DE3811851A1 - Auswechselbare befestigung eines taststiftes am tastkopf einer koordinatenmesseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufnahme zur auswechselbaren Befestigung eines Taststiftes oder einer Taststiftkombina­ tion am Tastkopf einer Koordinatenmeßeinrichtung, die aus einer elektrisch arbeitenden Spanneinrichtung mit einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten besteht, dessen Feld dem des Permanentmagneten überlagert ist, wobei der Anschlußkörper des Taststiftes oder der Taststiftkombina­ tion durch die Spanneinrichtung gegen ein seine Lage be­ stimmendes Lager im Aufnahmekörper am Tastkopf gezogen wird.

Eine auswechselbare Befestigung eines Taststiftes der vor­ genannten Art ist durch die EP 01 28 464 bereits bekannt. Diese bekannte Aufnahmeeinrichtung besitzt ein isostati­ sches Dreipunktlager, gegen das eine aus drei Bauteilen zu­ sammengesetzte Anlageplatte des Taststiftes von der elektro­ magnetischen Spanneinrichtung gezogen wird. Diese dreiteili­ ge Anlageplatte besteht aus Stahl. Bei einem automatisch ge­ steuerten Tasterwechsel wird der Elektromagnet mit Gleich­ strom beaufschlagt, wodurch ein Magnetfeld entsteht, dessen Betrag etwa dem des eingesetzten Permanentmagneten ent­ spricht, dessen Richtung aber entgegengesetzt ist. Dadurch wird das resultierende Gesamtmagnetfeld nahezu zu Null. Auf­ grund dieser Überlagerung verschwindet die Haltekraft zwi­ schen den Magneten und der dreigeteilten Platte, wodurch die Taststiftkombination unter Zuhilfenahme von Tellerfedern aus dem Aufnahmekörper gelöst wird.

Der Aufbau des Anschlußkörpers mit der Taststiftkombination ist aufgrund der drei miteinander in Verbindung stehenden Platten relativ aufwendig. Hinzu kommt die Notwendigkeit von Tellerfedern, um die Magnetbauteile bei Aufhebung des Magnetfeldes des Permanentmagneten gegen den Deckel eines Gehäuses zu verschieben, wodurch der notwendige Luftspalt entsteht, um die Taststiftkombination aus dem Tastkopfge­ häuse entnehmen zu können. Bei diesem bekannten Taststift­ wechselhalter sind relativ viele Einzelteile notwendig, die jeweils aufeinander abgestimmt sein müssen, um eine einwand­ freie Funktion zu gewährleisten.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Aufnahme zur auswechsel­ baren Befestigung eines Taststiftes oder einer Taststift­ kombination am Tastkopf einer Koordinatenmeßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein automati­ sches Auswechseln eines Taststiftes oder einer Taststiftkom­ bination mit nur wenig und technisch einfachen Mitteln bei Einsatz einer elektrisch arbeitenden Spanneinrichtung durch­ führbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anschlußkörper topfförmig gestaltet und koaxial unter dem Aufnahmekörper angeordnet ist und einen am Aufnahmekörper angeschlossenen Stahlring im radialen Abstand zur Zylinder­ wand des Anschlußkörpers aufnimmt, in den zentrisch ein Spu­ lenkörper mit Spulenwicklung eingesetzt ist, dessen einstüc­ kig angesetzter oberer Bund stirnseitig den Permanentmagne­ ten trägt und mit seiner Mantelfläche im radialen Abstand zum Stahlring im Anschlußkörper angeordnet ist. Der Stahl­ ring kann dabei stirnseitig mit dem Aufnahmekörper ver­ schraubt sein. Ferner kann der Stahlring mit einer gegenüber der oberen Stirnfläche schmaleren Fußfläche ausgebildet sein, mit welcher er auf den Boden des Anschlußkörpers auf­ steht.

Mit diesem einfachen Aufbau mit nur wenigen Einzelteilen ist sowohl eine sichere Halterung des Anschlußkörpers mit den Tastern im Aufnahmekörper des Tastkopfes als auch ein automatisches Auswechseln ohne technische Probleme möglich. Der einstückig ausgebildete topfförmige Anschlußkörper nimmt den Spulenkörper mit der Spulenwicklung auf und wird von dem mit dem Aufnahmekörper verbundenen Stahlring gehal­ ten. Dabei bilden die schmalen Stirnflächen des Stahlringes, die auf dem Boden des Anschlußkörpers aufstehen, die Halte­ flächen für den Anschlußkörper am Aufnahmekörper. Die Halte­ kraft wird in diesem Fall durch den Permanentmagneten er­ zielt. Bei einer erfolgenden Bestromung der Spule wird ein dem Permanentmagneten gegenläufiges Magnetfeld (Elektromag­ net) erzeugt, welches über dem Luftspalt zwischen dem Bund des Spulenkörpers und dem Stahlring eine Trennung der Halte­ fläche des Stahlrings vom Anschlußkörper bewirkt. Dies be­ deutet, daß zusätzlich zu dem Permanentmagneten und dem Elektromagneten lediglich ein weiteres Bauteil notwendig ist, um die Halterung und das Auswechseln des Anschlußkör­ pers vom Aufnahmekörper des Tastkopfes zu erreichen.

Damit das Einwechseln eines neuen Anschlußkörpers am Auf­ nahmekörper jeweils lagerichtig vollzogen wird, können auf der dem Aufnahmekörper zugewandten Stirnfläche der Zylinder­ wand des Anschlußkörpers gleichmäßig zueinander verteilt drei Zylinderhalbrollen vorgesehen sein, deren Längsachsen sich im Koordinatennullpunkt des Anschlußkörpers schneiden und welche jeweils zwischen zwei im Aufnahmekörper befestig­ te Halbkugeln eingreifen.

Eine weitere Gewichtsersparnis des Tastkopfes ist dadurch zu erzielen, daß der Stahlring aus mehreren und wahlweise zueinander beabstandeten Einzelsegmenten gebildet ist. Um die sehr gute Haltekraft zu erzielen, kann der Stahlring und/oder der Spulenkörper aus einem eine hohe magnetische Sättigung aufweisenden Werkstoff gebildet sein. In bevor­ zugter Ausführung ist dieser Werkstoff ein Vakoflux. Der Permanentmagnet ist nach einem weiteren Ausbildungsmerkmal aus dem Edelmetall Neodym gebildet.

Der Anschlußkörper kann in weiterer Ausbildung der Erfin­ dung mit Aufnahmeöffnungen für den Taststift versehen sein, die sich radial in der Zylinderwand und in der Bodenfläche des Anschlußkörpers befinden und deren Längsachsen sich im Koordinatennullpunkt des Anschlußkörpers schneiden.

Um eine sichere Befestigung der Zylinderhalbrollen und der Halbkugeln zu erreichen, die miteinander in Eingriff stehen und eine sichere, zentrierende Anlage des Anschlußkörpers am Aufnahmekörper bilden, können die Zylinderhalbrollen und Halbkugeln auf ihren Aufnahmeflächen jeweils durch Kleben befestigt sein.

Damit der Permanentmagnet in seiner vorgesehenen Position sicher verbleibt, kann er in sich gegenüberliegende und mit­ einander korrespondierende Ausnehmungen am Aufnahmekörper und am Bund des Spulenkörpers eingesetzt sein.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Taststiftwechselhalter im Halbschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Taststiftwechselhalter gemäß der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 die Lagerstelle gemäß dem Ausschnitt III in Fig. 1 in der Seitenansicht.

An den Tastkopf 1 einer Koordinatenmeßeinrichtung ist ein Aufnahmekörper 2 befestigt. Diese nicht näher erläuterte Be­ festigung kann beispielsweise durch Verschraubung vorgenom­ men werden. Zwischen dem Tastkopf 1 und einer ringförmigen Flanschfläche des Aufnahmekörpers 2 befindet sich ein Dicht­ ring 3. Unterhalb des Aufnahmekörpers 2 und in koaxialer An­ ordnung zu diesem ist in der Darstellung der Fig. 1 der An­ schlußkörper 4 gehalten, welcher topfförmig gestaltet ist und einen Boden 5 sowie eine ringförmige Mantelfläche 6 be­ sitzt. In den Anschlußkörper 4 ist zentrisch ein Spulenkör­ per 7 mit einem Bund 8 eingesetzt, welcher unter Zwischen­ führung einer Aluminiumauskleidung 9 die Spulenwicklung 10 aufnimmt. In der dem Aufnahmekörper 2 zugewandten Stirnflä­ che 11 des Bundes 8 des Spulenkörpers 7 ist eine Ausnehmung 12 vorgesehen, welche koaxial und in ihrer Abmessung korres­ pondierend zu einer Ausnehmung 13 angeordnet ist, die in der Bodenfläche des Aufnahmekörpers 2 eingebracht ist. In diese zwei sich gegenüberliegenden Ausnehmungen 12 und 13 ist der Permanentmagnet 14 unverschieblich eingelegt. Der aus dem Edelmetall Neodym mit einem sehr hohen Energieprodukt gebil­ dete Permanentmagnet ist sowohl mit dem Spulenkörper 7 als auch mit dem Aufnahmekörper 2 fest verbunden.

An die Unterseite der Bodenfläche 15 des Aufnahmekörpers 2 ist ein Stahlring 16 durch Schrauben 17 gehalten, der eine gegenüber der Anlagefläche am Aufnahmekörper 2 wesentlich schmalere entgegengesetzte Stirnfläche 18 besitzt, mit wel­ cher der Stahlring 16 bei aufgenommenem Anschlußkörper 4 auf der Bodenfläche 19 des Anschlußkörpers 4 aufsteht. Diese re­ lativ kleine Stirnfläche 18 bildet die Haltefläche für die Aufnahme des Anschlußkörpers 4 am Aufnahmekörper 2. Der Stahlring 16 und der Spulenkörper 7 sind aus dem Werkstoff Vakoflux hergestellt, welcher eine sehr hohe magnetische Sättigung aufweist, wodurch die kleine Bauweise insbesondere des Stahlringes 16 möglich ist. In der Bodenfläche 5 und in der zylindrischen Mantelfläche 6 des Anschlußkörpers 4 be­ finden sich Aufnahmebohrungen 20 für einzusetzende Taster 21.

Zwischen der äußeren Mantelfläche 22 des Bundes 8 des Spulen­ körpers 7 und der inneren Ringfläche des Stahlringes 16 ist ein Luftspalt 23 vorgesehen. Ein weiterer kleiner Luftspalt 24 befindet sich zwischen der äußeren Mantelfläche des Stahl­ ringes 16 und der Zylinderwand 6 des Anschlußkörpers 4. Auf der oberen Stirnfläche 25 der Zylinderwand 6 sind gleichmäßig verteilt um jeweils 120° zueinander drei Zylinderhalb­ rollen 26 aufgeklebt. Diese Zylinderhalbrollen 26 greifen bei Anlage des Anschlußkörpers 4 am Aufnahmekörper 2 in je­ weils zwei zueinander beabstandete Halbkugeln 27 in zentrie­ render Anlage ein. Diese Halbkugeln 27 sind mit der Boden­ fläche 15 des Aufnahmekörpers 2 durch Kleben verbunden. Die Spule 10 ist durch ein Elektrokabel 28, welches durch eine Öffnung 29 des Spulenkörpers 7 und des Aufnahmekörpers 2 hindurchgeht, mit der Koordinatenmeßmaschine elektrisch ver­ bunden. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, schnei­ den sich sowohl die Achsen 30 der Zylinderhalbkugeln 26 wie auch die Längsachsen 31 der Taster 21 in dem durch die Koor­ dinaten X, Y und Z gebildeten Koordinatennullpunkt 32.

Wie die Fig. 2 zeigt, kann anstelle des einstückigen Stahl­ rings 16 auch ein Stahlring aus mehreren im Abstand zueinan­ der angeordneten Segmenten 33 gebildet sein. Um dies dar­ stellen zu können, ist in Fig. 2 der Stahlring 16 auf der Koordinatenachse X getrennt worden. Um einen gleichmäßigen Abstand der Segmente 33 zueinander zu gewährleisten, befin­ den sich zwischen den einzelnen Segmenten 33 Abstandshalter 34.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung befindet sich der Anschlußkörper 4 für die Taster 21 über der Lagerstelle 26 und 27 in zentrischer Anlage an dem Aufnahmekörper 2. Diese Anlage ist durch den Permanentmagneten 14 hervorgerufen, welcher über die Stirnfläche 18 des Stahlrings 16 den An­ schlußkörper durch elektromagnetische Kraft in Richtung der Koordinate Z an den Aufnahmekörper 2 zieht. Für das Lösen des Aufnahmekörpers 4 wird die Spule 10 über das Elektroka­ bel 28 bestromt, bis ein gegenläufiges Magnetfeld zu dem des Permanentmagneten 14 eintritt. Dieses gegenläufige Mag­ netfeld muß zumindest die Größe des Magnetfeldes des Perma­ nentmagneten 14 erreichen. Dadurch wird die Anzugskraft des Permanentmagneten über den Stahlring 16 aufgehoben und der Anschlußkörper 4 ist vom Aufnahmekörper 2 abtrennbar. Trotz der sehr kleinen Haltefläche 18 besitzt der Stahlring 16 eine große Haftkraft von etwa 16 kp. Der durch die Bestro­ mung der Spule 10 gebildete Elektromagnet (Spulenkörper 7) wirkt über den Luftspalt 23 zwischen dem Bund 22 und dem Stahlring 16, da dieser Luftspalt 23 nur sehr schmal gehal­ ten ist.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, besteht der gesamte An­ schlußkörper 4 nur aus dem einen topfförmigen Gebilde, in welches der Permanentmagnet 14 und der Spulenkörper 7 bei Aufnahme an den Aufnahmekörper 2 eintauchen.

Im Sinne der Erfindung können der Permanentmagnet 14 und der Spulenkörper 7 mit eingesetzter Spule 10 entweder als Baugruppe am Aufnahmekörper 2 befestigt oder als Baugruppe dem Anschlußkörper 4 zugeordnet sein. Die Lagefixierung er­ folgt im wesentlichen immer durch die Ausnehmung 13 für den Permanentmagneten innerhalb des Stahlringes 16. Alternativ zu diesen zwei Möglichkeiten kann ebenso auch vorgesehen sein, den Permanentmagneten 14 dem Aufnahmekörper 2 fest zu­ zuordnen, während die Baugruppe-Spulen 10 und Spulenkörper 7 im Anschlußkörper 4 fest eingesetzt ist.

Claims (11)

1. Aufnahme zur auswechselbaren Befestigung eines Taststif­ tes oder einer Taststiftkombination am Tastkopf einer Ko­ ordinatenmeßeinrichtung, die aus einer elektrisch arbei­ tenden Spanneinrichtung mit einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten besteht, dessen Feld dem des Per­ manentmagneten überlagert ist, wobei der Anschlußkörper des Taststiftes oder der Taststiftkombination durch die Spanneinrichtung gegen ein seine Lage bestimmendes Lager im Aufnahmekörper am Tastkopf gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkörper (4) topfförmig gestaltet und ko­ axial unter dem Aufnahmekörper (2) angeordnet ist und einen am Aufnahmekörper (2) angeschlossenen Stahlring (16, 33) im radialen Abstand zur Zylinderwand (6) des An­ schlußkörpers (4) aufnimmt, in den zentrisch ein Spulen­ körper (7) mit Spulenwicklung (10) eingesetzt ist, dessen einstückig angesetzter oberer Bund (8) stirnseitig den Permanentmagneten (14) trägt und mit seiner Mantelfläche im radialen Abstand (23) zum Stahlring (16, 33) im An­ schlußkörper (4) angeordnet ist.

2. Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (16, 33) stirnseitig mit dem Aufnahme­ körper (2) verschraubt ist.

3. Aufnahme nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (16, 33) mit einer gegenüber der oberen Stirnfläche schmaleren Fußfläche (18) ausgebildet ist, mit welcher er auf dem Boden (19) des Anschlußkörpers (4) aufsteht.

4. Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Aufnahmekörper (2) zugewandten Stirnflä­ che (25) der Zylinderwand (6) des Anschlußkörpers (4) gleichmäßig zueinander verteilt drei Zylinderhalbrollen (26) vorgesehen sind, deren Längsachsen (30) sich im Ko­ ordinatennullpunkt (32) des Anschlußkörpers (4) schneiden und welche jeweils zwischen zwei am Aufnahmekörper (2) befestigte Halbkugeln (27) zentrisch eingreifen.

5. Aufnahme nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (16, 33) aus mehreren wahlweise zuein­ ander beabstandeten Einzelsegmenten gebildet ist.

6. Aufnahme nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (16, 33) und/oder der Spulenkörper (7) aus einem eine hohe magnetische Sättigung aufweisenden Werkstoff gebildet ist.

7. Aufnahme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (16, 33) und/oder der Spulenkörper (7) aus Vakoflux gebildet sind.

8. Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14) aus dem Edelmetall Neodym gebildet ist.

9. Aufnahme nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkörper (4) mit Aufnahmeöffnungen (20) für den Taststift (21) versehen ist, die sich radial in der Zylinderwand (6) und in der Bodenfläche (5) des Anschluß­ körpers (4) befinden und deren Längsachsen (31) sich im Koordinatennullpunkt (32) des Anschlußkörpers (4) schnei­ den.

10. Aufnahme nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderhalbrollen (26) und die Halbkugeln (27) auf ihren Aufnahmeflächen (15, 25) durch Kleben befestigt sind.

11. Aufnahme nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14) in sich gegenüberliegende und miteinander korrespondierende Ausnehmungen (12, 13) am Aufnahmekörper (2) und am Bund (8) des Spulenkörpers (7) eingesetzt ist.