DE4341192C1 - Mehrkoordinaten-Tastkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrkoordina­ ten-Tastkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Aus diversen Druckschriften sind Mehrkoordina­ ten-Tastköpfe bekannt. Alle verfügen über Sensoren, die bei Antastung eines Objektes ein Antastsignal liefern. Die Art der Sensoren ist unterschiedlich: Es können beispielsweise elektrische Schalter sein, oder lichtelektrische Meßsysteme oder auch Ab­ standssensoren. Derartige Ausführungsformen finden sich in DE 23 47 633 C3; DE 35 08 396 C1; EP 0 361 164 A1.

Ferner sind aus der EP 0 068 899 B1 Mehrkoordina­ ten-Tastköpfe bekannt, bei denen als Sensoren Deh­ nungsmeßstreifen vorgesehen sind, die auf blattfe­ derartigen Befestigungsarmen angeordnet sind, mit deren Hilfe ein Taststift in seinem Gehäuse gela­ gert ist.

Darüber hinaus zeigt die DE 42 14 640 A1 einen Tastkopf, bei dem die elastische Aufhängung des Taststiftes aus mehreren Gruppen von elastischen Elementen besteht, die über unterschiedliche Stei­ figkeit verfügen.

Bei Antastung von Objekten mittels eines derartigen Mehrkoordinaten-Tastkopfes wird ein das Objekt be­ rührender Taststift ausgelenkt, der an seinem frei­ en Ende eine Tastkugel trägt. Die Bauart der Senso­ ren bedingt es, daß die Generierung eines Antastsi­ gnales nach mehr oder weniger Auslenkung des Tast­ stiftes ausgelöst wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrkoordinaten-Tastkopf zu schaffen, der einfach aufgebaut ist, eine hohe Meßgenauigkeit und eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufweist, was eine besondere Ausgestaltung der elastischen Aufhängung erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des An­ spruches 1 gelöst.

Durch die Merkmale der Unteransprüche wird ein er­ findungsgemäßer Mehrkoordinaten-Tastkopf vorteil­ haft ausgestaltet.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Mehrkoordina­ ten-Tastkopfes liegen darin, daß bereits geringste Antastkräfte eine Auslösung eines Meßsignales be­ wirken, welches ein Schaltsignal, aber auch ein Meßwert bildendes Signal sein kann. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß anfangs eine relativ gute axiale Führung gewährleistet bleibt.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Mehrkoordinaten-Tastkopf im Querschnitt;

Fig. 2 eine stark vereinfachte Drauf­ sicht auf den inneren Aufbau;

Fig. 3 eine Einzelheit und

Fig. 4 eine weitere Einzelheit.

Ein in Fig. 1 dargestellter Mehrkoordinaten-Tast­ kopf 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches mit Hilfe eines Schaftes 3 in eine Maschine eingespannt wer­ den kann. Aus dem Gehäuse 2 ragt auf der dem Schaft 3 gegenüberliegenden Seite ein Taststift 4 heraus, der an seinem freien Ende eine Tastkugel 5 trägt. Das andere - im Inneren des Gehäuses 2 befindliche - Ende des Taststiftes 4 weist einen Teller 6 auf, an dem eine Feder 7 angreift, die für den Taststift 4 eine Rückstellkraft hervorruft, wenn dieser beim Anstastvorgang aus seiner Ruhelage heraus ausge­ lenkt wird. Der Taststift 4 ist über eine elasti­ sche Aufhängung im Gehäuse 2 gelagert. Die Lagerung im Gehäuse 2 erfolgt mittels mehrerer Gruppen von elastischen Elementen, hier Blattfedern 8 und 9, welche unterschiedliche Steifigkeiten besitzen und in dem Gehäuse 2 befestigt sind. Ein Balg 10 schließt das zur Taststiftseite offene Gehäuse 2 dichtend ab.

Die vorbeschriebene Anordnung ist in der schemati­ schen Draufsicht in Fig. 2 erkennbar, aus der auch die Anordnung der Sensoren 11 ersichtlich ist. Wenn die sternförmigen Blattfedern 8 bzw. 9 dreiarmig ausgeführt werden, ist es sinnvoll auch drei Senso­ ren 11 vorzusehen.

Die eine Gruppe von elastischen Elementen (Blattfe­ dern 9) bewirkt die axiale Führung und ist in axia­ ler Richtung steifer als die andere Gruppe von ela­ stischen Elementen (Blattfedern 8), welche die radiale Führung bewirken. Zur radialen Führung wei­ sen diese Blattfedern 8 Prismen 12 auf. In diese Prismen 12 greifen Kugeln 13 ein, die - um 120° zueinander versetzt - am Teller 6 des Taststiftes 4 angeordnet sind.

Die Lagerpaarung von drei Kugeln in drei Prismen ist an sich bekannt, so daß diese Ausgestaltung nicht näher erläutert werden muß.

Bei der Erfindung sind jedoch die Prismen 12 auf elastischen Elementen in Form von Blattfedern 8 angeordnet, wobei diese Gruppe von Blattfedern 8 eine geringere Steifigkeit hat, als die Gruppe von Blattfedern 9, welche die als Dehnungsmeßstreifen 11 ausgebildeten Sensoren tragen.

Die Blattfedergruppe 9 mit der größeren Steifigkeit besteht auch aus drei um 120° zueinander winkelver­ setzten Einzelblattfedern, die dicker sind, als die Blattfedern 8 der anderen Gruppe, was in axialer Richtung eine höhere Steifigkeit bewirkt.

Die Dicke dieser Blattfeder 9 ist so gewählt, daß die Ruhelage des Taststiftes 4 mit hoher Genauig­ keit reproduzierbar ist, jedoch mit dem applizier­ ten Dehnmeßstreifen 11 ein ausreichendes Signal bei sehr geringer Lageänderung erzeugt wird.

Der Teller 6 des Taststiftes 4 trägt drei weitere Kugeln 14, die auf den Oberflächen der steiferen Blattfedern 9 aufliegen, wodurch die axiale Führung bzw. Bewegungsbegrenzung des Taststiftes 4 erfolgt.

Von den als Dehnungsmeßstreifen 11 ausgebildeten Sensoren wird ein Signal erzeugt, sobald die Tast­ stiftkugel 5 um einen bestimmten, sehr kleinen Wert ausgelenkt wird. Das bedeutet, daß bereits ein Si­ gnal erzeugt wird, wenn die Taststiftkugel 5 soweit ausgelenkt wird, daß die Auflagekräfte einer der Kugeln 14 auf der zugehörigen Blattfeder 9 geringer werden.

Die radiale Führung des Taststiftes 4 ist dabei aufgrund der Prismen 12 auf den weniger steifen Blattfedern 8 immer noch gewährleistet, selbst wenn wenigstens eine der Kugeln 14 bereits von der zuge­ hörigen Blattfeder 9 abgehoben hat. Die weicher aufgehängten Prismen 12 "folgen" sozusagen der Taststiftauslenkung.

In der Einzelheit gemäß Fig. 3 ist dargestellt, daß anstelle der Kugel 13 das Prisma 12 am Teller 6 des Taststiftes 4 fest angeordnet ist. Die Kugel 12 ist in diesem Fall elastisch am Gehäuse 2 zu befe­ stigen. Dies stellt gewissermaßen die kinematische Umkehr zum Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 und 2 dar.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV/IV aus Fig. 2 und läßt eines der Prismen 12 erkennen.

Claims (5)

1. Mehrkoordinaten-Tastkopf mit wenigstens einem, in mehrere Koordinatenrichtungen auslenkbarem Taststift zum Antasten eines Objektes, wobei der Taststift gegen eine Rückstellkraft mittels ei­ ner elastischen Aufhängung in seinem Gehäuse gelagert ist, und wobei die elastische Aufhän­ gung aus mehreren Gruppen von elastischen Ele­ menten besteht, die über unterschiedliche Stei­ figkeiten verfügen, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente durch Blattfedern (8, 9) gebildet werden, und daß eine Blattfedergrup­ pe (9) die axiale Führung und eine andere Blatt­ federgruppe (8) die radiale Führung bewirkt, wobei die die axiale Führung bewirkende Blattfe­ dergruppe (9) in axialer Richtung eine höhere Steifigkeit aufweist, als die Blattfedergruppe (8), die die radiale Führung bewirkt.

2. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Blattfedergruppe (9) Sensoren (11) zum Detek­ tieren des Antastvorganges vorgesehen sind.

3. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensoren (11) an den Blattfedern (9) mit der höheren Steifigkeit angeordnet sind.

4. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Deh­ nungsmeßstreifen ausgebildet sind.

5. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Blattfedern (8) mit der geringeren Steifigkeit Prismen (12) zur radialen Führung des Taststiftes (4) vorgesehen sind.