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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Tastkopf, dessen Taster durch Rückstellkräfte
in ein seine Nullstellung bestimmendes Lager gedrängt wird, aus welchem heraus er
relativ zu seiner Halterung allseitig kippbar ist.
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Derartige, z.B. in der DE-PS 23 67 633 oder der DE-OS 27 43 665 beschriebene
Tastköpfe finden in Koordinatenmeßgeräten, vorzugsweise Mehrkoordinatenmeßmaschinen
Verwendung und dienen dazu ein Signal zu erzeugen, wenn der Taster, d.h. der bewegliche
Teil des Tastkopfes, das zu vermessende Werkstück berührt.
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Zur Erzeugung dieses Signal sind in das die Nullstellung des Tasters
bestimmende Lager oftmals Schaltelemente integriert, die bei einem Auslenken des
Tasters aus seinem Lager ansprechen. Es sind allerdings beispielsweise aus der DE-PS
27 12 181 auch Taster bekannt, bei denen die Signalerzeugung unabhängig von einer
Auslenkung des Tasters ist, bei denen also das die Nullstellung bestimmende Lager
lediglich als nachgebende Knickstelle dient, die verhindert, daß der Taster im Zuge
des Antastvorganges deformiert wird.
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In jedem Falle hängt die Genauigkeit des für die Koordinatenmessung
benutzten Tastkopfes davon ab, wie gut die Nullstellung des Tasters nach jedem Antastvorgang
beim Zurückkehren in sein Lager reproduziert wird.
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Bei den vorstehend genannten, bekannten Tastköpfen besteht das Lager
aus einer selbstzentrierenden Dreipunktauflage am gehäusefesten Teil des Tastkopfes,
auf die der Taster mit Federkraft gedrückt bzw.
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gezogen wird. Um ein Verschieben des Tasters in alle sechs Raumrichtungen
zu ermöglichen ist der Taster häufig mittelbar an einem Zwischenring gelagert, der
seinerseits über ein weiteres Dreipunktlager am gehäusefesten Teil befestigt ist
und mit einer im Vergleich zum Taster entgegengesetzt gerichteten Federkraft gegen
das Gehäuse vorgespannt ist.
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Die verwendeten Dj eipunktlager enthalten V-förmige Vertiefungen,
in die Kugeln bzw. Zylinder gleitend einrasten. Die in diesen Lagern auftretende,
nicht zu vernachlässigende Gleitreibung beeinträchtigt das Rückkehren des Tasters
in seiner exakte Null-Lage und beschränkt daher die Meßgenauigkeit von Koordinatenmeßeinrichtungen.
die mit derartigen Tastern ausgerüstet sind.
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Aus der DE-OS 32 15878 ist ein Tastkopf bekannt, dessen Taster an
gegeneinander geneigten Spanndrähten aufgehängt ist. Mit der dort offenbarten Aufhängung
an sechs paarweise über Kreuz angeordneten Drähten wird der Taster zwar exakt in
seine Null-Lage zentriert. Die Realisierung der Drahtaufhängung ist jedoch mit Aufwand
verbunden. Außerdem ist es nicht ohne weiteres möglich, die Drähte einerseits so
dünn zu halten, daß sie beim Auslenken des Tasters seitlich weich nachgeben, andererseits
aber das elastische Verhalten in Längsrichtung der Drähte zu unterdrücken, damit
das Gewicht der unterschiedlich schweren Tasterkombinationen ohne Einfluß auf die
Null-Lage des Systems bleibt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Tastkopf der
eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Lagerung des Tasters einerseits reibungsarm
ist und dessen Stützelemente andererseits ein möglich starres Verhalten aufweisen.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß
das Lager des Tasters mehrere gegeneinander geneigte Stäbe umfa3t, deren Ende sich
jeweils in einer Kerbe in der Halterung und in einer Kerbe am Taster abstützen,
und daß Mittel zur Führung der Stäbe bei Ausrückung aus den betreffenden Kerben
vorgesehen sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Tastkopf ist die Reibung in dem durch die
Stützstäbe realisierten Auflager für den Taster verglichen mit der Reibung in einer
selbstzentrierenden Dreipunktauflage nach dem Stand der Technik stark vermindert.
Denn die Stäbe sind jeder für sich frei beweglich und können nach jeder Tasterauslenkung
der ihnen zugeordneten Führung leicht folgen und werden dabei exakt mit ihren Enden
in die Kerben an der Halterung bzw. dem Taststiftträger zurückgeführt.
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Bei einer selbstzentrierenden Dreipunktauflage nach dem Stand der
Technik dagegen sind die drei Stützstellen starr miteinander verbunden und nach
jeder Tasterauslenkung gleitet mindestens einer der Stützpunkte unter der Kraft
der den Taster vorspannenden Feder zwangsweise mit Reibung in sein Lager zurück.
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Zudem können die Stäbe ausreichend dick und damit starr gehalten
werden, was bei einer Aufhängung an Drähten nicht ohne weiteres möglich ist. Deshalb
ist die vom Taster eingenommene Null-Lage unempfindlich gegenüber Änderungen des
Gewichts der angesetzten Taststiftkombinationen oder davon ausgeübter Momente. Dies
ist insbesondere von Bedeutung, wenn der Tastkopf verschwenkt werden können soll.
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Es ist vorteilhaft jedem Stab eine Zugfeder zuzuordnen, die ihn umgibt
und die einander entsprechenden Kerben am Taster und an der Halterung miteinander
verbindet. Diese Zugfedern bringen nicht nur die Rückstellkraft auf, die den Taster
in seine Ruhelage drängt, sondern dienen gleichzeitig als Führung für die Stäbe
und verhindern, daß die Stäbe,bei starker Tasterauslenkung aus ihren Stützstellen
herausfallen.
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Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, insbeson-
dere
Ausführungsformen für die Kerben, in denen sich die Stabenden abstützen, werden
nachfolgend anhand der Fig. 1 - 3 der beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Dabei zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines einfachen,gemäß
der Erfindung aufgebauten Tastkopfes, Fig. 2 eine detaillierte Schnittdarstellung
einer der Kerben, in denen sich die Stäbe des in Fig. 1 gezeigten Tastkopfs abstützen,
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform für die in Fig. 2 dargestellte Kerbe.
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Der in Fig. 1 dargestellte Tastkopf besitzt ein im wesentlichen zylindrisches
Gehäuse 1, an dessen Oberseite ein Befestigungskegel 2 angebracht ist, mit dem er
in einer entsprechenden Aufnahme an der Pinole einer Meßmaschine befestigt werden
kann.
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An der Unterseite des Gehäuses 1 ist eine kreisförmige Platte 3 angeordnet,
die als Träger für den abnehmbar daran befestigten Taststift 4 dient. Dieser Taststift
4 trägt an seinem Ende eine Tastkugel 5. Es ist klar, daß anstelle des gezeigten
Taststifts auch Tasterkombinationen mit einer Vielzahl sich verzweigender Einzeltaster
angesetzt sein können.
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Die Platte 3 stützt sich gegenüber der Oberseite 2 des Gehäuses 1
über sechs Stäbe 8a-8f ab. Die Enden dieser Stäbe 8 sind jeweils in Kerben eingesetzt,
die in sechs auf der Platte 3 befestigten Lagerkörpern 7a - f und sechs an der inneren
Oberseite des Gehäuses 1 befestigten Lagerkörpern 6a-feingearbeitet sind.
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Die Stäbe 8 und die Lagerkörper 6 und 7 sind in zwei Gruppen zu jeweils
drei Exemplaren angeordnet. So bilden die Stäbe 8a,8c und 8e mit ihren Lagerkörpern
eine Gruppe, die unter gleichem Winkel gegen die Platte 3 verdrillt in gleichmäßigen
Abständen auf der Oberfläche eines koaxial zum zylindrischen Gehäuse 1 gedachten
Zylinders angeordnet sind. Die Stäbe 8b, 8d und 8f bilden mit ihren Lagerkörpern
eine zweite Gruppe von Stützelementen, die aber verglichen mit den Stäben der ersten
Gruppe entgegengesetzt verdrillt angeordnet sind. Demzufolge überkreuzen sich die
Stäbe 8 der Gruppe 1 und 2 jeweils paarweise wie z.B. die Stäbe 8a und 8b. Bei dem
in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stäbe 8a, c, ender ersten
Gruppe und die Stäbe 8b, d, f der zweiten Gruppe auf Zylindern mit unterschiedlichem
Radius angeordnet, wodurch eine im Verhältnis zum Durchmesser der Platte 3 recht
starke Neigung der Stäbe 8 erreichbar ist, ohne daß diese sich stören. Es ist jedoch
auch möglich die Stäbe 8 und die zugehörigen Lagerkörper alle auf dem gleichen Radius
anzuordnen.
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Die beschriebene Anordnung von Stäben und Lagerkörpern stellt ein
stabiles, verdrehsicheres und in seiner räumlichen Lage eindeutig bestimmtes Stützlager
für die den Taststift 4 haltende Platte 3 in Bezug auf das Gehäuse 1 dar. In dieses
Lager wird die Platte 3 von sechs jeweils um die Stäbe 8 gelegten Zugfedern 9a-f
gezogen. Die Zugfedern 9 sind an den Lagerkörpern 6 und 7 befestigt und verhindern,
daß die Stäbe 8 bei einer Auslenkung des Tasters aus den ihnen zugeordneten Lagerkörpern
herausfallen. Vielmehr führen die Federn 9 die Stäbe 8 nach jeder Auslenkung, infolge
der die Stäbe aus den Lagerkörpern ausrasten, wieder dorthin zurück.
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In Fig. 2 ist detaillierter der Aufbau der Lagerkörper 6 bzw. 7 dargestellt.
Jeder Lagerkörper enthält eine Vertiefung 10, in die drei Kugeln 12a -c eingelegt
sind. Dies Kugeltrippel bildet die eigentliche Kerbe, in der sich die konische Spitze
11a des hier dargestellten Stabes 8a
abstützt. Ein ebenfalls konisch in Richtung
auf die Kugeln 12 sich verjüngender Plastik- oder Tefloneinsatz 13a dient ebenso
wie die darin eingesetzte Zugfeder 9a als Führung, entlang der das Ende des Stabes
8a in die durch das Kugeltrippel gebildete Kerbe zurückgesetzt wird.
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Natürlich ist es auch möglich, die Kerbe im Stützelement 7a anders
zu gestalten, indem beispielsweise, wie in Fig. 3 dargestellt, drei gegeneinander
geneigte Zylinderkörper 17, 14, 15 als Wiederlager für das mit einer Kugel 16 versehene
Ende des dort gezeigten Stabes 18 dienen. Genausogut kann eine Vertiefung in Form
einer Pyramidenspitze zur Aufnahme des mit einer Kugel versehenen Stabendes dienen.
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Der in Fig. 1 dargestellte Taststift 4 läßt sich in jeder beliebigen
Richtung gegen die Längsachse des zylindrischen Gehäuses 1 kippen. Bei dieser Kippbewegung
rasten nur einige der Stäbe 8 aus ihren Kerben aus, während die anderen mit ihren
Enden in den Kerben verbleiben und dort eine Drehbewegung ausführen. Außerdem ist
es möglich, den Taster 4 in der gezeigten Darstellung nach unten aus dem Gehäuse
1 herauszuziehen.
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Um auch eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung, also in Richtung
auf das Gehäuse 11 zu ermöglichen, kann eine Zwischenringlagerung eingesetzt werden,
wie sie z.B. in der DE-PS 27 12 181 beschrieben ist.
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Dazu wird die Platte 3 des Tasters wie dargestellt über die Stützstäbe
8, jedoch mittelbar auf einen Zwischenkörper gelagert, der sich seinerseits in entgegengesetzter
Richtung vorgespannt ebenfalls über sechs Stäbe am Gehäuse 1 abstützt.
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Weiterhin kann es zweckmäßig sein zusätzlich oder anstelle der Federn
9 eine einzige, z.B. zentral angeordnete Feder einzusetzen, die die Platte 3 gegen
das Gehäuse 1 zieht, und zur Führung der Stäbe die Plastikeinsätze 13a (siehe Fig.
2) zu verlängern und entsprechend zu formen.