DE4114254A1

DE4114254A1 - Scanning head for coordinate measuring appts. for scanning workpiece - has exchangeable scanning pin freely movable simultaneously in coordinate directions X and Y in guides for determining direction and size of deflection at workpiece

Info

Publication number: DE4114254A1
Application number: DE19914114254
Authority: DE
Inventors: Werner H Gurny; Kurt Linder
Original assignee: Wegu Messtechnik GmbH
Current assignee: Wegu Messtechnik GmbH
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1991-05-02
Publication date: 1992-11-05

Abstract

The scanning pin (9) works in conjunction with displacement pick-ups, for determining the direction and the size of the deflection and is acted on by restoring forces for taking up the coordinate zero position. The guides in the X and Y coordinates are formed by slide elements. The slide elements (11,14) are arranged in corresp. recesses in discs, plates or similar, movable at 90 deg. to each other, which lie over each other in the Z coordinate. The slide elements work in conjunction with teh scanning pin mounting (18), and also a deflection mechanism is provided for the Z coordinate. The slide elements (11,14) in their end sections assigned to the X and Y coordinates movement direction are acted upon by gaseous or hydraulic pressure or by suction pressure. ADVANTAGE - Following deflection of scanning pin and corresp. return from workpiece to coordinate zero position is achieved at once, and in rest position is held reliably at end stop without further movement or vibration.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf für Koordinatenmeßein richtungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a probe for coordinate measuring directions according to the preamble of claim 1.

Mit dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 40 23 447.9) war die Aufgabe zu lösen, einen messenden Tastkopf mit einfachem Auf bau zu schaffen, der präzise parallel zu den Koordinatenrich tungen in seinen Freiheitsgraden bewegbar ist und Signale in allen Raumrichtungen liefert, die proportional zur Auslenkung des Taststiftes sind. Um dies zu erreichen, sind die Gerad führungen für den Taststift in den X- und Y-Koordinaten durch Schiebeelemente gebildet worden, die in entsprechenden Aus nehmungen von Scheiben oder Platten um 90° zueinander beweg bar sind. Die Scheiben liegen dabei in Z-Richtung übereinan der. Der Taststift ist durch Rückstellkräfte für die Einnahme der Koordinaten-Nullage beaufschlagt.With the main patent (patent application P 40 23 447.9) was the To solve the task, a measuring probe with a simple open to create construction that is precisely parallel to the coordinate guide in its degrees of freedom and signals in delivers all spatial directions that are proportional to the displacement of the stylus are. To achieve this, the straight lines are guides for the stylus in the X and Y coordinates Sliding elements have been formed in corresponding off take up disks or plates 90 ° to each other are cash. The disks lie one above the other in the Z direction the. The stylus is by restoring forces for ingestion the coordinate zero position is applied.

Es hat sich nun gezeigt, daß die aus Federn bestehenden Rück stellkräfte zwar eine gute Rückführung des Taststiftes in die Koordinaten-Nullage bewirken. Jedoch ist es nicht zu vermei den, daß diese mechanischen Federn sehr kurzzeitig und mit kleinsten Wegen nachfedern und dadurch erst zeitverzögert zur absoluten Ruhelage kommen. Obwohl die mit dem Taststift ver bundenen Schiebeelemente durch die mechanischen Federn gegen mechanische, feste Endanschläge gezogen oder gedrückt werden, ist die geschilderte nachteilige Wirkung nicht völlig zu ver meiden.It has now been shown that the back consisting of springs positioning forces a good return of the stylus in the Cause zero coordinates. However, it cannot be avoided the that these mechanical springs for a very short time and with Resilience the smallest paths and therefore only delayed to absolute rest. Although the ver bound sliding elements by the mechanical springs mechanical, firm end stops are pulled or pressed, the described disadvantageous effect cannot be completely avoided avoid.

Mit der Zusatzanmeldung wird deshalb eine Verbesserung des Hauptpatentes in der Weise angestrebt, daß der Taststift nach erfolgter Auslenkung bei Antastung an ein Werkstück und ent sprechender Rückführung von dem Werkstück sofort wieder in die Koordinaten-Nullage zurückgeführt wird und in dieser Ru heposition sicher und ohne Nachschwingen oder Vibration an Endanschlägen gehalten wird.With the additional registration an improvement of the Main patent aimed in such a way that the stylus after deflection when probing a workpiece and ent speaking return of the workpiece immediately back in the zero coordinate is returned and in this Ru heposition safely and without reverberation or vibration End stops is held.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schiebeelemente in ihren der X- und Y-Koordinaten-Bewegungs richtung zugeordneten Endbereichen durch Unterdruck oder durch gasförmigen oder hydraulischen Druck beaufschlagt sind.According to the invention this object is achieved in that the Sliding elements in their X and Y coordinate movement end areas assigned by negative pressure or are pressurized by gaseous or hydraulic pressure.

Eine solche Druckbeaufschlagung bzw. die Herstellung eines Unterdruckes in den Endanschlägen der Bewegungsteile bewirkt eine sofortige Ruhelage der Schiebeelemente. Jedes störende und Zeit beanspruchende Nachfedern oder Vibrieren der Schie beelemente bzw. des mit den Schiebeelementen verbundenen Taststiftes unterbleibt. Dies bedeutet einen nicht unerhebli chen Zeitgewinn und eine Gewährleistung für schnelle und qua litativ gesteigerte Meßergebnisse.Such pressurization or the production of a Negative pressure in the end stops of the moving parts causes an immediate rest position of the sliding elements. Any disturbing and time-consuming rebound or vibration of the shoot elements or connected with the sliding elements Stylus is omitted. This means a not inconsiderable saving time and guaranteeing fast and qua literally increased measurement results.

In Ausbildung der Erfindung kann der erste Endbereich der Schiebeelemente an seiner inneren Stirnfläche, der jeweils gegenüberliegende zweite Endbereich der Schiebeelemente an seiner äußeren Stirnfläche durch Unterdruck beaufschlagt sein. Durch diese Beaufschlagung mit Unterdruck werden die Schiebeelemente jeweils nach erfolgter Auslenkung und Rück führung in die Nullage durch Federelemente sofort und absolut sicher gehalten, ohne daß es dabei noch zu irgendwelchen Nachschwingungen oder Vibrationen kommt. In an embodiment of the invention, the first end region of the Sliding elements on its inner face, each opposite second end region of the sliding elements its outer end face acted on by negative pressure be. Through this application of negative pressure, the Sliding elements after each deflection and return Leading to zero position with spring elements immediately and absolutely held securely without there being any Ringing or vibration comes.

Weitere Ausgestaltungen sind den Patentansprüchen 3 und 4 zu entnehmen:Further refinements can be found in claims 3 and 4 remove:

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:An example of the invention is shown in the drawing. Show it:

Fig. 1 einen Tastkopf der erfindungsgemäßen Bauart mit Auslenkmechanik und Wegaufnehmern im Schnitt, Fig. 1 is a probe of the type according to the invention with knock-displacement transducers and in section,

Fig. 2 eine Ansicht auf ein erstes Schiebeelement gemäß der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 2 is a view of a first sliding element along the line II-II in Fig. 1 and

Fig. 3 eine Ansicht auf das zweite Schiebeelement gemäß der Linie III-III in Fig. 1. Fig. 3 is a view of the second shift element according to the line III-III in FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein Tastkopf 1 im Schnitt dargestellt. Diese Schnittdarstellung entspricht ebenso wie die Fig. 2 und 3 den Figuren aus dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 40 23 447.9). Für die mit dem Hauptpatent gleichen Bauteile sind die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.In Fig. 1, a probe 1 is shown in section. This sectional view, like FIGS. 2 and 3, corresponds to the figures from the main patent (patent application P 40 23 447.9). The same reference numerals have been used for the same components as the main patent.

In dem Gehäuse 2 des messenden Tastkopfes 1 befindet sich im unteren Teil eine Kombination von Schiebeelementen oder Schiebetischen, die entsprechend der Taststiftauslenkung in den Koordinaten X und Y zueinander bewegbar sind. Das in Z-Richtung obere Schiebeelement ist als Scheibe 3 ausgebildet und dient gleichzeitig als Aufnahme für die Auslenkmechanik der Taststiftaufnahme 18 in Z-Richtung.In the lower part of the housing 2 of the measuring probe 1 there is a combination of sliding elements or sliding tables which can be moved relative to one another in accordance with the stylus deflection in the coordinates X and Y. The upper sliding element in the Z direction is designed as a disk 3 and at the same time serves as a receptacle for the deflection mechanism of the stylus receptacle 18 in the Z direction.

Im axialen Abstand unterhalb der Scheibe 3 ist das Schiebe element eingebaut, welches aus einer Scheibe 4 mit einer zen tral im Koordinatenachsenkreuz X, Y eingebrachten rechteck förmigen Ausnehmung 10 gebildet ist. In dieser rechteckförmi gen Ausnehmung 10 ist das eigentliche Schiebeelement oder der Schiebetisch 11 eingesetzt, der eine rechteckförmige Flächen ausdehnung hat. Dabei ist die Längenausdehnung des Schiebeti sches 11 in der X-Richtung geringer als die Längenausdehnung der Ausnehmung 10 in der gleichen X-Koordinate. In der Y-Ko ordinate liegt der Schiebetisch 11 mit seinen Außenflächen gleitend an den Begrenzungsflächen der Ausnehmung 10 an. Durch diese Bauweise kann der Schiebetisch 11 in der X-Koor dinate innerhalb der Ausnehmung 10 begrenzt hin- und herbe wegt werden, wobei die Bewegung in einer exakten geradlinigen Führung verläuft.In the axial distance below the disc 3 , the sliding element is installed, which is formed from a disc 4 with a central in the coordinate system X, Y introduced rectangular recess 10 . The actual sliding element or the sliding table 11 is inserted into this recess 10 , which has a rectangular surface area. The length of the push 11 is in the X direction less than the length of the recess 10 in the same X coordinate. In the Y coordinate, the sliding table 11 lies with its outer surfaces sliding against the boundary surfaces of the recess 10 . Due to this design, the sliding table 11 can be moved back and forth within the recess 10 in the X coordinate, the movement running in an exact linear guide.

Der Schiebetisch 11 besitzt nun seinerseits ebenfalls eine rechteckförmige Ausnehmung 12, deren Längenausdehnung in der X-Koordinate wiederum größer ist als die Ausdehnung in der Y-Koordinate.The sliding table 11 in turn now also has a rectangular recess 12 , the length extension of which in the X coordinate is in turn greater than the extension in the Y coordinate.

Im axialen Abstand unterhalb der Scheibe 4 befindet sich das untere Schiebeelement, welches wiederum aus einer Scheibe 5 mit einer zentral im Koordinatenachsenkreuz X, Y eingebrach ten rechteckförmigen Ausnehmung 13 besteht. In dieser Scheibe 5 ist die größere Längenausdehnung der Ausnehmung jedoch in der Y-Koordinate vorgesehen. In die Ausnehmung 13 ist das ei gentliche Schiebeelement oder der Schiebetisch 14 eingesetzt, der ebenfalls eine rechteckförmige Flächenausdehnung hat. Da bei ist die Längenausdehnung des Schiebetisches 14 in der Y- Koordinate kürzer als die Längenausdehnung der Ausnehmung in der Y-Koordinate. In X-Richtung liegt der Schiebetisch 14 mit seinen Außenflächen an den Begrenzungsflächen der Ausnehmung 13 gleitend an. Dieser Schiebetisch 14 kann somit eine be grenzte und linear exakt geführte Bewegung in der Y-Koordi nate durchführen.At an axial distance below the disc 4 is the lower sliding element, which in turn consists of a disc 5 with a centrally in the coordinate axis X, Y th rectangular recess 13 . In this disk 5, however , the larger length of the recess is provided in the Y coordinate. In the recess 13 , the egg sliding element or sliding table 14 is inserted, which also has a rectangular surface area. Since the length of the sliding table 14 in the Y coordinate is shorter than the length of the recess in the Y coordinate. In the X direction, the sliding table 14 lies with its outer surfaces on the boundary surfaces of the recess 13 in a sliding manner. This sliding table 14 can thus perform a limited and linearly precisely guided movement in the Y coordinate.

Der Schiebetisch 14 besitzt seinerseits eine rechteckförmige Ausnehmung 15, deren Längenausdehnung in der Y-Richtung größer ist als die Ausdehnung in der X-Richtung. The sliding table 14 in turn has a rectangular recess 15 , the length of which is greater in the Y direction than the extent in the X direction.

Zur Einhaltung einer definierten Bewegungsrichtung sind auf den Scheiben 4 und 5 jeweils drei Kugeln 16 so angeordnet, daß immer zwei von ihnen je Scheibe auf einer gemeinsamen Achse liegen. Die Kugeln 16 greifen in Längsnuten oder Längs rillen 17 der Scheiben 4 und 5 ein.In order to maintain a defined direction of movement, three balls 16 are arranged on the disks 4 and 5 in such a way that two of them lie on a common axis per disk. The balls 16 engage in longitudinal grooves or grooves 17 of the discs 4 and 5 .

Statt der Kugelführungen für die exakte Bewegung in den Koor dinatenrichtungen können auch Wälzführungen oder Luftlager eingesetzt werden.Instead of the ball guides for the exact movement in the gate Dinate directions can also be roller guides or air bearings be used.

In dem Tastkopf 1 ist eine Taststiftaufnahme 18 vorgesehen die aus einem oberen Block 19 und einem Unterteil 20 besteht, welches aus der Bodengruppe 8 des Gehäuses nach unten aus tritt und einen auswechselbaren Taststift 9 ausweist. Den oberen Block 19 und das Unterteil 20 verbindet ein Hohlzylin der 21, der zentral durch die Scheiben 3, 4 und 5 geführt ist. Im Bereich der Scheiben 4 und 5 besitzt der Hohlzylinder 21 Führungsplatten 6 und 7, die in die Ausnehmungen 12 und 15 eingreifen und in der Scheibe 4 in X-Richtung und in der Scheibe 5 in Y-Richtung begrenzt bewegbar sind.In the probe 1 , a stylus receptacle 18 is provided which consists of an upper block 19 and a lower part 20 , which emerges from the bottom group 8 of the housing downwards and shows an exchangeable stylus 9 . The upper block 19 and the lower part 20 connects a Hohlzylin the 21 , which is guided centrally through the disks 3 , 4 and 5 . In the area of the disks 4 and 5 , the hollow cylinder 21 has guide plates 6 and 7 which engage in the recesses 12 and 15 and can be moved to a limited extent in the disk 4 in the X direction and in the disk 5 in the Y direction.

Die Zurückführung des Taststiftes 9 mit der Taststiftaufnahme 18 in den Koordinaten-Nullpunkt besorgen Druckfedern 22 und 23. Um eine spielfreie Lagerung zwischen den Scheiben 3, 4 und 5 zu erzielen, sind weitere Federn 24 in Z-Richtung zwi schen den Scheiben vorgesehen.The return of the stylus 9 with the stylus receptacle 18 to the coordinate zero point is provided by compression springs 22 and 23 . In order to achieve play-free storage between the disks 3 , 4 and 5 , further springs 24 are provided in the Z direction between the disks.

Um bei Zurückführung des Taststiftes 9 durch die Druckfedern 22 und 23 in die Koordinaten-Nullage eine sofortige exakte Ruheposition des Taststiftes 9 zu erzielen, sind in der Scheibe 4 und in dem Schiebetisch 11 in der X-Koordinate Kam mern oder Taschen 44 eingerichtet. Diese Kammern 44 stehen mit einer Saugleitung 45 in Verbindung. Weitere Kammern bzw. Taschen 43 sind in der Scheibe 5 und in dem Schiebetisch 14 in der Y-Koordinate vorgesehen. Diese Kammern 43 sind mit ei ner Saugleitung 46 verbunden. In order to achieve an immediate exact rest position of the stylus 9 when returning the stylus 9 by the compression springs 22 and 23 in the coordinate zero position, cameras or pockets 44 are set up in the disk 4 and in the sliding table 11 in the X coordinate. These chambers 44 are connected to a suction line 45 . Further chambers or pockets 43 are provided in the disk 5 and in the sliding table 14 in the Y coordinate. These chambers 43 are connected to egg ner suction line 46 .

Die Kammern oder Taschen 43, 44 sind entsprechend den Fig. 2 und 3 jeweils halbkugelförmig ausgebildet. Hier sind natür lich auch andere Formgebungen denkbar, über die Saugleitungen 45 und 46 wird bei Anlage des Schiebetisches 11 an die Schei be 4 bzw. der Führungsplatte 6 an den Schiebetisch 11 ein Va kuum erzeugt. Durch diesen Unterdruck wird die Taststiftauf nahme 18 bzw. der Taststift nach erfolgter Auslenkung und Zu rückführung in seine Nullage sofort festgehalten, so daß ein Nachschwingen oder Nachfedern bzw. eine Vibration aufgrund der Federkräfte gegen die Endanschläge nicht mehr möglich ist.The chambers or pockets 43 , 44 are each hemispherical in accordance with FIGS. 2 and 3. Here, other shapes are conceivable natuer Lich, via the suction pipes 45 and 46 of the sliding table 11 will be to the ticket 4 and the guide plate creates a Va uum to the sliding table 11 6 for conditioning. Due to this negative pressure, the feeler pin 18 or the feeler pin is held immediately after its deflection and return to its zero position, so that reverberation or springing or vibration is no longer possible due to the spring forces against the end stops.

In gleicher Weise erfolgt eine sofortige feste Anlage durch den Unterdruck in den Kammern 43 an der Scheibe 5 und an dem Schiebetisch 14.In the same way, there is an immediate firm contact due to the negative pressure in the chambers 43 on the disk 5 and on the sliding table 14 .

Der Vollständigkeit halber sei noch ausgeführt, daß entspre chend dem Hauptpatent die Auslenkmechanik sich in einem Ge häuse 25 befindet, welches fest mit der Scheibe 3 verbunden und oberhalb der Scheibe 3 in Z-Richtung ausgedehnt ist. Die Auslenkmechanik besitzt eine dreifache Kugelführung 26 und 27 der Taststiftaufnahme und zwei zueinander beabstandete Füh rungsstäbe 28, die mit der oberen Scheibe 3 befestigt sind und eine Adapterplatte 29 tragen, auf welcher Glasmaßstäbe 30, 31 der Wegaufnehmer aufgebracht sind. Über den Glasmaß stäben 30, 31 ist auf einem Gehäuseabsatz 32 eine Platte 33 fest eingebaut, welche die Leseköpfe 34, 35 für die Glasmaß stäbe 30, 31 trägt und ortsfest in Position hält. Für die Z-Richtung ist ein weiterer Glasmaßstab 36 vorgesehen, der mit einem Lesekopf 37 in Verbindung steht.For the sake of completeness, it should also be stated that, accordingly, the main patent, the deflection mechanism is located in a housing 25 , which is firmly connected to the disk 3 and is extended above the disk 3 in the Z direction. The deflection mechanism has a triple ball guide 26 and 27 of the stylus receptacle and two spaced Füh approximately rods 28 which are attached to the upper disc 3 and carry an adapter plate 29 on which glass scales 30 , 31 of the displacement sensor are applied. About the glass measure rods 30 , 31 , a plate 33 is permanently installed on a housing shoulder 32 , which carries the reading heads 34 , 35 for the glass measure rods 30 , 31 and holds them in place. A further glass scale 36 is provided for the Z direction and is connected to a reading head 37 .

Aus dem oberen Block 19 der Taststiftaufnahme 18 ragt eine Feder 39 hervor, die über eine Mutter 40 und eine Spindel 41 im Zusammenwirken mit einem Motor 42 für einen automatischen Gewichtsausgleich sorgt. A spring 39 protrudes from the upper block 19 of the stylus receptacle 18 and, via a nut 40 and a spindle 41 in cooperation with a motor 42, ensures automatic weight compensation.

Anstelle der jeweils genannten Federn für die Herstellung von Rückstellkräften können auch magnetische Rückstellkräfte ein gesetzt sein.Instead of the springs mentioned for the production of Restoring forces can also be magnetic restoring forces be set.

Claims

1. Probe for coordinate measuring devices with a freely movable, interchangeable stylus in the coordinate directions in straight guides, which is connected to transducers for detecting the direction and the size of the deflection when touching a measurement object and be opened by restoring forces for the taking of the coordinate zero be , wherein the straight guides in the X and Y coordinates are formed by sliding elements which are arranged in corresponding recesses in disks, plates or the like which can be moved by 90 ° to one another, which lie one above the other in the Z coordinate, and wherein the Sliding elements are in operative connection with the stylus holder, and furthermore a deflection mechanism for the Z coordinate is provided, according to the patent. . . (Patent application P 40 23 447.9), characterized in that the sliding elements ( 11 , 14 ) are acted upon in their end regions assigned to the X and Y coordinates movement direction by gaseous or hydraulic pressure or by negative pressure.

2. Probe according to claim 1, characterized in that in each case the first end region of the sliding elements ( 11 , 14 ) on its inner end face and the respective opposite end region of the sliding elements ( 11 , 14 ) on its outer end surface is acted upon by negative pressure.

3. Probe according to claims 1 and 2, characterized in that in the inner end face of the first end region of the sliding elements ( 11 , 14 ) and in the outer end face of the second end region of the sliding elements ( 11 , 14 ) each have a suction chamber, a suction cup ( 43 , 44 ) or the like in the adjoining surface of the discs ( 4 , 5 ) is set up, and that the suction chambers or suction cups ( 43 , 44 ) are each connected by suction lines or suction channels ( 45 , 46 ) to a vacuum generating device.

4. Probe according to claims 2 and 3, characterized in that the suction chambers or suction cups ( 43 , 44 ) are substantially hemispherical recesses.