DE102010044972B4

DE102010044972B4 - Taststift-Anordnung

Info

Publication number: DE102010044972B4
Application number: DE102010044972.5A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Richter Frank
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2030-09-11
Also published as: DE102010044972A1

Abstract

Zwischenelement (1) für die Anordnung eines Taststiftes (2) gegen den Taststiftträger (3) einer Koordinatenmessmaschine, aufweisend einen einstückigen Grundkörper mit einem Taststiftende (1a) und einem Maschinenende (1b), wobei das Maschinenende (1b) mit einem Drehkupplungselement (1b1) und mit einem Mittel versehen ist, um eine reproduzierbare Drehausrichtung zu gewährleisten, und das Taststiftende (1a) eine gegen die Achse (1b2) des Drehkupplungselementes (1b1) geneigte, an einer allgemeinen, durch die Anlagefläche abgeflachten Kugelsegmentform vorgesehene Anlagefläche (1a1) aufweist, die mit einem Form- und/oder Reibschlussmittel für den form- und/oder reibschlüssigen Eingriff mit einem Befestigungsende (2a) des Taststiftes (2) in Anlage an der Anlagefläche (1a1) ausgebildet ist,und wobeidas Mittel, um eine reproduzierbare Drehausrichtung zu gewährleisten, ein Paarteil eines nichtrotationssymmetrischen Formschlussmittelpaares aufweist, das mit einem zugehörigen maschinenseitigen Paarteil zusammenwirkt,das Drehkupplungselement (1b1) als Zapfen ausgestaltet ist, der zur Aufnahme in ein Zapfenlager ausgebildet ist, und der Zapfen eine Eintiefung aufweist, mit welcher das Zwischenelement (1) durch ein Fixiermittel gegen eine Anlagefläche drängbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Beanspruchte und bezieht sich somit auf Koordinatenmessmaschinen, vorliegend auf die Befestigung von Taststiften an den Koordinatenmessmaschinen.
Koordinatenmessmaschinen dienen dazu, Werkstücke auszumessen, z.B um die Maßhaltigkeit von Werkstücken in der Fertigung zu überprüfen. Dazu wird ein Taststift an einem beweglichen Arm der Koordinatenmessmaschine befestigt und damit in Kontakt zum Werkstück geführt. Die Position, die der Arm hat, wenn der Taststift das Werkstück berührt, wird bestimmt und daraus ein Oberflächenpunkt am Werkstück ermittelt. Aus einer Vielzahl von Messungen dergestalt erfasster Punkte kann dann auf die Oberflächenkontur des auszumessenden Werkstückes geschlossen werden. Weitere Messverfahren, bei denen die Oberfläche mit einer Koordinatenmessmaschine nicht punktweise berührend, sondern beispielsweise linienweise nachfahrend ausgemessen wird, seien der Vollständigkeit halber erwähnt. Dass die nachfolgend beschriebene Anordnung für alle bekannten Koordinatenmessmaschinen verwendbar ist, wird einleuchtend sein.
Ein Problem bei herkömmlichen Koordinatenmessmaschinen besteht nun darin, dass auch komplex geformte Werkstücke abgetastet werden müssen, beispielsweise Motorblöcke mitsamt den darin vorgesehenen Bohrungen. Dies erfordert es, den Taststift gegebenenfalls geneigt gegen den Arm anzuordnen, etwa, um ihn in eine schräge Bohrung einzuführen. Die erforderliche Neigung, der Abstand einer Taststiftspitze vom Arm und usw. sind dabei von Werkstück zu Werkstück verschieden. Daher wurden bislang zwischen dem Werkstiftträger am Arm und der Taststiftspitze, die typisch aus sehr hartem Material besteht und beispielsweise als Rubin-Kugel gebildet sein kann, Abstands- und Ausrichtglieder gesetzt. Demgemäß ist die Spitze des Taststiftes typisch auf einem geeigneten, dünnen Stab, der beispielsweise aus CFK oder Hartmetall gebildet sein kann, angeordnet, wobei dieser Stab wiederum in einem Einschraubgewinde verankert ist, mit welchem der so gebildete gesamte Taststift an dem einen, als Abstands- oder Ausrichtglied bestimmten Zwischenelement oder am Arm befestigt werden kann.
Problematisch ist nun, wenn der Taststift mit der Röhrchen-Achse weder senkrecht auf die koordinatenmessmaschinenseitige Auflagefläche des Armes steht, von welcher der Arm bei Berührung leicht abhebt, noch exakt senkrecht zu dieser. In einem solchen Fall ist es nämlich erforderlich, den Taststift selbst geneigt bzw. geschwenkt gegen den Taststiftträger der Koordinatenmessmaschine anzuordnen. Dabei müssen Neigungen um wenigstens eine Achse in zwei Richtungen festgelegt werden; dies erfordert, dass die Abstandsglieder geeignet ausgebildet sind.
Taststifte unterliegen nun einem Verschleiß. Dieser kann sowohl durch Auf- oder Abrieb auf der Tastspitzkugel bei scannendem Messen wie auch durch mechanische Zerstörung usw. bedingt sein. Dadurch wird ein Wechsel der Taststifte erforderlich. Nach einem solchen Wechsel muss die Tastspitzkugel eines neuen Taststiftes wieder exakt in der selben, reproduzierten Position angeordnet sein wie zuvor beim alten Taststift, um Messfehler zu vermeiden. Ist dies nicht gewährleistet, so sind nach einem Wechsel des Taststiftes auch die Messwerte nicht mehr reproduzierbar, was gegebenenfalls erhebliche Kalibrierungsarbeiten zur Folge hat. Dass auch der Taststift wie zuvor ausgerichtet sein muss, wird einleuchten.
Bisher wurden zur Erzielung einer geneigten Anordnung Klemmelemente verwendet, mit welchen die Schwenk- bzw. Neigestellung einer Taststiftaufnahme reibschlüssig fixiert wurde. Die entsprechenden Anordnungen waren schlecht, d.h. ungenau einzustellen, was insbesondere bei Wechsel zwischen unterschiedlichen auszumessenden Werkstücken sehr störend ist und überdies eine geringe Reproduzierbarkeit trotz hoher Kosten des Elements bedingt.
Aus der DE 44 14 747 A1 ist ein Messwerkzeug insbesondere für die Flächenvermessung bekannt, welches einen Adapter aufweist, der an einer Messmaschine festlegbar ist. Das Messwerkzeug hat weiter einen Schaft, der sich von dem Adapter aus erstreckt, sowie einen Taststifthalter zum Festkleben eines Taststiftes. Der Taststift, der sich von dem Taststifthalter aus unter einem Winkel erstreckt, hat eine auf einer Längsachse angeordnete Kontaktspitze. Das an der Messmaschine festlegbare Messwerkzeug ist drehbar und positionierbar, um jeden Punkt eines konturierten Werkstücks zu kontaktieren.
Aus der US 2006/0101660 A1 ist ein Detektorträgermechanismus bekannt mit einem ersten Arm, dessen eines Ende linear auf einem Träger relativ zu einem Werkstück bewegbar ist, wobei der erste Arm eine Rotationsachse an seinem anderen Ende aufweist und ein zweiter Arm auf dem ersten Arm vorgesehen ist, um so auf der Rotationsachse relativ zu dem ersten Arm drehbar zu sein, wobei ein Detektor auf einer Spitze des zweiten Arms angeordnet ist. Die Rotationsachse ist in einem um 45° zur Bewegungsachse des Trägers geneigten Winkel vorgesehen. Diese Anordnung will die Messrichtung des Detektors in einer Bewegung mit Bezug auf unterschiedliche Werkstücke leicht ändern können.
Es ist wünschenswert, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der Tastspitzen auf einfache, preiswerte und reproduzierbare Weise schräg gegen Taststiftträger einer Koordinatenmessmaschine angeordnet werden können.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken eine Anordnung nach Anspruch 1 vor.
Ein erster wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit darin, zu erkennen, dass zur Definition der Taststiftanordnung, d.h. hier der Ausrichtung des Taststiftes gegen den Taststiftträger, eine geneigte Anlagefläche am Zwischenelement vorgesehen wird, gegen welche der Taststift in Formschluss gebracht werden kann. Auf diese Weise ist durch die Reproduzierbarkeit des Formschlusses auch bei Wechsel des Taststiftes ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit gewährleistet, da einerseits die Anlage des Taststiftendes an dem Zwischenelement durch den Formschluss sehr genau definiert und andererseits die Anlagefläche auch ein hohes Maß an Stabilität gewährleistet. Als geneigt wird eine Anlagefläche bevorzugt dann verstanden, wenn die Abweichung von einer Senkrechten auf eine Taststiftachse beziehungsweise von der Taststiftachse mehr als wenigstens 4° beträgt, bevorzugt zwischen 10° und 85° oder über 95 bis z.B. 120° liegt, um einer erforderlichen Sollneigung zu entsprechen.
Erfindungsgemäß ist das Zwischenelement mit einem einstückigen Grundkörper gebildet, dem allenfalls noch Fixierelemente, etwa zur Fixierung des Drehkupplungselementes an einem maschinennäheren Gegenstück zugeordnet sind. Dies erlaubt eine sehr günstige Ausbildung des gesamten Zwischenelementes, was wiederum einen schnellen und häufigen Wechsel entsprechend einer gewünschten Neigung und/oder Drehausrichtung ermöglicht. Damit kann eine Vielzahl von Zwischenelementen, etwa als Zwischenelementsatz vorgesehen werden und/oder es können, was bevorzugt ist, die Grundkörper für eine jeweilige Anwendung dediziert bereitgestellt werden. Das Abfräsen der geneigten Anlagefläche vom Grundkörper erlaubt eine sehr preiswerte Herstellung, insbesondere ohne zusätzliche Werkzeuge in jenen Betrieben zu erfordern, die klassisch Koordinatenmessmaschinen einsetzen.
Erfindungsgemäß ist das Drehkupplungselement als Zapfen ausgestaltet, um welchen die Anlagefläche drehbar ist. Die Ausbildung als Zapfen ermöglicht es, zusätzlich zur Neigung auch ein Drehelement vorzusehen, das mit geringsten Kosten produziert werden kann. Gerade die Kombination eines Drehkupplungselementes, das eines von Zapfenloch und Zapfen aufweist, mit der geneigten Anlagefläche bietet erhebliche Vorteile hinsichtlich der Fertigungskosten und der Voranfertigung von Rohlingen. Es sei erwähnt, dass hier verschiedene Möglichkeiten bestehen. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Zwischenelement am Zapfen gegen eine Fläche gedrängt werden kann, über welche ein den Zapfen radial umgebender, evtl. kegelartig geneigter Bereich des Zwischenelementes sich bei Drehausrichtung hinweg bewegt. Dies erlaubt eine wiederholte Verstellung. Alternativ ist eine einmalige Drehelementausrichtung z.B. unter Verwendung eines einzuklebenden Zapfens, möglich. Auch die Verwendung eines solchen durch Einkleben am Ort eines Endbenutzers, der zuvor die Neigung an einem Zwischenelement durch Fräsen vorgegeben hat, wird als für sich erfinderisch angesehen.
Wenn das Drehkupplungselement als Zapfen ausgestaltet ist, ist es daher besonders bevorzugt, wenn dieser Zapfen eine Eintiefung bzw. Rille aufweist, gegen welche Klemmmittel gedrängt werden können, beispielsweise in Form von den Zapfen in das Zapfenlochlager einpressenden Madenschrauben oder dergleichen. Alternativ wird bei einer Ausbildung des Drehkupplungselementes als Zapfenloch eine Aufnahme für derartige Klemmmittel vorgesehen sein. Dass das maschinenseitige Gegenstück entsprechend komplementär geformt sein wird, ist einleuchtend. Als besonders vorteilhaft sei erwähnt, Abstandsstücke für die Beabstandung von Maschinenarm und Taststift so auszubilden, dass das komplementär geformte Gegenstück für ein Taststift-Drehkupplungselement fest mit dem abstandsgebenden Rohr- oder Stabelement verbunden ist. Dies ist vorteilhaft, weil so die ansonsten erforderliche, eher instabile Verschraubung des Drehkupplungselementes mit einem am Rohr- oder Stabelement vorgesehenen gewindetragenden Teil vermieden werden kann, was unter Kostenreduzierung stabilitätserhöhend ist. Hier wird sowohl das entsprechend ausgestaltete Abstandsstück wie auch ein dieses verwendendes Gesamtsystem (insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Zwischenstück zur Neigungserzielung) als jeweils für sich erfinderisch und beanspruchbar angesehen. Dabei wird dann bevorzugt z.B. durch nichtrotationssymmetrische Formschlußmittelpaare mit jeweils einem Paarteil auf Koordinatenmeßmaschinenarmseite und Abstandsstückseite eine reproduzierbare Drehausrichtung gewährleistet.
Es ist bevorzugt, wenn das Drehkupplungselement gegen eine Anlagefläche gedrängt werden kann, insbesondere im Reibschluss. Auf diese Weise wird vermieden, dass bei Einsetzen des Zwischenelementes durch das Fixieren desselben am maschinennäheren Gegenstück eine Verdrehung während des Klemmens auftritt. Es ist durch eine solche Anordnung ohne Weiteres möglich, eine drehrichtungsfestlegende Einstellung vorzunehmen, die Fixierung zu bewirken und danach den Taststift an der Anlagefläche in Anlage zu bringen. Bevorzugt ist das Formschlussmittel als Gewindeloch gebildet, welches in die Anlagefläche ohne Weiteres einbohrt werden kann, insbesondere senkrecht. Diese Bohrung kann insbesondere vorgenommen werden, während ein zu bearbeitendes Halbfertig-Zwischenelement noch eingespannt ist. Alternativ kann anstelle eines Gewindeloches ein Durchfräsloch vorgesehen werden. Wenn dieses zur spielfreien Durchführung einer Befestigungsschraube oder dergleichen gebildet ist, wird eine formschlüssige Definition der Position und, nach Anziehen, ein Reibschluss erzielt.
Anstelle einer Ausbildung des Drehkuppelelements als Zapfen, welcher zum Beispiel mit Madenschrauben (vor-)fixiert werden kann, sind auch andere Möglichkeiten gegeben. So kann zum Beispiel der Rohling direkt in eine Aufnahmeöffnung an einem maschinenseitigen Röhrchen oder Stab eingebracht oder dort fixiert werden, zum Beispiel durch Kleben. Geschieht dies unter Verwendung einer Lehre, mit der das - wiederum maschinenseitige - Ende des Röhrchens oder Stabs genau ausgerichtet werden kann, und ist durch Mittel am maschinenseitigen Ende des Röhrchens oder Stabs, wie zum Beispiel einem mit der Befestigungsstelle an der Maschine formkomplementäres Zapfen-Zapfenlochpaar, eine korrekte Befestigung gewährleistet, so kann auch in einem Koordinatenmessmaschinen nutzenden Betrieb selbst eine Verklebung oder dergleichen in exakt ausgerichteter Position erfolgen.
Es wird also kein separater Taststiftträger, wie er beispielsweise zur Erzielung einer radialen Beabstandung der Taststiftspitze vom Maschinenarm üblich ist, verwendet, sondern das erfindungsgemäße Element wird als fest verbundener, aber exakt dazu drehrichtungsmäßig ausgerichteter Teil verwendet.
Es wird auch beansprucht ein-Verfahren zur Herstellung eines Zwischenelementes wie vorstehend beschrieben, bei welchem Verfahren Rohlinge mit einem Drehkupplungselement und wenigstens einer zur Drehkupplungselementachse allgemein parallelen Fläche hergestellt und die Rohlinge zur Erzeugung unterschiedlich geneigter Anlageflächen nach Bedarf abgefräst werden, wobei insbesondere nach Abfräsen ein jeweiliges Gewindeloch senkrecht die Anlagefläche eingebracht wird. Dass dabei bevorzugt das Drehkupplungselement für eine reproduzierbare Ausrichtung zum Maschinenarm gebildet ist, ist einleuchtend.
Als Fräsverfahren wird bevorzugt eine Planfräsung verwendet, wozu das Werkstück in einen Winkelhalter oder dergleichen eingespannt und/oder auf diesen aufgelegt wird, so dass durch die Definition der Auflagefläche Planfräsungen im richtigen Winkel vorgenommen werden. Es können entweder dedizierte Metallteile oder dergleichen als Winkelhalter oder Auflagen für die Planfräsung verwendet werden oder aber ein einstellbarer Halter. Die Verwendung eines einstellbaren Halters bietet Vorteile gegenüber dem Fall, bei welchem ein einzelnes Zwischenelement einstellbar sein müsste und erlaubt somit bei gleichen Kosten die Verwendung eines gegebenenfalls auch aufwendigeren Planfräshalters.
Typisch wird ein Rohling bereitgestellt, der vor Abfräsen im Bereich der zu bildenden Auflagefläche kugelförmig bzw. kugelsegmentförmig ist, was eine gleichbleibend große Auflagefläche unabhängig vom Neigungswinkel ermöglicht. Die Auflagefläche wird typisch nach Abfräsen weitgehend exakt der Auflagefläche des Taststiftbefestigungsendes entsprechen und im Übrigen (kreis-)rund sein. Die Kugelförmigkeit muss aber nicht zwingend vollständig und hundertprozentig rund sein, was geringe Fertigungskosten erlaubt. Der Rohling wird im Übrigen typisch gegenüber der zu bildenden Auflagefläche und parallel zur Kupplungselementachse mit einer Planfläche zur Auflage auf den Winkelhalter, das Einspannwerkzeug für das Planfräsen oder dergleichen ausgebildet sein. Dies kann auch die Ausrichtung der Drehstellung erleichtern.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnungen beschrieben und in diesen ist dargestellt durch

1 eine Explosionsansicht der Taststiftbefestigung für eine Koordinatenmessmaschine mit einem erfindungsgemäßen Zwischenelement;
2 die Anordnung von 1 im zusammengebauten, teilweise durchbrochenen Zustand;
3 die Anordnung von 1 im zusammengebauten Zustand;
4 eine erste Darstellung des Zwischenelements der vorliegenden Erfindung in Explosionsansicht mit einem maschinenseitigen Gegenstück;
5 eine Ansicht der Elemente von 4 im zusammengebauten, teilweise durchbrochenen Zustand;
6 die Teile der 4 bzw. 5 im nicht durchbrochenen Zustand;
7 ein Schnitt durch eine auszuführende Anordnung mit einem Zwischenelement und einem maschinenseitigen Gegenstück;
8 zwei sukzessive ausführliche Bearbeitungsschritte bei der Herstellung in schematisch angedeuteter Form, nämlich das Planfräsen des auf schräger Unterlage angebrachten Rohlings und das nachfolgende Bohren desselben senkrecht in die Anlagefläche;
9 eine Winkellehre zur Drehausrichtung des Zwischenelements bei eingeschnittenem Rohr;
10 eine Lehre zum Verkleben eines erfindungsgemäßen Zwischenelements unmittelbar in ein Abstandsstück.

Nach 1 umfasst ein allgemein mit 1 bezeichnetes Zwischenelement für die Anordnung eines Taststiftes 2 gegen den Taststiftträger 3 einer Koordinatenmessmaschine (nicht gezeigt) ein Taststiftende 1a und ein Maschinenende 1b, wobei das Maschinenende 1b mit einem Drehkupplungselement 1b1 versehen ist und wobei das Taststiftende 1a mit einer gegen die Drehkupplungsachse 1b2 geneigten Anlagenfläche 1a1 und einem Formschlussmittel 1a2 für den formschlüssigen Eingriff mit einem Befestigungsende 2a des Teststiftes 2 in Anlage der Anlagefläche 1a1 ausgebildet ist.
Der Taststiftträger 3 weist im vorliegenden Fall allgemein entgegengesetzt radial von einer Koordinatenmessmaschinenarmachse 3a abstehende Ansätze 3b, 3c auf. Der Koordinatenmessmaschinenarm ist zur Koordinatenmessmaschine hin mit einer tellerartigen Platte 3d versehen, die dazu ausgebildet ist, auf die Berührung eines Werkstückes (nicht gezeigt) mit einer Tastspitze 2d anzusprechen und ein Signal zu erzeugen, wenn die tellerartige Platte 3d aus der Ebene 3d1 gehoben wird, was durch Druck in axialer Richtung der Achse 3a oder durch Druck quer dazu geschehen kann.
Der Taststift 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hier mit einer Aluminiumoxidkugel, beispielsweise einer Rubinkugel, gebildete Tastspitze 2b auf, wobei die Kugel 2b an einem Stab 2c aus hinreichend starrem und temperaturunempfindlichem, d.h. sich mit Temperaturänderungen allenfalls marginal dehnenden Material 2c wie Hartmetall, Keramik oder Kohlenstofffaserverbundmaterial (CFK) gebildet ist. Der Stab ist wiederum auf einer metallischen Verdickung 2a, um Beispiel aus Edel- oder Werkzeugstahl beziehungsweise Titan angeordnet, die maschinenseitig ein Gewinde 2d aufweist, das zum formschlüssigen Eingriff mit einem Gewindeloch 1a2 vorgesehen ist. Das Gewindeloch 1a2 ist im Zwischenelement 1 senkrecht in die Anlagefläche 1a1 gebohrt, vergleiche 7.
Das Zwischenelement 1 ist, wie aus 1 ersichtlich, an einem radial von einem Armansatz 3e abstehenden Element angeordnet, wobei dieses Element zum Zwischenelement 1 der vorliegenden Erfindung hin eine Aufnahme für den Zapfen 1b, der das Drehkupplungselement 1b bildet, aufweist. Der Zapfen 1b ist mit einer umlaufenden Rille 1b1a versehen, die wiederum an ihren Flanken 1b1b so abgeschrägt ist, dass ein im Gegenstück 3b vorgesehenes Drängmittel 3b1 in die Drehzapfenaufnahme hineingedrängt werden kann, hier in Form einer Madenschraube 3b2, vgl. 4, die in ein entsprechendes Gewinde 3b3 eindringt. Das Zwischenelement 1 ist mit einer um den Umfang umlaufenden Schrägschulter 1c versehen, welche an einer komplementär geformten Anlagefläche im Gegenstück 3b um die Zapfenaufnahme herum vorgesehen ist. Das Gegenstück 3b für die Befestigung des erfindungsgemäßen Zwischenelements 1 ist hier aus Metall gebildet und weist maschinenendseitig hier eine zu einem GFK- oder CFK-Rohr passende Verklebefläche auf, das hinreichend temperaturstabil ist. Es können hier beliebige übliche maschinenseitige Teile vorgesehen werden. Das Zwischenelement 1 hat eine allgemein auf der gegenüberliegenden Seite der Anlagefläche 1a1 vorgesehene ebenen Rückenfläche 1d, vergleiche 7, die allgemein parallel zur Achse 1b2 des Drehkupplungszapfens 1b liegt.
Das taststiftseitige Ende des Zwischenelementes 1 ist um die Anlagefläche herum gerundet, wobei ein Rohling eine allgemeine Kugelsegmentform im Bereich der zukünftigen Anlagefläche aufweist. Der entsprechende Kugelsegmentbereich der entsprechenden Rohlingsform ist dabei dergestalt, dass die Kugel beziehungsweise das Kugelsegment, welche/s zur Bildung der Auflagefläche 1a1 abfräsbar ist, mit Neigung sowohl weg vom Maschinenarm als auch hin zu diesem gebildet werden kann. Mit anderen Worten liegt der Mittelpunkt des Kugelradius etwas beabstandet von der Drehkupplungselementachse, wie in 7 durch Radius r angedeutet.
Der Rohling ist dabei im kreisförmigen Kugelsegmentbereich so dimensioniert, dass durch Abfräsen eine Auflagefläche für den Taststift mit jenem Durchmesser gebildet wird, der für den Taststift als Auflagefläche benötigt wird.
Das Gewindeloch 1a2 ist hier ein Normgewindeloch für Normgewinde von Taststiften, die Auflagefläche um dieses Gewindeloch ist entsprechend der üblichen Taststiftform um das Gewinde herum vorliegend eben gestaltet.
Die Anordnung wird verwendet wie folgt:

Zunächst werden Zwischenelementrohlinge hergestellt, die einen gerillten Drehkupplungselementzapfen, eine ebene Auflagefläche 1d sowie einen kugelkalottenförmigen Bereich aufweisen, aus welchem durch Abfräsen die Anlagefläche für einen geneigt zu einem Taststiftträger 3 einer Koordinatenmessmaschine angeordneten Taststift gebildet werden kann. Diese Rohlinge werden in größeren Stückzahlen serienartig identisch gefertigt und an Benutzer einer Koordinatenmessmaschine versandt. Dort wird für eine geeignete gegebene Messaufgabe eine gewünschte Taststiftgeometrie ermittelt, was typisch unter Verwendung von CAD-Programmen geschieht. Die Zwischenelemente lassen sich dabei ohne Weiteres als CAD-Elemente definieren. Entsprechend der aufgaben- bzw. anwendungsgemäßen Definition des Neigungswinkels wird dann eine Winkelhalterlehre vorbereitet, in bzw. auf die ein einzelner Rohling oder eine Vielzahl identischer Rohlinge auf- bzw. eingelegt wird und es wird eine Planfräsung zur partiellen Entfernung der Kugelkalotte bis auf den gewünschten Neigungswinkel vorgenommen. In die so gebildeten planen Flächen werden dann Gewindelöcher senkrecht eingebracht. Durch die Verwendung eines geeigneten Winkelhalters ist dies ohne großen apparativen Aufwand möglich, vergleiche 8.

Danach kann das fertige Zwischenelement zunächst maschinenendseitig in die Zapfenaufnahme eingesetzt, ausgerichtet und danach durch die Madenschrauben, die äquidistant in den Umfang herum verteilt sind, beispielsweise durch hier drei Madenschrauben, in die gewünschte Lage klemmend bzw. reibschlüssig gedrängt werden. Die Drehausrichtung selbst erfolgt dabei mit nur geringer Kraft, solange die Schrauben noch nicht angezogen sind. Die Einstellung kann somit mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden. Durch ein sukzessives Anziehen der Madenschrauben ist eine korrekte Ausrichtung ohne Probleme möglich.
9 zeigt, dass das Element 3c in eine Drehlehre eingesetzt werden kann, die einerseits die Lage einer Abflachung am Zwischenelement 1 durch ein Auflager 10 exakt definiert und andererseits über eine Komplementärformung 11 mit Zapfen-/Zapfenlochpaar wie am Maschinenarm bei 3ela beziehungsweise 3elb die Lage des Zwischenstücks 3c auch hinsichtlich der Drehausrichtung exakt festlegt.
Die Lehre ist dabei so gebildet, dass die hier die Aufnahme 11a für die Zapfen am Auflagermittel 3c1 des Abstandsstücks 3c in einem drehbaren Element 12 vorgesehen ist, das praktisch spielfrei gedreht werden kann, wobei es mittels eines über einer um den Umfang herum angebrachten Winkelskala beweglichen und mitbewegten Zeigers 13 exakt einstellbar ist. Es versteht sich, dass der im Querschnitt gezeigte Körper 12 und dessen Auflagerung 14 relativ zueinander drehbar sind, also Rotationssymmetrie um die angedeutete Achse 15 insoweit gegeben ist.
Danach kann, falls gewünscht, eine Festlegung der Drehstellung auch über jenes Maß hinaus, das durch die Madenschrauben bereits gewährleistet ist, vorgenommen werden. Dies kann beispielsweise mittels Klebstoff geschehen. Dazu kann, abweichend vom vorstehend Beschriebenen, beispielsweise Klebstoff eingebracht werden in den Bereich zwischen Zwischenelement und Aufnahme, wobei ein Klebstoff gewählt werden wird, der langsamer aushärtet als die für das Einstellen der Drehausrichtung erforderliche Zeit; alternativ kann ein Klebstoff verwendet werden, der beispielsweise erst unter Wärme aushärtet, wobei die Anordnung, etwa mittels eines Warmluftgebläses, nach Ausrichtung der Drehstellung erwärmt werden kann.
Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, andere Verbindungsmethoden vorzusehen, wie ein WIG-Schweißen o.ä. an einem oder mehreren Punkten, um den Umfang des Zwischenelement-Aufnahmestück-Übergangsbereichs. Alternativ und/oder zusätzlich kann auch eine Bohrung durch Element 3b hindurch bis in das Zwischenelement hinein mittels eines einfachen beispielsweise batteriebetriebenen, kleinen Bohrers vorgenommen werden, und dann ein Taststift oder dergleichen eingesetzt werden. Auch dies sorgt für eine Fixierung der Drehrichtung.
Für ein Drehkupplungselement der vorliegenden Erfindung kann es also, je nach Wunsch des Anmelders, bereits genügen, wenn eine einmalige Drehausrichtung ermöglicht wird und ansonsten eine drehrichtungsreproduzierende Maschinenanbringung gewährleistet ist.
Anschließend wird der Taststift eingeschraubt, der nun eine exakt definierte gewünschte Neigung besitzt.
Es sei darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls der Bereich um den Drehkupplungselementzapfen mit Markierungen versehen sein kann, die eine Drehausrichtung relativ zur maschinenendseitigen Aufnahme erleichtern, falls dort ebenfalls eine Gegenmarkierung vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine 5°- oder 10°-Einteilung ohne Weiteres auf dem Rohling vorgesehen werden. Die maschinenseitige Aufnahme kann ebenfalls eine Markierung aufweisen, z.B. noniusartig.
Dass gegebenenfalls der maschinenseitige Bereich auch als Rundzylinder mit einer Abflachung gebildet sein kann, die mit einer entsprechenden Abflachung an der maschinenseitigen Aufnahme korrespondiert, sei erwähnt. Dies erlaubt es, durch einfaches Inübereinstimmungbringen der Abflachungen, eine Ausrichtung der Drehstellung zu gewährleisten. Die Abflachung kann z.B., ähnlich der Neigung, ebenfalls durch Planfräsen auf einer geeigneten Unterlage zur Fertigungslehre, bewirkt werden.
Dies ist dann sinnvoll, wenn sichergestellt ist, dass die maschinenseitige Abflachung auf dem Stiftträger 3 ihrerseits eine reproduzierbare Ausrichtung zur Koordinatenmessmaschinenarmachse besitzt. Dies ist zwar nicht ohne Weiteres gewährleistet. Solange dies nicht gewährleistet ist, können durch die vorliegende Erfindung aber trotzdem schon Vorteile erzielt werden; auch eine Abflachung kann dann noch vorteilhaft sein, wenn zumindest die Zwischenelemente jeweils mit gleichliegender Abflachung gebildet sind, weil dann, unabhängig von der absoluten Lage relativ zur Koordinatenmessmaschinenarmachse zumindest bis zu einem Wechsel des Stiftträgers 3 eine Reproduzierbarkeit gewährleistet ist.
Es ist jedoch auch mit einfachen Mitteln möglich und bevorzugt, wenngleich nicht zwingend, wenn auch die Drehausrichtung des Zwischenelements noch präzise festgelegt wird. Dazu zeigt die Erfindung verschiedene Maßnahmen auf. Wie in 1 gezeigt und wie zuvor beschrieben, weist der Taststiftträger zwei radial von einer Koordinatenmessmaschinenarmachse 3a abstehende Ansätze 3b, 3c auf; dass in 1 zwei derartige Ansätze an einem Arm gezeigt sind, ist im Übrigen nur beispielhaft und nicht zwingend, es können auch weniger oder mehr Ansätze vorgesehen sein. Wichtig ist nun, dass, wie beispielhaft an Element 3c erläutert werden soll, die Ansätze typisch mehrteilig gebildet sind, nämlich in der Regel mit einem maschinenarmseitigen Auflagemittel 3c1, welches an einer maschinenarmseitigen Auflagefläche, dargestellt für den Ansatz 3b als Auflagefläche 3e1, aufliegt, und weg von der Koordinatenmessmaschinenarmachse in ein Abstandsstück 3c2 übergeht und mit diesem fest verbunden ist, wobei am Abstandsstück 3c2 zum Taststift hin wiederum die Aufnahme 3c3 für das Zwischenelement 1 der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Typisch wird die Aufnahme 3c3 und das Auflagermittel 3c1 aus Werkzeugstahl, Edelstahl oder dergleichen gebildet sein, während das Abstandsstück 3c2 aus Titan, Werkzeugstahl, Hartmetall, Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen, Glasfaserverbundwerkstoffen und dergleichen bestehen kann.
Es sind nun unterschiedliche Verfahren im Stand der Technik üblich, um das Abstandsstück 3c2 mit dem Auflagermittel 3c1 beziehungsweise der Aufnahme 3c3 zu verbinden. Zum einen besteht die Möglichkeit, Bohrungen im Abstandsstück 3c2 einzubringen und die Aufnahme 3c3 beziehungsweise das Auflagermittel 3c1 mit Zapfen oder dergleichen 3c3a beziehungsweise 3cla zu versehen, die in die jeweiligen Bohrungen, angedeutet bei 3c2a, eindringen und mit diesen beispielsweise verklebt werden. Eine derartige Verklebung ist zwar aus Gründen der Stabilität generell weniger bevorzugt, bietet aber für die Anwendung der Erfindung den Vorteil, dass die miteinander zu verbindenden Elemente 3c1, 3c2 und 3c3 gegeneinander bis zur Aushärtung des Klebstoffs ohne Weiteres bewegt und insbesondere verdreht werden können. Wenn nun auf der Auflagerfläche 3e1 des Maschinenarms zwei komplementäre Zapfenlöcher 3ela, 3elb vorgesehen werden und die Auflagermittel 3c1 mit komplementären, in die Zapfenlöcher 3ela, 3elb spielfrei oder nahezu spielfrei eindringenden Zapfen ausgestattet wird, so ergibt sich eine definierte, reproduzierbare Drehausrichtung des starren Abstandsstücks 3c. Dies kann ausgenutzt werden, um bei der Verbindung der Elemente 3c1, 3c2 und 3c3 eine korrekte und reproduzierbare Winkellage einer wie vorstehend beschrieben maschinenendseitigen Abflachung in der maschinenseitigen Aufnahme 3c3 zu erzielen. Dazu wird beispielsweise zunächst das Abstandsstück 3c2 fest mit dem Auflagermittel 3c1 verklebt und danach in eine Lehre eingespannt, die einerseits eine exakte Ausrichtung der Abflachung der Aufnahme 3c3 gewährleistet und es andererseits ermöglicht, dass in einer ineinandergesteckten Position von Aufnahme 3c3 und Abstandsstück 3c2 eine korrekte Lage erzielt wird. Dies ist dann vorteilhaft, wenn gewährleistet ist, dass bei einem Endanwender regelmäßig eine bestimmte Drehausrichtung sehr oft auftritt, so dass mit insoweit festen Abstandsstücken gearbeitet werden kann.
Dass hier, wie ersichtlich, eine direkte Verbindung von Abstandsstück 3c2 und Aufnahme 3c3 mit den zum Drängen des Drehkupplungselementes dienenden Zapfen des Zwischenstücks in das Zapfenloch dienenden Drängmitteln erfolgt, sei als vorteilhaft herausgestellt.
Wenn, was aus Gründen der höheren Qualität bevorzugt ist, die Verbindungen zwischen Abstandsstück 3c2 mit einerseits der Aufnahme 3c3 und andererseits dem Auflagermittel 3c1 nicht durch einfaches Kleben, sondern durch Einschneiden von Gewinden erfolgen soll, ist eine derartige Drehausrichtung bei der Fertigung nicht ohne Weiteres möglich. Hier besteht aber die Möglichkeit, zunächst die Verbindung zwischen den Elementen 3c1, 3c2 und 3c3 fest herzustellen und danach erst in die Aufnahme 3c3 die Auflagefläche einzuarbeiten, was wiederum durch Abfräsen ein einer geeigneten Lehre, bei der durch die Zapfenlage der Zapfen des Auflagermittels 3c1 eine reproduzierbare Position gewährleistet ist, herzustellen. Im Übrigen sei erwähnt, dass anstelle von Zapfen in dem Auflagermittel 3c1 und Zapfenlöchern im Gegenstück auch die komplementäre Umkehrung verwendbar wäre oder andere, geeignete, eine leichte Reproduzierbarkeit einer Drehausrichtung ermöglichende Mittel und Maßnahmen vorgesehen werden können.
Ein in gewünschter Ausrichtung mit eingeschnittenem Rohr wie vorstehend beschrieben versehenes Abstandsstück 3c kann dann zur Erzielung einer korrekten Drehausrichtung in eine Lehre, wie in 9 gezeigt, eingesetzt werden.
Eine Lehre ähnlich wie in 9 kann auch verwendet werden, wenn, was gegebenenfalls bei geringeren Qualitätsanforderungen möglich ist, eine unmittelbare Verklebung des Zwischenelements 1 mit dem hier rohrförmigen Abstandsstück 3c2 erfolgen soll. Dargestellt ist dazu in 10 ein Zwischenelement 1' welches über einen einfachen, rotationssymmetrischen Zapfen 1'a passgenau im Rohr 3c2 aufgenommen wird. Diese Ausführungsform ist zwar womöglich nicht ganz so stabil wie die zuvor beschriebene, ist jedoch, schon aufgrund der Vereinfachung gegenüber den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen durch Wegfall der Klemmpassung mit Madenschrauben und dergleichen noch kostengünstiger.

Claims

Zwischenelement (1) für die Anordnung eines Taststiftes (2) gegen den Taststiftträger (3) einer Koordinatenmessmaschine, aufweisend einen einstückigen Grundkörper mit einem Taststiftende (1a) und einem Maschinenende (1b), wobei das Maschinenende (1b) mit einem Drehkupplungselement (1b1) und mit einem Mittel versehen ist, um eine reproduzierbare Drehausrichtung zu gewährleisten, und das Taststiftende (1a) eine gegen die Achse (1b2) des Drehkupplungselementes (1b1) geneigte, an einer allgemeinen, durch die Anlagefläche abgeflachten Kugelsegmentform vorgesehene Anlagefläche (1a1) aufweist, die mit einem Form- und/oder Reibschlussmittel für den form- und/oder reibschlüssigen Eingriff mit einem Befestigungsende (2a) des Taststiftes (2) in Anlage an der Anlagefläche (1a1) ausgebildet ist, und wobei das Mittel, um eine reproduzierbare Drehausrichtung zu gewährleisten, ein Paarteil eines nichtrotationssymmetrischen Formschlussmittelpaares aufweist, das mit einem zugehörigen maschinenseitigen Paarteil zusammenwirkt, das Drehkupplungselement (1b1) als Zapfen ausgestaltet ist, der zur Aufnahme in ein Zapfenlager ausgebildet ist, und der Zapfen eine Eintiefung aufweist, mit welcher das Zwischenelement (1) durch ein Fixiermittel gegen eine Anlagefläche drängbar ist.
Zwischenelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen ein in eine Zapfenlochaufnahme einklebbarer Zapfen ist.
Zwischenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintiefung eine Rille ist.
Zwischenelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die geneigte Anlagefläche (1a1) vom Grundkörper abgefräst ist.
Zwischenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Form- oder Reibschlussmittel als Gewindeloch gebildet ist, in welches der Taststift (2) einschraubbar ist.
Zwischenelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeloch senkrecht in die Anlagefläche (1a1) gebohrt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Zwischenelementen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rohlinge mit einem und wenigstens einer zur Drehkupplungselement (1b1) Drehkupplungselementachse (1b2) allgemein parallelen Fläche hergestellt und die Rohlinge zur Erzeugung unterschiedlich geneigter Anlageflächen (1a1) nach Bedarf abgefräst werden, wobei insbesondere nach Abfräsen ein jeweiliges Gewindeloch oder ein Durchfräsloch für eine Befestigungsschraube senkrecht in die Anlagefläche (1a1) eingebracht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling in einem Winkelhalter eingespannt und/oder aufgelegt wird und dann plangefräst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohling bereitgestellt wird, der vor Abfräsen im Bereich der auszubildenden Anlagefläche (1a1) allgemein kugelförmig ist.
Rohling zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7-9, der weiter einen kugelkalottenförmigen Bereich aufweist, der so dimensioniert ist, dass durch Abfräsen eine Auflage für den Taststift (2) mit jenem Durchmesser gebildet wird, der für den Taststift (2) als Auflagefläche nötig ist.
Abstandstück zur Aufnahme des weiterbearbeiteten Rohlings nach dem vorhergehenden Anspruch mit Mitteln zum Drängen des gegebenenfalls bearbeiteten Rohlings in eine drehrichtungsfixierende Lage und/oder einer Aufnahme zur Aufnahme des gegebenenfalls bearbeiteten Rohlings in drehrichtungsfixierender Klebung.