WO2005098355A1 - Tastkopf mit schutzvorrichtung und koordinatenmessgerät mit solchem tastkopf - Google Patents

Tastkopf mit schutzvorrichtung und koordinatenmessgerät mit solchem tastkopf Download PDF

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WO2005098355A1
WO2005098355A1 PCT/EP2005/003569 EP2005003569W WO2005098355A1 WO 2005098355 A1 WO2005098355 A1 WO 2005098355A1 EP 2005003569 W EP2005003569 W EP 2005003569W WO 2005098355 A1 WO2005098355 A1 WO 2005098355A1
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probe
stylus
holder
collision
collision protection
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PCT/EP2005/003569
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Inventor
Wolfgang Wiedmann
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/047—Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes
    • G—PHYSICS
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    • G01B7/012—Contact-making feeler heads therefor

Definitions

  • the invention relates to a probe for a coordinate measuring machine and a coordinate measuring machine with such a probe.
  • the invention relates to a probe for use on a coordinate measuring machine.
  • the probe is designed to guide one or more styli at the same time in order to probe one- or multi-dimensional objects.
  • the probe has a device for measuring a deflection of a flexible probe part.
  • the probe has a probe carrier with which it can be attached to a quill of a coordinate measuring machine.
  • this is attached to a workpiece holder of the coordinate measuring device, and the probe is displaced relative to the workpiece holder by the coordinate measuring device until a probe tip of a stylus of the probe comes into contact with the workpiece.
  • the coming into contact leads to a deflection of the stylus relative to the probe head and is registered by a sensor of the probe head.
  • the coordinates of the probe tip are then determined via sensors of the coordinate measuring device, from which coordinates of the probed location of the surface of the workpiece can be determined. This process can then be repeated for other locations on the surface of the workpiece.
  • the probe for the coordinate measuring machine comprises a probe carrier which can be attached to the coordinate measuring machine, a stylus holder which can be deflected relative to the probe carrier from a rest position for receiving a stylus, a sensor system with a sensor for detecting a deflection of the stylus holder relative to the probe carrier, a stylus with a stylus base and at least one stylus, the stylus base being attached to and extending from the stylus receptacle, and a collision protection device which can be deflected together with the stylus holder relative to the probe head, parts of the collision protection device, seen in projection in the direction of extension of the stylus base is arranged outside the sensor system at at least three locations distributed in the circumferential direction around the stylus base.
  • a collision protection device that can be deflected together with the stylus is thus provided, which has the at least three locations that protrude laterally, for example, beyond the sensor system and are arranged such that unintentional contact with an object does not occur with the sensor system but with one of the locations of the collision protection - Direction arises.
  • This then unexpected touch signal from the sensor can be interpreted as a collision of the probe with an object by the control system of the coordinate measuring machine.
  • the control system of the coordinate measuring machine can then stop the further movement of the probe relative to the workpiece holder and trigger an alarm signal.
  • a user can then check the proper functioning of the measurement process.
  • a probe for a coordinate measuring machine comprises a probe carrier that can be attached to the coordinate measuring machine, a stylus holder for recording a stylus at a rest position, a sensor for detecting a deflection of the stylus holder relative to the probe carrier, and a collision contact at at least one contact position that lies in a plane that is orthogonal to a straight line that extends between the probe carrier and the stylus holder in its rest position is, a maximum distance of the plane from the probe holder corresponds to the distance of the stylus holder from the probe holder and the contact position with respect to the straight line is arranged outside the sensor, and wherein the collision contact with the stylus holder can be deflected together relative to the probe holder.
  • the stylus holder is arranged in the plane.
  • the collision contact is thus arranged in the plane with the stylus holder.
  • the collision contact preferably even engages under the plane somewhat, so that collision protection, for example, even when the. Probe is effective.
  • This embodiment is advantageous if, for example, a stylus is inserted in the stylus holder of the probe and / or is held by the stylus holder in order to measure a chamber of a workpiece.
  • the collision contact which is arranged in an area of the probe head which is assigned to the stylus holder and is located somewhat below the plane with the stylus holder, can contact an outer wall the chamber of the workpiece, and trigger a reaction of the coordinate measuring device, which protects the probe against damage by excessive lowering of the probe against the workpiece.
  • the collision contact is designed as a post, rod, rod or strut which extends upwards.
  • the post extends upwards from the level with the stylus holder, that is to say an area assigned to the stylus holder, which can also lie somewhat below the plane.
  • a certain protection of the probe against collisions is achieved with minimal use of material.
  • the sensitivity of the stylus holder of the collision-protected probe head is thus maximized, since the inertia of the stylus holder is minimal.
  • the collision contact has an annular strut which is placed around the posts and connected to the posts.
  • the ring strut enables all-round protection of the probe head with a particularly small amount of material.
  • the sensitivity of the stylus holder of the collision-protected probe head is particularly great, since the inertia of the stylus holder is particularly low.
  • the collision contact has an elastic free end.
  • the elastic free end intercepts a part of the impact in the event of a collision, so that damage to the sensitive sensor of the probe is avoided even if the movement of the probe against a collision object is more violent than a permissible movement of the stylus holder relative to the probe carrier. Because the elastic free end of the collision contact deforms and yields to the collision object, the impact movement which the stylus holder experiences against the probe carrier is not so violent that the probe is damaged.
  • the collision contact is designed as a cage, which at least partially surrounds the sensor.
  • the collision contact is designed as a cup which at least partially surrounds the sensor.
  • one is special Extensive protection of the probe is possible because, especially in the case of a complete encapsulation of the probe by means of the cage-shaped or cup-shaped collision contact, the collision of the probe with an object is a collision of the collision contact, which leads to a movement of the stylus holder relative to the stylus carrier and thus from the sensor is detected, which enables a reaction of the coordinate measuring machine.
  • the collision contact is designed as a housing.
  • the housing surrounds the sensor, for example, in such a way that an inner wall of the housing is arranged at a distance from the sensor when the stylus receptacle is not deflected, but is at its rest position.
  • the distance of the inner wall from the sensor ensures freedom of movement of the sensor, that is to say a sensor device, sensor mechanism, sensor system or sensor arrangement of the probe, and in particular the stylus holder of the probe.
  • the distance between the inner wall and the sensor preferably corresponds to at least one maximum deflection of the stylus holder from the rest position. In this embodiment, the freedom of movement of the stylus holder is particularly large.
  • the stylus receptacle and the collision contact are formed in one piece.
  • This embodiment enables a particularly cost-effective implementation of the probe according to the invention, because the probe pin recording is, so to speak, integrated into the collision contact, which is designed, for example, as a housing that largely surrounds the sensor of the probe.
  • the probe is particularly low-maintenance and can be loaded because the number of individual parts required to assemble the probe is particularly low.
  • the probe comprises an inner housing.
  • the inner housing is rigidly connected to the probe carrier, for example.
  • the collision Contact arranged outside the inner housing.
  • the collision contact is arranged at a distance from the inner housing such that the smallest distance of the collision contact from the inner housing at the rest position of the stylus holder corresponds at least to the maximum deflection of the stylus holder from the rest position. This ensures freedom of movement of the stylus holder relative to the probe carrier with the inner housing of the probe.
  • the collision contact is releasably attached to the stylus receptacle.
  • the probe is particularly easy to maintain.
  • the collision contact can be released from the stylus holder and removed from the probe, so that, for example, the sensor of the probe is exposed.
  • it is then possible to check the reliability of the sensor for example by measuring the deflection of the stylus holder from the rest position.
  • the collision contact which can be releasably attached to the probe head, in particular to the probe pin receptacle of the probe head or to a probe pin received by the probe pin receptacle, can be designed as a retrofit contact to provide a conventional probe head with the collision protection according to the invention.
  • the collision contact preferably has an attachment or similar connecting means in order to enable the collision contact to be detachably fastened to the probe, which can be a conventional probe.
  • the collision contact can be plugged onto the probe head according to the invention.
  • the invention includes a collision protection device for use on a probe of a coordinate measuring machine.
  • the collision protection device preferably comprises an attachment attachment for attaching the collision contact to a probe holder or to a stylus for a coordinate measuring machine.
  • the attachment projection is designed such that the collision protection device is attached to a conventional probe is possible.
  • the collision protection device comprises a collision contact, which preferably extends away from the attachment attachment. For example, the collision contact extends upward from the attachment boss.
  • the collision protection device is preferably designed such that it can be plugged onto the stylus holder of the probe. In this embodiment, for example, a conventional probe can be retrofitted with the collision protection device in order to implement the probe according to the invention.
  • the collision contact device in particular the attachment attachment, has a latching device which is set up for latching with a counter-latching device arranged on the stylus holder. This enables a particularly simple “snap-on” connection of the collision device according to the invention with the probe, in particular the stylus holder and / or a stylus.
  • the collision contact is formed with one or more styli.
  • the collision contact is provided for use with the probe, in particular the conventional probe, instead of a conventional stylus, in order to implement the probe according to the invention with the stylus.
  • the collision protection is formed in one piece with the stylus.
  • the collision contact extends, for example, as seen from a key end of the stylus, beyond an attachment attachment for receiving the stylus in a stylus holder of a probe for a coordinate measuring machine and away from the key end.
  • the invention includes a use of the collision protection device according to the invention in a probe.
  • the collision protection device is or is attached, for example, to the probe holder.
  • the invention comprises a probe, in particular a probe according to the invention, for a coordinate measuring machine, comprising: a probe holder which can be attached to the coordinate measuring machine, a stylus holder which can be deflected from a zero position relative to the probe holder and to which a stylus for probing a workpiece can be attached, a sensor for sensing a deflection of the stylus holder relative to the probe carrier from the zero position, and a stylus with a first end attached to the stylus holder, one extending from the stylus holder.
  • a collision protection which can be deflected together with the stylus holder relative to the probe head carrier and which has an outer region which extends in projection onto an orthogonal to a longitudinal axis of the shaft seen first level is arranged outside all components of the sensor, the outer region being arranged in a projection of a plane with the longitudinal axis of the shaft in a region of the stylus holder.
  • the invention further comprises a coordinate measuring device for taking measurements of coordinates on workpieces or similar geometric measurements, comprising: a base with a stand-up device and a workpiece holder for receiving a workpiece to be measured, struts which extend upward from the base, guides , which are mounted on the struts, and a measuring device which can be moved on the guides in a controllable manner, the measuring device having a probe according to one of the preceding claims.
  • the coordinate measuring device has a control device which is set up to control a movement of the measuring device in such a way that a braking distance for stopping the movement does not substantially exceed a maximum deflection of the stylus holder.
  • the invention further comprises a method for controlling a coordinate measuring machine, in particular a coordinate measuring machine according to the invention, with the steps: deriving a probe state signal from a signal of the sensor element; Entering the probe status signal to the controller; Processing the probe status signal to determine if the probe collides with an obstacle; and outputting a stop signal to the control device if a collision is detected.
  • the invention also includes a computer program for use in a control device of a coordinate measuring device, in particular a coordinate measuring device according to the invention, the computer program preferably being set up to carry out the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of the coordinate measuring device according to the invention which is provided with a first exemplary embodiment of the probe head according to the invention
  • Fig. 2 is a perspective view, partly in section, of the probe shown in Fig. 1;
  • Fig. 3 is a perspective view, partly in section, of a second embodiment of the probe according to the invention.
  • Fig. 4 is a perspective view, partly in section, of a third embodiment of the probe according to the invention.
  • FIG. 5 is a perspective view, partly in section, of a fourth embodiment of the probe head according to the invention.
  • Fig. 6 is a sectional view of a conventional probe having a first embodiment of the collision contact device according to the invention;
  • Fig. 7 is a top plan view of the probe shown in Fig. 2 in the plane labeled -7-7-;
  • Fig. 8 is a top plan view of the probe shown in Fig. 5 in the plane labeled -8-8-;
  • FIG. 9 is a perspective view of a conventional probe having a second embodiment of the collision contact device according to the invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a conventional probe having a third embodiment of the collision contact device according to the invention.
  • the coordinate measuring machine 1 comprises a base 3 with four feet 5 by means of which the coordinate measuring machine 1 stands on a surface of a measuring table (not shown in FIG. 1).
  • the base 3 carries in its center a workpiece holder 7, on which a workpiece - not shown in FIG. 1 - to be measured, for example a piston or similar machine part, can be attached.
  • struts 11, 12 extend upwards.
  • the struts 11, 12 carry two longitudinal guides 13, 14 arranged on both sides of the workpiece holder 7, which extend parallel to one another in a horizontal y-direction.
  • a transverse guide extends in a horizontal x-direction, which is perpendicular to the y-direction 15, which is mounted on the longitudinal guides 13, 14 so as to be displaceable in the y direction.
  • a guide profile 17 is provided at one end of the transverse guide 15, which surrounds the longitudinal guide 14 from above in a U-shape and on which a plurality of air cushions 19 are provided, by means of which the transverse guide 15 is supported on the longitudinal guide 14.
  • the other end of the transverse guide 15 is supported on the upper side of the longitudinal guide 13 by means of a further air cushion 20.
  • the transverse guide 15 is also slidably supported in the y direction with respect to the longitudinal guide 13.
  • the transverse guide 15 can be displaced along the longitudinal guide 14 by means of a motor drive (not shown).
  • a displacement position is read off on a scale 23 fixed on the base 3 and an associated sensor 21 fixed on the U-profile 17.
  • a vertical guide 27 is mounted displaceably in the x direction via a guide profile 25.
  • the displacement position of the vertical guide 27 is again read via a scale 29 attached to the transverse guide 15 and a sensor 31 attached to the profile 25.
  • the guide profile 25 there are two further guide profiles 30 which are arranged at a distance from one another and which slidably support a rod 32 extending in the vertical direction (z direction) by means of a motor 33.
  • the displacement position of the rod 32 in the z direction is detected by means of a sensor 34 provided on the rod 32, which reads the position on a scale 35 provided on the vertical guide 27.
  • a probe 36 is attached to a lower end of the rod 31.
  • the probe has a stylus holder 77 which holds a shaft 79 of a stylus 37.
  • the stylus 37 has at its free end a plurality of stylus tips for probing a workpiece that can be attached to the workpiece holder 7.
  • the coordinate measuring machine 1 has a control unit (not shown) which receives signals output by the sensors 21, 31, 34 and sends them to the motor drives such as the Motor 33 outputs control signals.
  • a user can control the coordinate measuring machine directly by means of the control unit, for example for teaching a measuring process, or automatically, for example for carrying out a learned measuring process.
  • the probe 36 comprises an essentially cylindrical housing or chassis 39, a jacket 41, an upper cover 43 and a lower cover 45 (FIG. 2). Opposing edge sections of the casing 41 are fastened to the upper cover 43 or to the lower cover 45, so that the lower cover 45 is rigidly connected to the upper cover 43 by means of the casing 41.
  • a sensor mechanism Arranged in the interior of the housing 39 is a sensor mechanism which contains a ring 47 to which a radially outer end 49 of a spiral spring 51 is fastened.
  • the spiral spring 51 extends in a horizontal plane (x-y) with a plurality of turns around a longitudinal axis 53 of a stylus holder 55 radially inwards.
  • the spiral spring 51 with its end 57 arranged radially on the inside, is fastened to an area 56 of the stylus holder 55 which is central along the longitudinal axis 53.
  • the spiral spring 51 holds the stylus holder 55 in a zero position with respect to the chassis 39.
  • the spiral spring 51 provides a spring force which forces the stylus holder 55 back into the zero position when the central region 56 of the stylus holder 55 is deflected under the action of corresponding restoring forces acting in the z direction, x direction and y direction.
  • a rod 54 extends upwards from the central region 56 of the stylus holder 55, at the upper end 58 of which an angle part 59 is clamped by means of a screw 61.
  • the angular part 59 extends from the upper end of the rod 54 against the x-direction first to the housing shell 41 and then, without touching the chassis 39, in the z-direction upwards.
  • a leaf spring 65 is clamped with its one end 66 in such a way by means of a block 63 and screws 64 that it starts from the upper end of the angle part 59 in the x direction back to the longitudinal axis 53, beyond this extends to the housing shell 41.
  • the leaf spring 65 With its other end 67, the leaf spring 65 is clamped in a holder 69 which is fixed to the jacket 41 of the housing 39.
  • the holder 69 has a lower part 71 fastened to the jacket and an upper part 74 pressed against the lower part 71 by means of screws 73, the spring end 67 being clamped between the lower part 71 and the upper part 74.
  • a deflection measuring system 80 is arranged on the chassis 39 below the spiral spring 51.
  • the deflection measurement system 80 has a set 82 of three distance sensors.
  • the distance sensors jointly include a transmitter coil 86, which is mounted on the stylus holder 55, and a receiver coil 84, which is mounted on the lower cover 45.
  • the transmitter coil 86 emits an electromagnetic field, the field of which is received by the receiver coils 84.
  • the field strength of the field of the transmitter coil 86 at the location of the receiver coil 84 depends in each case on the distance of the transmitter coil 86 from the receiver coil 84.
  • the receiver coil 84 outputs a corresponding distance signal.
  • the deflection system thus detects a position of the transmitter coil 86 with respect to the receiver coils 84.
  • the stylus holder 77 is formed at a lower end of the stylus holder 55.
  • the shaft 79 of the stylus 37 is screwed into the stylus holder 77 such that the longitudinal axis of the shaft 79 is aligned with the longitudinal axis 53 of the stylus holder 55.
  • Attached to a lower end of the shaft 79 are five branch shafts 81 which extend in the directions -z, + x, -x, + y and -y from the lower end of the shaft 79.
  • Each branch 81 carries at its free end a ruby ball 83 which forms the tip of the stylus and is provided for contact with the workpiece to be measured.
  • a collision contact designed as a collision protection cup 90 is fastened to the stylus holder 77 (FIG.
  • the collision protection cup 90 is cylindrical, its cylinder axis being aligned with the longitudinal axis 53 of the shaft 55.
  • the collision protection cup 90 has a cup bottom 92, in the middle of which the stylus holder 77 is embedded.
  • the cup bottom 92 extends essentially in a horizontal plane (xy) radially away from the stylus receptacle 77 to a bottom edge 94.
  • the outline of the bottom edge 94 projects beyond the outline of a projection of the chassis 39 with the sensor system of the probe head 36 the longitudinal axis 53 to the horizontal plane (xy).
  • a lower end 96 of a cup wall 98 of the collision protection cup 90 is formed on the bottom edge 94 of the cup bottom 92.
  • the cup wall 98 extends from the plane (xy) with the cup bottom 92 approximately at a right angle upwards to a horizontal plane (xy) with the cover 43 of the chassis 39.
  • a free cup edge 100 of the collision protection cup 90 is thus at the same level of the lid 43 arranged.
  • a distance 99 between the inside of the cup wall 98 and the probe 36 is greater than a maximum deflection of the probe 36 from the zero position.
  • the chassis 39 of the probe head 36 instead of the housing shell 41 according to the first exemplary embodiment — has a plurality of vertical struts 141.
  • the vertical struts 141 run vertically on a cylindrical surface of the cylindrical housing 39. Opposing free ends of the vertical struts 141 are fastened to the upper cover 43 or to the lower cover 45, so that the lower cover 45 is connected to the upper cover 43 by means of the vertical struts 141 is rigidly connected.
  • the collision protection cup 90 which corresponds exactly to the collision protection cup 90 of the first exemplary embodiment, is fastened to the stylus holder 77, for which reason a description can be dispensed with.
  • the weight of the probe 36 is lower than in the first exemplary embodiment, because the total weight of the Vertical struts 141 is less than the weight of the housing shell 41.
  • the collision protection cup 90 in particular the deflection measuring system 80 with the sensor mechanism, preferably protects like the housing shell 41 in the first exemplary embodiment.
  • a third exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that in the third exemplary embodiment the collision contact comprises a plurality of approximately L-shaped collision protection rods 190 which are fastened to the stylus holder 77.
  • a horizontal bar 192 of the L-shaped collision protection rods 190 is in each case attached to the stylus holder 77 in such a way that. that the horizontal bar 192 extends radially away from the stylus holder 77 in a substantially horizontal plane (x-y).
  • An end 194 of the horizontal bar 192 remote from the stylus receptacle 77 projects beyond the outline of a projection of the chassis 39 with the sensor system of the probe head 36 onto the horizontal plane (x-y).
  • a lower end 196 of a vertical bar 198 of the L-shaped collision protection rod 190 is formed on the distal end 194 of the horizontal bar 192.
  • the vertical bar 198 extends from the plane (x-y) with the horizontal bar 192 approximately at a right angle upwards to the level with the cover 43 of the chassis 39.
  • a free end 110 of each collision protection rod 190 is thus arranged approximately at the height of the cover 43.
  • a distance 199 between the inside of the vertical bar 198 facing the probe 136 and the probe 136 is greater than a maximum deflectability of the probe 136 from the predetermined zero position.
  • the L-shaped collision protection bars 190 are connected to one another by means of at least one horizontal ring which surrounds the entirety of the collision protection bars 190.
  • a light film for example made of plastic, surrounds the entirety of the collision protection rods 190.
  • the collision rods 190 are designed to be resilient, in particular at their free ends.
  • the collision rods 190 are merely designed as horizontal bars 192, the free ends 194, for example, each having a spring element.
  • the vertical bars 196 of the collision rods 190 do not extend to the height of the cover 43, but only up to approximately half the height.
  • the vertical bars 196 of the collision rods 190 not only extend above the horizontal bars, but also below, in particular if the horizontal bars are arranged above the plane with the stylus holder.
  • an elongated probe head 236 has a probe head carrier designed as a chassis 239.
  • the chassis 239 comprises a part 201, 202 which is fixed to the housing and is provided, for example, for fastening to the coordinate measuring machine 1.
  • the housing-fixed part 201, 202 is designed as an angle, a first leg 201 being arranged horizontally at the top and having a receiving swallow for fastening the probe head 236 to a quill (not shown) of the coordinate measuring machine 1.
  • a second leg 202 extends vertically downward from the first leg 201.
  • the probe 236 comprises a further angle 203, 204, which is connected by means of a pair of spaced spring plates 205, 206 to the second leg 202 of the part of the probe 236 fixed to the housing.
  • This arrangement forms a z-guide of the probe head 236.
  • the probe head 236 has a plate 209 which is movably suspended on a horizontal leg 204 of the z-guide by means of a second pair of spring plates 207, 208 (spring plate 208 not shown) and one y- guidance of the probe 236 forms.
  • the probe 236 also has a third pair of spring plates 211, 212, which hangs on the plate 209 and is rotated at a right angle in a horizontal plane with respect to the spring plates 207, 208 and connects the plate 209 to a further plate 210 of the probe 236 , which forms an x-guide of the probe 236.
  • the plate 210 has a stylus holder (not shown) on an underside.
  • the stylus receptacle is designed as a socket which extends downward from the underside of the plate 210, a longitudinal axis of the socket being aligned with the longitudinal axis 253 of the probe head 236.
  • a stylus 213 is screwed into the stylus receptacle.
  • the stylus 213 has a stylus ball 214.
  • Each of the three parallel guides is provided with a measuring force generator in the manner of a moving coil drive.
  • a first magnet 215 is attached to the fixed part 202, a second magnet 216 to an underside of the leg 204 and a third magnet 217 of the moving coil drive to the plate 209, while the moving parts, that is to say the coil bodies of the moving coil drives, are attached the deflectable parts 203, 209, 210 of the z, y or x guide are connected.
  • the probe 236 also has three measuring systems 221, 222, 223 (measuring system 222 not shown), by means of which a deflection of the guided parts of the probe 236 in the three coordinate directions x, y, z can be determined.
  • the measuring systems are designed, for example, as LVDT systems, that is to say as induction coils which are operated at a carrier frequency and which emit a path signal which is proportional to a position of a displaceably mounted coil core.
  • a collision protection housing 290 is fastened to the stylus holder (FIG. 5, FIG. 8).
  • the collision protection housing 290 is designed as an elongated box which is arranged upright and whose horizontal cross section is square.
  • a longitudinal axis of the collision protection housing 290 is aligned with the longitudinal axis 253 of the shaft 213.
  • the box-shaped collision protection housing 290 has a box bottom 292 and a box wall 298.
  • the stylus receptacle is embedded in the middle of the box bottom 292. 'The bottom of the box 292 extends substantially in a horizontal plane (xy) of the stylus retainer away up to a bottom edge 294.
  • a lower end 296 of the box wall 298 of the collision protection housing 290 is formed on the bottom edge 294 of the box bottom 292.
  • the box wall 298 extends from the plane (xy) with the box bottom 292 approximately at right angles upwards to a plane (xy) with the first part 201 of the chassis 239 fixed to the housing.
  • a free box edge 200 of the collision protection housing 290 is thus at the level of the arranged first housing-fixed part 201.
  • a distance 299 on the inside of the box wall 298 from the chassis 239 or the measuring system of the probe 236 is greater than a maximum deflection of the measuring system of the probe 236 from its zero position.
  • a collision protection attachment 390 is plugged onto a conventional probe head 336 (FIG. 6).
  • the probe 336 is elongated and arranged upright on the coordinate measuring machine 1.
  • the probe 336 has a chassis 339.
  • An upper end of the probe head 336 is attached to a quill 355 of the coordinate measuring machine 1 such that the longitudinal axis 356 of the probe head 336 is aligned with a longitudinal axis of the quill 355.
  • a lower end of the probe 336 is movable relative to the upper end attached to the quill 355.
  • the lower end of the probe head 336 has a stylus holder 377 into which a stylus (not shown) can be inserted.
  • An upper section 378 of the stylus receptacle 377 is plate-shaped, a horizontally circumferential groove 380 being formed in a side wall 379 of the upper section 378.
  • the collision attachment 390 is designed as an elongated hood which has a hood base 392 and a hood wall 398.
  • the hood base 392 has a central opening, the diameter of which essentially corresponds to the diameter of the upper section 378 of the stylus receptacle 377 at the level of the groove base of the groove 380.
  • the hood bottom 392 extends from a bottom inside edge 393, which delimits the central opening, away from a bottom outside edge 394.
  • the outline of the bottom outside edge 394 projects beyond the outline of a projection of the probe head 336 onto a horizontal plane (xy). In the area of the inner edge 393 of the hood 392 is somewhat flexible.
  • the hood base 392 can be plugged with the central opening onto the section 378 of the stylus receptacle 377, and the bottom inner edge 393 can be brought into engagement with the groove 380. Possible materials of the hood base 392 include plastic or sheet metal.
  • a lower end 396 of the hood wall 398 of the collision protection hood 390 is formed on the outer edge 394 of the hood base 392.
  • the hood wall 398 extends from the level (xy) with the hood base 392 approximately at right angles up to beyond the level (xy) in which the chassis 339 on the Pinole 355 is attached.
  • a free hood edge 300 of the collision protection hood 390 is thus arranged above the chassis 339, so that the collision protection hood 390 essentially completely surrounds the probe head 336.
  • a distance 399 between the inside of the hood wall 398 and the probe 336 is greater than the maximum deflection of the probe 336 from a predetermined zero position.
  • an annular membrane is stretched from the hood edge 300 to the sleeve 355, so that the probe head 336 is completely enclosed in the interior of the collision protection hood 390, in particular adequately protected from contamination during operation of the coordinate measuring machine.
  • the collision protection contact device is again designed as a collision protection attachment 490, which can be plugged onto a conventional probe head 336, in particular onto a stylus holder of the probe head 336 (FIG. 9).
  • the stylus holder holds a stylus 313 with a stylus ball 314.
  • the collision protection attachment 490 is designed in the manner of a spoke wheel, in which four spokes 492 extend radially outward in a substantially horizontal plane from a hub (not shown).
  • the hub is designed to engage in a groove on a side wall of the stylus holder.
  • the spokes 492 At the ends 494 opposite the hub, the spokes 492 have radial spring elements 495, the free ends of which are connected to one another by means of a ring bracket 400.
  • the collision contact in particular the ring bracket 400, runs outside the outline of the probe head 436.
  • the ends of the spokes 492 are arranged in pairs with respect to the stylus holder at an angle of 90 ° to one another.
  • the collision contact is again designed as a collision protection attachment 590, which can be plugged onto a conventional probe head 336, in particular onto a stylus holder of the probe head 336 (FIG. 10).
  • the stylus holder holds a stylus 313 with a probe ball 314.
  • the collision protection attachment 590 is designed in the manner of a fork basket, in which eight spokes 592 extend like a fork, initially in a substantially horizontal plane from a scar (not shown) radially outwards and then essentially vertically upwards. The scar is designed to engage in a groove on a side wall of the stylus holder.
  • the free ends 500 of the spokes 592 end approximately at half the height of the probe head 336.
  • An inner contour of the respective collision protection device (collision protection cup 90, collision protection rods 190, collision protection housing 290, collision protection hood 390) is designed such that with maximum deflection of the probe kinematics, that is to say the sensor mechanism, the collision protection does not come into contact with the chassis 39, 139, 239 , 339 takes place.
  • An object to be measured that is to say a workpiece
  • the drive unit of the coordinate measuring machine for example the motor 33
  • the drive unit of the coordinate measuring machine is controlled in such a way that the stylus 37 held on the probe head 36 moves to the points of the object to be measured to be probed.
  • a traversing mode which is used, for example, to program the control unit of the coordinate measuring machine 1, the positions to be probed are determined by the user and the user issues commands to the control unit and thus controls the traversing movement directly.
  • the protective device 90 contacts the object in a collision.
  • the object exerts a force on the collision Protective device 90, which is opposite to the movement of the probe 36 with the protective device 90.
  • The. Guard 90 moves relative to the portion of probe 36 attached to coordinate measuring machine 1.
  • the sensor device of the probe 36 triggers a movement signal which is fed to the control unit of the coordinate measuring machine 1.
  • the control unit outputs a stop signal to the drive unit of the coordinate measuring machine 1, and the movement of the probe head 36 is stopped.
  • the length of the braking distance is advantageously shorter than the distance 99 between the inside of the collision contact 90 and the chassis 39 with the sensor mechanism or the sensor system. Damage to the probe head 36 during the collision is thus avoided.
  • control unit uses the triggered movement signal to detect the relative movement direction between the probe head and the object and outputs a corresponding counter-movement control signal to the drive unit.
  • the risk of damage to the probe due to a collision with the obstacle is particularly low because the probe is moved away from the obstacle immediately after a first contact.
  • the invention relates to a probe for a coordinate measuring machine.
  • the probe comprises a probe carrier which can be attached to the coordinate measuring machine, a stylus holder for receiving a stylus at a rest position, a sensor for detecting a deflection of the stylus holder relative to the probe carrier, and a collision contact at at least one contact position which lies in a plane which is orthogonal to a straight line extending between the probe carrier and the stylus holder in its rest position is arranged, a maximum distance of the plane from the probe carrier corresponding to the distance of the stylus holder from the probe carrier and the contact position with respect to the straight line being arranged outside the sensor, and wherein the collision contact with the stylus receptacle can be deflected together relative to the probe carrier.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf (36) für ein Koordinatenmeßgerät (1). Der Tastkopf umfaßt einen an dem Koordinatenmeßgerät (1) anbringbaren Tastkopfträger (43), eine Taststiftaufnahme (77) zur Aufnahme eines Taststiftes (37) an einer Ruheposition, einen Sensor (80) zum Erfassen einer Auslenkung der Taststiftaufnahme (77) relativ zu dem Tastkopfträger (43), und einen Kollisionskontakt (90) an mindestens einer Kontaktposition, die in einer Ebene liegt, die orthogonal zu einer zwischen dem Tastkopfträger (43) und der Taststiftaufnahme (77) in deren Ruheposition sich erstreckenden Geraden (53) angeordnet ist, wobei ein maximaler Abstand der Ebene von dem Tastkopfträger (43) dem Abstand der Taststiftaufnahme (77) von dem Tastkopfträger (43) entspricht und die Kontaktposition (90) bezüglich der Geraden außerhalb des Sensors (80) angeordnet ist, und wobei der Kollisionskontakt (90) mit der Taststiftaufnahme (77) gemeinsam relativ zu dem Tastkopfträger (43) auslenkbar sind.

Description

Tastkopf mit Schutzvorrichtung und Koordinatenmeßgerät mit solchem Tastkopf
Die Erfindung betrifft einen Tastkopf für ein Koordinatenmeßgerät und ein Koordinatenmeßgerät mit solchem Tastkopf .
Die Erfindung betrifft einen Tastkopf zur Verwendung an einem Koordinatenmeßgerät. Der Tastkopf ist dazu eingerichtet, einen oder mehrere Taststifte gleichzeitig zu führen, um ein- oder mehrdimensionale Objekte anzutasten. Beispielsweise weist der Tastkopf eine Einrichtung zum Messen einer Auslenkung eines flexiblen Tastkopfteils auf.
Ein Beispiel eines herkömmlichen Tastkopfes ist aus US 4,603,482 bekannt .
Der Tastkopf weist einen Tastkopftrager auf, mit welchem er an einer Pinole eines Koordinatenmeßgeräts befestigbar ist. Um Koordinaten des Werkstücks zu vermessen, wird dieses an einer Werkstückhalterung des Koordinatenmeßgeräts angebracht, und der Tastkopf wird relativ zu der Werkstückhalterung durch das Koordinatenmeßgerät solange verlagert, bis eine Tastspitze eines Taststifts des Tastkopfes mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Das Inkontaktkommen führt zu einer Auslenkung des Taststifts relativ zu dem Tastkopf rager und wird durch einen Sensor des Tastkopfes registriert. Daraufhin werden die Koordinaten der Tastspitze über Sensoren des Koordinatenmeßgeräts bestimmt, woraus Koordinaten des angetasteten Ortes der Oberfläche des Werkstücks bestimmbar sind. Dieser Vorgang kann dann für weitere Orte an der Oberfläche des Werkstücks wiederholt werden. Beim Verlagern der Tastspitze relativ zu dem Werkstück ist es, insbesondere beim Einsatz automatisierter Meßprogramme, möglich, daß der Tastkopf mit dem Werkstück oder einem anderen in dem dem Tastkopf zugänglichen Volumen angeordneten Objekt kollidiert, was zu Beschädigungen des Tastkopfes führen kann.
Ausführungsformen der Erfindung stellen einen Tastkopf bereit, bei welchem Beschädigungen aufgrund einer Kollision des Tast- köpfes reduziert sind. Ge äß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Tastkopf für das Koordinatenmeßgerät einen an dem Koordinatenmeßgerät anbringbaren Tastkopftrager, eine relativ zu dem Tastkopftrager aus einer Ruheposition auslenkbare Taststiftaufnahme zur Aufnahme eines Taststiftes, ein Sensorsystem mit einem Sensor zum Erfassen einer Auslenkung der Taststiftaufnahme relativ zu dem Tastkopftrager, einen Taststift mit einer Taststiftbasis und wenigstens einer Tastspitze, wobei die Taststiftbasis an der Taststiftaufnahme befestigt ist und sich von dieser weg erstreckt, und eine Kollisionsschutzvorrichtung, welche gemeinsam mit der Taststiftaufnahme relativ zu dem Tastkopftrager auslenkbar ist, wobei Teile der Kollisionsschutzvorrichtung, gesehen in Projektion in die Erstreckungsrichtung der Taststift- basis, an wenigstens drei in Umfangsrichtung um die Taststiftbasis verteilt angeordneten Orten außerhalb des Sensorsystems angeordnet sind.
Es ist somit eine gemeinsam mit dem Taststift auslenkbare KollisionsSchutzvorrichtung vorgesehen, welche die wenigstens drei Orte aufweist, die seitlich zum Beispiel über das Sensorsystem hinausragen und derart angeordnet sind, daß eine unbeabsichtigte Berührung zu einem Objekt nicht mit dem Sensorsystem sondern mit einem der Orte der Kollisionsschutzvor- richtung entsteht . Dies führt zu einer dann unerwarteten Auslenkung der Taststiftaufnahme relativ zu dem Tastkopftrager und ist durch das Sensorsystem detektierbar. Dieses dann nicht erwartete Berührungssignal des Sensors kann als eine Kollision des Tastkopfes mit einem Gegenstand von dem Steuerungssystem des Koordinatenmeßgeräts interpretiert werden. Das SteuerungsSystem des Koordinatenmeßgeräts kann dann die weitere Bewegung des Tastkopfes relativ zu der Werkstückhalterung beenden und ein Alarmsignal auslösen. Daraufhin kann ein Benutzer das ordnungsgemäße Funktionieren des Meßablaufes überprüfen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt ein Tastkopf für ein Koordinatenmeßgerät einen an dem Koordinatenmeßgerät anbringbaren Tastkopftrager, eine TastStiftaufnahme zur Aufnahme eines Taststiftes an einer Ruheposition, einen Sensor zum Erfassen einer Auslenkung der Taststiftaufnahme relativ zu dem Tastkopftrager, und einen Kollisionskontakt an mindestens einer Kontaktposition, die in einer Ebene liegt, die orthogonal zu einer zwischen dem Tastkopftrager und der Taststiftaufnahme in deren Ruheposition sich erstreckenden Geraden angeordnet ist, wobei ein maximaler Abstand der Ebene von dem Tastkopftrager dem Abstand der Taststiftaufnahme von dem Tastkopftrager entspricht und die Kontaktposition bezüglich der Geraden außerhalb des Sensors angeordnet ist, und wobei der Kollisionskontakt mit der Taststiftaufnahme gemeinsam relativ zu dem Tastkopftrager auslenkbar sind.
Bei dem Tastkopf führt eine Kollision des Kollisionskontakts mit einem Gegenstand zu einer Bewegung der Taststiftaufnahme gegenüber dem Tastkopftrager. Damit ist eine Voraussetzung geschaffen, um eine Reaktion des Koordinatenmeßgeräts zu ermöglichen, falls der Tastkopf mit einem Gegenstand kollidiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Taststiftaufnahme in der Ebene angeordnet. Somit ist der Kollisionskontakt in der Ebene mit der Taststiftaufnahme angeordnet. Bevorzugt untergreift der Kollisionskontakt die Ebene sogar etwas, so daß ein Kollisionsschutz beispielsweise auch bei einer Absenkbewegung des . Tastkopfes wirksam ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn beispielsweise ein Taststift in die Taststiftaufnahme des Tastkopfes eingesetzt ist und/oder von der Taststiftaufnahme gehalten wird, um eine Kammer eines Werkstücks zu vermessen. Wenn der Taststift durch eine Öffnung in die Kammer des Werkstücks eintaucht, etwa um eine Innenwand der Kammer anzutasten, kann der Kollisionskontakt, der in einem der Taststiftaufnahme zugeordneten Bereich des Tastkopfes angeordnet ist, der etwas unterhalb der Ebene mit der Taststiftaufnahme liegt, auf eine Außenwand der Kammer des Werkstücks treffen, und eine Reaktion des Koordinatenmeßgeräts auslösen, die den Tastkopf vor einer Beschädigung durch ein übermäßiges Absenken des Tastkopfes gegen das Werkstück schützt. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Kollisionskontakt als Pfosten, Stange, Stab oder Strebe ausgebildet, der bzw. die sich nach oben erstreckt. Beispielsweise erstreckt sich der Pfosten von der Ebene mit der Taststiftaufnahme, das heißt einem der Taststiftaufnahme zugeordneten Bereich, der auch etwas unterhalb der Ebene liegen kann, nach oben. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein gewisser Schutz des Tastkopfes gegen Kollisionen mit minimalem Materialeinsatz erreicht. Somit wird die Empfindlichkeit der Taststiftaufnahme des kollisions- geschützten Tastkopfes maximiert, da eine Trägheit der Taststiftaufnahme minimal ist.
Beispielsweise weist der Kollisionskontakt eine Ringstrebe auf, die um die Pfosten gelegt und mit den Pfosten verbunden ist. Die Ringstrebe ermöglicht einen Rundumschutz des Tastkopfes mit besonders geringem Materialauf and. Somit wird die Empfindlichkeit der Taststiftaufnahme des kollisionsgeschützten Tastkopfes besonders groß, da eine Trägheit der TastStiftaufnahme besonders gering ist .
Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der Kollisionskontakt ein elastisches freies Ende auf. Das elastische freie Ende fängt im Kollisionsfall einen Teil des Stoßes ab, so daß eine Beschädigung des empfindlichen Sensors des Tastkopfes auch dann vermieden wird, wenn die Bewegung des Tastkopfes gegen einen Kollisionsgegenstand heftiger ausfällt als eine zulässige Bewegung der Taststiftaufnahme gegenüber dem Tastkopftrager. Weil das elastische freie Ende des Kollisionskontakts sich verformt und gegenüber dem Kollisionsgegenstand nachgibt, verläuft die Stoßbewegung, die die Taststiftaufnahme gegenüber dem Tastkopftrager erfährt, nicht so heftig, daß der Tastkopf beschädigt würde.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Kollisionskontakt als Käfig ausgebildet ist, der den Sensor zumindest teilweise umgibt. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Kollisionskontakt als Becher ausgebildet ist, der den Sensor zumindest teilweise umgibt. Bei diesen Ausführungsformen ist ein besonders weitgehender Schutz des Tastkopfes möglich, da, insbesondere im Falle einer vollständigen Einhüllung des Tastkopfes mittels des käfigförmigen oder becherförmigen Kollisionskontakts, die Kollision des Tastkopfes mit einem Gegenstand eine Kollision des Kollisionskontakts ist, die zu einer Bewegung der Taststiftaufnahme gegenüber dem Taststiftträger führt und somit vom Sensor erfaßt wird, was eine Reaktion des Koordinatenmeßgeräts ermöglicht .
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kollisionskontakt als ein Gehäuse ausgebildet. Das Gehäuse umgibt den Sensor beispielsweise derart, daß eine Innenwand des Gehäuses von dem Sensor mit einem Abstand angeordnet ist, wenn die Taststiftaufnähme nicht ausgelenkt ist, sondern sich an ihrer Ruheposition befindet. Der Abstand der Innenwand von dem Sensor gewährleistet eine Bewegungsfreiheit des Sensors, das heißt einer Sensoreinrichtung, Sensormechanik, Sensorsystem oder Sensoranordnung des Tastkopfes sowie insbesondere der Taststiftaufnahme des Tastkopfes . Bevorzugt entspricht der Abstand der Innenwand von dem Sensor wenigstens einer maximalen Auslenkung der Taststiftaufnahme von der Ruheposition. Bei dieser Ausführungsform ist die Bewegungsfreiheit der Taststiftaufnahme besonders groß.
Bei einer Ausführungsform sind die Taststiftaufnahme und der Kollisionskontakt einstückig ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders kostengünstige Verwirklichung des erfindungsgemäßen Tastkopfs, weil die Taststiftauf ahme gewissermaßen in den Kollisionskontakt, der beispielsweise als Gehäuse ausgebildet ist, das den Sensor des Tastkopfes weitgehend umgibt, integriert ist. Dabei ist der Tastkopf besonders wartungsarm betreibbar und belastbar, weil die Anzahl der zum Aufbau des Tastkopfes erforderlichen Einzelteil besonders gering ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Tastkopf ein Innengehäuse. Das Innengehäuse ist mit dem Tastkopftrager beispielsweise starr verbunden. Dabei ist etwa der Kollisions- kontakt außerhalb des Innengehäuses angeordnet. Beispielsweise ist der Kollisionskontakt derart von dem Innengehäuse beabstandet angeordnet, daß ein geringster Abstand des Kollisionskontakts von dem Innengehäuse an der Ruheposition der Taststiftaufnahme zumindest der maximalen Auslenkung der Taststiftaufnähme aus der Ruheposition entspricht . Somit ist eine Bewegungsfreiheit der Taststiftaufnahme gegenüber der Tastkopftrager mit dem Innengehäuse des Tastkopfes gewährleistet .
Bei einer Ausführungsform ist der Kollisionskontakt an der Taststiftaufnahme lösbar befestigt. Bei dieser Ausführungsfόrm der Erfindung ist der Tastkopf besonders einfach wartbar. Zur Wartung kann der Kollisionskontakt von der Taststiftaufnahme gelöst und von dem Tastkopf abgenommen werden, so daß beispiels- weise der Sensor des Tastkopfes exponiert ist . Beispielsweise besteht dann die Möglichkeit, eine Zuverlässigkeit des Sensors zu prüfen, indem etwa eine Messung der Auslenkung der Taststiftaufnahme von der Ruheposition durchgeführt wird.
Der lösbar an dem Tastkopf, insbesondere an der Taststiftaufnahme des Tastkopfes oder an einem von der Taststiftaufnahme aufgenommenen TastStift, befestigbare Kollisionskontakt kann als Nachrüstkontakt ausgebildet sein, um einen herkömmlichen Tast- kopf mit dem erfindungsgemäßen Kollisionsschutz zu versehen. Bevorzugt weist der Kollisionskontakt einen Ansatz oder dergleichen Verbindungsmittel auf, um die lösbare Befestigung des Kollisionskontakts an dem Tastkopf, bei dem es sich um einen herkömmlichen Tastkopf handeln kann, zu ermöglichen. Beispielsweise ist der Kollisionskontakt auf den erfindungsgemäßen Tastkopf aufsteckbar ausgebildet .
Die Erfindung umfaßt eine Kollisionsschutzvorrichtung zur Verwendung an einem Tastkopf eines Koordinatenmeßgeräts . Die Kollisionsschutzvorrichtung umfaßt bevorzugt einen Anbringungs- ansätz zum Anbringen des Kollisionskontakts an einer Tastkopf- aufnähme oder an einem Taststift für ein Koordinatenmeßgerät. Der Anbringungsansatz ist bei einer Ausführungsform so ausgebildet, daß ein Anbringen der Kollisionsschutzvorrichtung an einen herkömmlichen Tastkopf möglich ist. Die Kollisionsschutzvorrichtung umfaßt einen Kollisionskontakt, der sich bevorzugt von dem Anbringungsansatz weg erstreckt. Beispielsweise erstreckt sich der Kollisionskontakt von dem Anbringungsansatz aufwärts. Bevorzugt ist die Kollisionsschutzvorrichtung auf die Taststiftaufnahme des Tastkopfs aufsteckbar ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise ein herkömmlicher Tastkopf mit der Kollisionsschutzvorrichtung nachgerüstet werden, um den erfindungsgemäßen Tastkopf zu verwirklichen.
Bei einer Ausführungsform weist die Kollisionskontaktvorrichtung, insbesondere der Anbringungsansatz, eine Rasteinrichtung auf, die zum Verrasten mit einer an der Taststiftaufnahme angeordneten Gegenrastvorrichtung eingerichtet ist . Dies ermöglicht eine besonders einfache "snap-on" Verbindung der erfindungsgemäßen Kollisionsvorrichtung mit dem Tastkopf, insbesondere der Taststiftaufnahme und/oder einem Taststift.
Bei einer Ausführungsform ist die Kollisionskontakt mit einem oder mehreren Taststiften ausgebildet. Der Kollisionskontakt ist zur Verwendung bei dem Tastkopf, insbesondere dem herkömmlichen Tastkopf, anstelle eines herkömmlichen Taststiftes vorgesehen, um den erfindungsgemäßen Tastkopf mit dem Taststift zu verwirklichen.
Bei einer Aus ührungsform ist der Kollisionsschutz einstückig mit dem Taststift ausgebildet. Dabei erstreckt sich der Kollisionskontakt beispielsweise, von einem Tastende des Taststiftes aus gesehen, über einen Anbringungsansatz zur Auf- nähme des Taststiftes in einer Taststiftaufnahme eines Tastkopfes für ein Koordinatenmeßgerät hinaus und weg von dem Tastende .
Die Erfindung umfaßt eine Verwendung der erfindungsgemäßen Kollisionsschutzvorrichtung bei einem Tastkopf. Dabei wird oder ist die Kollisionsschutzvorrichtung beispielsweise auf die Tastkopfaufnahme aufgesteckt . Die Erfindung umfaßt einen Tastkopf, insbesondere einen erfindungsgemäßen Tastkopf, für ein Koordinatenmeßgerät, umfassend: einen an dem Koordinatenmeßgerät anbringbaren Tastkopftrager, einen relativ zu dem Tastkopftrager aus einer Nullstellung auslenkbaren Taststifthalter, an dem ein Taststift zum Antasten eines Werkstücks anbringbar ist, einen Sensor zum Erfassen einer Auslenkung des Taststifthalters relativ zu dem Tastkopftrager aus der Nullstellung, und einen Taststift mit einem an dem Taststifthalter festgemachten ersten Ende, einem sich von dem Taststifthalter wegerstreckenden . Schaft und einem dem ersten Ende gegenüber liegenden zweiten Ende mit einer Tast- spitze zum Antasten des Werkstücks, einen zusammen mit dem Taststifthalter relativ zu dem Tastkopftrager auslenkbaren Kollisionsschutz, der einen Außenbereich aufweist, der in Projektion auf eine orthogonal zu einer Längsachse des Schafts sich erstreckende ersten Ebene gesehen außerhalb sämtlicher Komponenten des Sensors angeordnet ist, wobei der Außenbereich in Projektion auf eine Ebene mit der Längsachse des Schafts in einem Bereich des Taststifthalters angeordnet ist .
Die Erfindung umfaßt ferner ein Koordinatenmeßgerät zur Vornahme von Messungen von Koordinaten an Werkstücken oder dergleichen geometrischen Messungen, umfassend: einen Sockel mit einer Auf- standseinrichtung und einer Werkstückhalterung zur Aufnahme eines zu vermessenden Werkstücks, Streben, die sich von dem Sockel nach oben erstrecken, Führungen, die auf den Streben lagern, und eine an den Führungen steuerbar verfahrbare Meßeinrichtung, wobei die Meßeinrichtung einen Tastkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
Bei einer Ausführungsform weist das Koordinatenmeßgerät eine Steuereinrichtung die zum Steuern einer Verfahrbewegung der Meßeinrichtung derart eingerichtet ist, daß ein Bremsweg zum Stoppen der Verfahrbewegung eine maximale Auslenkung der Tast- stifthalterung im wesentlichen nicht übersteigt.
Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zum Steuern eines Koordinatenmeßgeräts, insbesondere eines Koordinatenmeßgeräts gemäß der Erfindung, mit den Schritten: Ableiten eines Tastkopf- zustandssignals von einem Signal des Sensorelements; Eingeben des Tastkopfzustandssignals an die Steuereinrichtung; Verarbeiten des Tastkopfzustandssignals, um zu festzustellen, ob der Tastkopf mit einem Hindernis kollidiert; und Ausgeben eines Stoppsignals an die Steuereinrichtung, falls eine Kollision festgestellt wird.
Die Erfindung umfaßt auch ein Computerprogramm zur Verwendung bei einer Steuereinrichtung eines Koordinatenmeßgeräts, ins- besondere eines Koordinatenmeßgeräts gemäß der Erfindung, wobei das Computerprogramm bevorzugt zum Durchführen des erfindungs- gemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Nachfolgend werden Ausfuhrungsbeis.piele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Zu den Figuren:
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Koordinatenmeß- geräts, das mit einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tastkopfes versehen ist;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt des in Fig. 1 dargestellten Tastkopfs;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Tastkopfes;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt eines dritten AusführungsbeiSpiels des erfindungsgemäßen Tastkopfes;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Tastkopfes; Fig. 6 ist eine Schnittansieht eines herkömmlichen Tastkopfes mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kollisionskontaktvorrichtung;
Fig. 7 ist eine Draufsicht von oben auf den in Fig. 2 dargestellten Tastkopf in der mit -7—7- gekennzeichneten Ebene;
Fig. 8 ist eine Draufsicht von oben auf den in Fig. 5 dargestellten Tastkopf in der mit -8—8- gekennzeichneten Ebene;
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Tastkopfes mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kollisionskontaktvorrichtung; und
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Tastkopfes mit einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kollisionskontaktvorrichtung.
Bei dem Ausführungsbeispiel (Fig. 1) entspricht das Koordinatenmeßgerät in seinem Grundaufbau dem in der WO 02/090877 und US 4,603,482 beschriebenen Koordinatenmeßgerät. Die Offenbarung dieses Dokuments wird durch Inbezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Das Koordinatenmeßgerät 1 umfaßt einen Sockel 3 mit vier Standfüßen 5 mittels derer das Koordinatenmeßgerät 1 auf einer Oberfläche eines - in Figur 1 nicht dargestellten - Meßtisches aufsteht. Der Sockel 3 trägt in seiner Mitte eine Werkstückhalterung 7, auf der ein - in Figur 1 nicht dargestelltes - zu vermessendes Werkstück beispielsweise ein Kolben oder dergleichen Maschinenteil anbringbar ist .
Beidseits der Werkstückhalterung erstrecken sich an dem Sockel 3 Streben 11, 12 nach oben. Die Streben 11, 12 tragen zwei beid- seits der Werkstückhalterung 7 angeordnete Längsführungen 13, 14, die sich in einer horizontalen y-Richtung parallel zueinander erstrecken. In einer horizontalen x-Richtung, die rechtwinklig zur y-Richtung verläuft, erstreckt sich eine Querführung 15, die an den Längsführungen 13, 14 in y-Richtung verschiebbar gelagert ist. Zur Lagerung ist an einem Ende der Querführung 15 ein Führungsprofil 17 vorgesehen, das die Längsführung 14 von oben U-förmig umgreift und an dem mehrere Luftkissen 19 vorge- sehen sind, mittels derer die Querführung 15 an der Längsführung 14 abgestützt ist. Die Querführung 15 stützt sich mit ihrem anderen Ende mittels eines weiteren Luftkissens 20 auf der Oberseite der Längsführung 13 ab. Somit ist die Querführung 15 auch gegenüber der Längsführung 13 in y-Richtung verschiebbar gelagert. Mittels eines motorischen Antriebs (nicht dargestellt) kann die Querführung 15 entlang der Längsführung 14 verschoben werden. Dabei wird eine Verschiebestellung über einen an dem Sockel 3 festgelegten Maßstab 23 und einen zugehörigen an dem U- Profil 17 festgelegten Sensor 21 abgelesen.
An der Querführung 15 ist über ein Führungsprofil 25 eine Vertikalführung 27 in x-Richtung verschiebbar gelagert. Dabei wird die Verschiebestellung der Vertikalführung 27 wiederum über einen an der Querführung 15 angebrachten Maßstab 29 und einen an dem Profil 25 festgemachten Sensor 31 abgelesen.
An dem Führungsprofil 25 sind zwei weitere mit Abstand voneinander angeordnete Führungsprofile 30 vorgesehen, die eine sich in senkrechter Richtung (z-Richtung) erstreckende Stange 32 mittels eines Motors 33 verschiebbar lagern. Die Verschiebestellung der Stange 32 in z-Richtung wird mittels eines an der Stange 32 vorgesehenen Sensors 34 erfasst, der die Position an einem an der Vertikalführung 27 vorgesehenen Maßstab 35 abliest.
An einem unteren Ende der Stange 31 ist ein Tastkopf 36 angebracht. Der Tastkopf weist eine Taststiftaufnahme 77 auf, die einen Schaft 79 eines Taststift 37 hält. Der Taststift 37 weist an seinem freien Ende mehrere Tastspitzen zum Antasten eines auf der Werkstückhalterung 7 anbringbaren Werkstücks auf .
Das Koordinatenmeßgerät 1 weist eine Steuereinheit auf (nicht dargestellt) , die von den Sensoren 21, 31, 34 ausgegebene Signale empfängt und an die motorischen Antriebe wie etwa den Motor 33 Steuersignale ausgibt. Ein Benutzer kann das Koordinatenmeßgerät mittels der Steuereinheit direkt, etwa zum Anlernen eines Meßvorgangs, oder automatisch, etwa zum Durchführen eines erlernten Meßvorgangs, steuern.
Der Tastkopf 36 umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse bzw. Chassis 39, einen Mantel 41, einen oberen Deckel 43 und einen unteren Deckel 45 (Fig. 2) . Einander gegenüberliegende Randabschnitte des Mantels 41 sind an dem oberen Deckel 43 bzw. an dem unteren Deckel 45 befestigt, so daß der untere Deckel 45 mittels des Mantels 41 mit dem oberen Deckel 43 starr verbunden ist.
Im Inneren des Gehäuses 39 ist eine Sensormechanik angeordnet, die einen Ring 47 beinhaltet, an dem ein radial äußeres Ende 49 einer Spiralfeder 51 befestigt ist. Die Spiralfeder 51 erstreckt sich in einer Horizontalebene (x-y) mit mehreren Windungen um eine Längsachse 53 einer Taststifthalterung 55 radial nach innen. Dabei ist die Spiralfeder 51 mit ihrem radial innen ange- ordneten Ende 57 an einem entlang der Längsachse 53 mittleren Bereich 56 der Taststifthalterung 55 befestigt. Die Spiralfeder 51 hält die Taststifthalterung 55 bezüglich des Chassis 39 in einer Nullstellung. Dabei stellt die Spiralfeder 51 eine Federkraft bereit, die die Taststifthalterung 55 bei Auslenkungen des mittleren Bereichs 56 der Taststifthalterung 55 in die Nullstellung unter einer Einwirkung entsprechender, in z- Richtung, x-Richtung und y-Richtung wirkender Rückstellkräfte zurückdrängt .
Von dem mittleren Bereich 56 der Taststifthalterung 55 erstreckt sich eine Stange 54 nach oben, an deren oberem Ende 58 ein Winkelteil 59 mittels einer' Schraube 61 festgeklemmt ist. Das Winkelteil 59 erstreckt sich ausgehend von dem oberen Ende der Stange 54 entgegen der x-Richtung zunächst zu dem Gehäusemantel 41 hin und dann, ohne das Chassis 39 zu berühren,, in z-Richtung nach oben. Am oberen Ende des Winkelteils 59 ist mittels eines Klötzchens 63 und Schrauben 64 eine Blattfeder 65 mit ihrem einen Ende 66 derart eingespannt, daß sie sich ausgehend von dem oberen Ende des Winkelteiles 59 in x-Richtung zurück zu der Längsachse 53 hin, über diese hinaus zum Gehäusemantel 41 hin erstreckt. Mit ihrem anderen Ende 67 ist die Blattfeder 65 in einer Halterung 69 eingespannt, die an dem Mantel 41 des Gehäuses 39 festgelegt ist. Hierzu weist die Halterung 69 ein an dem Mantel befestigtes Unterteil 71 sowie ein mittels Schrauben 73 gegen das Unterteil 71 gepreßtes Oberteil 74 auf, wobei das Federende 67 zwischen Unterteil 71 und Oberteil 74 eingespannt ist.
An dem Chassis 39 ist unterhalb der Spiralfeder 51 ein Aus- lenkungsmeßsystem 80 angeordnet. Das Auslenkungsmeßsystem 80 weist einen Satz 82 dreier Abstandssensoren auf. Die Abstandssensoren beinhalten gemeinsam eine Senderspule 86, die an der Taststifthalterung 55 gelagert ist, sowie jeweils eine Empfangsspule 84, die auf dem unteren Deckel 45 gelagert ist.
Die Senderspule 86 emittiert ein elektromagnetisches Feld, dessen Feld von den Empfängerspulen 84 empfangen wird. Die Feld- stärke des Feldes der Senderspule 86 am Ort der Empfängerspule 84 hängt jeweils vom Abstand der Senderspule 86 von der Empfängerspule 84 ab. Die Empfängerspule 84 gibt ein entsprechendes Abstandssignal aus. Das Auslenkungssystem erfaßt somit eine Position der Senderspule 86 bezüglich der Empfänger- spulen 84.
An einem unteren Ende der Taststifthalterung 55 ist die Taststiftaufnahme 77 ausgebildet. In die Taststiftaufnahme 77 ist der Schaft 79 des Taststiftes 37 derart eingeschraubt, daß die Längsachse des Schafts 79 mit der Längsachse 53 der Taststifthalterung 55 fluchtet. An einem unteren Ende des Schafts 79 sind fünf Zweigschäfte 81 befestigt, die sich in die Richtungen -z, +x, -x, +y sowie -y von dem unteren Ende des Schafts 79 weg erstrecken. Jeder Zweigschaft 81 trägt an seinem freien Ende eine Rubinkugel 83, die jeweils die Taststiftspitze bildet und zum Kontakt mit dem zu vermessenden Werkstück vorgesehen ist. An der Taststiftaufnahme 77 ist ein als Kollisionsschutzbecher 90 ausgebildeter Kollisionskontakt befestigt (Fig. 2, Fig. 7) . Der Kollisionsschutzbecher 90 ist zylindrisch ausgebildet, wobei seine Zylinderachse mit der Längsachse 53 des Schaftes 55 fluchtet. Der Kollisionsschutzbecher 90 weist einen Becherboden 92 auf, in dessen Mitte die Taststiftaufnahme 77 eingelassen ist . Der Becherboden 92 erstreckt sich im wesentlichen in einer horizontalen Ebene (x-y) radial von der Taststiftaufnahme 77 weg bis zu einem Bodenrand 94. Der Umriß des Bodenrandes 94 ragt da- bei über den Umriß einer Projektion des Chassis 39 mit dem Sensorsystem des Tastkopfs 36 entlang der Längsachse 53 auf die horizontale Ebene (x-y) hinaus. An dem Bodenrand 94 des Becherbodens 92 ist ein unteres Ende 96 einer Becherwand 98 des Kollisionsschutzbechers 90 angeformt. Die Becherwand 98 erstreckt sich von der Ebene (x-y) mit dem Becherboden 92 etwa rechtwinklig nach oben etwa bis zu einer horizontalen Ebene (x- y) mit dem Deckel 43 des Chassis 39. Ein freier Becherrand 100 des Kollisionsschutzbechers 90 ist somit auf der Höhe des Deckels 43 angeordnet. Ein Abstand 99 einer Innenseite der Becherwand 98 von dem Tastkopf 36 ist größer als eine maximale Auslenkbarkeit des Tastkopfes 36 aus der Nullstellung.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) weist das Chassis 39 des Tastkopfs 36 - anstelle des Gehäusemantels 41 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel - mehrere Vertikalstreben 141 auf. Die Vertikalstreben 141 verlaufen vertikal auf einer Zylindermantelfläche des zylindrischen Gehäuses 39. Einander gegenüberliegende freie Enden der Vertikalstreben 141 sind an dem oberen Deckel 43 bzw. an dem unteren Deckel 45 befestigt, so daß der untere Deckel 45 mittels der Vertikalstreben 141 mit dem oberen Deckel 43 starr verbunden ist. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, an der Taststiftaufnahme 77 der Kollisionsschutzbecher 90 befestigt, der dem Kollisionsschutzbecher 90 des ersten Aus- führungsbeispiels genau entspricht, weshalb auf eine Beschreibung verzichtet werden kann. Bei dem zweiten Aus- führungsbeispiel ist das Gewicht des Tastkopfes 36 geringer als bei dem ersten Ausführungsbeispiel, weil das Gesamtgewicht der Vertikalstreben 141 geringer ist als das Gewicht des Gehäusemantels 41. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel schützt der Kollisionsschutzbecher 90, insbesondere das Auslenkungsmeßsystem 80 mit der Sensormechanik bevorzugt so wie der Gehäusemantel 41 bei dem ersten Ausführungsbeispiel .
Ein drittes Ausführungsbeispiel (Fig. 4) unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß bei dem dritten Aus- führungsführungsbeispiel der Kollisionskontakt mehrere etwa L- fδrmig ausgebildete Kollisionsschutzstangen 190 umfaßt, die an der Taststiftaufnahme 77 befestigt sind. Ein Horizontalbalken 192 der L-förmigen Kollisionsschutzstangen 190 ist jeweils an der Taststiftaufnahme 77 derart befestigt, . daß der Horizontalbalken 192 sich in einer im wesentlichen horizontalen Ebene (x- y) radial von der Taststiftaufnahme 77 weg erstreckt. Ein von der Taststiftaufnähme 77 entferntes Ende 194 des Horizontal- balkens 192 ragt dabei über den Umriß einer Projektion des Chassis 39 mit dem Sensorsystem des Tastkopfs 36 auf die horizontale Ebene (x-y) hinaus. An dem entfernten Ende 194 des Horizontalbalkens 192 ist ein unteres Ende 196 eines Vertikal- balkens 198 der L-förmigen Kollisionsschutzstange 190 angeformt. Der Vertikalbalken 198 erstreckt sich von der Ebene (x-y) mit dem Horizontalbalken 192 etwa rechtwinklig nach oben etwa bis zur Ebene mit dem Deckel 43 des Chassis 39. Ein freies Ende 110 jeder Kollisionsschutzstange 190 ist somit etwa in Höhe des Deckels 43 angeordnet. Ein Abstand 199 einer dem Tastkopf 136 zugewandten Innenseite des Vertikalbalkens 198 von dem Tastkopf 136 ist größer als eine maximale Auslenkbarkeit des Tastkopfes 136 aus der vorgegebenen Nullstellung.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, wonach das dritte Ausführungsbeispiel variiert ist, sind die L-förmigen Kollisionsschutzstangen 190 miteinander mittels wenigstens eines horizontalen Rings verbunden, der die Gesamtheit der Kollisions- schutzstangen 190 umgibt. Beispielsweise sind ein erster Ring in Höhe des Übergangs vom Horizontalbalken 192 in den Vertikal- balken 198, ein zweiter Ring etwa auf halber Höhe vom unteren Ende 196 des Vertikalbalkens 198 zum oberen Ende 110 des Vertikalbalkens 198 und ein dritter Ring am oberen Ende des Vertikalbalkens 198 angeordnet.
Bei einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, wonach wiederum das dritte Ausführungsbeispiel variiert ist, umgibt eine leichte Folie, beispielsweise aus Kunststoff, die Gesamtheit der Kollisionsschutzstangen 190.
Bei noch einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, wonach abermals das dritte Ausführungsbeispiel variiert ist, sind die Kollisionsstangen 190 insbesondere an ihren freien Enden federnd ausgebildet .
Bei einem Ausführungsbeispiel, wonach das dritte Ausführungs- beispiel erneut variiert ist, sind die Kollisionsstangen 190 lediglich als Horizontalbalken 192 ausgebildet, wobei beispielsweise die freien Ende 194 jeweils ein Federelement aufweisen.
Bei einem Ausführungsbeispiel, wonach das dritte Aus- führungsbeispiel weiter variiert ist, erstrecken sich die Vertikalbalken 196 der Kollisionsstangen 190 nicht bis zur Höhe des Deckels 43, sondern lediglich bis etwa zur halben Höhe.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, wonach das dritte Ausführungsbeispiel variiert ist, erstrecken sich die Vertikal- balken 196 der Kollisionsstangen 190 nicht nur oberhalb der Horizontalbalken, sondern auch unterhalb, insbesondere falls die Horizontalbalken oberhalb der Ebene mit der TastStiftaufnahme angeordnet sind.
Die vorstehend genannten Ausführungsbeispiele, insbesondere die Variationen des dritten Ausführungsbeispiels, illustrieren, daß ein Verhältnis zwischen vorteilhaftem Kollisionsschutz und einem zum Bereitstellen dieses Kollisionsschutzes erforderlichen Materialgewicht des Kollisionskontakts nach Bedarf und Umständen optimierbar ist. Bei einem vierten Ausführungsbeispiel (Fig. 5) weist ein länglicher Tastkopf 236 einen als Chassis 239 ausgebildeten Tastkopftrager auf. Das Chassis 239 umfaßt ein gehäusefestes Teil 201, 202, das beispielsweise zum Befestigen an dem Koordinatenmeßgerät 1 vorgesehen ist. Das gehäusefeste Teil 201, 202 ist als Winkel ausgebildet, wobei ein erster Schenkel 201 oben horizontal angeordnet ist und eine Aufnahmeschwalbe zum Befestigen des Tastkopfs 236 an einer Pinole (nicht dargestellt) des Koordinatenmeßgeräts 1 aufweist. Ein zweiter Schenkel 202 erstreckt sich von dem ersten Schenkel 201 vertikal nach unten. Ferner umfaßt der Tastkopf 236 einen weiteren Winkel 203, 204, der mittels eines Paares beabstandeter Federbleche 205, 206 mit dem zweiten Schenkel 202 des gehäusefesten Teils des Tastkopfes 236 verbunden ist. Diese Anordnung bildet eine z-Führung des Tastkopfes 236. Ferner weist der Tastkopf 236 eine Platte 209 auf, die an einem horizontalen Schenkel 204 der z-Führung mittels eines zweites Paares Federbleche 207, 208 (Federblech 208 nicht dargestellt) beweglich aufgehängt ist und eine y- Führung des Tastkopfes 236 bildet. Der Tastkopf 236 weist ferner ein drittes Paar Federbleche 211, 212 auf, das an der Platte 209 hängt und gegenüber den Federblechen 207, 208 um einen rechten Winkel in einer horizontalen Ebene gedreht ist und die Platte 209 mit einer weiteren Platte 210 des Tastkopfs 236 verbindet, die eine x-Führung des Tastkopfes 236 bildet.
Die Platte 210 weist an einer Unterseite eine TastStiftaufnahme (nicht dargestellt) auf. Die Taststiftaufnahme ist als eine Fassung ausgebildet, die sich von der Unterseite der Platte 210 nach unten erstreckt, wobei eine Längsachse der Fassung mit der Längsachse 253 des Tastkopfes 236 fluchtet. In die Taststiftaufnahme ist ein Taststift 213 eingeschraubt. Der Taststift 213 weist eine Tastkugel 214 auf. Jede der drei Parallelführungen ist mit einem Meßkraftgenerator nach Art eines Tauchspulenantriebs versehen. Hierzu ist am feststehenden Teil 202 ein erster Magnet 215, an einer Unterseite des Schenkels 204 ein zweiter Magnet 216 und an der Platte 209 ein dritter Magnet 217 des Tauchspulenantriebs befestigt, während die beweglichen Teile, das heißt die Spulenkδrper der Tauchspulenantriebe mit den auslenkbaren Teilen 203, 209, 210 der z-, y- bzw. x-Führung verbunden sind. Der Tastkopf 236 weist ferner drei Meßsysteme 221, 222, 223 auf (Meßsystem 222 nicht dargestellt) , mittels derer eine Auslenkung der geführten Teile des Tastkopfes 236 in den drei Koordinatenrichtungen x, y, z ermittelbar ist. Die Meßsysteme sind beispielsweise als LVDT-Systeme ausgebildet, das heißt als Induktionsspulen, die bei einer Trägerfrequenz betrieben werden und die ein Wegsignal abgeben, das zu einer Stellung eines verschiebbar gelagerten Spulenkerns proportional ist.
An der Taststiftaufnähme ist ein Kollisionsschutzgehäuse 290 befestigt (Fig. 5, Fig. 8) . Das Kollisionsschutzgehäuse 290 ist als ein länglicher Kasten ausgebildet, der aufrecht angeordnet ist und dessen horizontaler Querschnitt quadratisch ist. Eine Längsachse des Kollisionsschutzgehäuses 290 fluchtet mit der Längsachse 253 des Schaftes 213. Das kastenförmige Kollisionsschutzgehäuse 290 weist einen Kastenboden 292 sowie eine Kastenwand 298 auf. In der Mitte des Kastenbodens 292 ist die Taststiftaufnähme eingelassen. ' Der Kastenboden 292 erstreckt sich im wesentlichen in einer horizontalen Ebene (x-y) von der Taststiftaufnahme weg bis zu einem Bodenrand 294. Der Umriß des Bodenrandes 294 ragt dabei über den Umriß einer Projektion des Chassis 239 mit dem Sensorsystem des Tastkopfs 236 auf die horizontale Ebene (x-y) hinaus. An dem Bodenrand 294 des Kastenbodens 292 ist ein unteres Ende 296 der Kastenwand 298 des Kollisionsschutzgehäuses 290 angeformt. Die Kastenwand 298 erstreckt sich von der Ebene (x-y) mit dem Kastenboden 292 etwa rechtwinklig nach oben etwa bis zu einer Ebene (x-y) mit dem ersten gehäusefesten Teil 201 des Chassis 239. Ein freier Kastenrand 200 des Kollisionsschutzgehäuses 290 ist somit auf der Höhe des ersten gehäusefesten Teils 201 angeordnet. Ein Abstand 299 einer Innenseite der Kastenwand 298 von dem Chassis 239 bzw. dem Meßsystem des Tastkopfs 236 ist größer als eine maximale Auslenkbarkeit des Meßsystems des Tastkopfes 236 aus seiner Nullstellung. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Kollisionsschutzaufsatz 390 auf einen herkömmlichen Tastkopf 336 aufgesteckt (Fig. 6) .
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Tastkopf 336 länglich ausgebildet und aufrecht an dem Koordinatenmeßgerät 1 angeordnet. Der Tastkopf 336 weist ein Chassis 339 auf. Ein oberes Ende des Tastkopfes 336 ist derart an einer Pinole 355 des Koordinatenmeßgeräts 1 befestigt, daß die Längsachse 356 des Tastkopfs 336 mit einer Längsachse der Pinole 355 fluchtet. Ein unteres Ende des Tastkopfes 336 ist gegenüber dem oberen, an der Pinole 355 befestigten Ende beweglich. Das untere Ende des Tastkopfes 336 weist eine Taststiftaufnahme 377 auf, in die ein Taststift (nicht dargestellt) einsetzbar ist. Ein oberer Abschnitt 378 der Taststiftaufnahme 377 ist plattenfδrmig aus- gebildet, wobei in einer Seitenwand 379 des oberen Abschnitts 378 eine horizontal umlaufende Nut 380 ausgebildet ist.
Der Kollisionsaufsatz 390 ist als eine längliche Haube aus- gebildet, die einen Haubenboden 392 und eine Haubenwand 398 aufweist. Der Haubenboden 392 weist eine zentrale Öffnung auf, deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des oberen Abschnitts 378 der Taststiftaufnahme 377 in Höhe des Nutgrundes der Nut 380 entspricht. Der Haubenboden 392 erstreckt sich von einem Bodeninnenrand 393, der die zentrale Öffnung begrenzt, weg zu einem Bodenaußenrand 394. Der Umriß des Bodenaußenrandes 394 ragt dabei über den Umriß einer Projektion des Tastkopfes 336 auf eine horizontale Ebene (x-y) hinaus. Im Bereich des Bodeninnenrandes 393 ist der Haubenboden 392 etwas nachgiebig ausge- bildet. Der Haubenboden 392 ist mit der zentralen Öffnung auf den Abschnitt 378 der Taststiftaufnahme 377 aufsteckbar, und der Bodeninnenrand 393 ist mit der Nut 380 in Eingriff bringbar. Mögliche Materialen des Haubenbodens 392 umfassen Kunststoff oder Blech. An dem Bodenaußenrand 394 des Haubenbodens 392 ist ein unteres Ende 396 der Haubenwand 398 der Kollisionsschutzhaube 390 angeformt. Die Haubenwand 398 erstreckt sich von der Ebene (x-y) mit dem Haubenboden 392 etwa rechtwinklig nach oben bis über die Ebene (x-y) hinaus, in der das Chassis 339 an der Pinole 355 befestigt ist. Ein freier Haubenrand 300 der Kollisionsschutzhaube 390 ist somit oberhalb des Chassis 339 angeordnet, so daß die Kollisionsschutzhaube 390 den Tastkopf 336 im wesentlichen vollständig umgibt. Ein Abstand 399 einer Innenseite der Haubenwand 398 von dem Tastkopf 336 ist größer als eine maximale Auslenkbarkeit des Tastkopfes 336 aus einer vorgegebenen Nullstellung. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist von dem Haubenrand 300 eine ringförmige Membran zur Pinole 355 gespannt, so daß der Tastkopf 336 im Innenraum der Kollisionsschutzhaube 390 vollständig, insbesondere hinreichend vor Verunreinigungen im Betrieb des Koordinatenmeßgeräts geschützt, eingeschlossen ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kollisionsschutzkontakteinrichtung wiederum als ein Kollisions- schutzaufsatz 490 ausgebildet, der auf einen herkömmlichen Tast- kopf 336, insbesondere auf eine Taststiftaufnähme des Tastkopfes 336 aufsteckbar ist (Fig. 9) . Die Taststiftaufnahme hält einen Taststift 313 mit einer Tastkugel 314. Der Kollisionsschutz- aufsatz 490 ist nach Art eines Speichenrades ausgebildet, bei dem sich vier Speichen 492 in einer im wesentlichen horizontalen Ebene von einer Nabe (nicht dargestellt) radial nach außen erstrecken. Die Nabe ist zum Eingriff in eine Nut an einer Seitenwand der Taststiftaufnahme geeignet ausgebildet. An den der Nabe gegenüberliegenden Enden 494 weisen die Speichen 492 radiale Federelemente 495 auf, deren freie Enden mittels eines Ringbügels 400 miteinander verbunden sind. Bei einer Projektion des Tastkopfes 336 in die Ebene mit dem Kollisionsschutzaufsatz 490 verläuft der Kollisionskontakt, insbesondere der Ringbügel 400, außerhalb des Umrisses des Tastkopfes 436. Insbesondere sind die Enden der Speichen 492 bezüglich der Taststiftaufnahme paarweise unter einem Winkel von 90 ° zueinander angeordnet.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kollisionskontakt nochmals als Kollisionsschutzaufsatz 590 ausgebildet, der auf einen herkömmlichen Tastkopf 336, insbesondere auf eine Taststiftaufnahme des Tastkopfes 336 aufsteckbar ist (Fig. 10) . Die Taststiftaufnahme hält einen Taststift 313 mit einer Tastkugel 314. Der Kollisionsschutzaufsatz 590 ist nach Art eines Gabelkorbes ausgebildet, bei dem sich acht Speichen 592 forkenartig zunächst in einer im wesentlichen horizontalen Ebene von einer Narbe (nicht dargestellt) radial nach außen und dann im wesentlichen vertikal nach oben erstrecken. Die Narbe ist zum Eingriff in eine Nut an einer Seitenwand der Taststiftaufnahme geeignet ausgebildet . Die freien Enden 500 der Speichen 592 enden etwa auf halber Höhe des Tastkopfes 336. Bei einer Projektion des Tastkopfes 336 in eine horizontale Ebene mit der Taststiftaufnahme verläuft der Kollisionskontakt, insbesondere die vertikalen Abschnitte der forkenartigen Speichen 592, außerhalb des Umrisses des Tastkopfes 436.
Eine Innenkontour der jeweiligen Kollisionsschutzvorrichtung (Kollisionsschutzbecher 90, Kollisionsschutzstangen 190, Kolli- sionsschutzgehäuse 290, Kollisionsschutzhaube 390) ist so gestaltet, daß bei maximaler Auslenkung der Tastkopfkinematik, das heißt der Sensormechanik, keine Berührung des Kollisions- schutzes mit dem Chassis 39, 139, 239, 339 stattfindet.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Ausführungsbeispiele erläutert. Ein zu vermessender Gegenstand, das heißt ein Werkstück, wird auf den Sockel 3 des Koordinatenmeßgeräts 1 aufgebracht und an der Werkstückhalterung 7 befestigt . Die Antriebseinheit des Koordinatenmeßgeräts, beispielsweise der Motor 33, werden so angesteuert, daß der am Tastkopf 36 gehaltene Taststift 37 an anzutastende Stellen des zu vermessenden Gegenstandes verfährt. Bei einem Verfahrbetrieb, der beispielsweise einer Programmierung der Steuereinheit des Koordinatenmeßgeräts 1 dient, werden die anzutastenden Stellen vom Benutzer bestimmt, und der Benutzer gibt Kommandos an die Steuereinheit und steuert die Verfahrbewegung somit direkt .
Wenn bei einer Verfahrbewegung der Tastkopf 36 auf Kollisions- kurs mit einem Gegenstand, insbesondere mit einem Abschnitt des zu vermessenden Gegenstands, verfährt, kontaktiert die Schutzvorrichtung 90 den Gegenstand in einer Kollision. Bei der Kollision übt der Gegenstand eine Kraft auf die Schutzvorrichtung 90 aus, die der Bewegung des Tastkopfs 36 mit der Schutzvorrichtung 90 entgegengerichtet ist. Die. Schutzvorrichtung 90 bewegt sich relativ zu dem Teil des Tastkopfs 36, der an dem Koordinatenmeßgerät 1 befestigt ist. Dabei löst die Sensoreinrichtung des Tastkopfs 36 ein BewegungsSignal aus, das der Steuereinheit des Koordinatenmeßgeräts 1 zugeführt wird. Die Steuereinheit gibt an die Antriebseinheit des Koordinatenmeßgeräts 1 ein Stoppsignal aus, und die Verfahrbewegung des Tastkopfs 36 wird gestoppt. Die Länge des Bremswegs ist vorteilhafterweise kürzer als der Abstand 99 der Innenseite des Kollisionskontakts 90 von dem Chassis 39 mit der Sensormechanik bzw. dem Sensorsystem. Somit wird eine Beschädigung des Tastkopfes 36 bei der Kollision vermieden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfaßt die Steuereinheit anhand des ausgelösten Bewegungssignals die Relativ- bewegungsrichtung zwischen Tastkopf und Gegenstand und gibt ein entsprechendes Gegenbewegungssteuersignal an die Antriebseinheit aus. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Gefahr einer Beschädigung des Tastkopfs durch Kollision mit dem Hindernis besonders gering, weil der Tastkopf unmittelbar nach einem ersten Kontakt von dem Hindernis weggefahren wird.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Tastkopf für ein Koordinatenmeßgerät. Der Tastkopf umfaßt einen an dem Koordinatenmeßgerät anbringbaren Tastkopftrager, eine Taststiftaufnahme zur Aufnahme eines Taststiftes an einer Ruheposition, einen Sensor zum Erfassen einer Auslenkung der Taststiftaufnahme relativ zu dem Tastkopftrager, und einen Kollisionskontakt an mindestens einer Kontaktposition, die in einer Ebene liegt, die orthogonal zu einer zwischen dem Tastkopftrager und der Tast- stiftaufnahme in deren Ruheposition sich erstreckenden Geraden angeordnet ist, wobei ein maximaler Abstand der Ebene von dem Tastkopftrager dem Abstand der Taststiftaufnahme von dem Tast- kopfträger entspricht und die Kontaktposition bezüglich der Geraden außerhalb des Sensors angeordnet ist, und wobei der Kollisionskontakt mit der Taststiftaufnahme gemeinsam relativ zu dem Tastkopftrager auslenkbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Tastkopf für ein Koordinatenmeßgerät (1), umfassend: einen an dem Koordinatenmeßgerät (1) anbringbaren Tastkopftrager (43) , eine relativ zu dem Tastkopftrager (43) aus einer Ruhe- position auslenkbare Taststiftaufnahme (77) zur Aufnahme eines Taststiftes (37) , ein Sensorsystem mit einem Sensor (80) zum Erfassen einer Auslenkung der TastStiftaufnahme (77) relativ zu dem Tast- kopfträger (43), einen Taststift mit einer Taststiftbasis und wenigstens einer Tastspitze, wobei die Taststiftbasis an der Taststiftaufnahme befestigt ist und sich von dieser weg erstreckt, und eine Kollisionsschutzvorrichtung (90) , welche gemeinsam mit der Taststiftaufnähme (77) relativ zu dem Tastkopftrager (43) auslenkbar ist, wobei Teile der Kollisionsschutz- Vorrichtung (90) , gesehen in Projektion in die Erstreckungs- richtung der Taststiftbasis, an wenigstens drei in Umfangsrichtung um die Taststiftbasis verteilt angeordneten Orten außerhalb des Sensorsystems angeordnet sind.
2. Tastkopf nach Anspruch 1, wobei die wenigstens drei in Umfangsrichtung um die Taststiftbasis verteilt angeordneten Orte paarweise bezüglich der Taststiftbasis jeweils eine Winkel von mehr als 80 "aufweisen.
3. Tastkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kollisionsschutzvorrichtung wenigstens drei sich radial von der Taststiftbasis weg erstreckende Speichen aufweist.
4. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die Kollisionsschutzvorrichtung eine Mehrzahl von Stäben aufweist, welche sich neben dem Sensorsystems erstrecken.
5. Tastkopf nach Anspruch 4, wobei die Stäbe sich im wesentlichen parallel zu der Taststiftbasis erstrecken.
Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kollisionsschutzvorrichtung wenigstens einen das Sensorsystem umgreifenden Ring aufweist.
Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kollisionsschutzvorrichtung einen becherförmigen Bereich umfaßt, welcher das Sensorsystem teilweise umgreift.
Tastkopf nach Anspruch 7, wobei die Kollisionsschutzvorrichtung derart ausgebildet ist, daß sie bei jeglicher betriebsbedingten Auslenkung der Taststiftaufnahme aus ihrer Ruheposition das Sensorsystem nicht berührt .
Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kollisionsschutzvorrichtung unmittelbar an der Taststiftaufnahme befestigt ist.
10. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kollisionsschutzvorrichtung unmittelbar an der Taststiftbasis befestigt ist.
11. Tastkopf nach Anspruch 10, wobei die Kollisionsschutzvorrichtung und die Taststiftbasis einstückig ausgebildet sind.
12. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Sensorsystem eine den Sensor wenigstens teilweise umgreifendes Gehäuse aufweist .
13. Koordinatenmeßgerät zum Antasten eines Werkstücks, umfassend: eine Werkstückhalterung (7) zur Aufnahme eines Werkstücks; und
einen relativ zu der Werkstückhalterung (7) verlagerbaren Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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