DE7334310U - Tastkopf - Google Patents

Description

PATENTANWALT

Dipl. rao. Β· HOLZEB

PHItIPPINB-WBbHBB-STBASeB 14

8000 AUGSBUKG

TBLKVOBT öl«**«

R. 862/1

/ίο?-! 7 Qät-ϊϊ- αϊϊϊΗαϊ·* 1 Q 77

Amtl. Aktenz.: G 73 3¹» 310.9

Rolls-Royce (197D Limited, 14/15 Conduit Street, London Wl, England

Tastkopf

Die Neuerung betrifft einen Tastkopf mit einem relativ zu einer Halterung aus einer Nullstellung heraus in einer Richtung verschiebbaren und allseitig kippbaren Taster, einer die Nullstellung des Tasters bestimmenden Lagerung, einer den Taster in seine Nullstellung drängenden Rückstellfeder und einer Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung.

7334310 16.02.78

Derartige Tastköpfe finden in Verbindung mit Koordinatenmeßmaschinen Anwendung.

Ein solcher Tastkopf ist beispielsweise aus der QB-PS 1 237 813 bekannt. Die Tasterlagerung erfolgt bei dem bekannten Tastkopf kugelgelenkartig mittels eines kugelig gewölbten Bundes des Tasterschaftes und damit zusammenwirkender, oberer und unterer Gegenflächen. Die untere Gegenfläche ist fest, während die obere, an einer den Tasterschaft umgreifenden Hülse gebildete Gfcgenfläche entgegen der Kraft einer Feder in Längsrichtung des Tasterschaftes verschiebbar ist. Der bekannte Taster ist folglich allseitig radial auslenkbar und außerdem in Längsrichtung seines Schaftes ^r₁ der festen Gegenfläche des Tasterschaftbundes weg verschiebbar. Das Tasterschaftende wirkt keilgetriebeartig mit einem, einen Teil einer Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung bildenden Gleitkörper zusammen, der Winkelbewegungen des Tasterschaftes in Längsverschiebebewegungen umsetzt und Verschiebungen des Tasters in Schaftlängsrichtung direkt überträgt.

Ein weiterer Tastkopf mit bezüglich der eben beschriebenen Anordnung fast identischer Tasterlagerung ist aus der GB-PS 1 271 841 bekannt.

7334310 16.0278

• · · ♦ ♦ ι j · ·

• b · · iiia ι · · · ι ι

Bei beiden bekannten Tastköpfen wird eine Messung der Größe der jeweiligen Tasterauslenkung angestrebt, weshalb die bekannten Tasterlagerung©η se gestaltet sind, daß sie relativ große Tasterauslenkungen zulassen und die Messung der Größe der Tasterauslenkung im ganzen Auslenkungsbereich möglichst fehlerarm erfolgt.

} Diese Ausbildung der Tasterlagerung im Hinblick auf

eine größenmäßige Erfassung der Tasterauslenkung bringt es mit sich, daß aufgrund der zahlreichen, bei den bekannten Tastköpfen bei jeder Tasterauslenkung aufeinander gleitenden Flächen eine erhebliche Gesamtreibung auftritt, wodurch einerseits die Rückkehrgenauigkeit des Tasters in seine Nullage und damit auch die Meßgenauigkeit insgesamt und andererseits wegen der aufgrund der Reibungsverluste notwendigerweise ziemlich großen Rückstellkraft die Empfindlichkeit der bekannten Tastköpfe begrenzt ist. Außerdem kann sich der Verschleiß an den Gleitflächen auf die Genauigkeit der bekannten Tastköpfe auswirken.

Bei den bekannten Tastköpfen werden die eben erwähnten Nachteile in Kauf genommen, um, wie eben erwähnt, die Größe der Tasterauslenkungen messen zu können. Pur den Einsatz in Koordinatenmeßmaschinen, mittels derer Werkstücke durch Relativmessungen, d.h. durch Messungen der

7334310 16.0178

koordinatermäßigen Positionen einzelner Meßpnnkte und nachfolgende rechnerische Ermittlung der Differenzen der Koordinatenwerte vermessen werden, sind die bekannten Tastköpfe jedoch nicht geeignet. Für den Einsatz in derartigen Koordinatenmeßmaschinen, bei denen es nur darauf ankommt, festzustellen, ob das wirksame Tasterende einen zu vermessenden Gegenstand berührt oder nicht berührt, um danach den Zeitpunkt der Ablesung der Koordinatenwerte eines Meßpunktes oder einer Meßfläche an dem zu vermessenden Werkstück zu bestimmen, liegt die an den Tastkopf zu stellende Hauptanforderung darin, eine möglichst exakte Lagerung des Tasters in seiner Halterung mit dem Ziel zu erhalten, daß der Taster nach jeder Auslenkung mit äußerster Genauigkeit wieder in seine Nullstellung zurückkehrt und eine möglichst große Ansprechempfindlichkeit aufweist, um auch kleinste Tasterauslenkungen feststellen zu können. Diese Anforderungen sind deshalb wich-( tig, weil die Gesamtgenauigkeit der Meßmaschine im wesent lichen durch die Rückstellgenauigkeit und Ansprechgenauigkeit des Tasters bestimmt ist.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Tastkopf der eingangs dargelegten Art die Tasterlagerung so auszubilden, daß die eben erwähnte erforderliche große RUckstellgenauigkeit und Ansprechempfindlichkeit erzielt wird.

■ at

a· ι«

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Die neuerungsgemäße Anordnung bietet die Gewähr dafür, daß nur geringste Reibungen in der Tastenlagerung auftreten können, so daß eine erhebliche Rückstellge-(" nauigkeit des Tasters nach jeder Auslenkung in seine

Nullage erzielt wird. Eine mit der Zeit eintretende verschleißbedingte Nullstellungsverschiebung beeinflußt dabei die Genauigkeit überhaupt nicht, da der Tastkopf nur zur Ausführung von Relativmessungen dient und dabei lediglich wichtig ist, daß die Nullstellung während einer Meßreihe unveränderlich bleibt.

Bevorzugte Einzelheiten des neuerungsgemäßen Tastkopfes sind Gegenstand der ünteranspi-üche.

Einige Ausführungsbeispiele der Neuerung werden | nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen * näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar: ]

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch einen neuerungsgemäßen Tast kopf,

7334310 16.0Z78

■·· ■■·■■ a ·

(•ill *t ·· · ·

Pig. 2 eine Draufsicht aus der Ebene II-II in Fig. 1 bei abgenommenen Gehäusedeckel,

Pig. 3 einen Schnitt in der Ebene III-III in Pig. 2,

/~, Fig. 4 einen Querschnitt durch eine

andere Tastkopfausführungsform,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Ebene V-V

in Fig. 4,

ig. 6 einen Schnitt durch eine noch weitere Tastkopfausführungsfonn,

j Fig. 7 einen Querschnitt in d*r Ebene VII-VII

! in Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt in der Ebene VTII-VIII in Fig. 7, und

Fig. 9 eine Abwandlung der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform.

7334310 16.0Z78

- 10 -

Der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Tastkopf 1 weist ein Gehäuse 2 und einen Taster 3 auf. Vom Taster 3 ragen drei Anne k radial weg, die jeweils an den beiden Flanken und 7 (Fig. 3) einer durch zwei Lagerkugeln 9 und 10 gebildeten V-förmigen Kerbe 8 liegen. Die Lagerkugeln 9 und 10 sind jeweils mittels Kitt 16 in Bohrungen 11 bzw. eingekittet.

Um die Lagerkugeln bei Bedarf austauschen zu können, können die sie aufnehmenden Bohrungen durch Durchgangsbohrungen 26 kleineren Durchmessers verlängert sein, die ein Ausstoßen der Kugeln erlauben. Eine sich an einem mittels Schrauben 25 auf dem Gehäuse befestigten Gehäusedeckel 22 abstützende Schraubenfeder 5 drängt den Taster in seine durch die Lagerkugeln festgelegte Nullstellung 37·

Die Tastspitze 13 des Tasters endigt in einer Tast-

kugel 14. Das zur Tastspitze gehörende Schaftteil 20 ist mittels eines Zapfens 24 in den übrigen Tasterschaft eingesetzt. Ein freier Raum 19 zwischen dem Tastergehäuse und dem Taster 3 gestattet eine begrenzte Auslenkung des Tasters aus seiner Nullstellung.

Der Tastkopf kann in Verbindung mit einer Koordinatenmeßmaschine benützt werden, um beispielsweise den Umriß

7334310 18.0Z78

• ••It··· > »

- 11 -

eines zu vermessenden Gegenstandes abzutasten. Bei Berührung der Tastkugel 14 mit dem abzutastenden Gegenstand

wxtu uox* χ <xo vcx' σ(ΐκ5^5«ι usr uuv usi' rsu«' »/ aus acuin

Nullstellung ausgelenkt.

Zur Erfassung der Tasterauslenkung dient ein elektrischer Stromkreis 15> der geschlossen ist, wenn der ι Taster sich in seiner Nullstellung befindet. Der Stromkreis verläuft in Reihenschaltung durch die jeweils isoliert im Gehäuse 2 eingesetzten Lagerkugeln 9 und 10, zwischen denen bei in der Nullstellung befindlichem Taster die Taeterarme 4, deren mit dem Tasterschaft verbundene Enden 21 mittels isolierendem Kitt in entsprechende Tasterschaftbohrungen eingesetzt sind, als Brückenkontakte wirken, und enthält eine Anzeigelampe 17 und eine Batterie 18. Jede Tasterauslenkung bewirkt, daß mindestens einer der Tasterarme 4 von mindestens einer Planke der ihm zugeordneten V-förmigen Kerbe 8 abgehoben und dadurch der Stromkreis 15 unterbrochen wird, wodurch die Anzeigelampe 17 erlischt.

Eine solche Stromkreisunterbrechung kann außerdem als Steuerimpuls für eine nicht gezeigte automatische Schalteinrichtung verwendet werden, welche in diesem Zeitpunkt die jeweiligen Koordinatenwerte abliest und speichert.

7334310 16.ffit78

• ·

• ·

- 12 -

Zur Vermeidung einer Funkenbildung beim Offnen des Stromkreises kann das Tastergehäuse mit Isolationsöl gefüllt sein, wobei eine Gummimansohette 27 die Tasterdur chf Uhr ung soff nung abdichtet. Die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen V-förmigen Kerben 8 sind zweckmäßigerweise in einer im Gehäuse gebildeten Ringnut 28 untergebracht.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Tastkopfausführungsform mit drei von einem Zentrierkörper radial wegragenden Armen 81, 82 und 83, die jeweils wiederum in einer durch zwei Lagerkugeln 9 und 10 gebildeten V-förmigen Kerbe liegen. Einer der drei Arme, nämlich der Arm 83, ist zu einem radial verlaufenden Tasterschaft verlängert und trägt an seinem Ende eine Tastkugel 14. Diese Ausführungsform eignet sich beispielsweise zur Untersuchung zylindrischer Bohrungen.

Die Fig. 6,7 und 8 zeigen eine noch weitere Ausführungsform eines Tastkopfes 1 mit einem in einem länglichen Gehäuse 2 angeordneten Taster 3. Der Taster 3 liegt in einer im Querschnitt V-förmigen Nut 9** eines im Gehäuse befindlichen Isolierkörpers 91» die sich über den größten Teil der Isolierkörperlänge erstreckt. An einem abgeflachten Endteil 95 des Isolierkörpers ist

- 13 -

mittels zweier Haltestreifen 92 und 93 eine den Taster in seine Nullstellung drängende Haarnadelfeder 5 befestigt.

Δ r* Ηβη B¹ Ί arilrjar? H2 ΙΖΓΖ» ü"^ CLSZ* X ΞΟ 2.2.52? iCÖST^Si^nilt ^^* S^ Π^ in axialem Abstand voneinander zwei Lagernadelpaare 96, 98 und 97» 99 angeordnet und am Ende der Nut ist eine weitere Lagernadel 100 unter einem Winkel von etwa 45 ^c zur Tastkopfachse 101 geneigt befestigt. Die Haarnadel-, \ feder 5 verläuft durch eine Querbohrung 102 des Tasterschaftes hindurch und drängt diesen gegen die beiden, jeweils eine V-förmige Kerbe bildenden LagernadeIpaare und die Lagernadel 100, mit welch letzterer das gerundete Ende 103 des Tasters zusammenwirkt. Auf diese Weise ist die Nullstellung des Tasters bestimmt. Berührt die Tastkugel 14 einen abzutastenden :; i^snstand, so wird der Taster aus seiner Nullstellung ausgelenkt, so daß der Tasterschaft von irgendeiner der Lagernadeln abgehoben wird. Zur Erfassung der Tasterauslenkung verläuft ein elektrischer Stromkreis über eine Zuleitung 106 zur Lagernadel 96, von dieser über den Tasterschaft zur Lagernadel 98, sodann zur Lagernadel 99, von dieser über einen vom übrigen Taster durch eine Isolation IO5 isolierten zylindrischen Teil 104 zur Lagernadel 97 und von dieser aus über eine Leitung 107 zu einer nicht dargestellten Anzeigelampe. Die beiden Leitungsdrähte 106 und 107 werden von einer auf ein Gewinde 108 des Tastkopfgehäuses aufgeschraubten Gummikappe 119 gehalten.

- 14 -

Die fünfte Lagernadel 100 braucht nicht in den Stromkreis geschaltet zu sein, da jede Axialverschiebung Tasters bewirkt daß d.as gsru.nd.stβ Tststerende 103 an Bchrägliegenden Lagernadel 100 aufgleitet und sich der Tasterschaft dadurch von einer der anderen Lagernadeln abhebt, so daß der Stromkreis auf jeden Fall unterbrochen wird.

Bei einer in Fig. 9 gezeigten Abwandlung der eben beschriebenen AusfÜhrung3form dienen die Lagernadeln 96» 98, 97, 99 und 100 zusammen mit der Haarnadelfeder 5 nur dazu, die Nullstellung des Tasters 3 festzulegen. Der elektrische Stromkreis 15 ist bei dieser Ausführungsform nicht über die Lagernadeln geführt, sondern verläuft über einen Leitungsdraht 112, ein im Gehäuse angeordnetes Kontaktstück 110, den leitenden Tasterschaft, die elektrisch leitende Haarnadelfeder 5 und einen Leitungsdraht 113. Jede Auslenkung des Tasters aus seiner Nullstellung hat zur Folge, daß der Kontakt zwischen dem Tasterschaft und dem Kontaktstück 110 unterbrochen und dadurch die Auslenkung über den elektrischen Stromkreis 15 zur Anzeige gebracht wird.

Claims (6)

Schutzansprüche

1. Tastkopf mit einem relativ zu einer Halterung aus einer Nullstellung heraus in einer Richtung verschiebbaren und allseitig kippbaren Taster, einer die Nullstellung des Tasters bestimmenden Lagerung, einer den Taster in seine Nullstellung drängenden Rückstellfeder und einer Einrichtung zur Erfassung der Tasterauslenkung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung drei in der Halterung (2) räumlich zueinander versetzt angeordnete Lagerstellen (4, 9, 30; 96 bis 100, 103, 104) aufweist, von denen an mindestens zwei Lagerstellen zwei zueinander konvergierende Flächen (9, 10; 96, 98 und 97, 99) mit einer Gegenfläche (H; 103, 104) zusammenwirken, wobei die konvergierenden Flächen und die Gegenflächen relativ zueinander gekrümmt sind.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Lagerstellen durch drei mit gegenseitigen Winkelabständen radial vom Taster (3) wegragende Arme (4)

7334310 16.0178

und drei damit zusammenwirkende, ar. der Halterung (2) angeordnete V-artige Kerben (8) gebildet sind (Pig. I bis 3).

3. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (3) einen Zentrierkörper aufweist, von dem der Tasterschaft (83) und zwei Arme (8l, 8?> mit gegenseitigen Winkelabständen radial abstehen, und dafl die drei Lagerstellen durch den Tasterschaft und die zwei Arme und drei damit zusammenwirkende, an der Halterung angeordnete V-artige Kerben (9, 10) gebildet sind (Fig. und 5)·

4. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der drei Lagerstellen durch den zylindrischen Tasterschaft (104) und zwei seitlich mit diesem zusammenwirkende, mit gegenseitigem Axialabstand fluchtend hintereinander angeordnete V-artige Kerben (96, 98 und 97, 99) und die dritte Lagerstelle zwischen dem gerundeten Tasterschaf tende (103) und einer zur Tasterschaftlängsachse schräg verlaufenden Gegenfläche (100) gebildet sind (Fig. 6 bis 9).

5. Tastkopf nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem gerundeten Tasterschaftende (103) zusammenwirkende Gegenfläche durch einen Zylinderkörper (100)

7334310 16.02.78

I It t« · · Vt · ·

3 -

gebildet ist, dessen Achse schräg zur Tasterschaftachse verläuft (Pig. 6 und 8).

6. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander konvergierenden Flächen jeweils durch zwei nahe nebeneinander angeordnete Kugeln (9, 10) oder zwei mit ihren Achsen zueinander geneigt angeordnete Zylinderkörper (96, 98; 97» 99) gebildet sind.

7· Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die, die Flächen und Gegenflächen der einzelnen Lagerstellen bildenden Bauteile jeweils als elektrische Schaltkontaktstücke ausgebildet sind.

7334310 16.IT2.78