DE9109248U1 - Mehrkoordinaten-Tastkopf - Google Patents

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 18. Juli 1991

Mehrkoordinaten-Tastkopf

Die Erfindung betrifft einen Mehrkoordinaten-Tastkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung kann bei messenden sowie schaltenden Mehrkoordinaten-Tastköpfen angewendet werden. Bei beiden Ausführungsarten ist es besonders wichtig, daß der Taststift bei einer Antastung eines Werkstücks aus einer beliebigen Antastrichtung reproduzierbar auslenkbar ist. Um dies zu erreichen wurden bereits verschiedenartige Lagerungen für den Taststift vorgeschlagen.

In der DE-OS 37 13 415 ist ein Tastkopf mit mehreren Lagerstellen angegeben. Jede Lagerstelle wird durch das Zusammenwirken von drei Kugeln im Tastkopfgehäuse und einer Kugel am Auslenkteil gebildet. Die Kugel des Auslenkteils stützt sich auf den drei Kugeln im Tastkopfgehäuse ab.

In der EP-OS 0 103 090 ist ein Tastkopf mit einer Überlastsicherung beschrieben, bei dem zwischen dem Tastkopfgehäuse und einer Aufnahmespindel eine Lagerung mit mindestens drei Lagerstellen vorgesehen ist. Jede Lagerstelle besteht aus drei Kugeln, in deren Mitte eine weitere Kugel als Lagerkugel plaziert ist.

Durch unvermeidbare Toleranzen bei der Fertigung &ogr; liegen bei den bekannten Tastköpfen nicht alle Lagerstellen exakt auf einem gemeinsamen Kreis. Dies hat zur Folge, daß die Auslenkung des Taststiftes von der Antastrichtung abhängig ist und eine reproduzierbare Antastung eines Werkstücks nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung für Mehrkoordinaten-Tastköpfe zu schaffen, die definierte sowie konstante Antastbedingungen in 0 allen Antastrichtungen gewährleistet.

Die Beständigkeit und Steifigkeit der Lagerung soll gegenüber den bekannten Tastköpfen erhöht werden. Weiterhin soll eine präzise und einfache Montage und Einstellung ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

0 In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß durch einen einfachen Aufbau die Einstellbarkeit der einzelnen Lagerstellen ermöglicht wird. Dadurch wird eine Lagerung für den Taststift geschaffen, bei der eine Wiederholbarkeit der Messung unabhängig von der Antastrichtung gewährleistet

ist. Durch die Ausbildung der Lagerung ist auch eine hohe Steifigkeit und Beständigkeit jeder Lagerstelle gegeben.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

&ogr; Figur 1 einen Axialschnitt durch

einen erfindungsgemäßen Tastkopf,

Figur 2 einen Schnitt entlang der

&Iacgr;5 Linie II-II des Tastkopfes

aus Figur 1 mit abgenommenem Meßteller,

Figur 3 eine Lagerstelle des Tastkopfes nach Figur 1 und 2

in perspektivischer Ansicht,

Figur 4 bis 10 weitere Ausführungsformen der Lagerung.

In den Figuren 1 und 2 ist der gesamte Aufbau eines Mehrkoordinaten-Tastkopfes ersichtlich. Der gezeigte Tastkopf ist als schaltender Taster ausgeführt.

Ein derartiger Mehrkoordinaten-Tastkopf wird auch als 3 D-Taster, Trigger-Probe oder Touch-Sensor bezeichnet. Er ist ein feinmechanisches Gerät, das einen Einspannschaft 1 zur Aufnahme in eine Spindel einer nicht dargestellten Meß- oder Bearbeitungsmaschine besitzt. Die Auslenkung eines Taststiftes 2 ist in allen Richtungen möglich. Eine Dichtung 3

schließt den Zwischenraum zwischen einem Tastkopfgehäuse 4 und dem Taststift 2. Ein Blechschutz 5 verhindert die Beschädigung der Dichtung 3 durch heiße Späne, läßt aber einen freien Raum 6, der dem Taststift 2 eine begrenzte Auslenkung aus seiner Nullage gestattet.

Der Taststift 2 ist mit einem Meßteller 10 verbunden. In der Stirnfläche des Meßtellers 10 ist für jede im Tastkopfgehauseboden 13 angeordnete Kugel 15 eine Dreiergruppe Kugeln 141, 142, 143 vorgesehen. Jede Kugel 15 liegt im Zentrum der um 120° gegeneinander versetzt angeordneten Kugeln. Im Beispiel bilden zwölf ringförmig angeordnete Kugeln 15 die Lagerkörper und jeweils drei Kugeln 141, 142, 143 den Gegenkörper für einen Lagerkörper. Ein Lagerkörper bildet mit einem Gegenkörper eine Lagerstelle. Berührt die am Taststift 2 befestigte Antastkugel 11 ein Werkstück, so hebt sich der Meß-0 teller 10 gegen die Wirkung einer Vorspannfeder 12 und die Mitte des Meßtellers 10 wird unabhängig von der Antastrichtung nach oben, also in Richtung des Einspannschaftes 1 verschoben.

Eine Detektoranordnung in Form einer Lichtschranke, die aus einer LED 7, einem Linsensystem 9 und einem Differentialphotoelement 8 besteht, gibt bei einem bestimmten Auslenkungsbetrag des Meßtellers 10 und damit des Linsensystems 9 einen Antastimpuls ab.

Dieser Antast- oder Schaltimpuls wird zur Bestimmung des Zeitpunktes der Meßwertübernahme einer Koordinaten-Meßmaschine oder zur Steuerung einer Werkzeugmaschine herangezogen.

Um die Übersetzung zwischen der seitlichen Bewegung der Antastkugel 11 und der Höhenbewegung des Lin-

sensystems 9 unabhängig von der Antastrichtung konstant zu halten sind die Kugeln 15 im Tastkopfgehäuseboden 13 axial und radial einstellbar. Durch diese Einstellbarkeit können die bei der Fertigung unvermeidlichen Toleranzen ausgeglichen werden. Zur Einstellung ist jede Kugel 15 in einem um seinen Mittelpunkt in allen Richtungen schwenkbaren Kugelkörper 16 befestigt, vorzugsweise in eine Bohrung eingepreßt.
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Zum besseren Verständnis ist in Figur 3 eine Lagerstelle vergrößert perspektivisch dargestellt.

Jeder Kugelkörper 16 ist in einem Sitz 18 drehbar gelagert. Der Sitz 18 ist in einer axial verschiebbaren Halterung 19 eingebracht und die Oberfläche des Sitzes 18 ist dem Kugelkörper 16 so angepaßt, daß sich der Kugelkörper 16 möglichst spielfrei um seinen Mittelpunkt drehen kann. Der Durchmesser des Kugelkörpers 16 ist beispielsweise 5mm und der Durchmesser der eingepreßten Kugel 15 beispielsweise 3mm gewählt.

Bei der Einstellung wird der Sitz 18 sowie die Bohrung 20 für die Halterung 19 im Meßteller 10 mit verzugsfrei aushärtbaren Klebstoff bestrichen. Die Kugelkörper 16 werden in die Sitze 18 der Halterungen 19 gelegt und die Halterungen 19 in die Bohrungen 20 des Meßtellers 10 eingeführt. Die Halterungen 19 werden so lange axial (in Z-Richtung) verschoben, bis jede Kugel 15 so mit der ihr zugeordneten Dreiergruppe von Kugeln 141, 142, 143 zusammenwirkt.

Die Kugeln 15 sind optimal eingestellt, wenn

jede Kugel 141, 142, 143 die zugeordnete Kugel 15 an einem Punkt berührt.

Da jede Lagerstelle als Dreipunktlagerung ausgebildet ist,bietet diese Lagerung nach dem Aushärten des Klebstoffes den Vorteil hoher und gleichmäßiger Steifigkeit unabhängig von der Antastrichtung, wodurch eine äußerst gute Schaltcharakteristik gewährleistet ist.
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Als Einstellvorrichtung für jede Kugel sind nach den Figuren 1 bis 3 jeweils die in der Bohrung 20 verschiebbare Halterung 19 und der in dieser Halterung 19 verschwenkbare Kugelkörper 16 vorgesehen. 15

Mit dieser Einstellvorrichtung kann anstelle der Kugel 15 auch ein in der Figur 4 gezeigter Kegel 154 verstellt werden. Der Kegel 154 ist an dem Kugelkörper 16 befestigt oder angeformt. Selbstver-0 ständlich kann anstelle der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten in den Kugelkörper 16 eingepreßten Kugeln 15 auch eine kugelig gekrümmte Oberfläche an den um seinen Drehpunkt drehbaren Kugelkörper 16 angeformt sein.

In der Figur 5 ist an der Einstellvorrichtung eine Pyramidenspitze 155 angebracht. Im eingestellten Zustand berührt jede Kugel 141, 142, 143 der Dreiergruppe eine Seite der Pyramidenspitze 155.
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Die Einstellvorrichtung kann auch zur Einstellung der Kugeln 141, 142, 143 der Dreiergruppe dienen. Es kann auch jeder der Kugeln 141, 142, 143 eine eigene Einstellvorrichtung zugeordnet sein. In der Figur 6 sind die Kugeln 141, 142, 143 als kugelige Oberflächenbereiche an den Kugelkörper 16 angeformt, sie können aber auch auf andere Weise

ausgebildet, beispielsweise angeklebt sein. Den Kugeln 141, 142, 143 ist nach Figur 6 eine in den Meßteller 10 eingeklebte Gegenkugel 156 zugeordnet, so daß sich die gleichen Verhältnisse wie bei den Lagerstellen nach den Figuren 1 bis 3 ergeben.

In nicht gezeigter Weise kann als Gegenkörper auch eine Pyramidenspitze oder ein Kegel vorgesehen sein.
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Die vorher beschriebene Einstellvorrichtung kann durch einen in einer Buchse 190 verdrehbaren Zylinder 160 ersetzt werden. Wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt, ist auf einer Stirnfläche des Zylinders 160 außerhalb seiner Drehachse eine Kugel 157 angebracht. Der Zylinder 160 ist wiederum exzentrisch in der Buchse 190 drehbar gelagert, wobei die Buchse 190 in Bohrungen des Tastkopfgehäusebodens 13 um seine Längsachse drehbar ist. Der Kugel 157 sind auch hier die Kugeln 141, 142, 143 des Meßtellers 10 zugeordnet.

Die Kugel 157 kann auch in Verbindung mit dieser Einstellvorrichtung durch einen in der Figur 9 gezeigten Kegel 159 oder durch eine Pyramidenspitze ersetzt werden.

In Figur 10 ist gezeigt, daß die Kugeln 141, 142, 143 exzentrisch auf dem Zylinder 160 angeordnet sind. Die zugeordnete Pyramidenspitze 151 ist in diesem Fall gegenüberliegend im Meßteller 10 fixiert. Anstelle der Pyramidenspitze 151 kann auch eine Kugel oder ein Kegel im Meßteller (10) fixiert

sein.
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In nicht gezeigter Weise kann die Einstellvorrichtung für jede Lagerstelle auch im Meßteller 10 vorgesehen sein.

Claims (11)

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 18. Juli 1991 Ansprüche

1. Mehrkoordinaten-Tastkopf mit wenigstens einem, in mehrere Koordinatenrichtungen auslenkbaren Taststift, der in einer Lagerung mit mehreren Lagerstellen gelagert ist, wobei jede Lagerstelle von drei gegeneinander versetzten Kugeln und einem Gegenkörper gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils den drei Kugeln (141, 142, 143) und/oder den Gegenkörpern (15, 151, 154, 155, 156, 157, 159) eine Einstellvorrichtung (16, 19; 160, 190) zugeordnet ist.

2. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der drei Kugeln (141, 142, 143) jeweils eine Ein-Stellvorrichtung zugeordnet ist.

3. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (141, 142, 143) einer Lagerstelle um 120° gegeneinander

0 versetzt angeordnet sind und der Gegenkörper

(15, 151, 154, 155, 156, 157, 159) an jeder der drei Kugeln (141, 142, 143) an einem Punkt aufliegt.

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4. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Einstellvorrichtung ein in einer Halterung (19) schwenkbarer Kugelkörper (16) ist, an dem die drei Kugeln (141, 142, 143) oder ein Gegenkörper (15, 154, 155) befestigt oder angeformt sind.
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5. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung ein Zylinder (160) ist, an dem die drei Kugeln (141, 142, 143) oder der Gegenkörper

(157, 159) befestigt oder angeformt sind, und daß der Zylinder (160) exzentrisch in einer Buchse (190) drehbar gelagert ist und diese Buchse (190) wiederum in einer Bohrung um ihre Längsachse drehbar gelagert ist.

6. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (19) in einer Bohrung (20) axial verschiebbar gelagert ist.

7. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkörper eine Kugel (15, 156, 157) ist.

8. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkörper ein Kegel (154, 159) oder eine Pyramidenspitze (155, 151) ist.

0 9. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen kreisringförmig konzentrisch um die Tastkopfachse angeordnet sind.

10. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (141, 142, 143) im

Tastkopfgehäuseboden (13) und die Gegenkörper (151, 156) im Meßteller (10) vorgesehen sind.

11. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (141, 142, 143) im Meßteller (10) und die Gegenkörper (15, 154, 155, 157, 159) im Tastkopf gehäuseboden (13) vorgesehen sind.