DE8422162U1

DE8422162U1 - Key device

Info

Publication number: DE8422162U1
Application number: DE19848422162
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1984-07-25
Publication date: 1986-12-11

Description

J 4! JY 4! Y

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH 2o- Juli 1984DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH 2o- July 1984

TasteinrichtungKey device

Die Erfindung betrifft eine Tasteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a key device according to the preamble of claim 1.

Derartige Tasteinrichtungen werden in Verbindung mit Koordinatenmeßmaschinen und auch in numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen eingesetzt und dienen zur Erfassung der Abmessungen von Werkstücken und von Werkzeugen.Such probe devices are used in conjunction with coordinate measuring machines and also in numerically controlled processing machines and are used to record the dimensions of workpieces and tools.

Solche Tasteinrichtungen sind aus einer Vielzahl von Druckschriften bereits erkannt und lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Bei der ersten Kategorie vollführen die Taststifte der Tasteinrichtungen Winkelbewegungen, wenn sie normal zu ihrer Längsachse ausgelenkt werden. Bei der zweiten Kategorie sind die Taststifte in drei Raumrichtungen parallel verschiebbar gelagert.Such sensing devices have already been identified from a large number of publications and can be divided into two categories. In the first category, the styluses of the sensing devices perform angular movements when they are deflected normal to their longitudinal axis. In the second category, the styluses are mounted so that they can be moved parallel in three spatial directions.

Bezüglich der ersten Kategorie sei beispielsweise die DE-AS 19 32 olo genannt, bei der der Taststift einer Mehrkoordinaten-Tasteinrichtung mittels eines Kugelgelenks im Inneren des Tastergehäuses gelagert ist. Eine beliebige Auslenkung des Taststiftes wird über eine spezielle Nockenfolgeeinrichtung mit einemRegarding the first category, for example, DE-AS 19 32 olo is mentioned, in which the stylus of a multi-coordinate stylus device is mounted inside the stylus housing by means of a ball joint. Any deflection of the stylus is controlled by a special cam follower with a

Ubersetzungskonus auf ein Sensorelement übertragen. Bei Auslenkungen des Taststiftes senkrecht zu seiner Längsachse wird der Taststift um das Kugelgelenk geschwenkt und bildet einen Winkel zu seiner ursprünglichen Achsrichtung. Die Rückstellung des Taststiftes in die ursprüngliche Ausgangslage erfolgt mittels einer Feder.Transmission cone to a sensor element. When the stylus is deflected perpendicular to its longitudinal axis, the stylus is pivoted around the ball joint and forms an angle to its original axis direction. The stylus is returned to its original starting position by means of a spring.

Hinsichtlich der zweiten Kategorie ist in der DE-PS 32 34 471 eine Mehrkoordinaten- Tasteinrichtung beschrieben, bei der der Tast£?tift in einer Ebene senkrecht zur Längsachse in zwei Richtungen mittels zweier Kugelgeradführungen parallel zu seiner Längsachse und mittels einer weiteren Kuqelgeradführung in seiner Längsrichtung auslenkbar gelagert ist.With regard to the second category, DE-PS 32 34 471 describes a multi-coordinate sensing device in which the stylus is mounted in a plane perpendicular to the longitudinal axis in two directions by means of two ball-and-socket guides parallel to its longitudinal axis and by means of a further ball-and-socket guide in its longitudinal direction.

Das federbelastete Kugelgelenk und die Kugelgeradführungen der oben genannten Tasteinrichtungen sind aber, wenn auch nur in geringem Maße, reibungsbehaftet. Derartige Reibungseffekte können sich aber bei hochempfindlichen Tasteinrichtungen nachteilig auf die Antastgenauigkeit und die Meßgenauigkeit auswirken.The spring-loaded ball joint and the ball guides of the above-mentioned probes are subject to friction, albeit only to a small extent. Such friction effects can, however, have a detrimental effect on the probing accuracy and the measuring accuracy of highly sensitive probes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Tasteinrichtung der genannten Gattung eine völlig reibungsfreie Lagerung des Taststiftes anzugeben.The invention is based on the object of specifying a completely friction-free mounting of the stylus in a sensing device of the type mentioned.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die vorgeschlagene Aufhängung des biegesteifen Taststiftes an beiden Enden mittels elastischer Spanndrähte mit einfachenThe advantages achieved by the invention are in particular that the proposed suspension of the rigid stylus at both ends by means of elastic tension wires with simple

und preiswerten Mitteln eine völlig reibungslose Lagerung des Taststiftes im Gehäuse der Tasteinrichtung ermöglicht wird, so daß die Lege und/oder die Abmessungen von Prüfkörpern mit hoher Antastgenauigkeit und Meßgenauigkeit ermittelt werden können. Da die elastischen Spanndrähte nach der Antastung gleichzeitig eine Rückstellung des Taststiftes in eine definierte Nullage bewirken, sind gesonderte Rückstellelemente wie Federn nicht mehr erforderlich. In bevorzugter Ausbildung werden die elastischen Spanndrähte zusätzlich noch als Sensorelemente für die Auslenkungen des Taststiftes aus der definierten Nullage herangezogen, indem ihre elektrischen Widerstandsänderungen bei Längenänderungen der elastischen Spanndrähte infolge der Auslenkungen des Taststiftes gemessen werden. Insgesamt ergibt sich somit eine einfach aufgebaute und preiswerte Tasteinrichtung hoher Genauigkeit.and inexpensive means, a completely frictionless mounting of the stylus in the housing of the sensing device is made possible, so that the position and/or dimensions of test specimens can be determined with high probing accuracy and measuring accuracy. Since the elastic tension wires simultaneously cause the stylus to return to a defined zero position after probing, separate return elements such as springs are no longer required. In a preferred embodiment, the elastic tension wires are also used as sensor elements for the deflections of the stylus from the defined zero position, by measuring their electrical resistance changes when the elastic tension wires change length as a result of the deflections of the stylus. Overall, this results in a simply constructed and inexpensive sensing device with high accuracy.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen entnimmt man den Unteransprüchen.Further advantageous training options can be found in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigenShow it

Figur 1 eine Tasteinrichtung im Längsschnitt, Figure 1 shows a longitudinal section of a sensing device,

Figur 2 eine Lagerung eines Taststiftes in schematischer und perspektiviFigure 2 shows a bearing of a stylus in schematic and perspective

scher Ansicht, Figur 3 eine Ansicht der Lagerung desical view, Figure 3 a view of the storage of the

Taststiftes nach Figur 2 von oben. Figur 4 eine weitere Lagerung eines Tast-Stiftes in schematischer und perstylus according to Figure 2 from above. Figure 4 shows another mounting of a stylus in schematic and per

spektivischer Ansicht»perspective view»

ii &igr; &igr;,ii &igr;&igr;,

Figur 5 eine Auswerteschaltung undFigure 5 an evaluation circuit and

Figur 6 eine Befestigung von Spannörähten.Figure 6 shows a fastening of tension wires.

In der Figur 1 ist im Längsschnitt eine Tasteinrichtung 1 mit einem zylinderförmigen Gehäuse 2 dargestellt, das am oberen Ende 2a einen Aufnahmedorn 3 zur Aufnahme der Tasteinrichtung 1 in einer Spindel einer nicht dargestellten Meßmaschine oder Bearbeitungsmaschine aufweist. Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein biegesteifer Taststift 4 senkrecht angeordnet, dessen aus einer Öffnung 5 im unteren Ende 2b des Gehäuses 2 herausragendes unteres Ende 4t mit einer Tastkugel 6 zum Antasten eines Prüfobjektes, beispielsweise eines Werkstücks 7, zur Ermittlung der Lage und/oder der Abmessungen dieses Werk-Stücks 7 versehen ist.Figure 1 shows a longitudinal section of a sensing device 1 with a cylindrical housing 2, which has a mandrel 3 at the upper end 2a for holding the sensing device 1 in a spindle of a measuring machine or processing machine (not shown). Inside the housing 2, a rigid sensing pin 4 is arranged vertically, the lower end 4t of which protrudes from an opening 5 in the lower end 2b of the housing 2 and is provided with a sensing ball 6 for probing a test object, for example a workpiece 7, in order to determine the position and/or dimensions of this workpiece 7.

Zur völlig reibungsfreien Lagerung des Taststiftes 4 im Gehäuse 2 ist erfindungsgemäß der biegesteife Taststift 4 am oberen Ende 4a mittels dreier oberer elastischer Spanndrähte 8a, 8b, 8c und am unteren, der Tastkugel 6 benachbarten Ende 4b mittels dreier unterer elastischer Spanndrähte 9a, 9b, 9c im Gehäuse 2 in senkrechter Position gelagert. Zur Befestigung der drei oberen Spanndrähte 8a, 8b, 8c weisen das obere Ende 4a des Taststiftes 4 einen oberen Taststiftflansch loa und das obere Ende 2a des Gehäuses 2 einen oberen Gehäuseflansch 11a auf; zur Befestigung der drei unteren Spanndrähte 9a, 9b, 9c sind am unteren Ende 4b des Taststiftes 4 ein unterer Taststiftflansch lob und am unteren Ende 2b des Gehäuses 2 ein unterer Gehäuseflansch 11b vorgesehen. Die oberen und unteren Spanndrähte 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c können in beliebiger Weise an den oberen und unteren Taststiftflanschen loa, lob und Gehäuseflanschen 11a, 11b befestigt sein.For completely friction-free mounting of the stylus 4 in the housing 2, the invention provides that the rigid stylus 4 is mounted in a vertical position in the housing 2 at the upper end 4a by means of three upper elastic tension wires 8a, 8b, 8c and at the lower end 4b adjacent to the stylus ball 6 by means of three lower elastic tension wires 9a, 9b, 9c. To attach the three upper tension wires 8a, 8b, 8c, the upper end 4a of the stylus 4 has an upper stylus flange 10a and the upper end 2a of the housing 2 has an upper housing flange 11a; To attach the three lower tension wires 9a, 9b, 9c, a lower stylus flange lob is provided at the lower end 4b of the stylus 4 and a lower housing flange 11b is provided at the lower end 2b of the housing 2. The upper and lower tension wires 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c can be attached in any way to the upper and lower stylus flanges loa, lob and housing flanges 11a, 11b.

In Figur 2 ist die Lagerung des Taststiftes 4 schematisch und perspektivisch dargestellt, während Figur 3 eine Ansicht dieser Lagerung des Taststiftes 4 von oben zeigt. Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, sind die oberen Spanndrähte 8a, 8b, 8c jeweils symmetrisch um einen Winkel von 12o gegeneinander versetzt und bilden einen oberen Spanndrahtkegel, dessen Basisfläche 12a mit den drei oberen Spanndrähten 8a, 8b, 8c jeweils einen Winkel cfl einschließt; gleichfalls sind die unteren Spanndrähte 9a, 9b, 9c jeweils symmetrisch um einen Winkel von 12o° gegeneinander versetzt und bilden einen unteren Spanndrahtkegel, dessen Basisfläche 12b mit den drei unteren Spanndrähten 9a, 9b, 9c, ebenfalls den Winkel cfl einschließt. Die Basisfläche 12a des oberen Spanndrahtkegels und die Basisfläche 12b des unteren Spanndrahtkegels sind zueinander parallel und einander zugewandt. Die oberen Spanndrähte 8a, 8b, 8c des oberen Spanndrahtkegels sind zudem gegen die unteren Spanndrähte 9a, 9b, 9c des unteren Spanndrahtkegels um den Winkel ß = 3o versetzt.In Figure 2, the mounting of the stylus 4 is shown schematically and in perspective, while Figure 3 shows a view of this mounting of the stylus 4 from above. As can be seen from Figures 2 and 3, the upper tension wires 8a, 8b, 8c are each symmetrically offset from one another by an angle of 12o and form an upper tension wire cone, the base surface 12a of which encloses an angle cfl with the three upper tension wires 8a, 8b, 8c; likewise, the lower tension wires 9a, 9b, 9c are each symmetrically offset from one another by an angle of 12o° and form a lower tension wire cone, the base surface 12b of which encloses the angle cfl with the three lower tension wires 9a, 9b, 9c. The base surface 12a of the upper tension wire cone and the base surface 12b of the lower tension wire cone are parallel to each other and face each other. The upper tension wires 8a, 8b, 8c of the upper tension wire cone are also offset from the lower tension wires 9a, 9b, 9c of the lower tension wire cone by the angle ß = 3o.

In den Figuren 2 und 3 ist ein X, Y, Z-Koordinatensystem eingezeichnet, dessen X, Y-Ebene parallel zu den Basisflächen 12a, 12b der oberen und unteren Spanndrahtkegel liegt und dessen Z-Achse durch die Längsachse des Taststiftes 4 verläuft. Die Projektion des unteren Spanndrahtes 9a auf die Basisfläehe 12b des unteren Spanndrahtkegels möge in X-Richtung verlaufen. Während der untere Gehäuseflansch 11b an der Innenwand 13 des Gehäuses 2 befestigt ist, kann der obere Gehäuseflansch 11a, der an der Innenwand 13 des Gehäuses 2 anliegt, mittels dreier Spannschrauben 14 in Richtung des unteren Gehäuseflansches 11b zur Einstellung einerIn Figures 2 and 3, an X, Y, Z coordinate system is shown, the X, Y plane of which is parallel to the base surfaces 12a, 12b of the upper and lower tension wire cones and the Z axis of which runs through the longitudinal axis of the stylus 4. The projection of the lower tension wire 9a onto the base surface 12b of the lower tension wire cone is assumed to run in the X direction. While the lower housing flange 11b is attached to the inner wall 13 of the housing 2, the upper housing flange 11a, which rests against the inner wall 13 of the housing 2, can be moved by means of three tension screws 14 in the direction of the lower housing flange 11b to set a

I I 1 ) I I > 1 1I I 1 ) I I > 1 1

bestimmten Vorspannung der oberen Spanndrähte 8a, 8b, 8c und der unteren Spanndrähte 9a, 9b, 9c verstellt werden.certain pre-tension of the upper tension wires 8a, 8b, 8c and the lower tension wires 9a, 9b, 9c can be adjusted.

Unter der Vorspannung der oberen und unteren Spanndrähte 8, 9 nimmt die Tastkugel 6 des Taststiftes 4 eine definierte Mullage bezüglich des X, Y, Z-Koordinatensystems ein. Bei der Antastung des Werkstücks 7 kann die Tastkugel 6 bzw. der Taststift 4 beliebig bezüglich des X, Y, Z-Koordinatensystems völlig reibungsfrei ausgelenkt werden und kehrt nach der Antastung des Werkstücks 7 wieder in die definierte Nullage durch die Elastizität der oberen und unteren Spanndrähte 8, 9 zurück. Die Empfindlichkeit der Auslenkungen der Tastkugel 6 bzw. de? Taststiftes 4 bezüglich der X, Y, Z-Achsen kann durch Einstellung des Winkels cfl zwischen den Basisflächen 12a, 12b der Spanndrahtkegel und den oberen und unteren Spanndrähten 8, 9 variiert werden. Under the pre-tension of the upper and lower tension wires 8, 9, the sensing ball 6 of the stylus 4 assumes a defined position relative to the X, Y, Z coordinate system. When probing the workpiece 7, the sensing ball 6 or the stylus 4 can be deflected in any direction relative to the X, Y, Z coordinate system completely friction-free and returns to the defined zero position after probing the workpiece 7 due to the elasticity of the upper and lower tension wires 8, 9. The sensitivity of the deflections of the sensing ball 6 or the stylus 4 relative to the X, Y, Z axes can be varied by adjusting the angle cfl between the base surfaces 12a, 12b of the tension wire cones and the upper and lower tension wires 8, 9.

Nach Figur 4 wird eine weitere völlig reibungsfreie Lagerung eines Taststiftes 21 mit einer Tastkugel in einem Gehäuse 22 in schematischer und perspektivischer Darstellung vorgeschlagen. Der biegesteife Taststift 21 ist am oberen Ende 21a mittels dreier oberer elastischer Spanndrähte 23a, 23b, 23c und am unteren, der Tastkugel 26 benachbarten Ende 21b mittels dreier unterer elastischer Spanndrähte 24a, 24b, 24c im Gehäuse 22 in senkrechter Position gelagert. Zur Befestigung der drei oberen Spanndrähte 23a, 23b, 23c weisen das obere Ende 21a des Taststiftes 21 einen oberen Taststiftflansch 25a und das Gehäuse 22 einen oberen Gehäuseflansch 27a auf; zur Befestigung der drei unteren Spanndrähte 24a, 24b,According to Figure 4, another completely friction-free mounting of a stylus 21 with a stylus ball in a housing 22 is proposed in a schematic and perspective representation. The rigid stylus 21 is mounted in a vertical position in the housing 22 at the upper end 21a by means of three upper elastic tension wires 23a, 23b, 23c and at the lower end 21b adjacent to the stylus ball 26 by means of three lower elastic tension wires 24a, 24b, 24c. To attach the three upper tension wires 23a, 23b, 23c, the upper end 21a of the stylus 21 has an upper stylus flange 25a and the housing 22 has an upper housing flange 27a; for attachment of the three lower tension wires 24a, 24b,

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24c sind am unteren Ende 21b des Taststiftes 21 ein ; unterer Taststiftflansch 25b und am Gehäuse 22 ein24c are at the lower end 21b of the stylus 21 a ; lower stylus flange 25b and at the housing 22 a

unterer Gehäuseflansch 27b vorgesehen. Die oberenlower housing flange 27b. The upper

und unteren Spanndrähte 23, 24 können in beliebiger Weise an den oberen und unteren Taststiftflanschenand lower tension wires 23, 24 can be attached in any way to the upper and lower stylus flanges

25a, 25b und Gehäuseflanschen 27a, 27b befestigt f.. sein.25a, 25b and housing flanges 27a, 27b.

Die oberen Spanndrähte 23a, 23b, 23c sind jeweilsThe upper tension wires 23a, 23b, 23c are each

P ·. symmetrisch um einen Winkel von 12o gegeneinanderP ·. symmetrical at an angle of 12o to each other

versetzt und bilden einen Spanndrahtkegel, dessen Besisfläche 28 mit den drei oberen Spanndrähtenand form a tension wire cone, the base surface 28 of which is connected to the three upper tension wires

t, 23a, 23b, 23c jeweils einen Winkel 0 2 einschließt t, 23a, 23b, 23c each encloses an angle 0 2

% und senkrecht zur Längsachse des Taststiftes 21 an- % and perpendicular to the longitudinal axis of the stylus 21.

geordnet ist. Die unteren Spanndrähte 24a, 24b, 24c j* sind jeweils symmetrisch um einen Winkel von 12o gelt geneinander versetzt und bilden einen ebenen, zur The lower tension wires 24a, 24b, 24c j* are each symmetrically offset from one another by an angle of 12o and form a flat,

Basisfläche 28 des Spanndrahtkegels parallelenBase surface 28 of the tension wire cone parallel

&igr; Spanndrahtstern. Die oberen Spanndrähte 23a, 23b,&igr; Tension wire star. The upper tension wires 23a, 23b,

23c des Spanndrahtkegels sind gegen die unteren23c of the tension wire cone are against the lower

Spanndrähte 24a, 24b, 24c des Spanndrahtsterns ebenfalls um den Winkel ß = 3o versetzt.Tension wires 24a, 24b, 24c of the tension wire star are also offset by the angle ß = 3o.

In Figur 4 ist gleichfalls ein X, Y, Z-Koordinatensystem eingezeichnet, dessen X, Y-Ebene parallel zur Basisfläche 28 des Spanndrahtkegels und zur Ebene des Spanndrahtsterns liegt und dessen Z-Achse durch die Längsachse des Taststiftes 21 verläuft. Der untere Spanndraht 24a möge in X-Richtung verlaufen. Der obere Gehäuseflansch 27a und der untere Gehäussflansch 27b sind an der Innenwand 29 des Gehäuses befestigt. Zur Einstellung einer bestimmten Vorspannung der oberen Spanndrähte 23a, 23b, 23c ist ein zusätzlicher, in der Z-Achse verlaufender Spanndraht 3o am oberen Taststiftflansch 25a und am DeckelFigure 4 also shows an X, Y, Z coordinate system, the X, Y plane of which is parallel to the base surface 28 of the tension wire cone and to the plane of the tension wire star and the Z axis of which runs through the longitudinal axis of the stylus 21. The lower tension wire 24a is assumed to run in the X direction. The upper housing flange 27a and the lower housing flange 27b are attached to the inner wall 29 of the housing. To set a specific pre-tension of the upper tension wires 23a, 23b, 23c, an additional tension wire 3o running in the Z axis is attached to the upper stylus flange 25a and to the cover.

31 des Gehäuses 22 befestigt, der von einer nicht gezeigten Spannschraube beaufschlagt wird. Der Spanndrahtstern mit den unteren Spanndrähten 24a, 24b, 24c bildet ein ebenes Stützlager für den31 of the housing 22, which is acted upon by a tensioning screw (not shown). The tensioning wire star with the lower tensioning wires 24a, 24b, 24c forms a flat support bearing for the

Taststift 21 in der &KHgr;,&Ugr;-Ebene, das in der Z-Richtung nachgiebig ist.Stylus 21 in the &KHgr;,&Ugr; plane, which is flexible in the Z direction.

Unter der Vorspannung der oberen Spanndrähte 23a, 23b, 23c und des zusätzlichen Spanndrahtes 3o nimmt die Tastkugel 26 eine definierte Nullage bezüglich des X, Y, Z-Koordinatensystems eiü. Bei der Antastung des Werkstücks 7 kann die Tastkugel 26 bzw. der Taststift 21 beliebig bezüglich des X, Y, Z-Koor dinatensystems völlig reibungsfrei ausgelenkt werden und kehrt nach der Antastung des Werkstücks 7 wieder in die definierte Nullage durch die Elastizität der oberen und unteren Spanndrähte 23, 24 zurück. Die Empfindlichkeit der Auslenkungen bezüglich der X, Y, Z-Achsen kann durch die Einstellung äes Winkels &ogr; 2 zwischen der Basisfläche 28 des Spanndrahtkegels und den oberen Spanndrähten 23a, 23b, 23c variiert werden.Under the pre-tension of the upper tension wires 23a, 23b, 23c and the additional tension wire 3o, the probe ball 26 assumes a defined zero position with respect to the X, Y, Z coordinate system. When probing the workpiece 7, the probe ball 26 or the probe pin 21 can be deflected as desired with respect to the X, Y, Z coordinate system completely friction-free and returns to the defined zero position after probing the workpiece 7 due to the elasticity of the upper and lower tension wires 23, 24. The sensitivity of the deflections with respect to the X, Y, Z axes can be varied by setting the angle ϑ 2 between the base surface 28 of the tension wire cone and the upper tension wires 23a, 23b, 23c.

Die oberen Spanndrähte 8a, 8b, 8c und die unteren Spanndrähte 9a, 9b, 9c nach den Figuren 1-3 können gleichzeitig als Sensorelemente für die Auslenkungen der Tastkugel 6 bzw. des Taststiftes 4 herangezogen werden, indem ihre elektrischen Widerstandsänderungen bei Längenänderungen der oberen und unteren Spanndrähte 8, 9 infolge der Auslenkungen der Tastkugel 6 bzw. des Taststiftes 4 gemessen werden. Zu diesem Zweck müssen die Spanndrähte 8, 9 elektrisch isoliert in den Taststiftflanschen Io und Gehäuseflanschen 11 befestigt und an ihren Enden mit nicht gezeigten elektrischen Leitungen verbunden sein.The upper tension wires 8a, 8b, 8c and the lower tension wires 9a, 9b, 9c according to Figures 1-3 can be used simultaneously as sensor elements for the deflections of the probe ball 6 or the probe pin 4 by measuring their electrical resistance changes when the length of the upper and lower tension wires 8, 9 changes as a result of the deflections of the probe ball 6 or the probe pin 4. For this purpose, the tension wires 8, 9 must be electrically insulated and attached to the probe pin flanges 11 and housing flanges 11 and connected at their ends to electrical lines (not shown).

Zur Auswertung dieser Widerstandsänderungen der Spanndrähte 8, 9 ist in Figur 5 eine Auswerteschaltung in Form einer Drehstrombrückenschaltung dargestellt. Die Widerstände x, y, &zgr; der drei oberen Spanndrähte 8a, 8b, 8c und die Widerstände u, v, w der drei unteren Spanndrähte 9a, 9b, 9c sind jeweils in einer Sternschaltung Sl, S2 angeordnet, die von einer Drehspannung einer Drehspannungsquelle SO in Form dreier gleicher, zueinander um 12o phasenversetzter Wechselspannungen R, S, T parallel beaufschlagt werden. Wenn sich die Tastkugel 6 in der definierten Nullage bezüglich des X, Y, Z-Koordinatensystems befindet, gilt für die Widerstände x, y, z, u, v, w in den beiden Sternschaltungen Sl, S2 x=y=z und ü=v=w, so daß zwischen den beiden Sternpunkten der beiden Sternschaltungen Sl, S2 keine Spannung herrscht. Bei Auslenkungen der Tastkugel 6 bzw. des TastStiftes 4 aus dieser Nullage bei Antastungen des Werkstücks 7 ergeben sich entsprechende Änderungen der Widerstände x, y, z, u, v, w, so daß zwischen den Sternpunkten der beiden Sternschaltungen Sl, S2 dementsprechend Spannungen auftreten, die von einem zwischen den Sternpunkten geschalteten Voltmeter V registriert werden; bei einer phasenmäßigen Auswertung kann sowohl der Betrag als auch die Richtung der Auslenkung der Tastkugel 6 ermittelt werden. Zur Messung der Auslenkung der Tastkugel 6 bzw. des Taststiftes 4 in der Z-Richtung wird eine zusätzliche Gleichspannung aus einer Spannungsquelle A angelegt, die zwischen dem Sternpunkt der Drehspannungsquelle SO und Masse M geschaltet ist. Zwischen dem Sternpunkt der Sternschaltung Sl und Masse M sind ein Widerstand &eegr; und zwischen dem Sternpunkt der Sternschaltung S2 und Masse M ein Widerstand m geschaltet, wobei m »u/3 und n^x/3 sowie u/m = x/n sind.To evaluate these resistance changes of the tension wires 8, 9, an evaluation circuit in the form of a three-phase bridge circuit is shown in Figure 5. The resistances x, y, ζ of the three upper tension wires 8a, 8b, 8c and the resistances u, v, w of the three lower tension wires 9a, 9b, 9c are each arranged in a star connection Sl, S2, which are supplied in parallel by a three-phase voltage from a three-phase voltage source SO in the form of three equal alternating voltages R, S, T that are 12o out of phase with one another. If the probe ball 6 is in the defined zero position with respect to the X, Y, Z coordinate system, the following applies to the resistances x, y, z, u, v, w in the two star connections Sl, S2: x=y=z and ü=v=w, so that there is no voltage between the two star points of the two star connections Sl, S2. If the probe ball 6 or the probe pin 4 is deflected from this zero position when the workpiece 7 is touched, there are corresponding changes in the resistances x, y, z, u, v, w, so that voltages occur between the star points of the two star connections Sl, S2, which are recorded by a voltmeter V connected between the star points; with a phase-based evaluation, both the amount and the direction of the deflection of the probe ball 6 can be determined. To measure the deflection of the probe ball 6 or the probe pin 4 in the Z direction, an additional direct voltage is applied from a voltage source A, which is connected between the star point of the three-phase voltage source SO and ground M. A resistor η is connected between the star point of the star connection S1 and ground M, and a resistor m is connected between the star point of the star connection S2 and ground M, where m is »u/3 and n^x/3 and u/m = x/n.

Die oberen Spanndrähte 23a, 23b, 23c und der zusätzliche Spanndraht 3&ogr; nach Figur 4 können ebenfalls als Sensorelemente für die Auslenkungen der Tastkugel 26 bzw. des Taststiftes 21 aus der Nullage durch Auswertung ihrer Widerstandsänderungen herangezogen werden. Zu diesem Zweck kann gleichfalls die Auswerteschaltung nach Figur 5 verwendet werden. Die Widerstände x, y, &zgr; stellen die Widerstände der drei oberen Spanndrähte 23a, 23b, 23c und der Widerstand &eegr; den Widerstand des zusätzlichen Spanndrahtes 3o dar; die Widerstände u, v, w, m werden durch Festwiderstände gebildet und stellen eine Referenzsternschaltung dar.The upper tension wires 23a, 23b, 23c and the additional tension wire 3o according to Figure 4 can also be used as sensor elements for the deflections of the probe ball 26 or the probe pin 21 from the zero position by evaluating their resistance changes. For this purpose, the evaluation circuit according to Figure 5 can also be used. The resistors x, y, ζ represent the resistances of the three upper tension wires 23a, 23b, 23c and the resistor η represents the resistance of the additional tension wire 3o; the resistors u, v, w, m are formed by fixed resistors and represent a reference star connection.

Die Versetzung der oberen Spanndrähte 8a, 8b, 8c gegen die unteren Spanndrähte 9a, 9b, 9c gemäß Figur 2 und 3 um den Winkel ß = 3o° erlaubt ein Antasten einer Oberfläche des Werkstücks 7 aus beliebigen Richtungen mit gleicher Empfindlichkeit.The offset of the upper tension wires 8a, 8b, 8c against the lower tension wires 9a, 9b, 9c according to Figures 2 and 3 by the angle ß = 3o° allows a surface of the workpiece 7 to be touched from any direction with the same sensitivity.

In nicht gezeigter Weise können die elastischen Sp^nndrähte 8, 9, 23, 3o auch gesonderte Sensorelemente wie Druck- oder Zugsensoren zur Messung der Auslenkungen des Taststiftes (4,21) beaufschlagen. Zur Begrenzung der Auslenkungen des Taststiftes (4,21) können nicht gezeigte Anschläge vorhanden sein.In a manner not shown, the elastic tension wires 8, 9, 23, 30 can also act on separate sensor elements such as pressure or tension sensors for measuring the deflections of the stylus (4,21). Stops (not shown) can be present to limit the deflections of the stylus (4,21).

Da die Taststiftflansche loa, lob nach den Figuren 1 und 3 endliche Durchmesser besitzen, können auch Drehbewegungen des Taststiftes 4 um seine Längsachse in Z-Richtung um den Winkel<C ermittelt werden. Zur Steigerung der Empfindlichkeit dieser Drehbewegung um den Winkel ^,sind die oberen Spanndrähte 8a, 8b, 8c am oberen Taststiftflansch loa und die unteren Spanndrähte 9a, 9b, 9c am unteren Taststiftflansch lob jeweils gegenläufig tangential nach Figur 6 befestigt.Since the stylus flanges loa, lob have finite diameters according to Figures 1 and 3, rotational movements of the stylus 4 around its longitudinal axis in the Z direction by the angle <C can also be determined. To increase the sensitivity of this rotational movement by the angle ^, the upper tension wires 8a, 8b, 8c are attached to the upper stylus flange loa and the lower tension wires 9a, 9b, 9c to the lower stylus flange lob, each in opposite directions and tangentially as shown in Figure 6.

Claims

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 28 October 1986 G 84 22 162.3 Protection claims

1. Probe device for determining the position and/or dimensions of test objects with at least one probe pin mounted in a housing and deflectable in at least one coordinate direction and with at least one sensor element for detecting the deflection of the probe pin from a defined zero position, characterized in that the rigid probe pin (4, 21) is mounted at both ends (4a, 4b, 21a, 21b) in the housing (2, 22) by means of elastic tension wires (8, 9, 23, 24, 3o).

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the rigid stylus (4) is mounted at the upper end (4a) by means of an upper tension wire cone made up of three upper elastic tension wires (8a, 8b, 8c) and at the lower end (4b) by means of a lower tension wire cone made up of three lower elastic tension wires (9a, 9b, 9c) and that the mutually parallel base surfaces (12a, 12b) of the upper tension wire cone and the lower tension wire cone face each other.

3. Measuring device according to claim 1, characterized in that the rigid probe pin (21) is fixed at the upper end (21a) by means of a tension wire cone made of three upper elastic tension wires (23a, 23b, 23c) and by means of an additional elastic

Tension wire (3o) and is supported at the lower end (21b) by means of a flat tension wire star made up of three lower elastic tension wires (24a, 24b, 24c), that the base surface (28) of the tension wire cone and the plane (32) of the tension wire star face parallel to one another and that the additional tension wire (3o) runs in the longitudinal extension of the stylus (21).

4. Measuring device according to claim 2, characterized in that the three radially symmetrical upper tension wires (8a, 8b, 8c) of the upper tension wire cone are offset from the three radially symmetrical lower tension wires (9a, 9b, 9c) of the lower tension wire cone.

5. Measuring device according to claim 4, characterized in that the upper tension wires (8a, 8b, 8c) of the upper tension wire cone are against the lower tension

2c wires (9a, 9b, 9c) of the lower tension wire cone are offset by the angle ß = 3o.

6. Measuring device according to claim 2, characterized in that the three upper tension wires (8a/8b) of the upper tension wire cone are attached to the stylus (4) by means of an upper stylus flange (loa) and to the housing (2) by means of an upper housing flange (lla) and the three lower tension wires (9a, 9b, 9c) of the lower tension wire cone are attached to the stylus (4) by means of a lower stylus flange (lob) and to the housing (2) by means of a lower housing flange (lib).

7. Measuring device according to claim 3, characterized in that the three upper tension wires (23a,

• - »I

23b, 23c) of the tension wire cone are attached to the stylus (21) by means of an upper stylus flange (25a) and to the housing (22) by means of an upper housing flange (27a), the three lower tension wires (24a, 24b, 24c) of the tension wire star are attached to the stylus (21) by means of a lower stylus flange (25b) and to the housing (22) by means of a lower housing flange (27b) and the additional tension wire (3o) is attached to the upper stylus flange (25a) and to a cover (31) of the housing (22).

8. !Casting device according to claim 1, characterized in that the elastic tension wires (8, 9, 23, 30) are designed as sensor elements for measuring the deflections of the stylus (4, 21).

9. Measuring device according to claim 1, characterized in that the elastic tension wires (8, 9, 23, 3o) act on separate sensor elements.

10. Measuring device according to claim 6, characterized in that the upper tension wires (8) and the lower tension wires (9) are attached radially to the stylus flanges (loa, lob).

11. Measuring device according to claim 6, characterized in that the upper tension wires (8) and the lower tension wires (9) are each fastened tangentially in opposite directions to the stylus flanges (loa, lob).