DE9320852U1 - Mehrkoordinaten-Tastkopf - Google Patents

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 2. Dezember 1993

Mehrkoordinaten-Tastkopf

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrkoordinaten-Tastkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Aus diversen Druckschriften sind Mehrkoordinaten-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 Abstandssensoren. Derartige Ausführungsformen finden sich in DE- 23 47 633-C3; DE- 35 08 396-Cl;
EP- 0 361 164-Al.

Ferner sind aus der EP 0 068 899 Bl Mehrkoordinaten-Tastköpfe bekannt, bei denen als Sensoren Dehnungsmeßstreifen vorgesehen sind, die auf blattfederartigen Befestigungsarmen angeordnet sind, mit deren Hilfe ein Taststift in seinem Gehäuse gelagert ist.

Bei Antastung von Objekten mittels eines derartigen Mehrkoordinaten-Tastkopfes wird ein das Objekt berührender Taststift ausgelenkt, der an seinem freien Ende eine Tastkugel trägt. Die Bauart der Sensoren bedingt es, daß die Generierung eines Antastsignales nach mehr oder weniger Auslenkung des Taststiftes 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.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Merkmale der Unteransprüche wird ein erfindungsgemäßer Mehrkoordinaten-Tastkopf vorteilhaft ausgestaltet.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Mehrkoordinaten-Tastkopfes liegen darin, daß bereits geringste Antastkräfte eine Auslösung eines Meßsignales bewirken, 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

Figur 1 einen Mehrkoordinaten-Tastkopf

im Querschnitt;
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Figur 2 eine stark vereinfachte Draufsicht auf den inneren Aufbau;

Figur 3 eine Einzelheit und
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Figur 4 eine weitere Einzelheit.

Ein in Figur 1 dargestellter Mehrkoordinaten-Tastkopf 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches mit Hilfe eines Schaftes 3 in eine Maschine eingespannt werden 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 Auslastvorgang aus seiner Ruhelage heraus ausgelenkt wird. Der Taststift 4 ist über eine elastisehe 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 schematischen Draufsicht in Figur 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 Sensoren 11 vorzusehen.

Die eine Gruppe von elastischen Elementen (Blattfedern 9) bewirkt die axiale Führung und ist in axialer Richtung steifer als die andere Gruppe von elastischen Elementen (Blattfedern 8), welche die radiale Führung bewirken. Zur radialen Führung weisen 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.
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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 winkelversetzten 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 Genauigkeit reproduzierbar ist, jedoch mit dem applizierten 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 Taststiftkugel 5 um einen bestimmten, sehr kleinen Wert ausgelenkt wird. Das bedeutet, daß bereits ein Signal 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 zugehörigen Blattfeder 9 abgehoben hat. Die weicher aufgehängten Prismen 12 "folgen" sozusagen der Taststiftauslenkung.

In der Einzelheit gemäß Figur 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 befestigen. Dies stellt gewissermaßen die kinematische Umkehr zum Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1 und 2 dar.

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

Claims (8)

-sr DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 2. Dezember 1993 Ansprüche

1. Mehrkoordinaten-Tastkopf mit wenigstens einem, in mehrere Koordinatenrichtungen auslenkbarem Taststift zum Antasten eines Objektes, wobei der Taststift gegen eine Rückstellkraft mittels einer elastischen Aufhängung in seinem Gehäuse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Aufhängung aus mehreren Gruppen (8, 9) von elastischen Elementen besteht, wobei diese Gruppen über unterschiedliche Steifigkeiten verfügen.

2. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente durch Blattfedern (8, 9) gebildet werden.

3. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blattfedergruppe (9) die axiale Führung und eine andere Blattfedergruppe (8) die radiale Führung bewirkt.

4. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß^die die axiale Führung bewirkende Blattfedergruppe (9) in axialer Richtung eine höhere Steifigkeit aufweist, als die Blattfedergruppe (8), die die radiale Führung bewirkt.

5. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Blattfedergruppe (9) Sensoren (11) zum Detektieren des Antastvorganges vorgesehen sind.

6. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ daß die Sensoren (11) an den Blattfedern (9) mit der höheren Steifigkeit angeordnet sind.

7. Mehrkoordinaten-Tastkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sind.

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