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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät
zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt, mit einem
eine Tastkopfsensorik aufweisenden Tastkopf, der ein Rumpfteil und
ein relativ zum Rumpfteil bewegliches Kupplungsteil besitzt, an
dem ein Tastwerkzeug angeordnet ist, sowie einem Gestellaufbau,
der dazu ausgebildet ist, den Tastkopf relativ zu dem Messobjekt
zu verfahren, wobei das Tastwerkzeug mindestens einen Taststift
zum Antasten des Messobjekts und einen Drehteller aufweist, über
den der Taststift drehbar an das Kupplungsteil angekoppelt ist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Tastkopfsystem für ein solches
Koordinatenmessgerät sowie ein Verfahren zum Bestimmen
von Raumkoordinaten mittels eines derartigen Koordinatenmessgeräts.
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Ein
Koordinatenmessgerät mit einem drehbaren Tastwerkzeug und
ein Tastkopfsystem sind beispielsweise aus der
US 6,430,828 bekannt.
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Das
bekannte Koordinatenmessgerät besitzt einen Tastkopf, an
dem ein Tastwerkzeug mit einem Taststift angeordnet ist, welcher
am unteren freien Ende einer vertikal angeordneten Pinole befestigt
ist. Die Pinole ist in Vertikalrichtung verfahrbar, so dass der
Tastkopf senkrecht zu einem Messtisch verfahren werden kann, der
zur Aufnahme eines Messobjektes dient. Die Pinole ist ihrerseits
an dem Querträger eines Portals angeordnet, und sie kann
an dem Querträger in einer ersten Horizontalrichtung verfahren werden.
Das Portal kann zusammen mit der Pinole in einer zweiten Horizontalrichtung
verfahren werden, so dass der Tastkopf insgesamt in drei zueinander senkrechten
Raumrichtungen verfahren werden kann. Die maximalen Verfahrwege
des Tastkopfes entlang der drei Bewegungsachsen bestimmt das Messvolumen,
innerhalb dessen Raumkoordinaten an einem Messobjekt bestimmt werden
können.
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Zur
Durchführung einer Messung wird das Messobjekt auf dem
Messtisch angeordnet. Anschließend werden ausgewählte
Messpunkte an dem Messobjekt mit der freien Spitze des Taststiftes
angetastet. Aus der Stellung des Tastkopfes innerhalb des Messvolumens
sowie aus den Auslenkungen des Taststiftes relativ zum Tastkopf
kann man dann Raumkoordinaten für den angetasteten Messpunkt bestimmen.
Durch Bestimmen von mehreren Raumkoordinaten an verschiedenen Messpunkten
lassen sich geometrische Abmessungen und sogar die Objektkontur
des Messobjektes bestimmen. Ein typisches Anwendungsgebiet für
solche Koordinatenmessgeräte ist die Vermessung von Werkstücken
zur Qualitätskontrolle.
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Häufig
liegen die Messpunkte an einem Messobjekt an einer für
den Taststift schwer zugänglichen Stelle, z. B. wenn die
Tiefe einer seitlich am Messobjekt angeordneten Bohrung bestimmt
werden soll. Um an derartig ”versteckte” Messpunkte
zu gelangen, ist es bekannt, verschiedene Tastwerkzeuge mit unterschiedlichen
Taststiften und/oder Taststiftkombinationen einzusetzen. Beispielsweise
gibt es Tastwerkzeuge, bei denen ein Taststift quer zur räumlichen
z-Achse des Koordinatenmessgerätes angeordnet ist. Zur
Durchführung vielfältiger und komplexer Messaufgaben
sind daher häufige Wechsel der Taststifte und/oder Taststiftkombinationen
erforderlich. Dies ist von Nachteil, weil ein Taststiftwechsel Zeit
kostet und sich daher die Zeit für die Durchführung
der Messung verlängert. Dies ist insbesondere auf einen
langen Verfahrweg des Tastkopfes zurückzuführen,
da der Tastkopf typischerweise an einem außerhalb des Messvolumens
angeordneten Magazin ausgewechselt wird. Dadurch muss der Tastkopf aus
dem Messvolumen herausgefahren werden und anschließend
zu der Ursprungsposition zurückkehren, um den Wechsel durchzuführen.
Somit ist die für den Wechsel benötigte Zeit insbesondere
von der Größe des Koordinatenmessgerätes
abhängig. Darüber hinaus ist die Flexibilität
auf die zur Verfügung stehenden Tastwerkzeuge beschränkt,
was bei komplexen Messungen zu einer Vielzahl an benötigten Tastwerkzeugen
führt. Soll beispielsweise die Tiefe einer Bohrung bestimmt
werden, die um 45° gegenüber der Oberfläche
des Messobjektes geneigt ist, wird ein geeigneter Taststift oder
eine geeignete Taststiftkombination benötigt. Weiter wird
durch die Verwendung derartiger Taststifte und/oder Taststiftkombinationen
das Messvolumen eingegrenzt, da der Tastkopf nur so weit verfahren
werden kann, bis er mit einem der Querträger in Berührung
kommt. Bei besonders langen Taststiften führt dies zu einer
entsprechend großen Einschränkung.
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Die
eingangs genannte
US 6,430,828 schlägt
ein Koordinatenmessgerät mit einem Magazin vor, welches
eine Vorrichtung zum Drehen des Tastwerkzeuges aufweist. Diese Drehung
erfolgt um die räumliche z-Achse, indem das Tastwerkzeug
mitsamt dem Taststift und/oder der Taststiftkombination in dieser
Vorrichtung abgelegt wird, also vom Tastkopf getrennt wird, durch
die Vorrichtung gedreht und anschließend vom Tastkopf wieder
aufgenommen wird.
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Mit
dieser Vorrichtung wird erreicht, dass jedes Tastwerkzeug in unterschiedlichen
gedrehten Positionen eingesetzt werden kann. Auf diese Weise wird
die Zahl der benötigten Tastwerkzeuge mit entsprechenden
Taststiften und/oder Taststiftkombinationen verringert, da jedes
Tastwerkzeug in unterschiedlichen Ausrichtungen um die z-Achse eingesetzt
werden kann. Darüber hinaus ermöglicht dieses Vorgehen,
die durch die Taststifte bedingte Einschränkung des Messvolumens
zu verringern.
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Nachteil
hierbei ist, dass das Verdrehen des Tastwerkzeuges voraussetzt,
dass das Tastwerkzeug am Magazin abgelegt werden muss, wodurch weiterhin
viel Zeit benötigt wird, um den Tastkopf zum Magazin zu
verfahren, dort abzusetzen und nach einer Wiederaufnahme zurückzusetzen.
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Aus
DE 101 14 126 ist ein Tastkopf
bekannt, welcher es ermöglicht, ein an dem Tastkopf angeordnetes
Tastwerkzeug direkt am Tastkopf zu verdrehen. Zu diesem Zweck ist
am Tastkopf eine Absenkvorrichtung vorgesehen, welche das Tastwerkzeug
zunächst absenkt, um dieses verdrehen zu können. Das
Verdrehen erfolgt nach dem Absenken durch einen dafür vorgesehenen
Elektromotor in Verbindung mit einem Zahnradgetriebe. Im Anschluss
an das Verdrehen wird das Tastwerkzeug von der Absenkvorrichtung
wieder angehoben.
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Vorteil
ist hier der Zeitgewinn, da das Tastwerkzeug zum Verdrehen nicht
zu einem Magazin verfahren werden muss. Ferner wird erreicht, dass ein
Tarierzustand des Tastkopfes beibehalten werden kann. Nachteilig
ist, dass der Tastkopf zu diesem Zweck mit einer aufwändigen
Absenkvorrichtung sowie einem eigens dafür bestimmten Motor
und Getriebe ausgestattet werden muss. Dadurch erhöht sich
die Masse des Tastkopfes, was zu unerwünschten Schwingungen
am Tastkopf beim Verfahren führt. Darüber hinaus
ergibt sich eine erhöhte Komplexität des Tastkopfes,
die einen entsprechenden Mehraufwand bei Konstruktion, Produktion
sowie Wartung bewirkt.
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US 5,185,936 beschreibt
einen anderen Tastkopf mit einem verdrehbaren Tastwerkzeug. Das Tastwerkzeug
wird magnetisch an dem Tastkopf gehalten. Ein Haltemagnet ist während
der Verwendung des Tastwerkzeuges von diesem beabstandet angeordnet.
Zudem ist er mit einer Welle verbunden, welche mittels eines dafür
vorgesehenen Motors verdrehbar ist. Zum Verdrehen des Tastkopfes
wird der Haltemagnet mitsamt der Welle in Richtung des Tastwerkzeuges
bewegt, so dass das Tastwerkzeug aus seiner Position ausgerückt
wird. Mittels des Motors wird dann das Tastwerkzeug verdreht. Anschließend wird
die Welle in ihre Ursprungsposition zurückgezogen, so dass
sich der Haltemagnet von dem Tastwerkzeug löst. Dadurch
ergeben sich die bereits zuvor genannten Vorteile sowie Nachteile.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art anzugeben,
das die Anzahl benötigter Taststiftwechsel reduziert und
die Anzahl notwendiger Tastwerkzeuge mit entsprechenden Taststiften
und/oder Taststiftkombinationen verringert, wobei gleichzeitig die
Masse und die Komplexität des Tastkopfes gering gehalten
werden soll. Ferner soll das zur Verfügung stehende Messvolumen auf
möglichst effiziente Weise genutzt werden.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Koordinatenmessgerät der
eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem am Rumpfteil mindestens ein
Abrollvorsprung ausgebildet ist, an dem der Drehteller durch eine
Bewegung des Kupplungsteils abrollbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Tastkopfsystem für
ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Raumkoordinaten
an einem Messobjekt vorgeschlagen, bestehend aus einem eine Tastkopfsensorik
aufweisenden Tastkopf, der ein Rumpfteil und ein relativ zum Rumpfteil
bewegliches Kupplungsteil besitzt, und einer Vielzahl alternativ
mit dem Kupplungsteil koppelbarer Tastwerkzeuge, wobei das Koordinatenmessgerät
einen Gestellaufbau aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Tastkopf
relativ zu dem Messobjekt zu verfahren, wobei mindestens eines der
Tastwerkzeuge mindestens einen Taststift zum Antasten des Messobjektes
und einen Drehteller aufweist, über den der Taststift drehbar
an das Kupplungsteil angekoppelt ist, wobei am Rumpfteil mindestens
ein Abrollvorsprung ausgebildet ist, an dem der Drehteller durch
eine Bewegung des Kupplungsteils abrollbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zum
Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt, mit einem Koordinatenmessgerät,
das einen eine Tastkopfsensorik aufweisenden Tastkopf besitzt, der
ein Rumpfteil und ein relativ zum Rumpfteil bewegliches Kupplungsteil
aufweist, an dem ein Tastwerkzeug angeordnet ist, sowie einem Gestellaufbau,
der dazu ausgebildet ist, den Tastkopf relativ zu dem Messobjekt
zu verfahren, wobei das Tastwerkzeug mindestens einen Taststift
zum Antasten des Messobjektes und einen Drehteller aufweist, über
den der Taststift drehbar an das Kupplungsteil angekoppelt ist,
wobei das Tastwerkzeug gedreht wird, indem der Drehteller an einem
am Rumpfteil ausgebildeten Abrollvorsprung durch Bewegen des Kupplungsteils
abgerollt wird.
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Das
neue Koordinatenmessgerät besitzt die Vorteile eines Tastkopfes
mit einem verdrehbaren Tastwerkzeug. Im Gegensatz zu den bislang
bekannten Vorschlägen benötigt das neue Koordinatenmessgerät
jedoch keine komplexen Vorrichtungen zum Verdrehen des Tastwerkzeuges.
Vielmehr besitzt der Tastkopf einen Abrollvorsprung, an dem das Tastwerkzeug
zum Verdrehen abgerollt werden kann. Unter ”Abrollen” wird
im Zuge dieser Anmeldung verstanden, dass zwischen dem Tastwerkzeug
und dem Abrollvorsprung eine Traktionsverbindung besteht, welche
insbesondere durch einen Reibschluss oder Formschluss hergestellt
werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass der Drehteller zum Verdrehen
des Tastwerkzeuges mit dem Abrollvorsprung zusammenwirkt, indem
der Drehteller relativ zum Abrollvorsprung verlagert wird, bis die
Traktionsverbindung besteht. Die entsprechende Bewegung des Kupplungsteils,
und damit des Drehtellers, relativ zu dem Abrollvorsprung ermöglicht
anschließend, den Drehteller im Wesentlichen schlupffrei
an dem Abrollvorsprung zu verdrehen. Die Verdrehung erfolgt vorzugsweise
um die räumliche z-Achse. Verdrehungen um weitere oder
andere Achsen sind ebenfalls denkbar. Die benötigte Bewegung
des Kupplungsteils zum Verdrehen des Tastwerkzeuges ergibt sich
aus der geometrischen Ausgestaltung des Abrollvorsprungs. Ist dieser
beispiels weise mit einer planen Abrollebene versehen, ergibt sich
eine gerade Bewegung parallel zur Abrollebene für das Kupplungsteil. Bevorzugt
sind gekrümmte Abrollebenen vorgesehen, welche dazu führen,
dass das Kupplungsteil eine entsprechend gekrümmte Bewegung
durchführen muss. Unter ”Abrollebene” wird
der Bereich des Abrollvorsprungs verstanden, der zur Bildung einer Traktionsverbindung
verwendet werden kann.
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Das
neue Koordinatenmessgerät ermöglicht durch seine
Ausgestaltung eine sehr schnelle Messung, da bei jeder notwendigen Änderung
der Ausrichtung des Tastwerkzeuges der Tarierzustand des Tastkopfes
erhalten bleibt und keine Fahrten zu einem Magazin für
ein Verdrehen des Tastwerkzeuges benötigt werden. Darüber
hinaus ergibt sich eine effiziente Ausnutzung des Messvolumens,
da das Tastwerkzeug Hindernissen ”ausweichen” kann.
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Weiter
ergibt sich daraus, dass das Magazin optimal ausgenutzt werden kann,
da das Tastwerkzeug in seiner jeweils platzsparendsten Ausrichtung in
dem Magazin abgelegt werden kann. Somit kann verhindert werden,
dass sich insbesondere besonders lange Taststifte über
mehrere Magazinplätze erstrecken.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die Messung rotationssymmetrischer Teile
ohne Rundtisch möglich ist, da die Ausrichtung der Taststifte
am Tastwerkzeug den jeweiligen Gegebenheiten direkt angepasst werden
kann. Gleichzeitig kann die Masse des Tastkopfes sehr gering gehalten
werden, wodurch eine Verfahrgeschwindigkeit des Tastkopfes sehr
hoch gewählt werden kann.
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Zudem
ergibt sich der Vorteil, dass bereits vorhandene Tastköpfe
mit beweglichem Kupplungsteil in einfacher Weise mit einem Abrollvorsprung
versehen ausgestattet werden können. Dadurch wird die Komplexität
und die Masse des Tastkopfes gering gehalten.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Tastkopf und/oder das Tastwerkzeug eine
Rastung aufweist/aufweisen, die eine sichere und hochgenaue Positionierung
des Tastwerkzeuges ermöglicht. Beispielsweise sind als
Rastung Rastkugeln denkbar, welche am Tastkopf paarweise angeordnet
sind und mit am Tastwerkzeug angeordneten Rastwalzen zusammenwirken,
indem die Rastwalzen zum Einrasten des Tastwerkzeuges spielfrei
zwischen den Rastkugeln angeordnet werden. Besonders vorteilhaft
ist hierbei eine gleichmäßig verteilte Anordnung
von mindestens drei Rastkugelpaaren in Verbindung mit drei entsprechend
angeordneten Rastwalzen, die eine Dreipunktlagerung bilden. Eine
Vielzahl an Rastpositionen kann dadurch erreicht werden, dass eine entsprechende
Vielzahl an Rastwalzen am Tastwerkzeug vorgesehen ist. Die Anwendung
einer derartigen Rastung ermöglicht eine sichere und reproduzierbare
Lagerung des Tastwerkzeuges.
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Die
oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Tastkopfsensorik mindestens
einen Messkraftgenerator auf, der die Bewegung des Kupplungsteils
bewirkt.
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In
dieser Ausgestaltung wird ein vorteilhaft im Tastkopf angeordneter
Messkraftgenerator dazu verwendet, um das Kupplungsteil zu bewegen.
Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass Tauchspulen bestromt werden.
Dadurch wird mindestens ein den Tauchspulen zugehöriger
Kern mittels der entstehenden magnetischen Kräfte aus den
Wicklungen der Tauchspulen ausgerückt oder in die Wicklungen
eingerückt. Durch eine entsprechende mechanische Verbindung
zwischen dem Kern und dem Kupplungsteil ist das Kupplungsteil mittels
Aus- und/oder Einrücken des Kerns bewegbar. Vorzugsweise
sind zwei Tauchspulen vorgesehen, welche orthogonal zueinander angeordnet
sind, um somit eine zweidimensionale Bewegung des Kupplungsteils
herbeizuführen. Vorteilhaft hierbei ist, dass kein zusätzlicher
Motor benötigt wird, sondern vorhandene Mittel zum Bewegen
des Kupplungsteils und somit zum Verdrehen des Tastwerkzeuges verwendet
werden, welche ein sehr genaues Verfahren des Kupplungsteils und
damit des Taststiftes zum Messobjekt ermöglichen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Abrollvorsprung
ein den Drehteller umschließendes Kreisrohr.
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In
dieser Ausgestaltung wird unter ”umschließendes
Kreisrohr” verstanden, dass sich das Kreisrohr in radialer
Richtung um den Drehteller herum erstreckt und diesen zumindest
weitgehend umgibt. Dabei ist von Vorteil, wenn der Innenmantel des Kreisrohrs,
also die Abrollebene, einen Radius aufweist, der größer
ist als der Radius des Drehtellers. Dadurch wird erreicht, dass
der Drehteller nur dann mit der Abrollebene zusammenwirkt, wenn
dies gewünscht ist. Darüber hinaus ergibt sich,
dass der Drehteller ungehindert verdreht werden kann. Insbesondere
bei einer kreisförmigen Ausgestaltung des Drehtellers ist
die Möglichkeit gegeben, diesen durch eine kreisförmige
Bewegung des Kupplungsteils um den Mittelpunkt des Kreisrohrs herum
kontinuierlich zu verdrehen. Somit bilden Drehteller und Abrollvorsprung
ein Reibgetriebe, durch welches der Drehteller entsprechend seiner Übersetzung
verdreht wird. Ein Absetzen und eine anschließende Neuausrichtung
des Drehtellers an der Abrollebene, wie dies bei einer nicht kontinuierlichen
Abrollebene notwendig wäre, wird dadurch vermieden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Koordinatenmessgerät
mindestens ein Traktionselement, insbesondere einen O-Ring auf,
das zwischen dem Drehteller und dem Abrollvorsprung angeordnet ist.
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In
dieser Ausgestaltung verbessert das Traktionselement die Traktionsverbindung
zwischen dem Drehteller und dem Abrollvorsprung beim Verdrehen des
Drehtellers und dient gleichzeitig als Anschlag bei einem Anlegen
des Drehtellers am Abrollvorsprung. Dabei sind insbesondere Materialien
vorgesehen, welche eine hohe Reibung erzeugen, wie beispielsweise
Gummi oder gummiartige Materialen.
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Die
Ausgestaltung des Traktionselements als O-Ring ergibt zusätzlich
den Vorteil, dass dieser in Umfangsrichtung um den Drehteller herum
angeordnet werden kann, wodurch der Drehteller umfänglich
vollständig geschützt ist und die kontinuierliche Bewegung
stetig unterstützt wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung bildet der Tastkopf mit dem Tastwerkzeug
eine Ausrichtungserfassungsvorrichtung zum Erfassen der Ausrichtung des
Drehtellers in Drehrichtung.
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In
dieser Ausbildung ermöglicht die Ausrichtungserfassungsvorrichtung,
dass bei einem Verdrehen des Drehtellers oder bei einem Wechsel
des Tastwerkzeuges festgestellt werden kann, welche Ausrichtung
er aufweist. Dadurch können Kollisionen mit Elementen außerhalb
des Messvolumens leichter verhindert werden. Weiterhin wird durch
die Ausrichtungserfassungsvorrichtung eine Kontrolle über
ein reproduzierbares Einrasten des Tastwerkzeuges in der Rastung
des Tastkopfes ermöglicht, indem die korrekte Position
verifiziert wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ausrichtungserfassungsvorrichtung mehrere
Ausrichtungsbestimmungselemente, insbesondere elektrische Identifikationsschaltkreise,
besitzt, die jeweils einer bestimmten Ausrichtung des Tastwerkzeuges
zugeordnet sind, und mindestens einen Sensor besitzt, der mit den
Ausrichtungsbestimmungselementen zusammenwirkt.
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In
dieser Ausgestaltung weist die Ausrichtungserfassungsvorrichtung
jeder Ausrichtung des Tastwerkzeuges ein eigenes Ausrichtungsbestimmungselement
zu, wodurch jede Ausrichtung eindeutig erkannt werden kann. Die
Ausrichtungsbestimmungselemente sind vorzugsweise am Tastwerkzeug
angeordnet, wodurch die Möglichkeit besteht, jedes Tastwerkzeug
individuell mit Ausrichtungsbestimmungselementen auszustatten. Auf
diese Weise können verschiedene Tastwerkzeuge eine unterschiedliche
Anzahl an Ausrichtungsbestimmungselementen aufweisen, die den Anforderungen
des jeweiligen Tastwerkzeuges genügen. Bei einer geringen Anzahl
an unterschiedlichen benötigten Ausrichtungen können
somit Ausrichtungsbestimmungs elemente eingespart werden. Somit lassen
sich zusätzlich Masse am Tastwerkzeug sowie Bauteile für
die Ausrichtungsbestimmungselemente einsparen.
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Der
Sensor ist vorzugsweise am Tastkopf, insbesondere am Kupplungsteil,
angeordnet, so dass während eines Messbetriebes des Koordinatenmessgerätes
stets die Ausrichtung und die korrekte Einrastung des Tastwerkzeuges überprüft
werden können.
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Der
Einsatz von Identifikationsschaltkreisen als Ausrichtungsbestimmungselemente
führt dazu, dass in den Identifikationsschaltkreisen zusätzliche Informationen
wie beispielsweise Typ des Tastwerkzeuges oder geometrische Daten
des Tastwerkzeuges hinterlegt werden können. Die Identifikationsschaltkreise
sind vorzugsweise als integrierte Schaltkreise ausgebildet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Ausrichtungsbestimmungselemente
in der Drehrichtung des Drehtellers winkelversetzt zueinander angeordnet.
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In
dieser Ausgestaltung liegen die Ausrichtungsbestimmungselemente
vorzugsweise gleichmäßig winkelversetzt auf einer
gedachten Kreislinie um den Mittelpunkt der Drehbewegung des Drehtellers
bei einem Verdrehen. Somit werden automatisch die korrekten Ausrichtungsbestimmungselemente entsprechend
der Ausrichtung des Drehtellers an den Sensor geführt,
wenn dieser gegenüber den Ausrichtungsbestimmungselementen
mit einer festen Position angeordnet ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weisen die Ausrichtungsbestimmungselemente
jeweils mindestens zwei Kontakte auf, die radial zu der Drehrichtung des
Drehtellers aufeinanderfolgend angeordnet sind.
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In
dieser Ausgestaltung wird erreicht, dass beim Verdrehen ausschließlich
der korrekte Kontakt an den zugehörigen Sensor geführt
wird. Dies ist besonders bei einer elektrischen Verbindung, beispielsweise
bei einer Ausführung der Ausrichtungs bestimmungselemente
als Identifikationsschaltkreise, von Vorteil, da nur eine korrekte
elektrische Verbindung mit den Ausrichtungsbestimmungselementen
möglich ist. Insbesondere ist vorgesehen, bei der Verwendung
von zwei Kontakten zwei den Kontakten zugeordnete Sensoren in Form
von Gegenkontakten zu verwenden.
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Der
Drehteller und dessen aktuelle Ausrichtung sind somit stets erkennbar,
auch direkt nach einem Einschalten des Koordinatenmessgerätes,
also nach einem stromlosen Zustand. Aufgrund dieser Information
können beispielsweise Kollisionen beim Wechseln des Tastwerkzeuges
im Magazin verhindert werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt das Koordinatenmessgerät
einen am Kupplungsteil beweglich angeordneten Zentrierzapfen, mit
dem das Tastwerkzeug am Kupplungsteil angekoppelt ist.
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In
dieser Ausgestaltung ist es vorgesehen, den Drehteller mittels des
Zentrierzapfens am Kupplungsteil zu zentrieren. Aufgrund der Beweglichkeit kann
der Drehteller mit dem Zentrierzapfen verdreht werden, wodurch eine
aufwändige Lagerung des Drehtellers am Zentrierzapfen entfällt.
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Vorzugsweise
ist ein Verschluss am Drehteller vorgesehen, welcher mit dem Zentrierzapfen
zusammenwirkt. Der Verschluss ermöglicht eine sichere Koppelung
zwischen dem Tastwerkzeug und dem Kupplungsteil. In einer bevorzugten
Ausführung ist eine am Zentrierzapfen umfänglich
angeordnete Nut vorgesehen, die eine Hintergriffsstufe bildet, die
beim Ankoppeln des Drehtellers an dem Zentrierzapfen innerhalb des
Drehtellers liegt. Zum sicheren Ankoppeln weist der Drehteller mindestens
ein der Hintergriffsstufe zugeordnetes Verriegelungselement auf, das
in die Nut eingreift und aufgrund der Hintergriffsstufe den Drehteller
hält. Diese Kopplung benötigt zusätzlich
eine Vorrichtung zum Trennen des Drehtellers vom Zentrierzapfen,
um beispielsweise einen Wechsel des Tastwerkzeuges herbeiführen
zu können. Auf diese Weise wird ein versehentliches Abwerfen
des Tastwerkzeuges verhindert. Die Nut weist vorzugsweise eine abgeschrägte
Wand auf, wodurch ein sicherer Sitz, ein leichtes Einrasten sowie
ein einfaches Lösen erreicht werden. Ferner wird durch
die Verwendung einer entsprechenden Wand ermöglicht, dass
im Falle einer Kollision das Tastwerkzeug von dem Zentrierzapfen
gelöst wird, so dass Schäden am Tastwerkzeug und/oder
am Tastkopf vermindert oder verhindert werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist der bewegliche Zentrierzapfen
mindestens eine Rastposition und mindestens eine Drehposition auf.
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In
dieser Ausgestaltung ist der Zentrierzapfen vorzugsweise in seiner
Längserstreckung beweglich innerhalb des Kupplungsteils
angeordnet. Die Rastposition ist dabei diejenige Position, in welcher der
Drehteller am Kupplungsteil drehfixiert ist. In der Drehposition
ist es möglich, den Drehteller gegenüber dem Kupplungsteil
zu verdrehen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der
Zentrierzapfen zum Erreichen der Drehposition aus dem Kupplungsteil
heraus bewegt wird und auf diese Weise der Drehteller einen Abstand
zu dem Kupplungsteil gewinnt. In der Drehposition kann der Drehteller
dann ungehindert, also ohne störenden Einfluss des Kupplungsteils
oder beispielsweise der Rastung, verdreht werden. Zum Erreichen
der Rastposition wird der Zentrierzapfen in dieser Ausgestaltung
wieder in das Kupplungsteil hineinbewegt, so dass der Drehteller am
Kupplungsteil anliegt und dadurch eine drehfixierte Lage besitzt.
Das Herausbewegen des Zentrierzapfens kann insbesondere in Richtung
der z-Achse durch Schwerkraft erfolgen, wohingegen das Hineinbewegen
entsprechende Maßnahmen benötigt. Derartige Maßnahmen
können durch ein Anziehen des Drehtellers mitsamt des Zentrierzapfens durch
beispielsweise magnetische Kräfte erfolgen und/oder durch
eine entsprechende Bewegung des Tastkopfes in Richtung des Drehtellers.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Zentrierzapfen mindestens
einen konusförmigen Abschnitt, der mit mindestens einem
Lagerelement zusammenwirkt.
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In
dieser Ausgestaltung wird erreicht, dass der Zentrierzapfen entweder
in dem Lagerelement gelagert oder aus dem Lagerelement heraus bewegt werden
kann. Bei einer Rückbewegung wird dann der Zentrierzapfen
sofort bei Kontakt mit dem Lagerelement korrekt ausgerichtet und
sicher gelagert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der konusförmige
Abschnitt in der Drehposition durch das Lagerelement spielfrei gelagert
ist und in der Rastposition mit einem Abstand zu dem Lagerelement
angeordnet ist.
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In
dieser Ausgestaltung ermöglicht die spielfreie Lagerung
in der Drehposition ein hochgenaues Verdrehen des Tastwerkzeuges.
Gleichzeitig wird erreicht, dass das Tastwerkzeug mit einem definierten Druck
gegen den Abrollvorsprung gepresst werden kann, so dass sich während
der Drehbewegung stets eine gleichbleibende Traktionsverbindung
zwischen Abrollvorsprung und Drehteller ergibt. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn Taststifte und/oder Taststiftkombinationen
verwendet werden, die eine große exzentrische Masse aufweisen,
da diese ebenfalls bei einem Verdrehen exakt ausgerichtet werden
können. Die Anordnung des konusförmigen Abschnitts
mit einem Abstand zu dem Lagerelement in der Rastposition führt
dazu, dass der Drehteller am Kupplungsteil präzise angelegt
werden kann und keine Gegenkräfte und mechanische Spannungen durch
den Zentrierzapfen erzeugt werden. Dies gilt insbesondere in Verbindung
mit einer Rastung, wie sie oben bereits beschrieben ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist eine Steuereinheit vorgesehen,
die eine sprungartige Bewegung des Tastkopfes und/oder des Kupplungsteils bewirkt,
die das Tastwerkzeug aus einer zum Kupplungsteil beabstandeten Position
in eine zum Kupplungsteil nahe Position verlagert.
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In
dieser Ausgestaltung wird die Massenträgheit des Tastwerkzeuges
dazu ausgenutzt, diesen derart zu dem Kupplungsteil zu verlagern,
dass das Kupplungsteil das Tastwerkzeug fixieren kann. Ein Fixieren
des Tastwerkzeuges wird vorzugsweise mittels eines elektrischen
Magneten herbeigeführt, der an und/oder im Kupplungsteil
an geordnet ist. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, den
Drehteller in den Wirkbereich des Magneten zu bewegen, um ihn an
dem Kupplungsteil zu befestigen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Koordinatenmessgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
vereinfachte Darstellung eines Tastkopfes mit einer Tastkopfsensorik
und einem Messkraftgenerator,
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3 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Tastkopfes für
das Koordinatenmessgerät aus 1 in einer
Ansicht auf die Wechselschnittstelle,
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4 den
Tastkopf aus 3 in einer Schnittansicht entlang
der Linie III-III,
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5 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Tastwerkzeuges für
das Koordinatenmessgerät aus 1 in einer
Draufsicht auf die Wechselschnittstelle,
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Tastwerkzeuges für
das Koordinatenmessgerät aus 1 in einer
Draufsicht auf die Wechselschnittstelle,
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7 eine
vereinfachte Darstellung eines Tastkopfes beim Verdrehen des Tastwerkzeugs,
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8–10 das
Kupplungsteil des Tastkopfes aus 3 in verschiedenen
Betriebspositionen in einer Schnittansicht,
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11–12 ein
Ausführungsbeispiel eines Zentrierzapfens in verschiedenen
Betriebspositionen in einer Schnittansicht.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgerätes
in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Das Koordinatenmessgerät 10 besitzt hier eine
Basis 12, auf der ein Gestellaufbau 14 in Längsrichtung
verschieblich angeordnet ist. Die Bewegungsrichtung des Gestellaufbaus 14 relativ
zu der Basis 12 wird üblicherweise als y-Achse
bezeichnet. Am oberen Querträger des Gestellaufbaus 14 ist
ein Schlitten 16 angeordnet, der in Querrichtung verschieblich
ist. Die Querrichtung wird üblicherweise als x-Achse bezeichnet.
Der Schlitten 16 trägt eine Pinole 18,
die in z-Richtung, also senkrecht zu der Basis 12, verfahren
werden kann. Mit den Bezugsziffern 20, 22, 24 sind
Messeinrichtungen bezeichnet, anhand derer die Position des Gestellaufbaus 14,
des Schlittens 16 und der Pinole 18 bestimmt werden
kann. Typischerweise handelt es sich bei den Messeinrichtungen 20, 22, 24 um
Glasmaßstäbe, die mit Hilfe geeigneter Sensoren
abgelesen werden.
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Am
unteren freien Ende der Pinole 18 ist ein Tastkopf 26 angeordnet,
der ein Tastwerkzeug 27 hält. Das Tastwerkzeug 27 weist
hier drei Taststifte 28 auf, die jeweils an ihren freien
Enden eine Tastkugel 29 besitzen. Diese dient dazu, einen
Messpunkt an einem Messobjekt 30 anzutasten. Mit Hilfe
der Messeinrichtungen 20, 22, 24 lässt
sich die Position des Tastkopfes 26 innerhalb des Messvolumens
beim Antasten des Messpunktes bestimmen. In Abhängigkeit
davon kann man dann die Raumkoordinaten des angetasteten Messpunktes
bestimmen.
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Mit
der Bezugsziffer 32 ist eine Auswerte- und Steuereinheit
bezeichnet, die über Leitungen 34 und 36 mit
den Antrieben und Sensoren am Gestellaufbau verbunden ist. Die Steuereinheit 32 dient
dazu, die motorischen Antriebe für die Bewegungen des Tastkopfes 26 entlang
der drei Koordinatenachsen x, y und z anzusteuern. Außerdem
liest die Auswerte- und Steuereinheit 32 hier die Messwerte
aus den Messeinrichtungen 20, 22, 24 ein,
und sie bestimmt in Abhängigkeit davon und in Abhängigkeit
von den Auslenkungen mindestens eines der Taststifte 28 die aktuellen
Raumkoordinaten des Messpunktes und gegebenenfalls weitere geometrische
Größen des Messobjektes 30.
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2 zeigt
anhand einer vereinfachten, schematischen Darstellung die grundlegende
Funktionsweise des Tastkopfes 26. Der Tastkopf 26 besitzt ein
Rumpfteil 38 und ein Kupplungsteil 40, die über zwei
Blattfedern 42 und 44 miteinander verbunden sind.
Die Blattfedern 42, 44 bilden ein Federparallelogramm,
das eine Bewegung des Kupplungsteils 40 in Richtung des
Pfeils 46 (und zurück in Richtung des Pfeils 46')
ermöglicht. Damit kann das Tastwerkzeug 27 mit
den Taststiften 28 um eine Distanz D aus seiner Ruhelage
ausgelenkt werden. Bei den Bezugsziffern 28 und 29' ist
einer der Taststifte 28 mit der Tastkugel 29 in
der ausgelenkten Position gezeigt.
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Die
Auslenkung des Tastwerkzeuges 27 relativ zu dem Rumpfteil 38 kann
die Folge einer Antastung des Messobjektes 30 an einem
Messpunkt sein. Vorteilhafterweise wird die Auslenkung des Tastwerkzeuges 27 bei
der Bestimmung der Raumkoordinaten berücksichtigt. Darüber
hinaus kann die Auslenkung des Tastwerkzeuges 27 in den
bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Hilfe eines Messkraftgenerators 56 erzeugt
werden, wie nachfolgend näher erläutert ist. An
dem Rumpfteil 38 und an dem beweglichen Teil 40 ist
jeweils ein Schenkel 48, 50 angeordnet. Die Schenkel 48, 50 stehen
hier parallel zu den Blattfedern 42, 44. Zwischen
den Schenkeln 48, 50 sind hier ein Detektor 52 (hier
mit einer Skala 54 dargestellt) und der Messkraftgenerator 56 angeordnet.
Der Detektor 52 weist hier eine Messspule 53 in Form
einer Tauchspule auf. Als Detektor 52 sind alternativ oder
ergänzend ein Hall-Sensor, ein piezoresistiver Sensor oder
ein anderer Sensor denkbar, mit dessen Hilfe die räumliche
Auslenkung des Tastwerkzeuges 27 relativ zu dem Rumpfteil 38 bestimmt werden kann.
Der Messkraftgenerator 56 ist hier ebenfalls als Tauchspule
ausgebildet. Mit deren Hilfe können die beiden Schenkel 42 und 50 zueinander gezogen
oder auseinandergedrückt werden, indem ein Kern 59 angezogen
oder abgestoßen wird.
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In
der vereinfachten Darstellung in 2 ermöglicht
der Tastkopf 26 lediglich eine Auslenkung des Tastwerkzeuges 27 in
Richtung des Pfeils 46. Den einschlägigen Fachleuten
ist allerdings bekannt, dass ein solcher Tastkopf 26 typischerweise
eine entsprechende Auslenkung in zwei weiteren, orthogonalen Raumrichtungen
ermöglicht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen speziellen
Tastkopf beschränkt und kann auch mit anderen Tastköpfen
realisiert werden, welche ein Rumpfteil 38 sowie ein relativ
dazu bewegliches Kupplungsteil 40 besitzen.
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Den
einschlägigen Fachleuten ist bekannt, dass ein Tastkopf 26 der
in 2 stark vereinfacht dargestellten Art in der Regel
eine Aufnahme besitzt, an der das Tastwerkzeug 27 auswechselbar
befestigt ist.
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3 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Tastkopfes 26 aus 1 in
einer Ansicht von unten. Das Rumpfteil 38 hält
das Kupplungsteil 40, welches beweglich an dem Rumpfteil 38 befestigt ist.
Das Kupplungsteil 40 weist einen Zentrierzapfen 57 auf,
der in dem Kupplungsteil 40 mit einer Bewegungsrichtung
senkrecht zu der Bewegungsrichtung 46 beweglich geführt
ist (wird anhand 8 bis 10 erläutert).
Im Randbereich des Kupplungsteils 40 sind paarweise Rastkugeln 58 angeordnet. Die
paarweise Anordnung ist so gewählt, dass die Rastkugelpaare
jeweils den gleichen radialen Abstand zu dem Zentrierzapfen 57 besitzen.
Ferner sind die paarweise angeordneten Rastkugeln 58 gleichmäßig
zueinander am Umfang des Kupplungsteils 40 verteilt. Das
Kupplungsteil 40 besitzt ferner einen Magneten 60,
hier in Form eines ringförmigen Elektromagneten. Der Elektromagnet
ist konzentrisch zu dem Zentrierzapfen 57 an dem Kupplungsteil 40 angeordnet.
Darüber hinaus besitzt das Kupplungsteil 40 einen
Sensor 64, hier mit zwei Kontakten 66. Am Rumpfteil 38 ist
ein Abrollvorsprung 68 in Form eines Kreisrohres mit einem
Rohrinnenmantel 72 ausgebildet.
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4 zeigt
einen Schnitt des Tastkopfes 26 der 3 entlang
einer Schnittlinie III-III. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind den Kontakten 66 zugehörige Leitungen, Halterungen
und Federungen nicht dargestellt.
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4 zeigt
die Ausgestaltung des Abrollvorsprungs 68 als Kreisrohr
mit einer Erstreckung konzentrisch zu dem Zapfen 57, woraus
sich der Rohrinnenmantel 72 ergibt.
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5 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Tastwerkzeuges 27 in
einer Draufsicht. Das Tastwerkzeug 27 besitzt einen Drehteller 74,
der hier kreisförmig ausgebildet ist. In Umfangsrichtung
um den Drehteller 74 ist ein Traktionselement 76 in
Form eines O-Rings angeordnet. Der Drehteller 74 besitzt mehrere
Rastwalzen 80, die radial zu dem Drehteller 74 drehbar
angeordnet sind. Die Rastwalzen 80 sind am Umfang des Drehtellers 74 mit
gleichmäßigen Abständen verteilt. Radial
innen zu jeder Rastwalze 80 sind zwei Kontakte 82 angeordnet.
Die Kontakte 82 liegen hier in radialer Richtung des Drehtellers 74 hintereinander,
wodurch sich eine am Umfang verteilte Anordnung von Kontaktpaaren
ergibt. Jedes Paar ist Teil eines Ausrichtungsbestimmungselements 84 (siehe
auch 8). Aus Gründen der Übersichtlichkeit
wurde lediglich eines der Ausrichtungsbestimmungselemente 84 gestrichelt
dargestellt. Die Ausrichtungsbestimmungselemente 84 sind
hier mit elektrischen Identifikationsschaltkreisen in Form von integrierten
Schaltkreisen ausgebildet. Jeder Identifikationsschaltkreis repräsentiert
eine eindeutige Information darüber, an welcher Position
er sich an dem Drehteller 74 befindet. Anhand dieser Information kann
die Position des Drehtellers 74 in Umfangsrichtung erkannt
werden. Ferner enthält zumindest ein Identifikationsschaltkreis
Informationen, die die Identität des Tastwerkzeuges 27 repräsentiert.
Im Mittelpunkt des Drehtellers 74 ist eine Aufnahme 90 in Form
einer kreisförmigen Aussparung vorgesehen. Innerhalb der
Aufnahme 90 sind zwei Verriegelungselemente 92 angeordnet.
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Das
Tastwerkzeug 27 wird hier an dem Tastkopf 26 aus 3 und 4 eingesetzt.
Zu diesem Zweck ist die Aufnahme 90 derart ausgebildet,
dass sie das untere freie Ende des Zentrierzapfens 57 aufnehmen
kann und mittels der Verriegelungselemente 92 arretieren
kann.
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Die
Kontakte 82 sind so ausgerichtet, dass sie jeweils paarweise
mit den Kontakten 66 des Tastkopfes 26 (3)
zusammenwirken können. Das bedeutet, dass beim Anordnen
des Tastwerkzeuges 27 am Tastkopf 26 ein elektrischer
Kontakt zwischen den Kontakten 66 und zwei Kontakten 82 hergestellt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, die Informationen aus genau
einem Identifikationsschaltkreis auszulesen.
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Das
Tastwerkzeug 27 trägt hier die drei Taststifte 28 entsprechend 1.
Die Taststifte 28 sind unterhalb des Drehtellers 74 angeordnet.
Dabei ist die Ausbildung des Tastwerkzeuges nicht auf die in 5 gezeigte
Weise beschränkt. Es ist möglich, Taststifte unterschiedlicher
Länge und/oder Geometrien zu verwenden. Auch die Zahl der
verwendeten Taststifte ist variierbar.
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6 zeigt
ein alternatives Tastwerkzeug 27. Im Vergleich zu dem Tastwerkzeug
der 5 sind weitere Rastwalzen 80 und dazugehörige
Kontakte 82 und Ausrichtungsbestimmungselemente 84 an
dem Drehteller 74 angeordnet.
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Bei
Verwendung der Tastwerkzeuge 27 aus 5 und 6 an
dem Tastkopf 26 der 3 und 4 bilden
die Rastkugeln 58 mit den Rastwalzen 80 eine Rastung.
Die Rastung erzeugt einen sicheren und reproduzierbaren Sitz, sobald
die Rastwalzen 80 zwischen den paarweise angeordneten Rastkugeln 58 einrasten.
Aufgrund der Ausgestaltung des Kupplungsteils 40 werden
jeweils drei Rastwalzen 80 des Tastwerkzeuges 27 von
jeweils einem Paar der Rastkugeln 58 in Umfangsrichtung
des Drehtellers 74 fixiert, wodurch sich eine Dreipunktlagerung
ergibt. Die Kontakte 82 der Ausrichtungsbestimmungselemente 84 sind
derart angeordnet, dass sie bei korrektem Einrasten ein Auslesen
der Ausrichtungsbestimmungselemente 84 ermöglichen.
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7 zeigt
den Tastkopf 26 aus 3 oder 4 sowie
den Drehteller 74 aus 5 in einer
vereinfachten Darstellung von unten. Der Tastkopf 26 ist hier
lediglich mit der Außenkontur des Rumpfteils 38 und
dem Abrollvorsprung 68 gezeigt. Der Drehteller 74 ist
hier mit einem Aufnahmeblock 94 für Taststifte 28 und
dem Traktionselement 76 gezeigt. Zum Bewegen des Drehtellers 74 relativ
zum Tastkopf werden hier die Messkraftgeneratoren 56 verwendet,
die Messkräfte in Richtung der Doppelpfeile 96 und 97 erzeugen.
Die Richtungen 96 und 97 sind orthogonal zueinander
und entsprechend hier den Bewegungsrichtungen x und y des Koordinatenmessgerätes 10. Mit
Hilfe dieser Messkräfte ist es möglich, den Drehteller 74 innerhalb
des Abrollvorsprungs 68 zu bewegen. In der dargestellten
Position liegt der Drehteller 74 mit dem Traktionselement 76 an
dem Rohrinnenmantel 72 an und bildet einen Reibschluss
an dem Abrollvorsprung 68.
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Durch
eine kreisförmige Bewegung (Pfeil 100) des Drehtellers 74,
die hier konzentrisch zum Abrollvorsprung 68 erfolgt, wird
ein Verdrehen des Drehtellers 74 in Richtung des Pfeils 102 erreicht.
Die kreisförmige Bewegung wird durch entsprechende Steuerung
der Messkräfte entlang der Pfeile 96 und 97 erzeugt.
Die Bewegung 102 wird so lange ausgeführt, bis
der Taststift die gewünschte Drehposition besitzt. Anschließend
kann der Drehteller 74 in seine zentrale Ruheposition zurückbewegt
werden. Vorzugsweise liegt die Ruheposition zentrisch zum Abrollvorsprung 68.
Aufgrund der unterschiedlichen Radien des Abrollvorsprungs und des
Traktionselementes 76 bilden diese Elemente ein Reibgetriebe 104, das
bei entsprechender Dimensionierung die Drehgeschwindigkeit des Drehtellers 74 bestimmt.
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8 zeigt
eine Schnittansicht des Kupplungsteils 40 aus 4 und
des Drehtellers 74 aus 5 in einer
ersten Betriebsposition.
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Das
Kupplungsteil 40 weist den Ringmagneten 60 auf,
der eine Haltevorrichtung 106 konzentrisch umgibt. Die
Haltevorrichtung 106 besitzt hier zwei Lagerelemente 108 in
Form von Kugellagern, die ringförmig ausgeführt
und konzentrisch zu dem Zentrierzapfen 57 angeordnet sind.
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Innerhalb
der Haltevorrichtung 106 ist der Zentrierzapfen 57 angeordnet,
welcher zwei konusförmige Abschnitte 112 und 114 besitzt.
In der dargestellten Position des Zentrierzapfens 57 liegen
die konusförmigen Abschnitte 112, 114 spielfrei
an den Lagerelementen 108 an. Das innerhalb des Kupplungsteils 40 liegende
Ende des Zentrierzapfens 57 bildet ein Haltevorsprung 116,
der den Zentrierzapfen 57 innerhalb der Haltevorrichtung 106 gegen
hohe Zugkräfte sichert. Der außerhalb des Kupplungsteils 40 liegende
Abschnitt 118 ist im Wesentlichen konusförmig
ausgebildet. Der Abschnitt 118 weist eine Nut 120 auf,
welche in Umfangsrichtung des Zentrierzapfens 57 ausgebildet
ist. Die zum Kupplungsteil 40 zeigende Wand 122 der
Nut 120 bildet einen weiteren konusförmigen Abschnitt 124,
welcher entgegengesetzt zu den konusförmigen Abschnitten 112 und 114 orientiert
ist. Das freie Ende des Zentrierzapfens 57 bildet einen
weiterer konusförmiger Abschnitt 126, dessen Orientierung
der Orientierung der konusförmigen Abschnitte 112, 114 entspricht.
Ferner sind hier eine der Rastkugeln 58 sowie die Kontakte 66 zu sehen.
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Der
Drehteller 74 trägt das Traktionselement 76 in
Form des O-Rings. Auf der dem Kupplungsteil 40 zugewandten
Seite des Drehtellers 74 sind zwei Rastwalzen 80 sowie
zwei Ausrichtungsbestimmungselemente 84 dargestellt. Die
Aufnahme 90 ist im Wesentlichen konusförmig ausgebildet,
so dass ein sicherer Sitz des Zentrierzapfens 57 innerhalb
der Aufnahme 90 und eine automatische Zentrierung gewährleistet
sind. Innerhalb der Aufnahme 90 ist eine zylinderförmige
Aussparung 128, innerhalb der die Verriegelungselemente 92 bewegt
werden können. Der Drehteller 74 hält
den Aufnahmeblock 94. Taststifte 28 sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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9 zeigt
das Kupplungsteil 40, den Zentrierzapfen 57 und
den Drehteller 74 in einer zweiten Betriebsposition. Im
Unterschied zur 8 ist der Drehteller 74 hier
an dem Zentrierzapfen 57 befestigt. Zu diesem Zweck ist
der Zentrierzapfen 57 in die Aufnahme 90 eingesteckt,
so dass die Verriegelungselemente 92 in die Nut 120 eingreifen.
Somit bildet der konusförmige Abschnitt 124 eine
Anlage für die Verriegelungselemente 92, und die
Nut 120 bildet mit den Verriegelungselementen 92 einen
Verschluss.
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In
der hier dargestellten Position des Drehtellers 74 verbleibt
ein Abstand zwischen der Rastkugel 58 und der nächstliegenden
Rastwalze 80. Daher ist es möglich, den Drehteller 74 um
den Zentrierzapfen 57 herum zu drehen. Dabei liegen die
konus förmigen Abschnitte 112 und 114 spielfrei
an den Lagerelementen 108 an. Somit befindet sich der Zentrierzapfen 57 in
einer Drehposition 134, die ein Drehen des Drehtellers 74 ermöglicht.
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Durch
eine ruckartige Bewegung des Kupplungsteils 40 in Richtung
der Bewegungspfeile 136 (also in Längsrichtung
des Zapfens) wird erreicht, dass der Drehteller 74 aus
der in 9 gezeigten, beabstandeten Position in eine zum
Kupplungsteil 40 nahe Position verlagert wird. Eine derartige
ruckartige Bewegung wird durch die Steuereinheit 32 bewirkt,
indem es den Tastkopf 26 abrupt nach unten verfahren wird.
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10 zeigt
das Kupplungsteil 40, den Zentrierzapfen 57 und
den Drehteller 74 aus 8 und 9 in
einer entsprechenden dritten Betriebsposition. Außerdem
ist nun der Elektromagnet 60 magnetisiert, um den Drehteller 74 in
der zum Kupplungsteil 40 nahen Position zu fixieren. In
dieser nahen Position wirken die Rastkugeln 58 mit der
nächstliegenden Rastwalze 80 zusammen, was ein
Einrasten des Drehtellers 74 in einer definierten Position
bewirkt.
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Durch
ein Hochschieben des Zentrierzapfens 57 sind die konusförmigen
Abschnitte 112 und 114 nun mit einem Abstand 138 zu
den Lagerelementen 108 angeordnet. Aufgrund dieser Abstände 138 besitzt
der Zentrierzapfen 57 innerhalb der Haltevorrichtung 106 Spiel.
Auf diese Weise wird verhindert, dass durch den Zentrierzapfen 57 Gegenkräfte
erzeugt werden, welche gegen die Ausrichtung des Drehtellers 74 durch
die Rastung wirken. Somit befindet sich der Zentrierzapfen 57 in
einer Rastposition 140. In dieser wird ein reproduzierbareres
Rasten mit hochgenauer Lage des Drehtellers 74 zum Kupplungsteil 40 erreicht.
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11 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des Zentrierzapfens 57' in einem
Schnitt. Der Zentrierzapfen 57' ist hier mehrteilig ausgebildet
und besteht aus einem Ankerteil 142 und einem Kupplungselement 144.
Das Ankerteil 142 besitzt ein konusförmiges Ende 146,
das hier in einer kegelstumpfförmigen Ausnehmung 148 sitzt.
Das Kupp lungsteil 144 ist mit einem Seil 150 fest
verbunden, das sich durch eine Öffnung 152 am
Ende 146 und einen Federraum 154 durch das Ankerteil 142 erstreckt.
Das Seil 150 im Bereich des Haltevorsprungs 116 am
oberen Ende des Ankerteils 142 mit einer Sicherungsscheibe 156 verbunden.
Innerhalb eines Federraums 154 ist eine Schraubenfeder 158 angeordnet,
die eine Federkraft zwischen dem Ankerteil 142 und der
Sicherungsscheibe 156 bewirkt. Auf diese Weise wird das
Kupplungselement 144 an dem Ankerteil 142 gehalten. Die
Sicherungsscheibe 156 ist so ausgebildet, dass sie bei
Krafteinwirkung in den Federraum 154 hineingezogen werden
kann.
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12 zeigt
den Zentrierzapfen 57' in einer zweiten Position. Die zweite
Position ist die Folge einer Krafteinwirkung auf das Kupplungselement 144 in
Richtung des Pfeils 160. Durch diese Krafteinwirkung wird
die Sicherungsscheibe 156 an dem Seil 150 in den
Federraum 154 hineingezogen, wobei sie die Schraubenfeder 158 komprimiert.
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Die
Ausführungsform gemäß 11 und 12 wirkt
als Sicherungselement. Bei Verwendung dieses Zentrierzapfens 57' mit
einem Tastwerkzeug 27 wird erreicht, dass im Falle einer
zu hohen Krafteinwirkung auf das Tastwerkzeug 27 dieses
von dem Tastkopf 26 weg bewegt werden kann. Insbesondere
im Falle einer Kollision des Tastwerkzeuges 27 mit dem
Messobjekt 30 oder einem anderen Hindernis werden Schäden
am Tastwerkzeug 27 und am Tastkopf 26 vermindert
oder ganz verhindert. Zudem besteht die Möglichkeit, dass
bei Erkennen der Kollision ein zusätzlicher Zeitraum zum
Abbremsen des Tastkopfes 26 gewonnen wird, da das Tastwerkzeug 27 ausgelenkt
werden kann.
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Zum
Lösen des Drehtellers 74 von dem Zentrierzapfen 57 müssen
die Verriegelungselemente 92 aus der Nut 120 herausbewegt
werden. Zu diesem Zweck ist eine hier nicht dargestellte Vorrichtung
vorgesehen, die von außen zugänglich ist und so
ein manuelles als auch ein automatisiertes Bewegen der Verriegelungselemente 92 ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6430828 [0003, 0007]
- - DE 10114126 [0010]
- - US 5185936 [0012]