DE3321454C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastfühler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Tastfühler dieser Gattung ist aus der DE-AS 23 65 984 bekannt. Bei dem dort gezeigten Tastfühler wird das mit dem Tastfinger verbundene Folgeglied durch eine Schraubendruck­ feder in Anlage mit den Kontakten gedrückt, die als Kugeln ausgebildet sind. Um den Tastfinger zu zentrieren, sind im Gehäuse drei Zentrierkugeln angeordnet, von denen eine fe­ dernd abgestützt ist und die am Umfang des Folgegliedes oder eines mit dem Folgeglied verbundenen Zentrierzapfens angrei­ fen. Diese Art der Positionierung des Tastfühlers in seiner Ruhestellung ist vergleichsweise aufwendig und daher wenig wirtschaftlich. Auch ist die Anordnung nicht sehr robust und beispielsweise gegen Erschütterungen anfällig. Auch dürfte die Zentrierung über die drei Zentrierkugeln nicht sehr prä­ zise sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tastfühler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung konstruktiv zu vereinfachen und robuster auszugestalten, ohne jedoch seine Positioniergenauigkeit zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn­ zeichnete Erfindung gelöst.

Aus der US-PS 41 58 919 ist bereits ein Tastfühler mit einem Tastfinger bekannt, bei dem eine Blattfeder zum Zentrieren des Tastfingers benutzt wird. In diesem Fall wird jedoch der Tastfinger nicht gegen drei Kontakte vorgespannt; vielmehr arbeitet er mit vier Meßwertgebern zusammen. Der Tastfinger ist gewissermaßen mittels der Blattfeder am Gehäuse aufge­ hängt. Genauer gesagt, ist ein von Ausnehmungen begrenzter Mittelabschnitt der Blattfeder am Tastfinger befestigt, wäh­ rend die Blattfeder mit zwei gegenüberliegenden Abschnitten am Gehäuse befestigt ist.

Im Gegensatz hierzu ist bei dem erfindungsgemäß ausgebil­ deten Tastfühler das Federteil zwischen dem Folgeglied des Tastfingers und der Bezugsflächen angeordnet, wobei das Fe­ derteil jeweils nur in einem Bereich am Folgeglied und in einem entgegengesetzten Bereich an der Bezugsfläche befe­ stigt ist. Das ebene Federteil sorgt hierbei gleichzeitig für eine Zentrierung und Vorspannung des Tastfingers. Ob­ wohl somit keine zusätzlichen Zentriermittel, wie Zentrier­ kugeln notwendig sind, wird durch die Erfindung eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht. Darüber hinaus erlaubt der erfindungsgemäß ausgebildete Tastfühler vergleichsweise große Verstellbewegungen. Ferner ist der erfindungsgemäß ausgebildete Tastfühler konstruktiv einfach, wirtschaftlich in der Herstellung, robust und wenig störanfällig.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Er­ findung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, auf einen Tastfühler;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Teilansicht des Tastfühlers, der in dieser Figur unter dem Ein­ fluß einer Kontaktkraft verstellt wurde;

Fig. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Einzelteile des Tastfühlers der vorhergehenden Figuren;

Fig. 6 einen Querschnitt eines anderen Ausführungsbei­ spieles;

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6.

Anhand der Fig. 1-5 wird zunächst ein erstes Ausführungs­ beispiel der Erfindung beschrieben. Der Tastfühler 100 umfaßt einen Taster in Form eines Tastfingers 140, der sich durch eine Öffnung in der Vorderwand 111 eines Taster­ gehäuses 110 erstreckt. Eine dichtende Membranhülse 150 umgibt den Tastfinger 140. Das Tastergehäuse 110 weist ferner eine Rückwand in Form einer Befestigungsplatte 180 auf. Das Tastergehäuse 110 hat zwischen der Vorderwand 111 und der Befestigungsplatte 180 eine im wesentlichen zylindri­ sche Form und umgibt einen Innenraum 190 zur Aufnahme einer im folgenden zu beschreibenden Rückstelleinrich­ tung für den Taster. Drei Befestigungsschrauben 112, 115 und 116 (sämtlich in Fig. 2) zu sehen, verbinden den im wesentlichen schüsselförmigen Abschnitt des Gehäuses 111 mit der Befestigungsplatte 180.

Das Tastergehäuse 111 ist mittels Befestigungsschrauben 113, 114 (Fig. 1) und durch Steckschrauben 202, 204 (Fig. 2) mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 120 ver­ bunden, das einen Detektorschaltkreis für den mechanischen Teil im Tastergehäuse 110 enthält. Der im Ge­ häuse 120 enthaltene Detektorschaltkreis ist mittels eines O-Ringes 170, der angrenzend an der Befestigungsplatte 180 angeordnet ist, gegen eine Verschmutzung von außen abge­ dichtet.

Am einen Ende des Gehäuses 120 gegenüber der Befestigungs­ platte 180 ist ein Adapter 130 fest angebracht, der z. B. eine in der Werkzeugmaschinenindustrie übliche konische Form besitzt und mit einem genuteten Flansch 131 versehen ist, der eine Paßfeder für die Antriebsverbindung aufnehmen kann. Der Adapter ist so ausgebildet und geformt, daß er von einer komplementären Ausnehmung einer Werkzeugmaschi­ nenspindel oder einem Werkzeugmaschinen-Revolver aufge­ nommen werden kann. Der Adapter wird typischerweise in eine solche Ausnehmung mittels einer Zugstange (nicht ge­ zeigt) gezogen, die mit dem Adapter 130 über eine Gewinde­ bohrung 131 mit Gewindeeingriff verbunden ist. Der Adapter 130 ist als Beispiel dafür dargestellt, wie der Tastfühler in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine ein­ gesetzt werden kann, und zwar in der gleichen Weise, wie ein Schneidwerkzeug automatisch ausgewählt und in einer vor­ gegebenen Bewegungsbahn unter numerischer Steuerung ange­ trieben wird. Der Tastfühler 100 kann jedoch auch in an­ derer Umgebung eingesetzt werden, z. B. in einem roboter­ artigen Manipulator.

Insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 5 wird nun die Rückstelleinrichtung für den Taster beschrie­ ben. Der Tastfinger 140 erstreckt sich von einer Kontakt­ spitze 141 durch die Öffnung in der Vorderwand 111 und die Membranhülse 150 zu einem Befestigungsende, das einen Flanschabschnitt 140A und einen Gewindeeinsatz 142 auf­ weist. Der Gewindeeinsatz 142 ist über ein Loch 142A und eine Haltemutter 143 mit einem Taster-Folgeglied in Form einer Schwenkplatte 530 verbunden, die sich in Abhängig­ keit von auf die Kontaktspitze 141 ausgeübten Kontakt­ kräften bewegt.

An den drei Eckenbereichen der im wesentlichen dreieckigen Schwenkplatte 530 sind sphärisch geformte Kontakte 541, 546 und 548 mit der Schwenkplatte 530 verbunden, und zwar über Gewindeschäfte der Kontakte (wie z. B. Gewindeschaft 542 in Fig. 5), die sich durch passende Löcher 542A der Schwenk­ platte 530 und ein Loch in einem Klemmenkörper 550 er­ strecken und von einer Haltemutter 543 gehalten werden. Mit der Schwenkplatte 530 ist ferner zwischen den Kon­ takten 541 und 546 eine Seite eines im wesentlichen ebenen Federteiles in Form einer Blattfeder 520 verbunden. Die Verbindung der Blattfeder 520 mit der Schwenkplatte 530 erfolgt über drei Halteschrauben 523, die sich durch passende Löcher 523A in einem ersten Federhalter 522 und dann durch passende Löcher 523B in der Blattfeder 520 erstrecken und in Löcher 523C der Schwenkplatte 530 ein­ geschraubt sind.

Die Blattfeder 520 weist ein Loch 526 auf, das im wesent­ lichen zu der Öffnung in der Gehäuse-Vorderwand 111 ausge­ richtet ist, damit sich der Tastfinger 140 hindurch erstrecken kann. Außerdem besitzt die Blattfeder 520 ein Loch 527, durch das sich der sphärisch geformte Kontakt 548 er­ streckt. Eine zweite Seite der Blattfeder 520 ist mit einer Grundplatte 510, die mit der Vorderwand 111 fest verbunden ist oder einstückig mit dieser ausgebildet sein kann, verbunden. Die Grundplatte 510 bildet eine Bezugsfläche für die Kontakte 541, 546 und 548, wobei die Bezugsfläche be­ züglich des Tastergehäuses stationär ist. Die Grundplatte 510 besitzt ein Loch 511, das zu der Öffnung in der Vorder­ wand 111 ausgerichtet ist, damit sich der Tastfinger 140 hin­ durch erstrecken kann.

Die Blattfeder 520 ist mit der Grundplatte 510 mittels zweier Schrauben 525 verbunden, die sich durch passende Löcher 525A eines zweiten Federhalters 524 und dann durch passende Löcher 525B in der Blattfeder 520 erstrecken und in Löcher 525C der Grundplatte 510 eingeschraubt sind. Der zweite Federhalter 524 besitzt einen ausgesparten Ab­ schnitt, der so angeordnet ist, daß der Kontakt 548 sich durch das Loch 527 der Blattfeder 520 hindurch erstrecken und in der Ruhestellung an der Bezugsfläche der Grund­ platte 510 anliegen kann.

Aufgrund dieser Anordnung und Ausbildung der Schwenkplatte, der Bezugsfläche und der sphärisch geformten Kontakte so­ wie der Blattfeder wird der Taster 140 mit hoher Präzision und in beliebiger wiederholbarer Weise bei Fehlen einer auf die Tasterspitze 141 ausgeübten Kontaktkraft unter dem Einfluß der Blattfeder 520 in eine Ruhestellung zu­ rückgestellt, die von den drei Kontaktpunkten auf der Be­ zugsfläche definiert wird. Zur Erzielung einer größeren Tastkraft und zur Unterdrückung von Tasterschwingungen und Tasterratterbewegungen ist eine Schraubenfeder 160 vorgesehen, die mit einem Ende in eine entsprechend geformte Ringnut 532 der Schwenkplatte 530 und mit einem zweiten Ende in eine entsprechend geformte Nut der Befestigungsplatte 180 greift. Die Schraubenfeder 160 liefert daher eine zusätz­ liche Vorspannkraft parallel zur Längsachse des Tastfinger 140, die die Schwenkplatte 530 und die Grundplatte 510 in die Ruhestellung zwecks Anlage an den Kontakten 541, 546 und 548 drückt. Die Funktion der Schraubenfeder 160 könnte auch von einer Blattfeder 520 mit entsprechend gewählter Steifigkeit übernommen werden; die erforderliche Steifig­ keit wäre jedoch so groß, daß eine nur eingeschränkte Be­ wegung des Tasters ermöglicht würde.

Das Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens eines Drei­ punktkontaktes zwischen der Schwenkplatte 530 und der Grundplatte 510 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bei­ spielsweise könnte ein die Ruhestellung anzeigendes elek­ trisches Signal in der Weise erzeugt werden, daß ein Lei­ ter von einem Diodensummierkreis (nicht gezeigt) im Gehäuse 120 in Parallelschaltung zu allen drei Kontak­ ten 541, 546, 548 über die Klemmen 550 gelegt wird und ein Bezugspotential vom Detektorschaltkreis an die Grund­ platte 510 angelegt wird. Auf diese Weise wäre des wahre Bezugspotential in dem an die Kontakte 541, 546, 548 an­ gelegten Leiter nur vorhanden wenn alle drei Kontakte an der Grundplatte 110 anliegen. Wenn somit eine Kontakt­ kraft beispielsweise in Richtung 401 der Fig. 4 auf die Tasterspitze 141 ausgeübt wird, folgt die Schwenkplatte 530 der Tasterbewegung, und hierdurch wird der Kontakt 541 von der Bezugsfläche 510 abgehoben, wie durch den Zwischenraum 402 in Fig. 4 veranschaulicht ist. Der ge­ änderte elektrische Widerstand an diesem Punkt kann von dem Schaltkreis im Gehäuse 120 (Fig. 1) in bekannter Weise erfaßt werden.

Weitere Detektoren, die sämtlich mit dem mechanischen Teil des dargestellten Tastfühlers verwendet werden könnten, sind beispielsweise eine elektrische Reihenschaltung, die die Kontakte und elektrisch isolierte Kontaktabschnitte der Bezugsfläche auf der Grundplatte 510 umfassen, ein magnetischer Näherungsdetektor zwischen den Kontakten und der Bezugsfläche, ein kapazitiver Näherungsdetektor zwi­ schen den Kontakten und der Bezugsfläche, Spannungsdehn­ meßfühler in der Grundplatte oder der Schwenkplatte oder ein Fotodetektor zum Erfassen der Bewegung der Schwenk­ platte bezüglich der Bezugsfläche. Bei Verwendung einer elektronischen Reihenschaltung muß die Schwenkplatte 530 entweder nicht leitend oder mit Mitteln versehen sein, die die Schwenkplatte 530 gegenüber den Kontakten 541, 546 und 548 isolieren. Trotz dieser zusätzlichen Erfor­ dernis wird die eine elektrische Reihenschaltung ver­ wendende Lösung im allgemeinen wegen der Einfachheit des Detektorschaltkreises, der mit der Reihenschaltung der Kontaktpunkte verbunden ist, bevorzugt.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Tastfühlers ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Wie in diesen Figuren ge­ zeigt, besitzt dieser Tastfühler einen zweiteiligen Taster, bestehend aus einem entfernbaren Kontaktabschnitt 16, der an einer Verbindungsstelle 16A mit einem permanent ange­ brachten Befestigungsabschnitt verbunden ist. Bei die­ ser Ausführungsform können verschiedene Größen und Formen von Kontaktspitzen an der Verbindungsstelle 16A zweck­ mäßigerweise außerhalb des Tastgehäuses 2 am restlichen Teil des Tasters angebracht werden.

An der Vorderwand des Tastergehäuses 2 ist ein Deckel 7 angeschraubt, der den Außenumfang einer Dichtmembran 9 hält. Der Innenrand der Dichtmembran 9 wird von einer Scheibe 8 auf einer Seite der Membran und von einem Flansch­ abschnitt des Taster-Befestigungsendes auf der anderen Seite der Membran gehalten.

Eine Rückwand des Tastergehäuses 2 wird von einer Be­ festigungsplatte 1 gebildet, die gegenüber einer Schrau­ benfeder 6 von einer oder mehreren Isolierscheiben 5 aus Nylon elektrisch isoliert ist. Eine zweite Scheibe 20 aus Nylon isoliert das andere Ende der Schraubenfeder 6 gegen eie Schwenkplatte 4. Zwischen der Befestigungs­ platte 1 und dem Tastergehäuse 2 ist eine Dichtung 17 angeordnet. Ferner ist an der Rückwand 1 des Tasterge­ häuses eine Federplatte 18 angeordnet, die in Verbin­ dung mit einer von einem Schraubenkopf 12 gedrehten Ver­ stelleinrichtung 19 die von der Feder 6 auf die Schwenk­ platte 4 ausgeübte Kraft ändern kann. Die Federplatte 18 ist einstückig mit einem Isolierteil 5 ausgebildet, könnte jedoch auch als getrenntes Bauteil ausgebildet sein.

Wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel be­ sitzt der Tastfühler der Fig. 6 und ein Folgeglied in Form der Schwenkplatte 4, die mit dem Befestigungsende des Tasters verbunden und gemeinsam mit diesem bewegbar ist. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird bei dem Tastfühler der Fig. 6 und 7 eine Fläche des Gehäuses 2 als Bezugsfläche verwendet, und bei dieser Ausführungs­ form sind sphärisch geformte Kontakte 21 an dieser orts­ festen Bezugsfläche statt an der Schwenkplatte angebracht. An der Schwenkplatte 4 jeweils gegenüber den sphärisch ge­ formten Kontakten 21 befinden sich verschleißfeste Teile 13, die im wesentlichen ebene Kcntaktflächen für die Kon­ takte 21 bilden. Die Teile 13 und die sphärisch geformten Kontakte 21 bestehen vorzugsweise aus einem hoch ver­ schleißfesten Material wie z. B. gesintertem Wolframkarbid. Bei Verwendung von hoch verschleißfesten ebenen Kontakt­ flächen in Verbindung mit sphärischen Kontaktpunkten braucht, wie sich in der Praxis gezeigt hat, der Innen­ raum des Tastergehäuses nicht mit einem Schmiermittel gefüllt werden, was wiederum die Ursache von Störungen der zugehörigen elektrischem Schaltkreise sein könnte.

Die Blattfeder 3 ist auf einer Seite über einen ersten Federhalter 11 mit der Schwenkplatte 4 verbunden, und auf einer anderen Seite über einen zweiten Federhalter 15 mit der einteiligen Bezugsfläche, die sich im wesentlichen senkrecht zur Achse des Tasters um eine Tasteröffnung in der Vorderwand des Tastergehäuses 2 erstreckt.

Ein Federkontaktfühler 14 besitzt ein gezahntes Ende, das an der mit dem Tastergehäuse 2 einteiligen Bezugsfläche an­ liegt und sich zurück in die Befestigungsplatte 1 erstreckt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem vorderen und rückwärtigen Teil des Tastergehäuses sicherzustellen.

Claims (10)

1. Tastfühler mit einem Tastfinger, der einen Kon­ taktabschnitt und einen Befestigungsabschnitt aufweist, einem schwenkbaren Folgeglied, das mit dem Befestigungsab­ schnitt des Tastfingers verbunden ist, einer stationären Bezugsfläche, mindestens drei Kontakten, die an dem Folge­ glied oder der Bezugsfläche befestigt sind, und einem Federteil, das das Folgeglied in Richtung auf die Bezugs­ fläche vorspannt, so daß der Kontaktfinger und das damit verbundene Folgeglied relativ zur Bezugsfläche bewegbar sind, damit die Kontakte eine Bewegung des Tastfingers feststellen können und das Federteil den Tastfinger in seine Ausgangslage zurückstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Federteil als ebenes Federteil (520; 3) ausgebildet ist, das zwischen der Bezugsfläche (510; 2) und dem Folgeglied (530; 4) angeordnet ist, wobei das Federteil (520; 3) mit dem Folge­ glied (530; 4) nur in einem Bereich auf einer Seite des Tastfingers (140; 16) zwischen zwei Kontakten (541; 546) und mit der Bezugsfläche (510; 2) nur in einem Bereich auf der anderen Seite des Tastfingers (140; 16) angrenzend an den dritten Kontakt (548) verbunden ist. so daß jeder Kontakt (541, 546, 548; 21) mit einem entsprechenden gegenüberliegenden Abschnitt des Folgeglieds (530; 4) oder der Bezugsfläche (510) in Anlage gedrückt wird, wenn der Kontaktabschnitt (141) des Tastfingers (140; 16) nicht mit dem abzufühlenden Gegenstand in Berührung steht.

2. Tastfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federteil eine Blattfeder (520; 3) ist, die an dem Folgeglied (530; 4) entlang eines Randes und an der Bezugsfläche (510; 2) entlang des gegen­ überliegenden Randes befestigt ist.

3. Tastfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (541; 546, 548) an dem Folgeglied (530; 4) befestigt sind, wobei die Bezugs­ fläche von einer Platte (510) gebildet wird.

4. Tastfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (21) an der Bezugsfläche befestigt sind (Fig. 6, 7).

5. Tastfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder beide der Kontakt­ abschnitte der Kontakte oder der Kontaktabschnitt (13) der Bezugsfläche (4) oder des Folgegliedes aus einem ver­ schleißfesten gesinterten Karbidmaterial besteht.

6. Tastfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzelchnet, daß der Kontaktabschnitt der Kontakte (541; 546, 548; 21) sphärisch ausgebildet ist.

7. Tastfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastfinger (16) für eine Auswechslung an dem Folgeglied (4) lösbar angebracht ist (Fig. 6, 7).

8. Tastfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Folgeglied (53) eben ausgebildet ist und die Kontakte (541, 546, 548) mit gleichem Abstand um das Folgeglied (530) herum angrenzend an dessen Ränder verteilt sind.

9. Tastfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche (510; 2), das Folgeglied (530; 4) und das Federteil (520; 3) sämtlich innerhalb eines Gehäuses (110; 2) untergebracht sind und der Tastfinger (140) sich durch das Gehäuse (110; 2) erstreckt.

10. Tastfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannfeder (160; 6) zwischen dem Folgeglied (530; 4) und einer Gehäuse-Rückwand (180) gegenüber dem Gehäuseende angeordnet ist, durch das sich der Tastfinger (140) erstreckt, wobei die Vorspannfeder (160; 6) sowohl an dem Folgeglied (530; 4) und der Gehäuse- Rückwand (180) anliegt, und daß in der Gehäuse-Rückwand (180) eine Verstelleinrichtung (12, 18, 19) mit einer in die Rückwand eingedrehten Verstellschraube (19) zum Ändern der Vorspannkraft der Vorspannfeder (160; 6) angeordnet ist.