DE3321454C2 - - Google Patents
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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.
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