DE3727923A1 - Dynamischer tastkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen dynamischen Tastkopf für Meßmaschinen und für den Einsatz in Bearbeitungsmaschinen zur Lösung von Meßaufgaben nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-PS 32 34 851 ist ein solcher dynamischer Tastkopf für Meß­ maschinen bekannt, bei dem ein Packet von fünf übereinander liegenden und mit gleich-langen Hebelarmen ausgestatteten Platten vorgesehen ist, die an ihren Seitenkanten gelenkig untereinander verbunden sind, so daß ein Kraftfluß in bestimmter Weise eingehalten wird. Die übereinander liegenden Platten des bekannten Tastkopfes sind starre Metallscheiben. Die Gelenke an den Seitenkanten werden durch rechtwinklig zu den Platten angeordnete Blattfedern gebildet. Bei diesem bekannten Tastkopf hat sich herausgestellt, daß der Bauteileaufwand relativ hoch ist und die Einzel­ teile nach relativ aufwendiger und präziser Einzelherstellung sehr sorg­ fältig montiert werden müssen, damit die gewünschte Meßgenauigkeit des Tastkopfes gewährleistet ist. Hinzu kommt, daß die jeweils über zwei Platten an den Blattfedergelenken mögliche Auslenkung des Taststiftes nur unter einem relativ hohen Kraftaufwand erfolgen kann.

Aus der DE-PS 26 20 099 ist ein Meßkopf bekannt, welcher mit in den drei Koordinatenrichtungen bewegbaren Meßtastern ausgerüstet ist und bei dem Blattfedergelenke mit hintereinander geschalteten Blattfedern vorgesehen sind.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen dynamischen Tastkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der nur mit wenigen Einzelteilen aufgebaut ist und in den Koordinatenrichtungen X und Y sowohl definierte als auch relativ leichte Auslenkkräfte sowie eine gute Reproduzierbarkeit der Bewegungen des gesamten Tasters aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichen­ teiles von Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäße Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 6.

Der besondere Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß die drei zwischen den beiden äußeren Scheiben liegenden Platten als Blattfedern ausge­ bildet sind, die an ihren Außenkanten miteinander gelenkig verbunden sind. Diese Ausbildung erspart die üblicherweise an den Seitenkanten angebrachten Blattfedergelenke für die Auslenkung des Tasters. Außerdem ist die Bauhöhe der übereinander gelegten Scheiben wegen der einge­ setzten Blattfedern außerordentlich gering. Die Blattfederscheiben sind an ihren der Verbindung untereinander dienenden Seitenkanten durch Schweißen, bspw. Laserschweißen, fest verbunden, was ihre Verschiebung untereinander verhindert und zur Versteifung in Auslenk­ richtung beiträgt. Durch den Einsatz von Stiften, die in Bohrungen der übereinander aufgebauten Blattfedern eintauchen, findet in vor­ teilhafter Weise eine ständige Zentrierung des Tastkopfes nach einem Antastvorgang statt.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt, das mit weiteren Vorteilen beschrieben wird.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Tastkopfes;

Fig. 2 der Tastkopf in der Seitenansicht;

Fig. 3 der Tastkopf in der um 90° gedrehten Seitenansicht gemäß dem Pfeil III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Tastkopf entsprechend dem Pfeil IV in Fig. 2.

Der Tastkopf 1 ist in einem Gehäuse 15 eingebaut und besitzt einen zentral angeordneten Taster 2. Der gesamte Tastkopf 1 besteht aus einem Paket von fünf übereinanderliegenden Platten 3, 4, 5, 6, 7, die über Gelenke 8, 9, 10, 11 an ihren Seitenkanten untereinander verbunden sind. Dies bedeutet, daß bei Auslenkung des Tasters 2 in eine der Koordinatenrichtungen X, Y das Plattenpaket des Tast­ kopfes 1 um eine an den Seitenkanten der Platten verlaufende Kippachse kippt.

Im einzelnen ist der Aufbau des Tastkopfes 1 so vorgenommen, daß eine obere feste Scheibe 3 von rechteckigem Querschnitt an einer Seitenkante die zweite Scheibe 4 aufnimmt, die als Blattfeder ausge­ bildet ist. Diese Blattfederscheibe 4 ist durch einen Steg 14 an die obere Platte 3 durch Schrauben 17 befestigt. Diese Befestigung bildet gleichzeitig das erste Gelenk 8 mit der Kippachse entlang der Seitenkante 18 der Scheibe 3. Gegenüberliegend diesem Gelenk 8 ist ein zweites Gelenk 9, welches als ein Zylinder ausgebildet ist, der sich entlang der Seitenkante 19 der Blattfeder 4 erstreckt. Dieser Zylinder ist parallel zu seiner Längsachse aufgeschlitzt, so daß die Seitenkante 19 der Blattfederscheibe 4 in das Gelenk eingeklemmt werden kann. Die dritte Scheibe 5 ist wiederum als Blatt­ feder ausgebildet und ebenfalls in den Zylinder des Gelenkes 9 zu­ sätzlich zur Blattfederscheibe 4 eingesetzt und dabei mit ihrer Seitenkante mit der Seitenkante der Blattfederscheibe 4 verschweißt ist. Die beiden Blattfederscheiben 4 und 5 sind also in einem einzigen zylindrisch ausgebildeten Gelenk 9 eingeklemmt. Um 90° zum Gelenk 9 versetzt befindet sich an der Seitenkante 20 der Blattfederscheibe 5 wiederum ein Gelenk 10, welches ebenfalls als ein Zylinder ausge­ bildet ist, der entlang der Seitenkante 20 der Blattfederscheibe 5 aufgeschlitzt ist.

In diesem Schlitz des Zylinders ist die Seitenkante der weiteren Blattfederscheibe 6 eingeklemmt, welche außerdem an dem vom Gelenk 10 gegenüberliegenden Ende durch einen Steg 14 mit Schrauben 17 auf der unteren Platte 7 gelenkig befestigt ist. Die Seitenkante der Blattfederscheiben 5 und 6 im Gelenk 10 sind ebenfalls miteinander durch Schweißen, bspw. Laserschweißen, unverschieblich miteinander verbunden.

Durch diese Anordnung der zwischen den beiden äußeren starren Scheiben 3 und 7 als Paket eingesetzten und miteinander gelenkig verbundenen Blattfederscheiben 4, 5 und 6 ergibt sich folgender Kraftfluß bei Auslenkung des Tasters 2 in den Koordinatenrichtungen X und Y:

Von der oberen starren Scheibe 3 verläuft die Kraft über das Ge­ lenk 8 auf die Blattfederscheibe 4 und von dieser Blattfederscheibe 4 über das dem Gelenk 8 direkt gegenüberliegende Gelenk 9 auf die weitere Blattfederscheibe 5. Von dieser geht der Kraftfluß weiter über das um 90° zum Gelenk 9 versetzt angeordnete Gelenk 10 auf die nächste Blattfederscheibe 6 über. Von dort verläuft der Kraftfluß über das dem Gelenk 10 wieder gegenüberliegende letzte Gelenk 11 auf die untere starre Scheibe 7.

Aus der beispielhaften Darstellung ist ersichtlich, daß die Hebel­ arme vom Taster 2 zu allen vier Seiten immer gleichlang sind. Der Taster 2 kippt immer über eine parallel zu den Koordinatenrichtungen X oder Y laufende Seitenkante einer Scheibe bzw. Blattfederscheibe. Dies gewährleistet ein sehr genaues Abkippen in den Koordinaten­ richtungen. Durch die zwischen den beiden äußeren Scheiben 3 und 7 angeordneten Blattfederscheiben 4, 5 und 6 ist ein relativ weiches Abkippen des Tasters über die Kippachsen möglich, was durch ent­ sprechende Federhärten der Blattfederscheiben 4, 5, 6 veränderbar ist.

Zur Erzeugung einer definierten Auslenkkraft in den Koordinaten­ richtungen X und Y sind entsprechend dem Beispiel in Fig. 1 die übereinanderliegenden Scheiben 3, 4, 5, 6 und 7 durch vier an den Platteneckpunkten angeordneten und auf Zug beanspruchte Federn 16 in der Ruhelage gehalten.

Um nach jedem Antasten des Tasters 2 an einem Werkstück und einem entsprechenden Auslenkvorgang für den Tastkopf immer wieder die gleiche Ausgangsposition der einzelnen Scheiben zu gewährleisten, sind in die äußere Scheibe 3 insgesamt drei zueinander verteilt angeordnete Stifte 13 befestigt, welche nach unten in Richtung auf die äußere Platte 7 hervorragen und in koaxial untereinander ange­ ordnete Bohrungen 12 der Blattfederscheiben 4, 5 und 6 eintauchen. Diese Bohrungen 12 sind gegenüber den Stiften 13 von relativ großem Durchmesser, um dadurch das Abkippen des Tasters 2 über die jeweiligen Gelenke nicht zu beeinträchtigen.

Die Rückführung des Tasters 2 geschieht im wesentlichen durch die Blattfederscheiben 4, 5 und 6 in den Gelenken 8, 9, 10 und 11 und wird durch die an den vier Eckpunkten angebrachten Zugfedern 16 unterstützt.

Die Auslenkung des Tasters 2 in der Koordinatenrichtung Z erfolgt gegen die Kraft einer eingesetzten Feder 21, die sich im Gehäuse 15 des Tastkopfes 1 abstützt. Dazu kann das Auslenken des Tasters 2 in der Z-Richtung nach oben durch einen Anschlag im Gehäuse 15 be­ grenzt sein.

Die Ausbildung der Scheiben 4, 5, 6 als Blattfedern und ihre beson­ dere Anordnung im Winkel um 90° zueinander bietet die großen Vor­ teile, daß einmal die Blattfederscheiben selbst relativ lange Feder- Hebelarme bilden und zum anderen ihre Beanspruchung immer in Faser­ richtung des Werkstoffes erfolgt. Dies hat zur Folge, daß bei Kollisionen des Tasters 2 mit einem ortsfesten Gegenstand eine federnde Auslenkung geschieht, ohne daß eine bleibende Verformung der Blattfederscheiben 4, 5, 6 oder ihrer Gelenke 8, 9, 10, 11 eintritt.

Dadurch ist die Wirksamkeit und Funktionsfähigkeit insbesondere gegenüber dem Tastkopf nach der DE-PS 32 34 851 in erfinderischer Weise entscheidend verbessert worden.

An die Stelle der Verschweißung der Blattfederscheiben 4, 5, 6 kann im Sinne der Erfindung auch jede andere feste Verbindung treten, wie bspw. Nieten, Schrauben, Kleber oder dgl. Das gleiche gilt für die Verbindung der Seitenkanten der Blattfederscheiben 4 und 6 mit den äußeren Scheiben 3 und 7. Hier kann statt der Verschraubung ein Schweißen, Nieten oder Kleben gewählt werden. Entscheidend ist es, daß die Scheiben 3, 4, 5, 6, 7 im Betrieb untereinander unver­ schieblich sind, so daß immer reproduzierbare Auslenkungen des Tasters 2 möglich sind. Die geschlitzten Zylinder haben darüberhinaus die Funktion der Schutzkappe für die Seitenkanten der Blattfeder­ scheiben und eine Versteifung übernommen, so daß die Auslenkung immer exakt in einer Richtung erfolgt und undefinierte Querbewegungen der Blattfedern unterbleiben.

Eine andere Alternative besteht darin, die drei Blattfederschei­ ben 4, 5, 6 aus einem Stück herzustellen. Dazu wird die einzige Scheibe derart abgeknickt bzw. abgewinkelt, daß drei Blattfeder­ scheiben 4, 5, 6 entstehen, die entsprechend der zeichnerischen Darstellung zueinander in Wirverbindung stehen.

Hinsichtlich der drei Stifte 13 ist noch auszuführen, daß diese nicht nur eine Zentrierung der Blattfederscheiben 4, 5, 6 und deren einwandfreie Lager übereinander nach erfolgter Auslenkung gewähr­ leisten, sondern auch eine Dreipunktauflage der Scheiben 3, 4, 5, 6, 7 bilden.

Claims (9)

1. Dynamischer Tastkopf für Meßmaschinen und für den Einsatz in Bear­ beitungsmaschinen zur Lösung von Meßaufgaben, mit einem zentral eingesetzten und in mindestens zwei Koordinatenrichtungen auslenk­ baren Taster, der um eine vom Taster immer gleich weit entfernte und immer in gleicher Ebene liegende Kippachse kippbar ausgebildet ist, und mit einer elektromechanischen, induktiven oder optischen Signalübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (1) ein Paket von fünf übereinanderliegenden, mit gleichlangen Hebelarmen ausgestatteten Platten, Scheiben o.dgl. (3, 4, 5, 6, 7) aufweist, von denen die drei zwischen den äußeren Scheiben (3, 7) angeordneten Scheiben (4, 5, 6) Blattfedern sind, die untereinander und mit den äußeren Scheiben (3, 7) gelenkig derart verbunden sind, daß der Kraftfluß bei Auslenkung des Tasters (2) in die Koordinatenrichtungen X und Y von der ersten Scheibe (3) über das Gelenk (8) auf die zweite Blattfederscheibe (4), von der zweiten Blattfederscheibe (4) über das gegenüberliegende Gelenk (9) auf die dritte Blattfederscheibe (5), von dieser über das um 90° versetzte Gelenk (10) auf die vierte Blattfederscheibe (6) und von dieser über ein wiederum gegenüberliegendes Gelenk (11) auf die fünfte Scheibe (7) verläuft.

2. Dynamischer Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich ihrer Längskanten die Gelenke (8, 9, 10, 11) bildenden Scheiben (3, 4, 5, 6, 7) fest miteinander verbunden sind.

3. Dynamischer Tastkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zumindest der Blattfederscheiben (4, 5, 6) durch Schweißen hergestellt ist.

4. Dynamischer Tastkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (9, 10) der Blattfederscheiben (4, 5, 6) mit ihren zugeordneten verschweißten Endkanten in die in der Längsachse aufgeschlitzten Zylinder eingeklemmt sind.

5. Dynamischer Tastkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfederscheiben (4, 5, 6) zumindest eine koaxial zuein­ ander angeordnete Durchgangsbohrung (12) aufweisen, in die ein mit einer äußeren Scheibe (3, 7) fest verbundener Stift (13) eintaucht.

6. Dynamischer Tastkopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfederscheiben (4, 5, 6) mit den äußeren Scheiben (3, 7) durch aufgeschraubte oder aufgenietete Stege (14) gelenkig verbunden sind.

7. Dynamischer Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (2) in der Koordinatenrichtung Z gegen die Wirkung der Blattfederscheiben (4, 5, 6) geradlinig in der Z-Achse bewegbar ist.

8. Dynamischer Tastkopf nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Scheiben (3, 4, 5, 6, 7) durch vier an den Scheibenecken angeordnete und auf Zug beanspruchte Federn (16) in Ruhelage gehalten sind.

9. Dynamischer Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfederscheiben (4, 5, 6) aus einer gemeinsamen Feder­ scheibe gebildet sind, die an den entsprechenden Kanten abge­ winkelt ist.