DE19721502A1 - Magnetische Halteeinrichtung - Google Patents
Magnetische HalteeinrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Halteein
richtung, die beispielsweise zum freigebbaren Klemmen einer
Arbeitseinheit an den bewegbaren Arm einer Koordinatenposi
tionierungsmaschine, wie beispielsweise einer Koordinatenmeß
maschine oder einem Prüfrobotor, verwendet werden kann. Typi
scherweise wird eine bestimmte Arbeitseinheit, die beispiels
weise ein Temperatursensor, ein Schweißarm oder eine Prüfson
de sein kann, periodisch während des Verlaufs eines Arbeits
zyklus der Maschine benötigt. Es ist von dem Gesichtspunkt
der Maschinenflexibilität wünschenswert, zu ermöglichen, daß
die Maschine eine Arbeitseinheit automatisch gegen eine ande
re austauscht.
Magnetische Halteeinrichtungen, die beispielsweise aus der
JP-60-144914 und der US 5,041,806 bekannt sind, enthalten ei
ne Halterung, die aus ferromagnetischem Material gefertigt
ist und die eine Arbeitseinheit mit einem ferromagnetischen
Körper freigebbar hält. Die Halterung trägt einen oder mehre
re Permanentmagneten, welche die Arbeitseinheit an die Halte
rung klemmen, und einen Elektromagneten, der betätigbar ist,
um die magnetische Klemmkraft aufzuheben, die durch den Per
manentmagneten geschaffen wird, um zuzulassen, daß die Ar
beitseinheit freigegeben wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine alternati
ve magnetische Haltevorrichtung. Gemäß der vorliegenden Er
findung ist eine freigebbare Klemmvorrichtung für erste und
zweite freigebbar eingreifbare Elemente geschaffen, wobei das
erste Element einen Elektromagneten und einen vollständigen
Kreis aus ferromagnetischem Material für einen magnetischen
Fluß von dem Elektromagneten aufweist; das zweite Element zu
mindest einen Permanentmagneten und einen ersten magnetischen
Kreis für einen magnetischen Fluß von dem Permanentmagneten
aufweist, der einen Abschnitt aus nicht ferromagnetischem Ma
terial enthält; worin, wenn die ersten und zweiten Elemente
in Eingriff stehen, ein zweiter magnetischer Kreis für einen
Fluß von dem Permanentmagneten gebildet wird, wobei der zwei
te magnetische Kreis ferromagnetisches Material auf dem er
sten Element enthält, und einen geringeren magnetischen Wi
derstand aufweist, als der erste magnetische Kreis, wodurch
die Wirkung des Permanentmagneten eine axiale Haltekraft
schafft, welche die Elemente in Eingriff hält.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun bei
spielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung
beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Gelenksondenkop
fes ist, der eine Prüfsonde trägt;
die Fig. 2A-C Schnitte durch eine erste Ausführungsform der Halteeinrichtung sind;
die Fig. 3A-C Schnitte durch eine zweite Ausführungsform der Halteeinrichtung sind;
die Fig. 4A-C Schnitte durch eine dritte Ausführungsform der Halteeinrichtung sind; und
die Fig. 2A-C Schnitte durch eine erste Ausführungsform der Halteeinrichtung sind;
die Fig. 3A-C Schnitte durch eine zweite Ausführungsform der Halteeinrichtung sind;
die Fig. 4A-C Schnitte durch eine dritte Ausführungsform der Halteeinrichtung sind; und
Fig. 5 ein Schnitt durch eine vierte Ausführungsform der
Halteeinrichtung ist.
Obwohl sie auf vielen anderen Verwendungsgebieten anwendbar
sind, werden hier spezifische Ausführungsformen der vorlie
genden Erfindung im Zusammenhang mit ihrer Anwendung in einem
Gelenksondenkopf an einer Koordinatenmeßmaschine beschrieben
und veranschaulicht. In Fig. 1 weist ein Gelenksondenkopf ei
ne Basis 10 auf, mittels der der Sondenkopf an dem bewegbaren
Arm einer Koordinatenmeßmaschine angebracht sein kann. Der
Sondenkopf trägt eine Arbeitseinheit in der Form einer Sonde
20, die an dem Ende eines Verlängerungsstabes 22 über erste
und zweite Drehachsenelemente 12, 14 gelagert ist. Die ersten
und zweiten Drehachsenelemente 12, 14 drehen die Sonde 20 um
im wesentlichen rechtwinklige Drehachsen D, E, wodurch ermög
licht wird, daß die Sonde 20 mit zwei Rotationsfreiheitsgra
den orientiert ist, und ein Zugang zu verschieden orientier
ten Oberflächen eines Teiles bei der Prüfung geschaffen wird.
Aus Gründen einer größeren Flexibilität ist ein Unterbausatz,
der das zweite Drehachsenelement 14, den Verlängerungsstab 22
und die Sonde 20 enthält, automatisch austauschbar.
In den Fig. 2A-C enthält eine Halterung 30, die auf dem er
sten Drehachsenelement 12 vorgesehen ist, einen Körper 32 aus
ferromagnetischem Material, wie beispielsweise Weicheisen.
Der Körper 32 trägt einen Elektromagneten 34, der durch eine
leitende Wicklung 34A vorgesehen ist, die einen Kern 36 in
dem Körper 32 und eine elektromagnetische Achse M definiert.
Der Körper ist so ausgestaltet, daß der magnetische Fluß Φ
von dem Elektromagneten durch den Kern 36 und um die Außen
seite der Wicklung 34A herum fließt, wodurch für den Fluß Φ
ein geschlossener magnetischer Kreis aus Weicheisen mit nied
rigem magnetischem Widerstand auf eine Weise geschaffen wird,
die in Fig. 2C veranschaulicht ist. Das austauschbare zweite
Element, das durch den Unterbausatz vorgesehen ist, umfaßt
ein ferromagnetisches Polstück 40, das einen radial polari
sierten Ringmagneten 42 lagert (es können einzelne Magneten
verwendet werden, die mit ihren Polen radial ausgerichtet
orientiert sind). Die Sonde 20 und der Verlängerungsstab 22
sind auf dem Polstück 40 über einen Endaufsatz 44 gelagert,
der aus nicht ferromagnetischem Material mit niedriger Perme
abilität gefertigt ist.
Das Klemmen und Austauschen eines Unterbausatzes findet wie
folgt statt. Wenn sich die Halterung 30 und der Unterbausatz
annähern, verläuft der magnetische Fluß Φ von dem Permanent
magneten 42 zunehmend durch den ferromagnetischen Körper 32
der Halterung 30 aufgrund seines relativ geringen magneti
schen Widerstands, verglichen mit entweder dem Material des
Endaufsatzes 44 oder dem Luftspalt zwischen den Polen des
Permanentmagneten 42. Dies induziert einen magnetischen Dipol
in dem Körper 32 mit einer entgegengesetzten Polarität zu der
des Permanentmagneten 42, und bewirkt eine Anziehungskraft
zwischen der Halterung 30 und dem Unterbausatz, die ansteigt,
wenn die Trennung zwischen diesen abnimmt (als Folge des an
steigenden Flusses Φ, der durch den Körper 32 verläuft, und
des sich daraus ergebenden Anstiegs der Stärke des Dipols).
Die Klemmkraft ist bei einem Maximum, wenn die beiden Teile
in Kontakt gekommen sind, und die Trennung zwischen diesen
bei einem Minimum ist. Eine Freigabe des Unterbausatzes von
der Halterung 30 wird dadurch ermöglicht, daß ein Strom durch
die Wicklung 34A des Elektromagneten 34 verläuft, wobei der
Fluß des magnetischen Flusses Φ durch den Kern 36 und den
Körper 32 um die Außenseite des Kerns 36 herum in einer Rich
tung induziert wird, der der des Flusses Φ von dem Perma
nentmagneten entgegengesetzt ist, wie in Fig. 2C veranschau
licht ist. Dies weist den Effekt auf, das der induzierte Di
pol in dem Körper 32 neutralisiert wird, wodurch die Anzie
hungskraft zwischen der Halterung 30 und dem Unterbausatz
aufgehoben wird.
Es kann auch wünschenswert sein, die Größe der Anziehungs
kraft zwischen der Halterung 30 und dem Unterbausatz während
des Klemmens zu variieren, wenn sich die beiden Teile annä
hern, beispielsweise, um die Kräfte auf den bewegbaren Arm
der Maschine zu reduzieren, an den der Gelenksondenkopf ange
bracht ist, oder um die Anziehungskraft zu verstärken, und
somit den Halt zu verbessern. Dies kann durch jeweiliges In
duzieren eines Flusses Φ von dem Elektromagneten 34 durchge
führt werden, der in der entgegengesetzten Richtung zu dem
Fluß Φ von dem Permanentmagneten 42, wie oben in bezug auf
ein Entkoppeln beschrieben ist, oder in der gleichen Richtung
fließt.
Alternativ dazu kann eine Reduktion der Anziehungskraft durch
Induzieren des Flusses Φ von dem Elektromagneten 34 in der
gleichen Richtung, wie der des Flusses Φ von dem Permanent magneten 42 erreicht werden, aber mit einer Dichte, die das Material der Halterung 30 sättigt, wodurch der Fluß Φ am Fließen durch den Körper 32 gehindert wird.
gleichen Richtung, wie der des Flusses Φ von dem Permanent magneten 42 erreicht werden, aber mit einer Dichte, die das Material der Halterung 30 sättigt, wodurch der Fluß Φ am Fließen durch den Körper 32 gehindert wird.
In den Fig. 3A-C umfaßt eine zweite Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung ein erstes Element, das durch eine Halte
rung 130 des Typs vorgesehen ist, der in bezug zu den Fig.
2A-C beschrieben ist und das einen Elektromagneten 134 auf
weist; andere gleiche Merkmale werden mit gleichen Bezugszei
chen bezeichnet. Das ferromagnetische Polstück 140 des Unter
bausatzes weist die Form eines Ringes mit einem L-förmigen
Querschnitt auf, der einen axial polarisierten Permanentring
magneten 142 an seiner Peripherie lagert. Der Betrieb dieser
Ausführungsform ist im wesentlichen der gleiche, wie der der
Fig. 2A-C, mit dem Unterschied, daß, wenn sich das Polstück
140 im freien Raum befindet, der gesamte Fluß Φ, der um den
magnetischen Kreis verläuft, der durch den Permanentmagneten
142 und das L-förmige Polstück 140 gebildet wird, über den
Luftspalt 150 hinweg verläuft. Dies erhöht die Anziehungs
kraft zwischen der Halterung 130 und dem Unterbausatz, wenn
sich die beiden Teile annähern, aufgrund der größeren Dichte
des Flusses Φ, der als ein Ergebnis durch den Körper 132 der
Halterung 130 verlaufen wird. Ein Polstück (z. B. aus Eisen)
kann auf einem Permanentmagneten 142 vorgesehen sein, entwe
der, um den Fluß zu verteilen, wodurch die Entfernung, über
die der Magnet 142 zum Anziehen des Körpers 132 wirkt, erhöht
wird, oder aus mechanischen Gründen, z. B. um Schaden an dem
Magneten 142 als Folge eines Stoßes zu verhindern.
In den Fig. 4A-C enthält der ferromagnetische Körper 232 der
Halterung 230 gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Per
manentmagneten 242 und schafft daher keinen vollständigen ma
gnetischen Kreis für den Fluß Φ des Elektromagneten 234.
Dies hat keinen merklichen Effekt auf die Anziehungskraft auf
das Polstück 240 als Folge des Permanentmagneten 242, benö
tigt jedoch einen größeren Strom für den Elektromagneten 234,
um den Fluß Φ zu erzeugen, der erforderlich ist, um den Fluß
Φ des Permanentmagneten 242 aufzuheben, da der Fluß Φ durch
den Permanentmagneten 242 verlaufen muß, der einen magneti
schen Widerstand so hoch wie freier Raum aufweist. Wie vorher
kann der Permanentmagnet 242 durch eine Vielzahl von einzel
nen Magneten ersetzt werden, und kann sowohl radial als auch
axial polarisiert sein.
In Fig. 5 ist eine vierte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung durch Modifizieren der Ausführungsform der Fig. 4A-C
vorgesehen, um eine Vielzahl von kleinen Elektromagneten
334 zu schaffen, von denen jeder auf die gleiche Weise wie
der Ringelektromagnet der Fig. 4A-C ausgestaltet ist. Jeder
Elektromagnet 334 weist eine Wicklung 334A auf, die einen
Kern 336 definiert, und dient dazu, den Fluß Φ von einem
Permanentmagneten 342 aufzuheben (hier axial polarisiert ge
zeigt; eine radiale Polarisierung ist auch möglich), wodurch
das Polstück 340 freigegeben wird. Da die Ausgestaltung der
Elektromagneten die gleiche wie die der Ausführungsform der
Fig. 4A-C ist, entsprechen die Änderungen der Flußdichte wäh
rend des Austauschzyklus nahezu der oben beschriebenen Aus
führungsform, und werden nicht weiter beschrieben.
Wo die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf z. B.
einen Gelenksondenkopf für eine Koordinatenpositionierungsma
schine angewendet werden, wird es typischerweise wünschens
wert sein, wechselseitig eingreifbare Aufstellelemente auf
dem Unterbausatz und dem Sondenkopf zu schaffen. Derartige
Elemente können eine wiederholbare Aufstellung (wie bei
spielsweise eine kinematische Lagerung) der Sonde schaffen,
wodurch die Notwendigkeit für eine Nachkalibrierung nach je
dem Austausch vermieden wird. Es kann auch wünschenswert
sein, die magnetische Halteeinrichtung auf eine Weise anzu
bringen, die deren Bewegung relativ zu den Aufstellelementen
ermöglicht. Dies erlaubt, daß der Spalt zwischen dem Körper
und dem Polstück im wesentlichen auf Null reduziert ist, wäh
rend zugelassen wird, daß die Aufstellelemente die relativen
Positionen der beiden Teile bestimmen. Dies ist z. B. in der
EP 40 67 82 gezeigt.
Die unterschiedlichen Merkmale der oben beschriebenen Erfin
dung sind nicht notwendigerweise auf deren Zusammenhang mit
den Ausführungsformen begrenzt, in Verbindung mit denen sie
beschrieben wurden. Viele Aspekte der Erfindung sind im all
gemeinen auf andere Ausführungsformen der hier beschriebenen
Erfindung anwendbar. Ähnlich besitzen beliebige Modifikatio
nen, die in bezug auf eine bestimmte Ausführungsform be
schrieben sind, eine allgemeine Anwendbarkeit auf alle ande
ren Ausführungsformen.
Zusammengefaßt enthält eine freigebbare Klemmvorrichtung für
einen Gelenksondenkopf auf einer Koordinatenmeßmaschine einen
Elektromagneten 34 an einem ersten Drehachsenelement 12, das
in einem ferromagnetischen Körper 32 eingeschlossen ist. Ein
zweites Drehachsenelement 14 ist mit dem ersten Drehach
senelement 12 freigebbar eingreifbar und enthält einen radial
polarisierten Ringmagneten 42, der in einem ferromagnetischen
Polstück 40 gelagert ist. Ein magnetischer Fluß von dem Elek
tromagneten verläuft um einen magnetischen Kreis herum, der
insgesamt aus ferromagnetischem Material gefertigt ist, wäh
rend der Fluß von dem Permanentmagneten entweder über einen
Luftspalt oder durch eine dielektrische Platte 44 verläuft.
Während des Klemmens verläuft ein Fluß von dem Permanentma
gneten durch den ferromagnetischen Körper 32 aufgrund dessen
relativ geringen magnetischen Widerstands, und induziert ei
nen magnetischen Dipol in dem Körper 32 mit einer entgegenge
setzten Polarität zu der des Permanentmagneten 42, wodurch
eine Anziehungskraft zwischen den Drehachsenelementen 12, 14
bewirkt wird. Ein Freigabe des zweiten Drehachsenelementes 14
wird durch Leiten von Strom durch den Elektromagneten 34 be
wirkt, um einen elektromagnetischen Fluß in dem ferromagneti
schen Körper 32 zum Neutralisieren des induzierten Dipols zu
bewirken.
Claims (11)
1. Freigebbare Klemmvorrichtung für erste und zweite frei
gebbar eingreifbare Elemente, wobei das erste Element
einen Elektromagneten und einen vollständigen Kreis aus
ferromagnetischem Material für einen magnetischen Fluß
von dem Elektromagneten aufweist; das zweite Element zu
mindest einen Permanentmagneten und einen ersten magne
tischen Kreis für einen magnetischen Fluß von dem Perma
nentmagneten aufweist, der einen Abschnitt aus nicht
ferromagnetischem Material enthält; worin, wenn die er
sten und zweiten Elemente in Eingriff stehen, ein zwei
ter magnetischer Kreis für einen Fluß von dem Permanent
magneten gebildet wird, wobei der zweite magnetische
Kreis ferromagnetisches Material auf dem ersten Element
enthält, und einen geringeren magnetischen Widerstand
als der erste magnetische Kreis aufweist, wodurch die
Wirkung des Permanentmagneten eine axiale Haltekraft
schafft, welche die Elemente in Eingriff hält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der erste magnetische
Kreis für den Permanentmagneten einen Luftspalt umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin das zweite Element so
ausgestaltet ist, daß im wesentlichen der gesamte Fluß
von dem Permanentmagneten über den Luftspalt hinweg ver
läuft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, worin, wenn
die ersten und zweiten Elemente in Eingriff stehen, fer
romagnetisches Material auf dem ersten Element zumindest
teilweise den Luftspalt überbrückt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin eine
Vielzahl von Permanentmagneten, die gleich um die Achse
der Klemmvorrichtung beabstandet sind, und radial beab
standete Pole aufweisen, auf dem zweiten Glied vorgese
hen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin auf
dem zweiten Element ein Permanentringmagnet vorgesehen
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin der Ringmagnet radial
beabstandete Pole aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin der Ringmagnet axial
beabstandete Pole aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
nur einem einzelnen Elektromagneten, der durch eine
Wicklung vorgesehen ist, die sich um die Achse der Vor
richtung herum erstreckt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo
bei sie ferner wechselseitig eingreifbare Aufstellele
mente auf den ersten und zweiten Elementen umfaßt, wo
durch beim Klemmen eine relative Aufstellung der ersten
und zweiten Elemente geschaffen wird.
11. Gelenksondenkopf zur Verwendung beim Orientieren einer
Sonde oder einer anderen Arbeitseinheit relativ zu einem
bewegbaren Arm einer Koordinatenpositionierungsmaschine,
wobei der Sondenkopf eine freigebbare Klemmvorrichtung
nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.
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CN105023707A (zh) * | 2015-08-11 | 2015-11-04 | 深圳市新宜康科技有限公司 | 磁力吸合装置 |
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GB9710405D0 (en) | 1997-07-16 |
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