieser Art, die mechanisch arbeiten und eine berührende Antastung mittels des Tastelementes bedingen, bekannt (DE-PS 25 09 899), bei denen die Meßeinrichtung im Gehäuse enthalten und in bezug auf das Übertragungselement so angeordnet ist, daß damit dessen Translationsbewegung er­ faßt und in ein jeweils zugeordnetes Ausgangssignal umgeformt werden kann. Derartige Tastköpfe werden als komplett funktions­ fähige Elemente bedarfsweise in die Werkzeugaufnahme der drei­ dimensionalen Meß- und/oder Anreißmaschine eingesetzt, genauso wie sonstige Werkzeuge, die zum Arbeiten mit derartigen Maschinen notwendig sind, z.B. Anreißwerkzeuge od.dgl. Als Werkzeuge kommen u.a. auch solche in Betracht, die aus einem berührungs­ los mittels Lichtstrahl arbeitenden Antastwerkzeug bestehen. Derartige berührungslos arbeitende Antastwerkzeuge haben viel­ fältige Vorteile und haben sich demgemäß bewährt (DE-OS 35 45 008). Zur Vermeidung von Wiederholungen wird darauf verwiesen. Beim Arbeiten mit dreidimensionalen Meß- und/oder Anreißmaschinen ergeben sich Meß- oder Antastaufgaben, die z.B. bei einigen Meß­ stellen nicht mittels eines berührungslos arbeitenden Antastwerk­ zeuges gemeistert werden können, so daß man in solchen Fällen dieses Antastwerkzeug aus der Werkzeugaufnahme der Maschine entfernen und statt dessen einen mechanischen, berührend arbeitenden Tastkopf einsetzen muß. Diese Umrüstung ist zeitaufwendig und kompliziert und im übrigen auch fallweise relativ beschwerlich und lästig. Im übrigen muß die Maschine, bevor nach vollzogener Umrüstung mit diesem Tastkopf berührend angetastet werden kann, auf jeden Fall neu genullt werden, was ebenfalls kompliziert und vor allem zeitauf­ wendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tastkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, der beim Übergang von einem in der Werkzeug­ aufnahme der Maschine enthaltenen Werkzeug, insbesondere einem berührungslos z.B. mittels Lichtstrahl arbeitenden Antastwerkzeug, auf ein bedarfsweise erforderliches, durch berührende Antastung arbeitendes Werkzeug eine schnelle, einfache und zuverlässige Umrüstung ermöglicht, ohne daß das eine Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme ent­ nommen und statt dessen das andere, berührend arbeitende Werkzeug in die Werkzeugaufnahme eingesetzt werden muß.

Die Aufgabe ist bei einem Tastkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art gemäß der Erfindung gelöst durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1.

Durch die Ausbildung des Tastkopfes in erfindungsgemäßer Weise als Vorsatzkopf ohne eigene, enthaltene Meßein­ richtung ist es möglich, diesen Vorsatzkopf bedarfsweise kurzerhand an ein in der Werkzeugaufnahme der Maschine befindliches Werkzeug, insbesondere ein berührungslos mittels Lichtstrahl arbeitendes Antastwerkzeug, anzu­ kuppeln, z.B. auf dieses aufzustecken oder in dieses einzustecken, wobei dann das Funktionselement des in der Werkzeugaufnahme verbliebenen Werkzeuges, insbesondere der Lichtstrahl des berührungslos arbeitenden Antast­ werkzeuges, selbsttätig mit dem angekuppelten Vorsatz­ kopf zusammenarbeitet und nun dessen Übertragungselement antastet. Da die axialen Werte bei diesem Ankuppeln reproduzierbar die gleichen und bekannt sind, können diese Werte bei dieser Umstellung maschinenseitig rechnermäßig erfaßt werden, so daß rein rechnerisch zu­ gleich die Anpassung an den aufgesetzten Vorsatzkopf erfolgen kann, ohne daß es meist einer neuen Nullung der Maschine nach dem Ankuppeln des Vorsatzkopfes bedarf. Die Erfindung macht daher beim Übergang von einem Werk­ zeug, z.B. einem berührungslos mittels Lichtstrahl arbeitenden Antastwerkzeug, auf einen berührend ar­ beitenden mechanischen Tastkopf sowie beim Rückumwandeln eine jeweilige Entnahme des jeweiligen Werkzeuges aus der maschinenseitigen Werkzeugaufnahme und ein Einstecken des anderen Werkzeuges in die Werkzeugaufnahme entbehr­ lich, so daß die Umrüstung nunmehr einfach, komplikations­ los und vor allem in kürzester Zeit sehr schnell erfolgen kann.

Die Erfindung schafft zugleich die Voraussetzungen dafür, auch bisher schon vorhandene und benutzte Tastköpfe zur berührenden Antastung zu solchen gemäß der Erfindung nachträglich umzurüsten, ohne daß dies aufwendige neue Teile und aufwendige Arbeiten bedingt. Es braucht ledig­ lich bei vorhandenen Tastköpfen mit darin angeordneter Meßeinrichtung, die das Übertragungselement abtastet und meist aus einem elektrischen Mikroschalter besteht, diese Meßeinrichtung entfernt und das rückwärtige Ende des Gehäuses zur Schaffung einer Aufstecköffnung durch Ent­ fernen entsprechender Gehäuseteile geöffnet zu werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den An­ sprüchen 2-10. Dadurch ist eine einfache Kupplungsein­ richtung mit Kupplungselementen geschaffen, die eine schnelle Ankupplung des Tastkopfes an ein maschinenseitig in der Werkzeugaufnahme verbliebenes Werkzeug und ein schnelles Abkuppeln davon ermöglichen, wobei immer eine reproduzierbare axiale und radiale Sollposition zwischen beiden zu kuppelnden Werkzeugen sichergestellt ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich nur Nennung der Anspruchsnummern darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische, teilweise ge­ schnittene Ansicht eines Tastkopfes, gekuppelt mit einem Werkzeug in Form eines berührungslos mittels Lichtstrahl arbeitenden Antastwerkzeuges.

Der in der Zeichnung gezeigte Tastkopf 10 ist zum dreidimensionalen Antasten nicht weiter gezeigter Prüf­ linge vorgesehen und für dreidimensionale Meß- und An­ reißmaschinen bestimmt. Beim Arbeiten mit dreidimensio­ nalen Meß- und/oder Anreißgeräten, z.B. der Art, wie aus DE-PS 17 73 282 und 17 98 419 ersichtlich ist, werden in eine maschinenseitige Werkzeugaufnahme, z.B. in Gestalt eines Würfelkopfes oder anderer Art, die einzelnen Werkzeuge eingesetzt. Als Werkzeuge kommen die verschiedensten in Betracht, u.a. solche, die zur be­ rührenden Antastung von Prüflingen dienen, wie der Tast­ kopf 10, oder insbesondere berührungslos mittels Licht­ strahl arbeitende Antastwerkzeuge. Insbesondere derartige berührungslos arbeitende Antastwerkzeuge haben viel­ fältige Vorteile. Hierzu wird nur beispielsweise auf DE-OS 35 45 008 verwiesen. Es gibt Antastaufgaben, bei denen die Prüflinge oder Meßstellen nicht mit einem derartigen vorteilhaften, berührungslos mittels Licht­ strahl arbeitenden Antastwerkzeug angetastet werden können, so daß eine Antastung nur mit einem berührend arbeitenden Antastwerkzeug entsprechend dem Tastkopf 10 möglich ist. Bei herkömmlichen Werkzeugen muß dann das berührungslos arbeitende Antastwerkzeug aus der Ma­ schinenaufnahme entfernt und durch Einsetzen des be­ rührend arbeitenden Tastkopfes 10 ersetzt werden, was eine zeitaufwendige komplizierte Umrüstung erforderlich macht, bei der je nach den Gegebenheiten vor Fortsetzung der Messung die Maschine mittels eines Referenzelementes neu genullt werden muß. Beim gezeigten Ausführungs­ beispiel ist der Tastkopf 10 so gestaltet, daß die beschriebene Umrüstung entbehrlich ist und der Tastkopf 10 statt dessen schnell und einfach an das maschinen­ seitig in der Aufnahme belassene Werkzeug, insbesondere Antastwerkzeug, angekuppelt werden kann.

In der Zeichnung ist dieses Werkzeug schematisch mit 30 angedeutet und hier als herührungslos mittels Licht­ strahl, der gestrichelt mit 31 angedeutet ist, arbeitendes Antastwerkzeug ausgebildet. Es versteht sich aber, daß bei anderen Ausführungsbeispielen das Werkzeug 30 anderer Art sein kann.

Der Tastkopf 10 weist ein Gehäuse 11 auf, an dessen einem Ende 12 der Endabschnitt 13 eines berührend ar­ beitenden Tastelementes 14 herausgeführt ist, das inner­ halb des Gehäuses 11 mittels zumindest einer hier nicht interessierenden und daher nicht weiter gezeigten Lager­ einrichtung in allen Richtungen eines räumlichen Ko­ ordinatensystems beweglich gelagert ist. Im Gehäuse 11 ist eine nicht weiter gezeigte Übertragungseinrichtung enthalten, mittels der die Bewegung des Tastelements 14 in eine zur Längsmittelachse 15 koaxiale Translations­ bewegung eines mechanischen Übertragungselementes 16 um­ formbar ist, von dem in der Zeichnung das obere Ende und dort eine plane axiale Stirnfläche 17 zu erkennen ist. Das Übertragungselement 16 ist im Gehäuse 11 so gehalten und geführt, daß es nur eine Translationsbe­ wegung in Richtung der Längsmittelachse 15 ausführen kann, bei der die Stirnfläche 17 immer rechtwinklig zur Längsmittelachse 15 ausgerichtet bleibt. Auf das Über­ tragungselement 16 wirkt eine Feder 18, die sich mit einem Ende am Übertragungselement 17 abstützt und der Rückstellung des Übertragungselementes 16 und über dieses des Tastelementes 14 in die jeweilige Ausgangs­ stellung dient. Das andere Ende der Feder 18 ist an einem Ring 19 abgestützt, der im Gehäuse 11 fest ange­ ordnet ist und eine zur Längsmittelachse 15 koaxiale zentrale Ringöffnung 20 enthält, die mit einem Gewinde 21 versehen sein kann. Der Durchmesser der Ringöffnung 20 und der demgegenüber noch größeren Windungen der Feder 18 ist so groß, daß der gestrichelt angedeutete Lichtstrahl 31 ungehindert hindurchgelangen und auf die Stirnfläche 17 auftreffen kann.

Das Werkzeug 30 in Gestalt des berührungslos mittels Lichtstrahl 31 arbeitenden Antastwerkzeuges enthält eine an sich bekannte, nicht weiter sichtbare Meßein­ richtung 32, zu der auch das den Lichtstrahl 31 aus­ sendende Element gehört. Mittels dieser Meßeinrichtung ist die Translationsbewegung des Übertragungselementes 16 erfaßbar und in ein zugeordnetes, z.B. elektrisches, Ausgangssignal des Werkzeuges 30 umformbar.

Der beschriebene Tastkopf 10 kann hinsichtlich der Gestaltung der Übertragungseinrichtung, also der Funktions­ elemente, die in der Wirkungskette zwischen dem Tast­ element 14 und dem Übertragungselement 16 liegen, in herkömmlicher Weise ausgebildet sein, z.B. gemäß DE-PS 25 09 899. Der daraus ersichtliche Tastkopf ent­ hält im Gehäuse 11 als Meßeinrichtung, mittels der die Translationsbewegung des Übertragungselementes 16 er­ faßbar und in ein zugeordnetes Ausgangssignal umformbar ist, ein Schaltelement, z.B. einen bekannten elektrischen Mikroschalter, der in die Ringöffnung 20 eingesetzt und im Ring 19 axial fixiert ist, was z.B. durch Einschrauben in das Gewinde 21 geschieht. Diese Meßeinrichtung in Form des Mikroschalters weist einen aus diesem heraus­ geführten, z.B. federbelasteten Stift auf, der an der Stirnfläche 17 des Übertragungselementes 16 anstößt. Ein so gestalteter Tastkopf mit eingeschraubter Meßein­ richtung in Form eines elektrischen Mikroschalters gemäß DE-PS 25 09 899 erzeugt ein eigenes Ausgangssignal.

Der gezeigte Tastkopf 10 ist statt dessen nicht mit einer eigenen Meßeinrichtung versehen, kann aber wahlweise damit ausgerüstet werden. Der Tastkopf 10 ist als Vor­ satzkopf 22 für das maschinenseitig aufgenommene oder aufnehmbare Werkzeug 30 in Gestalt des berührungslos z.B. mittels Lichtstrahl 31 tastenden Antastwerkzeuges ausgebildet, das die Meßeinrichtung 32 enthält, mit der das Übertragungselement 16 beim Vorsetzen des Vorsatz­ kopfes 22 vor das Werkzeug 30 in Wirkverbindung bringbar ist.

Der Vorsatzkopf 22 weist am dem Ende 12 gegenüber­ liegenden anderen Ende eine Kupplungseinrichtung 23 zum Ankuppeln an das Werkzeug 30 auf. Die Kupplungsein­ richtung 23 weist im Gehäuse 11 eine Aufnahme 24 auf, die hier in besonders einfacher Weise aus einem endseitig offenen Zylinderhülsenabschnitt 25 des Gehäuses 11 be­ steht. Im Zylinderhülsenabschnitt 25 ist ein zugeord­ neter, dazu passender Teil 33 in Form eines vorderen Zylinderabschnittes 34 des Werkzeuges 30 paßgenau koaxial aufnehmbar, was beim Aufstecken des Tastkopfes 10 auf den Zylinderabschnitt 34 geschieht.

Die Kupplungseinrichtung 23 weist im Gehäuse 11 einen Axialanschlag auf, der die Eindringtiefe des Zylinder­ abschnittes 34 beim Aufstecken begrenzt und für eine reproduzierbare axiale Relativlage des Tastkopfes 10 und des Werkzeuges 30 sorgt. Der Axialanschlag ist hier in besonders einfacher Weise durch den Ring 19 gebildet, und zwar durch dessen plane Anschlagfläche 26 auf der dem Übertragungselement 16 abgewandten Seite. Der Zylinderabschnitt 34 des Werkzeuges 30 ist ebenfalls mit einem Axialanschlag versehen, der hier durch die plane Anschlagfläche 35 am Stirnende des Zylinderab­ schnittes 34 selbst gebildet ist, mit der das Werkzeug 30 an der Anschlagfläche 26 beim Zusammenkuppeln anschlägt.

Die Kupplungseinrichtung 23 weist außerdem ein entriegel­ bares Sperrglied 27 auf, das in der gezeigten gekuppelten Stellung an einer Sperrfläche 38 des Zylinderabschnittes 34 unter Sicherung der axialen Sollposition angreift. Das Sperrglied 27 besteht aus einer in Radialrichtung des Gehäuses 11 verstellbaren Schraube, die in eine Gewindebohrung 29 des Zylinderhülsenabschnittes 25 eingeschraubt ist. Mit seinem z.B. kegelförmigen Ende hintergreift dieses Sperrglied 27 die Sperrfläche 38 und liegt daran an. Die Sperrfläche 38 ist als Ring­ schulterfläche ausgebildet, die derart schräg verläuft, daß diese Sperrfläche 38 sich in Richtung gegensinnig zum Endabschnitt 13 etwa kegelstumpfartig verjüngt. Die Sperrfläche 38 ist hier durch die Nutflanke einer im Querschnitt etwa V-förmigen Ringnut 37 gebildet, die außen in dem Zylinderabschnitt 34 enthalten ist.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Kupplungseinrichtung zwei koaxial ineinander­ schraubbare Teile auf, von denen der eine Teil am Ende des Gehäuses 11 und der andere Teil am Werkzeug 30 vorge­ sehen ist. So kann der Zylinderabschnitt 34 mit einem Außengewinde und der Zylinderhülsenabschnitt 25 mit einem entsprechenden Innengewinde versehen sein, in das das Werkzeug 30 soweit einschraubbar ist, bis die An­ schlagfläche 35 unter axialer Begrenzung und Her­ stellung der Sollposition an der Anschlagfläche 26 an­ schlägt.

Ist in der nicht gezeigten dreidimensionalen Meß- und/oder Anreißmaschine das Werkzeug 30 in Gestalt des berührungs­ los mittels Lichtstrahl 31 antastenden Antastwerkzeuges aufgenommen, so benötigt man im Augenblick den Vorsatz­ kopf 22 nicht. Ergeben sich Antast- oder Meßaufgaben, die mit dem Werkzeug 30 mittels dessen Lichtstrahl 31 nicht zu bewerkstelligen sind, muß lediglich der Vorsatz­ kopf 22 genommen und mit dem offenen Ende am Zylinder­ hülsenabschnitt 25 auf den Zylinderabschnitt 34 des Werkzeuges 30 aufgesteckt werden. Eine relative Dreh­ ausrichtung des Vorsatzkopfes 22 in bezug auf das Werk­ zeug 30 um die Längsmittelachse 15 ist nicht erforder­ lich. Nach Einstecken muß lediglich das Sperrglied 27 in Form der Schraube um einige Gänge und soweit einge­ schraubt werden, bis das Ende des Sperrgliedes 27 an der Sperrfläche 38 anliegt und über deren Schrägverlauf da­ für sorgt, daß eine axiale Kraftkomponente in Richtung zum Werkzeug 30 erzeugt wird, mit der der Tastkopf 22 mit seiner Anschlagfläche 26 axial gegen die Anschlag­ fläche 35 des Werkzeuges 30 angezogen wird und in dieser Position gesichert bleibt.

Claims (10)

1. Tastkopf zur dreidimensionalen Antastung von Prüflingen, für dreidimensionale Meß- und/oder Anreißmaschinen, mit einem berührend arbeitenden Tastelement (14) in einem Ge­ häuse (11), in dem das Tastelement (14) mittels zumindest einer Lagereinrichtung in Richtung der Achsen eines räum­ lichen Koordinatensystems beweglich gelagert ist und in dem eine Übertragungseinrichtung enthalten ist, mittels der die Tastelementbewegung in eine koaxiale Translations­ bewegung eines mechanischen Übertragungselementes (16) umformbar ist, dessen Translationsbewegung mittels einer Meßeinrichtung erfaßbar und in ein zugeordnetes Ausgangs­ signal umformbar ist, gekennzeichnet durch die Ausbildung aus Vorsatzkopf (22) für ein maschinenseitig aufnehmbares Werkzeug (30), insbesondere berührend oder berührungslos, z.B. mittels Lichtstrahl (31), arbeitendes Antastwerkzeug, das die Meßeinrichtung (32) aufweist, mit der das Übertragungselement (16) beim Vor­ setzen in Wirkverbindung bringbar ist.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorsatzkopf (22) am dem herausragenden Abschnitt (13) des berührend ar­ beitenden Tastelementes (14) abgewandten Ende eine Kupplungseinrichtung (23) zum Ankuppeln an das Werk­ zeug (30) aufweist.

3. Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (23) eine Aufnahme (24) im Gehäuse (11) aufweist, in der ein zugeordneter und dazu passender Teil (33) des Werkzeuges (30) in reproduzierbarer Position aufnehm­ bar ist.

4. Tastkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsein­ richtung (23) einen endseitig offenen Zylinderhülsen­ abschnitt (25) des Gehäuses (11) aufweist, in den ein vorderer Zylinderabschnitt (34) des Werkzeuges (30) paßgenau koaxial einsteckbar ist.

5. Tastkopf nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsein­ richtung (23) im Gehäuse (11) einen Axialanschlag (19) aufweist, der vorzugsweise eine plane Anschlagfläche (26) trägt und gegen den der Teil (33) des Werkzeuges (30) mit einer zugeordneten, vorzugsweise planen, Anschlagfläche (35) in seine axiale Sollposition beim Zusammenkuppeln andrückbar ist.

6. Tastkopf nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsein­ richtung (23) zumindest ein entriegelbares Sperrglied (27) aufweist, das in der gekuppelten Stellung an einer Sperrfläche (38) des Teiles (33) des Werkzeuges (30) unter Sicherung der axialen Sollposition des Werkzeuges (30) angreift.

7. Tastkopf nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sperrglied (27) als in Radialrichtung des Gehäuses (11) verstell­ bare Schraube ausgebildet ist, deren Ende die Sperr­ fläche (38) hintergreift und daran anliegt.

8. Tastkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrfläche (38) als schräge Ringschulterfläche am Teil (33) des Werkzeuges (30), insbesondere am einsteckbaren vorderen Zylinderabschnitt (34), ausgebildet ist.

9. Tastkopf nach einem der Ansprüche 6-8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Teil (33) des Werkzeuges (30), insbesondere der vordere Zylinderabschnitt (34), außen eine im Querschnitt etwa V-förmige Ringnut (37) aufweist, deren eine Nut­ flanke die Sperrfläche (38) bildet.

10. Tastkopf nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsein­ richtung zwei koaxial ineinanderschraubbare Teile aufweist, von denen der eine Teil am Gehäuse (11) und der andere Teil am Werkzeug (30) angeordnet ist.