DE9300994U1

DE9300994U1 - Long-length stylus for the probe head of a coordinate measuring machine

Info

Publication number: DE9300994U1
Application number: DE9300994U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2003-01-27
Also published as: FR2700844B3; IT232679Y1; FR2700844A1; ITMI940022V0; ITMI940022U1

Description

Beschreibung: 93 002 GDescription: 93 002 G

Taststift großer Länge für den Tastkopf eines KoordinatenmeßgerätesLong-length stylus for the probe head of a coordinate measuring machine

Taststifte für Koordinatenmeßgeräte bestehen in der Regel aus einem zylindrischen Schaft aus Metall- oder Keramikmaterial, an den der Antastformkörper angesetzt ist. Als Antastformkörper werden überwiegend Rubinkugeln oder Kugeln aus einem anderen harten Material verwendet.Styluses for coordinate measuring machines usually consist of a cylindrical shaft made of metal or ceramic material to which the probe body is attached. Ruby balls or balls made of another hard material are predominantly used as probe bodies.

Für bestimmte Meßaufgaben, wie z.B. Innenmessungen in Motorgehäusen werden besonders lange Taststifte benötigt. Solche Taststifte werden aufgrund ihrer Länge verhältnismäßig schwer. Da andererseits die am Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes erlaubte zulässige Masse der Taststifte auf wenige 100 Gramm beschränkt ist, ist es erforderlich, Gewicht dadurch einzusparen, daß man den Schaft entweder besonders dünnwandig baut oder leichtgewichtige Materialen einsetzt, bzw. beide Maßnahmen kombiniert. So ist es beispielsweise bekannt, Taststiftverlängerungen aus sogenannten CFK-Rohren aufzubauen. Derartige Tasterverlängerungen werden beispielsweise von der Firma Gökeler in 7318 Lenningen angeboten.For certain measuring tasks, such as internal measurements in engine housings, particularly long styli are required. Such styli are relatively heavy due to their length. On the other hand, since the permissible mass of the styli on the probe head of a coordinate measuring machine is limited to a few hundred grams, it is necessary to save weight by either building the shaft with particularly thin walls or using lightweight materials, or combining both measures. For example, it is known to build styli extensions from so-called CFRP tubes. Such probe extensions are offered, for example, by the company Gökeler in 7318 Lenningen.

Bei diesen Tasterverlängerungen tritt jedoch das Problem auf, daß der daraus aufgebaute Taststift beim Antasten oder Abtasten vom Werkstück ins Schwingen gerät. Die Zeit, bis derartige Schwingungen abgeklungen sind, kann bis zu 10 see oder mehr dauern. In dieser Zeit ist der den Antastvorgang registrierende piezoelektrische Sensor im Tastkopf noch durch das Nachschwingen des vorherigen Antastvorganges übersteuert und kann deshalb den nächsten Antastvorgang nicht registrieren.However, the problem with these probe extensions is that the stylus made from them begins to vibrate when the workpiece is touched or scanned. It can take up to 10 seconds or more for such vibrations to die down. During this time, the piezoelectric sensor in the probe head that registers the probing process is still overdriven by the after-vibration of the previous probing process and therefore cannot register the next probing process.

Das angesprochene Problem tritt insbesondere dann auf, wenn der lange, dünne Taststift in waagerechter Einbaulage eingesetzt wird und man ein Gegengewicht benötigt, um dasThe problem mentioned occurs especially when the long, thin stylus is used in a horizontal installation position and a counterweight is required to

Kippmoment des abgewinkelten Taststiftes zu kompensieren. Denn wenn man das Gegengewicht über einen langen Hebelarm befestigt, werden die Abmessungen des Schaftes nochmals vergrößert und der Taststift wird noch schwingungsanfälliger.To compensate for the tilting moment of the angled stylus. If the counterweight is attached using a long lever arm, the dimensions of the shaft are increased again and the stylus becomes even more susceptible to vibration.

Zur Lösung des Problems ist im deutschen Gebrauchsmuster 8711221 vorgeschlagen worden, den Schaft des Taststifts aus einem ausgeschäumten Metallrohr zu fertigen. Diese Maßnahme bringt zwar bei Taststiftlängen bis 400 mm brauchbare Ergebnisse, ist jedoch dann nicht mehr ausreichend, wenn die Länge des Taststiftes 500 mm übersteigt und beispielsweise 600 mm betragen muß, um die gestellte Meßaufgabe zu lösen.To solve the problem, the German utility model 8711221 proposes making the shaft of the stylus from a foamed metal tube. Although this measure produces usable results for stylus lengths of up to 400 mm, it is no longer sufficient if the length of the stylus exceeds 500 mm and must be 600 mm, for example, in order to solve the measuring task.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Taststift großer Länge für den Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes so auszubilden, daß er auch bei großer Schaftlänge von 500 mm und mehr eine möglichst geringe Schwingungsneigung zeigt bzw. die beim Antasten erzeugten Schwingungen möglichst rasch abklingen.It is therefore the object of the present invention to design a long stylus for the probe head of a coordinate measuring machine in such a way that it exhibits as little tendency to oscillate as possible even with a long shaft length of 500 mm and more, or that the oscillations generated during probing die away as quickly as possible.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved by the measures specified in claim 1.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß sehr leichtgewichtige Taststifte aus Leichtbauwerkstoffen beispielsweise aus CFK-Rohren aufgebaut werden können, die dennoch sehr gut gedämpft sind. Als Dämpfungselement dient hier eine Spannhülse, in der ein Ausgleichstab, der etwa die gleiche Länge wie der eigentliche Taststift besitzt, über mehrere achsial beabstandete gummielastische Zwischenkörper geklemmt ist. Diese Spannhülse, deren Klemmkraft vorzugsweise einstellbar ist, sorgt dafür, daß induzierte Schwingungen im Taststift in weniger als 1 see abgeklungen sind, selbst wenn der Taststift eine Länge von über 600 mm besitzt. Als gummielastischer Zwischenkörper sind zweckmäßig O-Ringe verwendet, die den Ausgleichstab an seinem AußenumfangeThe advantage of the invention is particularly that very lightweight styli can be constructed from lightweight materials, for example from CFRP tubes, which are nevertheless very well damped. A clamping sleeve serves as the damping element here, in which a compensating rod, which has approximately the same length as the actual stylus, is clamped over several axially spaced rubber-elastic intermediate bodies. This clamping sleeve, the clamping force of which is preferably adjustable, ensures that induced vibrations in the stylus have decayed in less than 1 second, even if the stylus has a length of more than 600 mm. O-rings are expediently used as the rubber-elastic intermediate body, which secure the compensating rod on its outer circumference.

klemmen. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Klemmkraft eingestellt werden kann, da sich hierdurch das Dämpfungsverhalten der Spannhülse optimieren läßt. Zu diesem Zwecke kann die Spannhülse mehrere radial um den Schaft des Ausgleichstabes verteilte, achsial verstellbare Keile enthalten.clamp. It is particularly advantageous if the clamping force can be adjusted, as this allows the damping behavior of the clamping sleeve to be optimized. For this purpose, the clamping sleeve can contain several axially adjustable wedges distributed radially around the shaft of the compensating rod.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 1-3 der beigefügten Zeichnungen.Further advantages of the invention emerge from the following description of embodiments with reference to Figures 1-3 of the accompanying drawings.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Taststift mit Spannhülse und Ausgleichstab in Seitenansicht;Fig. 1 shows a stylus according to the invention with clamping sleeve and compensating rod in side view;

Fig. 2 zeigt teils in Ansicht teils im Schnitt die Spannhülse (5) aus Figur 1 in vergrößertem Maßstabe;Fig. 2 shows partly in view and partly in section the clamping sleeve (5) from Figure 1 on an enlarged scale;

Fig. 3 zeigt die Spannhülse (5) aus Fig. 2 im Schnitt entlang der Linie III/III in Fig. 2.Fig. 3 shows the clamping sleeve (5) from Fig. 2 in section along the line III/III in Fig. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte, in waagerechter Einbaulage zu verwendete Taststift (1) besteht aus einem CFK-Rohr, das über ein rechtwinklig daran angesetztes Verbindungsstück (2) und den Wechselteller (3) am auslenkbaren Teil des Tastkopfes eines Koordinatenmeßgerätes befestigt werden kann. Eine reproduzierbare Wechselhalterung für den Tastkopf von Koordinatenmeßgeraten ist beispielsweise in der DE-OS 3320127 beschrieben.The stylus (1) shown in Fig. 1, which is used in a horizontal installation position, consists of a CFRP tube that can be attached to the deflectable part of the probe head of a coordinate measuring machine via a connector (2) attached at right angles to it and the change plate (3). A reproducible changeable holder for the probe head of coordinate measuring machines is described, for example, in DE-OS 3320127.

Am vorderen Ende trägt der Taststift (1) einen sogenannten Sterntaster aus fünf auf Hartmetallstäbchen aufgesetzte Saphirkugeln. Dieser Sterntaster (4) kann vom Schaft des Taststifts (1) abgeschraubt und gegen einen anderen, an die jeweilige Meßaufgabe angepaßten Taster ausgetauscht werden.At the front end, the stylus (1) has a so-called star probe made of five sapphire balls mounted on hard metal rods. This star probe (4) can be unscrewed from the shaft of the stylus (1) and replaced with another probe adapted to the respective measuring task.

Auf der dem Sterntaster (4) abgewandten Seite ist an das Ende des Tasterschafts eine Spannhülse (5) angeschraubt. In dieser Spannhülse (5) ist das Ende eines AusgleichstabesOn the side facing away from the star probe (4), a clamping sleeve (5) is screwed onto the end of the probe shaft. The end of a compensating rod is inserted into this clamping sleeve (5).

(6) wie in Fig. 2 und 3 noch näher erläutert festgespannt. Der Ausgleichstab (6) dient zur Kompensation des vom Tasterschaft (1) auf den Wechselteller (3) ausgeübten Kippmomentes. Er besitzt dazu etwa die gleiche Länge von ca. 600 mm wie der Schaft des Taststifts (1) und besteht ebenfalls aus einem CFK-Rohr. Das gesamte aus dem Taststift (1) und aus dem Ausgleichstab (6) bestehende Gebilde besitzt demzufolge eine Länge von über 1200 mm. Der Durchmesser beträgt ca. 18 mm.(6) as explained in more detail in Fig. 2 and 3. The compensation rod (6) serves to compensate for the tilting moment exerted by the probe shaft (1) on the change plate (3). It has approximately the same length of approx. 600 mm as the shaft of the probe pin (1) and also consists of a CFRP tube. The entire structure consisting of the probe pin (1) and the compensation rod (6) has a length of over 1200 mm. The diameter is approx. 18 mm.

Dafür, daß trotz dieser extrem langen Taststiftkonfiguration keine störenden Schwingungen auftreten, sorgt die Spannhülse (5). Sie besteht aus einem konischen Grundkörper (8) mit einer zylindrischen Innenbohrung. An die Stirnseite des Grundkörpers (8) ist der Taststift (1) angeschraubt. In die Innenbohrung ist der Ausgleichstab (6) eingesetzt und zwar wird er dort in der Innenbohrung über vier auf die Länge der Bohrung verteilte gummielastische O-Ringe (11a - lld) festgeklemmt. Selbstverständlich ist es möglich, statt der beschriebenen vier auch eine größere Anzahl von O-Ringen einzusetzen. Zur Einstellung der Klemmkraft dienen sechs ringsegmentformige Keile (9a - 9f), die im Zwischenraum zwischen der konischen Außenfläche des Grundkörpers (8) der Spannhülse (5) und ihrem zylindrischen Außenring (7) eingesetzt sind. Hierzu können die Keilkörper (9a - 9f) mit Hilfe von Stellschrauben (10a - 1Of) achsial verschoben werden. Die Schrauben (10a - 1Of) ziehen die Keile (9a - 9f) gegen den Grundkörper (8), der dadurch die O-Ringe (11a - lld) mehr oder weniger stark deformiert und den Ausgleichsstab (6) damit mehr oder weniger stark klemmt. Mit den Schrauben (10a - 1Of) läßt sich das Dämpfungsverhalten optimieren.The clamping sleeve (5) ensures that no disturbing vibrations occur despite this extremely long stylus configuration. It consists of a conical base body (8) with a cylindrical inner bore. The stylus (1) is screwed onto the front side of the base body (8). The compensating rod (6) is inserted into the inner bore and is clamped there in the inner bore by four rubber-elastic O-rings (11a - 11d) distributed along the length of the bore. It is of course possible to use a larger number of O-rings instead of the four described. Six ring-segment-shaped wedges (9a - 9f) are used to adjust the clamping force; these are inserted in the space between the conical outer surface of the base body (8) of the clamping sleeve (5) and its cylindrical outer ring (7). For this purpose, the wedge bodies (9a - 9f) can be moved axially using adjusting screws (10a - 1Of). The screws (10a - 1Of) pull the wedges (9a - 9f) against the base body (8), which thereby deforms the O-rings (11a - 11d) to a greater or lesser extent and thus clamps the compensating rod (6) to a greater or lesser extent. The damping behavior can be optimized using the screws (10a - 1Of).

Anstelle der vorstehend beschriebenen Klemmung des Ausgleichsstabs (6) an seinem Außenumfange ist es auch möglich den hohlen FK-Stab über eine geeignete Spanneinrichtung von innen zu klemmen.Instead of clamping the compensating rod (6) on its outer circumference as described above, it is also possible to clamp the hollow FK rod from the inside using a suitable clamping device.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel konnte sichergestellt werden, daß beim Antasten induzierte Schwingungen des Taststifts nach weniger als 0,8 see vollständig abgeklungen waren. Entsprechend ist der beschriebene Taststift für den Einsatz an schaltenden Tastköpfen mit piezoelektrischem Sensor bestens geeignet.In the described embodiment, it was possible to ensure that vibrations of the stylus induced during probing had completely died down after less than 0.8 seconds. Accordingly, the stylus described is ideally suited for use with switching probes with piezoelectric sensors.

Claims

Protection claims:

1. Long stylus for the probe head of a coordinate measuring machine, wherein a compensating rod (6) is attached to the stylus (1) via a connecting element (5) and the connecting element (5) is a clamping sleeve in which the compensating rod (6) is clamped via several axially spaced, rubber-elastic intermediate bodies (11a - d).

2. Stylus according to claim 1, wherein the shaft of the stylus (1) is made of lightweight materials, preferably of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).

3. Stylus according to claim 2, wherein the compensating rod (6) also consists of lightweight materials.

4. Stylus according to claim 1, wherein the intermediate bodies (11a - d) clamp the compensating rod (6) at its outer circumference.

5. A stylus according to claim 1, wherein the intermediate bodies clamp the hollow balance rod from the inside.

6. Stylus according to claim 1, wherein the intermediate bodies (11a - d) are O-rings.

7. Stylus according to claim 1, wherein the clamping force of the clamping sleeve (5) is adjustable.

8. Stylus according to claim 7, wherein a plurality of axially adjustable wedges distributed radially around the shaft of the compensating rod (6) are provided for adjusting the clamping force in the clamping sleeve (5).

9. Stylus according to claim 1, wherein the stylus (1) has a length of 500 mm more or more, preferably 600 mm.