DE3317299A1 - Beruehrungs-signalsonde - Google Patents
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Description
Dipl.-Phys. O. E. Weber D-8000 München 71
Telefon: (089)7915050
Telegramm: monopolweber Telex: 5-212877
Telefax: (089)7 9152 56
M 1350
MITUTOYO MFG. Co. Ltd,
5-33-7 Shiba
Minato, Tokyo
Japan
5-33-7 Shiba
Minato, Tokyo
Japan
Berührungs-Signalsonde
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Die Erfindung betrifft Berühmngs-Signalsonden und
insbesondere Verbesserungen einer Berührungs-Signalsonde zur elektrischen Feststellung der Berührung mit
einem zu messenden Werkstück.
Es war bisher ein dreidimensionales Meßinstrument zur Messung der Größe und der Kontur eines zu messenden
Werkstücks bekannt, das sich auf einer Meßleiste oder einer Vorrichtung zur Messung des Positionierungs-Beziehung
zwischen einem Werkzeugträger und einem Werkstück auf einer Werkzeugmaschine befindet. In
jeder der Meßvorrichtungen der beschriebenen Art ist eine Berührungs-Signalsonde an einer beweglichen
Unterlage montiert, die in Bezug auf das zu messende Werkstück in einer gewünschten Richtung bewegbar
ist. Bei Kontakt mit dem zu messenden Werkstück liefert die Berührungs-Signalsonde ein elektrisches
Signal und veranlaßt damit das Meßinstrument zur Vornahme einer genauen Messung. Wenn die Sonde
in Kontakt mit einem zu messenden Werkstück kommt, neigt sich die Berührungs-Signalsonde der beschriebenen
Art, um eine Kontaktbestimmung durchzuführen. Zur Aufrechterhaltung einer sehr genauen Messung
muß die Berührungs-Signalsonde nach Lösung von dem zu messenden Werkstück wieder genau an den
Ausgangspunkt zurückgeführt werden. Bei einer konventionellen Berührungs-Signalsonde
wird eine in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück kommende Sonde kippbar und vertikal bewegbar eingebaut
und in einem Sondengehäuse gehalten. Wenn die Sonde in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück
kommt und vertikal bewegt oder gekippt wird, werden dieser Kontakt elektrisch ermittelt und eine gewünschte
Messung durchgeführt.
Bisher wurden verschiedene Arten der vorgenannten Sonden vorgeschlagen. In jeder dieser konventionellen
Berührungs-Signalsonden wird die Sonde im wesentlichen in einer vorbestimmten Richtung mit beispielsweise
einer Feder vorgespannt und in ihrer statischen Lage positioniert. Die konventionellen Berührungs-Signalsonden
haben aber den Nachteil, daß sie, um die Sonde in einer vorbestimmten stationären Lage
zu halten, einen komplizierten Aufbau benötigen, das Arbeiten mühsam wird uns sich instabile statische
Bedingungen ergeben, wodurch die Meßgenauigkeit usw. nachteilig beeinflußt wird.
Weil in der konventionellen Berührungs-Signalsonde ihre Lage in der vertikalen Richtung und in der seitlichen
Richtung mit Hilfe ein und desselben Elementes und auch ein und desselben Vorspannungsmittels gesteuert
wurde, haben sich solche Nachteile ergeben, daß die Positionierungen in beiden Richtungen miteinander
interferieren usw. und unzureichend werden, wodurch sich Verschiebungen in den Positionen ergeben und
es für die Sone schwierig wird, genau auf den Ausgangspunkt zurückzukehren, wodurch sich Fehler in
-ί-
der Messung und dgl . ergeben. Im Zusammenhang mit der
konventionellen Berührungs-Signalsonde trat weiterhin der Nachteil auf, daß, wenn die statische Lage der
Sonde nach ihrer Rückkehr zum Ausgangspunkt verbessert wurde, der Ausschlag der Sonde gering wird, so daß
sowohl die statische Lage der Sonde nach der Rückkehr zum Ausgangspunkt als auch der Ausschlag nicht gleichzeitig
verbessert werden können.
Bei der konventionellen Berührungs-Signalsonde war es
weiterhin nachteilig, daß die Sonde sehr grob und sehr
schwer wird. Dadurch ergibt sich der Nachteil, daß der mit der Sonde verbundene bewegliche Träger einen
festen Aufbau besitzen muß und die Steuerbarkeit verschlechtert wird.
Zur Vermeidung der oben genannten Nachteile des Standes
der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine verbesserte Berührungs-Signalsonde zu schaffen, die in ihrem Aufbau sehr stark vereinfacht
ist, zur Einnahme einer stabilen und genauen statischen Lage nach Rückkehr zum Ausgangspunkt fähig ist,
ihren Ausschlag vergrößert und einen kompakten Aufbau aufweist.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist die Erfindung gekennzeichnet durch: Ein Sondengehäuse zur kippbaren
und vertikal bewegbaren Halterung einer Sonde, die in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück gebracht wird;
eine am oberen Teil des Sondengehäuses befestigte Deckplatte mit einem Gelenk, das mit einem beweglichen
Träger verbindbar oder von ihm lösbar ist; eine in dem Sondengehäuse befindliche stationäre Platte zur
-A-
Befestigung und Halterung des oberen Teils der Sonde;
eine untere an den Boden des Sondengehäuses befestigte Berührungsfläche zur Halterung der stationären Platte;
eine Anschlag-Kugel und eine Rast-Kugel, die beide an der stationären Platte befestigt sind und von der
stationären Platte in seitlicher Richtung sich erstreckende periphere Ränder aufweisen; eine seitliche
an dem Sondengehäuse befestigte Berührungsfläche, die zur Kontrolle der Bewegung der stationären Platte in
seitlicher Richtung in Berührungskontakt mit der Anschlag-Kugel kommt; eine an dem Sondengehäuse befestigte
einrastende Fläche mit einem gegen die Rast-Kugel an zwei Stellen anstoßenden einrastenden Einschnitt
zur Kontrolle der Stellung der stationären Platte in seitlicher Richtung; drei in im wesentlichen
gleichwinkeligen Abständen an der stationären Platte befestigte Kontaktpunkt-Kugeln, deren untere periphere
Ränder sich von der stationären Platte nach unten erstrecken; drei stationäre an die untere Berührungsfläche
in gegenläufiger Beziehung zu den Kontaktpunkt-Kugeln befestigte Kontaktpunkte; ein erstes Vorspannungs
mittel zur zwingenden Vorspannung der stationären Phase gegen die untere Berührungsfläche; und ein zweites
Vorspannungmittel zur zwingenden Vorspannung der stationären Platte gegen die seitliche Berührungsfläche
und die Rast-Fläche.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1 ist ein Schnitt der wesentlichen Teile einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Berührungs-Signalsonde;
Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie H-II der
Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Schnitt der wesentlichen Teile einer Ausführungsform;
Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3;
Fig. 5 ist ein Schnitt der wesentlichen Teile einer dritten Ausführungsform;
Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5 und
Fig. 7 ist ein Schnitt der wesentlichen Teile einer vierten Ausführungsform.
Im folgenden werden erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die bevorzugte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Berührungs-Signalsonde.
In der Zeichnung ist ein im wesentlichen plattenförmiger
Deckträger 12 durch Schrauben 11a und 11b an dem oberen
offenen Ende eines zylindrisch geformten Sondengehäuses 10 befestigt, das am oberen Ende offen ist. Dieser
Deckträger 12 ist mit einer sich nach oben erstreckenden Halterung 14 ausgestattet, um verbindbar mit oder lösbar
von einem nicht dargestellten beweglichen Träger angeordnet zu sein.
-JSr -
In einem der Halterung 14 gegenüberliegenden Teil des Sondengehäuses 10 ist eine öffnung 16 ausgebildet, und
ein Sondenschaft 18 erstreckt sich durch die Öffnung 16 und wird relativ zum Sondengehäuse 10 kippbar gehalten.
Eine stationäre Platte 20 ist im Sondengehäuse 10 eingebaut, und der vorstehend genannte Sondenschaft
18 ist an der stationären Platte 20 befestigt. Eine Sonde 22 ist mittels eilner Schraube 23 auf dem vorderen
Ende des Probenschaftes 18 abnehmbar befestigt, so daß eine gewünschte Sonde 22 befestigt werden kann. Weiteres
ist an dem vorstehenden Ende der Sonde 22 eine Kugel 24, die in Kontakt mit einem zu messenden Werkstück
gebracht werden soll, fest angebracht.
Zur genauen Positionierung und Halterung der stationären
Platte 20 in dem Sondengehäuse 10 werden erfindungsgemäß
eine gekippte Lage und eine vertikal verschobene Lage der stationären Platte 20 durch Lagesteuerelemente gesteuert,
die unabhängig voneinander ausgebildet sind. Im einzelnen wird die vertikal verschobene Lage der
stationären Platte 20 durch eine untere Berührungsfläche zur Lagerung und Halterung der Unterseite der
stationären Platte 20 gestützt, und es wird die gekippte Lage der stationären Platte 20 durch eine seitliche
Berührungsfläche und eine Eingriffsfläche zur
Lagerung und Halterung der seitlichen Oberfläche der stationären Platte 20 definiert. Nachfolgend
wird die Halterung des Sondenschaftes 18 (stationäre
Platte 20) in der gekippten und vertikal verschobenen Lage beschrieben.
- r-
Eine im wesentlichen fünfeckige säulenförmige stationäre
Platte 20 ist am oberen Ende des Sondenschafts 18 angebracht, eine Anschlag-Kugel 26 mit einem
sich in die seitliche Richtung der stationären Platte 20 erstreckenden seitlichen peripheren Rand ist an
einer seitlichen Oberfläche der stationären Platte befestigt, und es ist eine Rast-Kugel 28, die einen
sich in die seitliche Richtung der stationären Platte 20 seitlichen peripheren Rand besitzt, an
der anderen seitlichen Oberfläche der stationären Platte 20 durch einen Stützarm 30 der Rast-Kugel
befestigt.
Durch die Schrauben 34a und 34b ist eine seitliche Berührungsfläche 32 an dem Sondengehäuse 10 befestigt,
die dazu befähigt ist, gegen die Anschlag-Kugel zur Einstellung der lateralen Bewegung der stationären
Platte 20 anzustoßen. Eine Rast-Fläche 36 mit einem einrastenden Einschnitt 36a, der es zur Einstellung
der Lage der stationären Platte 20 in lateraler Richtung ermöglicht, daß die Rast-Kugel 28 mit zwei
Punkten daran anstößt, ist durch die Schrauben 38a und 38b an dem Sondengehäuse 10 befestigt. Als
Fogle davon stoßen die Anschlag-Kugel 26 gegen die seitliche Berührungsfläche 32 und die Rast-Kugel
28 gegen den einrastenden Einschnitt 36 der einrastenden Fläche 32 an zwei Punkten davon, so daß
die stationäre Platte 20 in seitlicher Richtung an drei Punkten gestützt werden kann, wobei eine
Kontrolle der seitlichen Bewegung der stationären Platte 20 möglich wird.
'4t-
Weiterhin sind an der unteren Oberfläche der stationären
Platte 20 in im wesentlichen gleichwinkeligen Intervallen drei Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c befestigt,
von denen jede einen unteren peripheren Rand besitzt, der sich von der stationären Platte 20 nach
unten erstreckt, und eine scheibenförmige untere Berührungsfläche 42, die gegen die vorstehend genannten
Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c anstößt, ist an der unteren Fläche des Sondengehäuses 10 durch
die Schrauben 44a und 44b befestigt. Als Folge davon stoßen die Kontakt-Kugeln 40a, 40b und 40c gegen
eine untere Berührungsoberfläche 42a der unteren Berührungsfläche
42, so daß die stationäre Platte 20 in der vertikalen Richtung durch drei Punkte gestützt
werden kann, wodurch sich die Steuerung der vertikalen Bewegung der stationären Platte 20 ermöglicht.
Zusätzlich sind die Anschlag-Kugel 26, die Rast-Kugel 28 und die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und
40c von sphärischer Form, und die Kontaktoberflächen der seitlichen Berührungsfläche 32 des einrastenden
Einschnittes 36a und der unteren Berührungsoberfläche 42a planar, wodurch die Bearbeitung der Anschlag-Kugel
26, der Rast-Kugel 28, der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c, der seitlichen Berührungsfläche 32,
des einrastenden Einschnittes 36a und der unteren Berührungsoberfläche 42a erleichtert wird, wodurch
die Kosten reduziert werden können. Weiterhin gleiten die Anschlag-Kugel 26, die Rast-Kugel 28
und die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c an den Kontaktoberflächen der seitlichen Berührungsfläche
32, des einrastenden Einschnitts 36a und der unteren Berührungsoberfläche 42a, so daß die Kontaktoberflächen
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gereinigt werden können, wodurch Betriebsstörungen ausgeschaltet werden können.
Zur Vorbeugung irregulärer Bewegungen der stationären Platte 20, die durch die untere Berührungsfläche 42,
die seitliche Berührungsfläche 32 und die Rast-Fläche
36 gehalten wird, und um die stationäre Platte 20 aus der gekippten Position zurückzuführen, sind eine
erste und eine zweite Vorspannungseinrichtung zur Vorspannung der stationären Platte 20 gegen die untere
Berührungsfläche 42, die seitliche Berührungsfläche 32 und die Rast-Fläche 36 vorgesehen. Im folgenden
werden die erste und die zweite Vorspannungseinrichtung beschrieben.
Die erste Vorspannungsfläche ist vorgesehen, um die
unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c gegen die untere Berührungsfläche
42a der Berührungsflache 42 zwingend vorzuspannen.
In der Ausführungsform enthält die erste Vorspannungseinrichtung zwei Zugfedern 46a und 46b, von denen jede
an ihrem Ende an den gegenüberliegenden Endteilen der stationären Platte 20 befestigt ist und das andere
Ende an der unteren Berührungsfläche 42, und eine Kompressionsfeder 48, die sich zwischen dem Deckträger
12 und der stationären Platte 20 erstreckt. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, enthält die erste
Vorspannungseinrichtung im einzelnen: Zwei Zugfedern 46a und 46b, von denen jede an ihrem einen Ende an
den gegenüberliegenden Endteilen der stationären Platte 20 befestigt sind, und am anderen Ende an der unteren
Berührungsfläche 42, um die stationäre Platte 20 gegen
die untere Berührungsfläche 42 elastisch vorzuspannen und die stationäre Platte 20 gegen die untere Berührungsober-
Λ«
fläche 42a elastisch vorzuspannen, und eine Kompressionsfeder 48, die an ihrem einen Ende mit dem zentralen
Teil der Deckplatte 12 verbunden ist und an ihrem anderen Ende mit dem zentralen Teil der stationären
Platte 20, um die stationäre Platte 20 zwingend gegen die untere Berührungsoberfläche 42a vorzuspannen.
Um die Vorspannungskraft der Kompressionsfeder 48 justieren zu können, ist die Deckplatte 12 zusätzlich
mit einem Federsitz 50 ausgestattet, um ein Endteil der Kompressionsfeder 48 aufzunehmen, und
mit einer Justierschraube 52, um den Federsitz 50 vertikal zu bewegen, so daß die Vorspannungskraft
der Kompressionsfeder 48 durch Justierung der Justierschraube 52 in ihrer linear beweglichen Lage eingestellt
werden kann. Zur zwingenden Vorspannung der seitlichen peripheren Ränder der Anschlag-Kugel
26 und der Rast-Kugel 28 gegen die seitliche Berührungsfläche 32 und den einrastenden Einschnitt
36a wird zusätzlich die zweite Vorspannungseinrichtung · vorgesehen. In der Ausführungsform enthält die zweite
Vorspannungseinrichtung eine Zugfeder 54, die an ihrem einen Ende an der stationären Platte 20 befestigt ist
und an ihrem anderen Ende an dem Sondengehäuse 10. Wie die Figuren 1 und 2 im einzelnen zeigen, enthält
die zweite Vorspannungseinrichtung zur zwingenden Vorspannung der stationären Platte 20 gegen die seitliche
Berührungsfläche 32 und die einrastende Fläche 36 eine
Zugfeder 54, die an ihrem einen Ende mit einer vorderen Endfläche 20c, die zwischen zwei Seitenoberflächen
20a und 20b der stationären Platte 20 angeordnet ist und an ihrem anderen Ende mit einem die Feder aufnehmenden
Teil 56 des Sondengehäuses 10 verbunden ist.
Um die Vorspannungskraft der Zugfeder 54 justieren zu
können, ist das Sondengehäuse 10 mit einem die Feder aufnehmenden Teil 56 und einer die Feder aufnehmenden
Schraube 58 versehen, die justierbar im die Feder aufnehmenden Teil 56 angebracht ist und daran mit dem
anderen Ende der Zugfeder 54 befestigt ist, so daß die Vorspannungskraft der Zugfeder 54 durch Justierung
der die Feder aufnehmenden Schraube 58 in ihrer linear bewegbaren Lage eingestellt werden kann.
Folglich wird die stationäre Platte 20 vertikal bewegbar
und kippbar im oben beschriebenen Sondengehäuse gehalten.
In der Ausführungsform erstreckt sich weiterhin ein
Sperrelement 60 von einer seitlichen Oberfläche der stationären Platte 20 aus zu der Zugfeder 54 hin, und
ein die Sperre aufnehmendes Element 62, das mit dem Sperrelement 60 zum Eingriff zu bringen ist, ist an der
unteren Berührungsfläche 42 des Sondengehäuses 10 vorgesehen. Der Eingriff des Sperrelementes 60 mit dem
die Sperre aufnehmenden Element 62 beugt einer zu starken Kippung der stationären Platte 20 vor und
damit einer zu starken Kippung des Sondenschafts 18.
Im einzelnen enthält das Sperrelement 60 einen stabförmigen Körper 64 und einen scheibenförmigen Kopf 66,
der an einem Ende des Körpers 64 vorgesehen ist. Das vordere Endteil 64a des Körpers 64 ist an der stationären
Platte 20 befestigt, und das die Sperre aufnehmende Element 62 besitzt die Form eines Blockes und ist
an dem zentralen Teil davon mit einem
-Λ-
einrastenden Einschnitt 62 versehen und durch die Schrauben 68a und 68b an der unteren Berührungsfläche
42 befestigt. Dann wird der Körper 64 des Sperrelements 60 lose durch den einrastenden Einschnitt 62
des die Sperre empfangenden Elements 62 eingeführt, und die rückwärtige Oberfläche des Kopfs 66 des
Sperrelements 60 wird in eine Lage gegenüber einer Endfläche 62 des die Sperre empfangenden Elements 62 gebracht.
Dazu wird die stationäre Platte 20 in eine Richtung zwischen der Frontseite und der Rückseite
der Papierebene in der Fig. 1 gebracht. Der Körper des Sperrelements 60 wird mit den Wänden des Einschnitts
des die Sperre empfangenden Elements 62 zum Eingriff gebracht, so daß die stationäre Platte 20 an
einer zu starken Kippung gehindert wird. Wenn weiterhin die stationäre Platte 20 in einer Richtung, wie sie
durch den Doppelpfeil A angezeigt wird, gekippt wird, und so die vorstehend genannte Richtung senkrecht
schneidet, stößt der Kopf 66 des Sperrelements 60 gegen eine Endfläche 62b des die Sperre aufnehmenden
Elements 62, so daß die stationäre Platte 20 davon abgehalten wird, sich zu stark zu neigen.
Wie oben beschrieben wurde, kann der Sondenschaft vertikal beweglich und kippbar gehalten werden, und die
statische Lage des Sondenschafts 18 kann durch seitliche periphere Ränder der Anschlag-Kugel 26 und der Rast-Kugel
28 und die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c stabilisiert werden.
Erfindungsgemäß kann die Kontrolle der Lagen
der stationären Platte 20 zur Fixierung der
Sonde 22 (Sondenschaft 18) in der vertikalen Richtung
und der seitlichen Richtung getrennt voneinander durchgeführt werden. Um die stationäre Platte 20 sowohl
in vertikaler Richtung als auch der seitlichen Richtung zum Eingriff zu bringen, werden die Kontaktpunkt-Kugeln
40a, 40b und 40c vorgesehen, von denen jede einen unteren peripheren Rand besitzt, und die Anschlag-Kugel
26 und die Rast-Kugel 28, von denen jede einen seitlichen peripheren Rand hat, so daß mit einer vereinfachten
Konstruktion eine ausreichend statische Lage der Sonde 22 nach Rückkehr in die Ausgangslage erhalten werden
kann und eine stabile Positionierung der Sonde 22 durchgeführt werden kann.
Im folgenden wird eine Beschreibung zur Bestimmung eines Kontaktes zwischen der Sonde 18 und dem zu
messenden Werkstück gegeben.
In der Ausführungsform bilden die Kontaktpunkt-Kugeln
40a, 40b, 40c und die untere Berührungsoberfläche 42a Paare von Hauptkontaktpunkten. Im einzelnen werden
die unteren stationären Kontaktpunkte 70a, 70b und 70c, die in Kontakt mit den unteren peripheren Rändern
der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c gebracht werden sollen, in der unteren Berührungsoberfläche
42a der unteren Berührungsfläche 42 eingebettet und darauf fixiert. Die Kontaktpunkt-Kugeln 40a,
40b und 40c und die unteren stationären Kontaktpunkte 70a, 70b und 70c bilden die Paare der Hauptkontakt
punkte der Berührungs-Signalsonde.
ye
Kugel 26, die Rast-Kugel 28, die seitliche Berührungsfläche 32 und die einrastende Fläche 36
ein Paar von Hilfskontaktpunkten. Im einzelnen
wird der stationäre Hilfskontaktpunkt 72, der in
Kontakt mit dem seitlichen peripheren Rand der vorstehend genannten Anschlag-Kugel 26 gebracht werden
soll, in die seitliche Berührungsfläche 32 eingebettet
und auf ihr fixiert, und zwei stationäre Hilfskontaktpunkte
74a und 74b, die in Kontakt mit den seitlichen peripheren Rändern der vorgenannten Rast-Kugel
28 gebracht werden sollen, werden in den einrastenden Einschnitt 36a der einrastenden Fläche
36 eingebettet und auf ihr fixiert, wodurch die Anschlag-Kugel 26, die Rast-Kugel 28, die stationären
Hilfskontaktpunkte 72, 74a und 74b ein Paar von Hilfskontaktpunkten
der Berührungs-Signalsonde bilden.
Als Ergebnis werden durch die drei Paare der Hauptkontaktpunkte und die drei Paare der Hilfskontaktpunkte
sechs Paare von Kontaktpunkten der Berührungs-Signalsonde gebildet, so daß die Meßgenauigkeit verbessert
werden kann. Im einzelnen kann eine feine Neigung des Sondenschaftes 18 bestimmt werden, so
daß die Leistung verbessert werden kann. Weiterhin kann die Rückkehr der Sonde in die Ausgangslage genauer
bestimmt werden.
Dann werden die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c und die unteren stationären Kontaktpunkte 70a, 70b
und 70c in Serie und in alternierenden Richtungen zueinander angeordnet und weiterhin die Anschlag-
Kugel 26 und die Rast-Kugel 28 und die stationären Hilfskontaktpunkte 72, 74a und 74b in Serie und in
alternierenden Richtungen zueinander, wodurch die Gruppen der Hauptkontaktpunkte und die Paare der
Hilfskontaktpunkte eine Serienschaltung bilden, so daß ein Kontakt der auf dem vorderen Ende des
Sondenschaftes 18 befestigten Sonde 22 und des zu
messenden Objekts durch einen nicht gezeigten Kontaktdetektor bestimmt werden kann. Im einzelnen
werden dann, wenn kein Kontakt zwischen der Sonde 22 und dem zu messenden Werkstück besteht, alle
drei Paare der Hauptkontaktpunkte, das heißt (die Kontaktpunkt-Kugel 40a, der untere stationäre
Kontaktpunkt 70a), (die Kontaktpunkt-Kugel 40b, der untere stationäre Kontaktpunkt 70b) und (die
Kontaktpunkt-Kugel 40c, der untere stationäre Kontaktpunkt 70c) in Kontakt miteinander gebracht,
und weiterhin alle drei Paare der Hilfskontaktpunkte,
d.h. (die Anschlag-Kugel 26, der stationäre Hilfskontaktpunkt 72), (die Rast-Kugel 28, der stationäre
Hilfskontaktpunkt 74a) und (die Rast-Kugel 28, der stationäre Hilfskontaktpunkt 74b), wodurch der Kontaktdetektor
in einem leitenden Zustand ist. Wenn die Sonde 22 in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück
kommt, so führt bei dieser Anordnung der Sondenschaft 18 eine Neigung oder eine vertikale Bewegung
aus, wodurch irgendein Paar von Kontaktpunkten der drei Gruppen der Hauptkontaktpunkte und der drei
Hilfskontaktpunkte voneinander getrennt werden. Folglich kommt der Kontaktdetektor in einen nichtleitenden
Zustand, so daß der Kontakt zwischen der Sonde 22 und dem zu messenden Werkstück nicht genau
bestimmt werden kann.
- ν6 -
Es wird nun eine Beschreibung der Wirkung der vorstehend
beschriebenen Anordnung der erfindungsgemäßen Ausführungsform gegeben.
In den Fig. 1 und 2 wird die Sonde 22 kippbar und vertikal beweglich durch die Zugfedern 46a, 46b,
die Kompressionsfeder 48 und die Zugfeder 54 gehalten, die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln
40a, 40b und 40c werden durch die Zugfedern 46a, 46b, die Kompressionsfeder 48 und die Zugfeder 54 in Kontakt
mit der unteren Berührungsoberfläche 42a gebracht, und die seitlichen peripheren Kanten der Anschlag-Kugel
26 und der Rast-Kugel 28 werden mit der seitlichen Berührungsfläche 32 und der einrastenden Fläche
36 in Kontakt gebracht, so daß die statische Lage der Sonde 22 stabilisiert werden kann. Weiterhin werden
alle drei Paare von Hauptkontaktpunkten d.h. (die Kontaktpunkt-Kugel 40a, der untere stationäre
Kontaktpunkt 79a), (die Kontaktpunkt-Kugel 40b, der untere stationäre Kontaktpunkt 70b) und (die Kontaktpunkt-Kugel
40c, der untere stationäre Kontaktpukt 70c) in Kontakt miteinander gebracht, weiterhin werden
alle drei Paare der Hilfskontaktpunkte, d.h. (die Anschlag-Kugel 26, der stationäre Hilfskontaktpunkt
72), (die Rast-Kugel 28, der stationäre Hilfskontaktpunkt
74a) und (die Rast-Kugel 28, der stationäre Hilfskontaktpunkt 74b) in Kontakt miteinander gebracht,
wodurch der Kontaktdetektor im leitenden Zustand ist.
Wenn dann die am vorderen Ende des Sondenschafts 18
befestigte Sonde 22 in Kontakt mit dem zu messenden
ό ι / ζ
Werkstück kommt, führt der Sondenschaft 18 (wie oben
beschrieben) eine Neigung oder eine vertikale Bewegung aus, und jedes Paar der Kontaktpunkte der
drei Paare der Hauptkontaktpunkte und der drei Hilfskontaktpunkte wird voneinander getrennt, wodurch der
Kontakt mit dem Kontaktdetektor bestimmt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann sich der Sondenschaft 18„
selbst wenn der bewegbare Träger überschießt, sich relativ zum Sondengehäuse neigen, so daß der Sondenschaft
18 und die Sonde 22 vor einer Beschädigung bewahrt werden können. Weiterhin wird der Sondenschaft
18 durch das Sperrelement 16 und das die Sperre empfangende Element 62 so gesteuert, daß er sich nicht
über einen vorbestimmten Winkel hinaus neigen kann, so daß die Zugfedern 46a, 46b, die Kompressionsfeder
48 und die Zugfeder 54 vor einer Verdrehung oder Beschädigung bewahrt werden können.
Wenn dann die Sonde 22 von dem zu messenden Werkstück gelöst wird, wird der Sondenschaft 18 durch die Vorspannungskräfte
der Zugfedern 46a, 46b, der Kompressions feder 48 und der Zugfeder 54 rasch in die neutrale
Stellung gebracht, und die seitlichen peripheren Ränder der Anschlag-Kugel 26 und der Rast-Kugel 28 kommen
wieder in Kontakt mit der seitlichen Berührungsfläche
32 und der einrastenden Fläche 36, und die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b
und 40c kommen in Kontakt mit der unteren Berührungsoberfläche 42a der unteren Berührungsfläche 42,
wodurch der Sondenschaft 18 in seiner statischen Lage stabilisiert wird und der Kontaktdetektor in den
tenden Zustand zurückkehrt.
Wie oben beschrieben wurde, kann mit der vereinfachten
Konstruktion gemäß der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform
die ausreichende Rückkehr der Sonde in die Ausgangslage und die stabilisierte statische
Bedingung der Sonde erreicht werden. Außerdem kann der Ausschlag der Sonde erweitert werden. Weiterhin
wird die Lage der Sonde nicht eingeschränkt.
Weiterhin werden die untere Berührungfläche zur Kontrolle
der vertikalen Bewegung der stationären Platte und die seitliche Berührungsfläche und die
einrastende Fläche zur Kontrolle der seitlichen Bewegung der stationären Platte unabhängig voneinander
vorgesehen, und weiterhin wird die stationäre Platte gegen die untere Berührungsfläche, die seitliche Berührungsfläche
und die einrastende Fläche durch die erste und die zweite Vorspannungseinrichtung ohne
gegenseitige Beeinflussung vorgespannt, so daß sie gelagert und gehalten werden kann, ohne in ihrer
Lage verschoben zu werden, und damit kann der stabile und genaue statische Zustand nach Rückkehr in die
Ausgangslage der stationären Platte, d.h. der Sonde erhalten werden kann, wodurch eine Verbesserung der
Meßgenauigkeit möglich ist.
Zusätzlich können gemäß der ersten Auführungsform
die jeweiligen Bewegungen der stationären Platte in der vertikalen Richtung und der seitlichen Richtung
durch Positionskontrollelemente, die unabhängig voneinander gebildet sind, durchgeführt werden, der
Meßdruck, d.h. der Kontaktdruck zwischen der Sonde und dem zu messenden Werkstück kann niedrig gehalten
und auf den optimalen Wert eingestellt werden,
OO ! / LDO
und die Neigung und dgl. der stationären Platte
und des Schaftes durch die Schwerkraft können verhindert werden, so daß eine genaue Messung durchgeführt
werden kann, ohne daß diese durch die Lage der Sonde gestört wird. Weiterhin sind die jeweiligen
Positionskontrollelemente unabhängig voneinander mit der ersten und der zweiten Vorspannungseinrichtung
versehen. Aufgrund dieser Tatsache kann die augenblickliche Rückkehr der Sonde in die Ausgangsposition auch
dann erreicht werden, wenn der zulässige Neigungswert größer ist, so daß ein sogenannter Gesamt-Überlaufwert
vergrößert werden kann.
Gemäß der ersten Ausführungsform können weiterhin die
stationäre Platte, die untere Berührungsfläche, die seitliche Berührungsfläche und die einrastende Fläche
durch Verwendung ebener Platten und dgl . , wie vorstehend aufgeführt, in sehr vereinfachten Konstruktionen ausgebildet
werden, so daß die Herstellung von Teilen der Berührungs-Signalsonde erleichtert werden kann.
Weiterhin kann die Kontrolle der Lagen der stationären Platte in der vertikalen und der seitlichen Richtung
unabhängig voneinander durchgeführt werden, und es herrschen keine besonderen Beziehungen zwischen ihnen,
wodurch es nicht notwendig ist, beide Positionskontrollelemente mit einer äußerst hohen Genauigkeit
in ihrer gegenseitigen Lage anzuordnen, wodurch es möglich ist, die Berührungs-Signalsonde mit niedrigen
Kosten herzustellen.
In der ersten Ausführungsform wird weiterhin die erste
Vorspannungseinrichtung durch die zweite Zugfedern und
-Iff.
Kompressionsfeder gebildet, kann aber auch nur durch zwei Zugfedern gebildet sein, die an den gegenüberliegenden
Endteilen der stationären Platte vorgesehen sind, ohne Verwendung einer Kompressionsfeder.
Darüber hinaus kann gemäß der ersten Ausführungsform
die Berührungs-Signalsonde kompakt und mit einem geringen Gewicht hergestellt werden. Es besteht
deshalb nicht die Notwendigkeit, den beweglichen Träger mit einer festen Konstruktion auszuführen,
wodurch die Kosten des Meßinstruments erniedrigt werden und die Kontrollierbarkeit verbessert
werden kann.
In der ersten Ausführungsform bilden weiterhin die drei Gruppen der Hauptkontaktpunkte und die drei
Gruppen der Hilfskontaktpunkte die Paare der Kontaktpunkte der Berührungs-Signalsonde, aber es können
auch entweder die drei Paare der Hauptkontaktpunkte oder die drei Paare der Hilfskontaktpunkte die Paare
der Kontaktpunkte der Berührungs-Signalsonde bilden.
Nach der ersten Ausführungsform können weiterhin die
seitliche Berührungsfläche 12 und die einrastbare Fläche 36 die Bewegung der stationären Platte 20
(Sondenschaft 18) in der seitlichen Richtung kontrollieren
und insbesondere die stationäre Platte 20 (Sondenschaft 18) daran hindern, um den Sondenschaft
zu rotieren.
Die Fig. 3 zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung, und die Fig. 4 zeigt einen Schnitt davon.
- τι -
In der zweiten Ausführungsform wird der untere periphere
Rand der Anschlag-Kugel 26 verwendet, um eine (40c) der Kontaktpukt-Kugeln zu ersetzen. Im einzelnen sind
die Kontaktpunkt-Kugeln 40a und 40b an der stationären Platte 20 mittels Kontaktstützarmen 76a und 76b befestigt,
und weiterhin sind die Anschlag-Kugel 26 (Kontaktpunkt-Kugel 40c) und die Rast-Kugel 28 mittels eines Stützarms
78 für die Anschlag-Kugel und den Stützarm 30 für die Rast-Kugel fest an der stationären Platte 20 angebracht.
Die statische Lage des Sondenschaftes 18 kann durch die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln
40a, 40b, den unteren peripheren Rand der Anschlag-Kugel 26 und den seitlichen peripheren Rand der Rast-Kugel
28 stabilisiert werden. Folglich wird die Anschlag-Kugel 26 dazu veranlaßt, die stationäre Platte
20 in zwei Richtungen zu stützen, so daß der Sondenschaft 18 durch Verwendung von 4 Kugeln zuverlässig
stabilisiert werden kann, wodurch die Berührungs-Signalsonde in der Größe kompakt gehalten werden kann.
In der zweiten Ausführungsform kann in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform ein ausreichender
statischer Zustand der Sonde nach ihrer Rückkehr in die Ausgangsposition und ein stabilisierter statischer
Zustand der Sonde durch eine vereinfachte Konstruktion erreicht werden, und der Ausschlag der
Sonde kann erweitert werden.
Fig. 5 zeigt die dritte Ausführungsform der Erfindung,
und Fig. 6 einen Schnitt davon.
In der dritten Auführungsform wird der untere periphere
Rand der Anschlag-Kugel 26 verwendet, um (403 der Kontaktpunkt-Kugeln zu ersetzen, und weiterhin
den unteren peripheren Rand der Rast-Kugel 28, um eine (40b) der Kontaktpunkt-Kugeln zu ersetzen.
Im einzelnen wird die Kontaktpunkt-Kugel 40a über den Kontaktpunkt-Kugel-Stützarm 76a an der stationären
Platte 20 befestigt, und weiterhin die Anschlag-Kugel 26 (Kontaktpunkt-Kugel 40c) und die Rast-Kugel 28
(Kontaktpunkt-Kugel 40b) an der stationären Platte 20 über den Stützarm 78 der Anschlag-Kugel und den
Stützarm 30 der Rast-Kugel fest angebracht. Die statische Lage des Sondenschaftes 18 kann dann durch
den unteren peripheren Rand der Kontaktpunkt-Kugel 40a, den unteren peripheren Rand der Anschlag-Kugel 26,
den unteren peripheren Rand und die seitlichen peripheren Ränder der Rast-Kugel 28 stabilisiert werden.
Folglich wird die Anschlag-Kugel 26 dazu veranlaßt, die Sonde in zwei Richtungen zu stützen, und die Rast-Kugel
28 wird ebenfalls veranlaßt, die Sonde in zwei Richtungen zu stützen, wodurch die statische Lage
der Sonde durch Verwendung von drei Kugeln zuverlässig stabilisiert und damit die Berührungs-Signalsonde
kompakt gehalten werden kann. Zusätzlich kann in der Fig. 6 die Zugfeder 54 in irgendeiner Lage
zwischen den Stützarm 30 der Rast-Kugel und den Stützarm 78 der Anschlag-Kugel zwischengeschaltet werden.
In der dritten Ausführungsform können in der gleichen
Weise wie nach der ersten Ausführungsform ein ausreichender
statischer Zustand der Sonde nach jeder Rückkehr in die Ausgangsposition und ein stabilisierter
statischer Zustand der Sonde mit einer einfachen Konstruktion erreicht werden, und der Ausschlag der
Sonde kann erweitert werden.
In der dritten Ausführungsform, wie sie in den Figuren
5 und 6 gezeigt wird, können weiterhin drei Gruppen von Hauptkontaktpunkten und drei Paare von Hilfskontaktpunkten
die Gruppen der Kontaktpunkte der Berührungs-Signalsonde bilden. Im einzelnen können der untere
periphere Rand der Anschlag-Kugel 26 (Kontaktpunkt-Kugel 40c), der unter periphere Rand der Rast-Kugel
28 (Kontaktpunkt-Kugel 40b) und der untere periphere Rand der Kontaktpunkt-Kugel 40a drei Gruppen von Hauptkontaktpunkten
bilden, und der seitliche periphere Rand der Anschlag-Kugel 26 (Kontaktpunkt-Kugel 40c)
und die seitlichen peripheren Ränder der Rast-Kugel (Kontaktpunkt-Kugel 40b) können die drei Gruppen der
Hilfskontaktpunkte bilden. Wenn die drei Gruppen der
Hauptkontaktpunkte und die drei Gruppen der Hilfskontaktpunkte in Serie verbunden sind, wird es möglich,
die Rückkehr der Sonde in die Ausgangsposition genau zu bestimmen.
Fig. 7 zeigt zusätzlich die vierte Ausführungsform
der Erfindung, in welcher in der gleichen Weise wie nach der dritten Ausführungsform die statische Lage
des Sondenschaftes 18 durch den unteren peripheren
Rand der Kontaktpunkt-Kugel 40a, den unteren peripheren Rand und den seitlichen peripheren Rand der Anschlag-Kugel
26 und den unteren peripheren Rand und die seitlichen peripheren Ränder der Rast-Kugel 28 stabilisiert
werden kann. In der vierten Ausführungsform werden
der Stützarm 78 der Anschlag-Kugel und der Stützarm 30 der Rast-Kugel parallel zueinander angeordnet, was
weiterhin zu einer kompakten Berührungs-Signalsonde
beiträgt.
- -ΐΆ -
Wie vorstehend beschrieben wurde, können mit der erfindungsgemäßen
Berührungs-Signalsonde der zufriedenstellende statische Zustand der Sonde nach ihrer
Rückkehr in die Ausgangsposition und der stabilisierte statische Zustand der Sonde mit einer einfachen
Konstruktion erreicht werden, und weiterhin kann die Berührungs-Signalsonde kompakt und mit geringem Gewicht
hergestellt werden. Außerdem kann der Ausschlag der Sonde erweitert werden.
Lee fs ei
Claims (3)
17/yy
Patentansprüche
( 1 .J Berührungs-Signalsonde mit
einem Sondengehäuse zur kippbaren und vertikal beweglichen
Halterung der Sonde, die in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück zu bringen ist,
einer am oberen Teil des Sondengehäuses befestigten Deckplatte mit einem Gelenk, das mit einem beweglichen
Träger lösbar verbunden ist,
einer in dem Sondengehäuse befindlichen stationären Platte zur Befestigung und Halterung des oberen
Teils der Sonde,
einer unteren dem Boden des Sondengehäuses befestigten Berührungsfläche zur Halterung der
stationären Platte,
einer Anschlag-Kugel und einer Rast-Kugel, die an der stationären Platte befestigt sind und
von denen jede einen von der stationären Platte in seitlicher Richtung sich erstreckenden und fest verbundenen
seitlichen peripheren Rand hat,
einer seitlichen an dem Sondengehäuse befestigten Berührungsfläche, die zur Kontrolle der Bewegung
der stationären Platte in seitlicher Richtung gegen die Anschlag-Kugel stößt,
einer an dem Sondengehäuse befestigten einrastenden Fläche mit einem gegen die Rast-Kugel an zwei Stellen
anstoßenden einrastenden Einschnitt zur Kontrolle der. Stellung der stationären Platte in seitlicher
Richtung,
drei in im wesentlichen gleichwinkeligen Abständen an der stationären Platte befestigten Kontaktpunkt-Kugeln,
von denen jede einen von der stationären Platte nach unten gerichteten und fest verbundenen
unteren peripheren Rand hat,
drei stationären an der unteren Berührungsfläche in
gegenläufiger Beziehung zu den Kontaktpunkt-Kugeln befestigten Kontaktpunkte,
einer ersten Vorspannungseinrichtung zur zwingenden Vorspannung der stationären Platte gegen die untere
Berührungsfläche, und
einer zweiten Vorspannungseinrichtung zur zwingenden Vorspannung der stationären Platte gegen die seitliche
Berührungsfläche und die einrastende Fläche.
2. Berührungs-Signalsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer peripherer
Rand der Anschlag-Kugel der stationären Platte anstatt einer der Kontaktpunkt-Kugeln vorgesehen ist.
3. Berührungs-Signalsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer
peripherer Rand der Anschlag-Kugel und ein unterer peripherer Rand der Rast-Kugel der stationären Platte
anstatt der zwei Kontaktpunkt-Kugeln vorgesehen sind.
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