DE3634689C2

DE3634689C2 -

Info

Publication number: DE3634689C2
Application number: DE3634689A
Authority: DE
Inventors: Karl-Eugen Dipl.-Ing. 7929 Gussenstadt De Aubele
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1986-10-11
Filing date: 1986-10-11
Publication date: 1991-08-14
Also published as: JPS63108212A; GB2197482B; US4785545A; GB2197482A; GB8723286D0; DE3634689A1

Description

Die an Koordinatenmeßgeräten verwendeten Tastköpfe vom schal tenden Typ besitzen ein Dreipunktlager, auf das der Taststift mittels Federkraft gedrückt wird und das die räumliche Lage des Taststifts und der an ihm befestigten Tastkugel mit hoher Genauigkeit festlegt. Gleichzeitig ist dieses Dreipunktlager als Schaltkontakt nach Art eines "Aus"-Schalters ausgebildet, der bei einem Abheben des Taststifts von seinem Dreipunktlager im Zuge des Antastvorganges betätigt wird. Tastköpfe vom schal tenden Typs sind beispielsweise in der DE-PS 23 47 633, der DE-PS 27 12 181, DE-PS 27 43 665 oder der DE-OS 29 47 394 be schrieben.

Es ist auch bereits bekannt, mehrere Tastköpfe vom schaltenden Typ gleichzeitig am Meßarm eines Koordinatenmeßgerätes zu be festigen. So ist z. B. in der Firmenschrift "3 Dimensional Touch Trigger Probes MM for Measuring Machines" der Firma Renishaw Electrical Ltd., Druckvermerk England Ref. MM 981, ein Halter mit der Bezeichnung PH 5 beschrieben, der eine gleichzeitige Befestigung von 5 Tastköpfen in sternförmiger Geometrie er laubt. In diesem Halter sind wie in der vereinfachten Skizze nach Fig. 1 dargestellt die Anschlüsse der Schaltkontakte der Taststifte (2a bis 2c) alle in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Elektronikeinheit (1) angeschlossen. Dies ist aber insofern nachteilig, als sich bei gleichzeitiger Benutzung sehr vieler Tastköpfe die Kabel- und Übergangswiderstände der Schaltkontakte aufaddieren, so daß es schwierig ist, den exakten Schaltzeitpunkt der Tastköpfe unabhängig von ihrer Anzahl genau einzustellen. Außerdem sind Blindstecker (4a und 4b) für die Anschlüsse vorzusehen, die nicht mit Tastköpfen bestückt sind, um die Funktion der Anordnung sicherzustellen.

In der gleichen Druckschrift ist auch ein Halter mit der Be zeichnung PH 7 beschrieben, der zwei Anschlüsse für Tastköpfe besitzt, die parallel geschaltet sind. An diesem Halter kann aber immer nur ein Tastkopf entweder an dem einen oder an dem anderen Anschluß befestigt werden, andernfalls schließen sich die Schaltkontakte der Tastköpfe gegenseitig kurz.

Das oben besprochene Problem der einander addierenden Über gangs- und Kabelwiderstände ließe sich umgehen, wenn wie in Fig. 2 skizziert die Schaltkontakte (13a bis 13c) der Tast köpfe (12a bis 12c) separat der Elektronikeinheit (11) zuge führt und alle Schaltkontakte dort über ein "oder" - Gatter (14) zur Erzeugung eines gemeinsamen Antastimpulses zusammenge führt würden. Diese Lösung hat aber den Nachteil, daß dann sehr viele Anschlußkabel nötig sind und es nicht möglich ist, die einzelnen Zuleitungen mit Hilfe von Verbindungsstücken und Verteilern nochmals mehrfach zu verzweigen.

Aus der DE-PS 27 25 996 ist ein Tastkopf bekannt, der fünf Einzeltaster vom schaltenden Typ ebenfalls in sternförmiger Geometrie trägt. Die Schaltkontakte (71 bis 75) dieser fünf Einzeltaster sind dort wie aus der Fig. 9 der genannten Patentschrift hervorgeht teils parallel und teils in Reihe mit Hilfe von Dioden (90/91) so miteinander verschaltet, daß eine automatische Erkennung des Einzeltasters möglich ist, der den jeweiligen Antastvorgang durchgeführt hat. In der dort ge zeigten Anordnung müssen aber immer alle fünf Einzeltaster gleichzeitig angeschlossen sein, das Ansetzen weiterer Taster ist dagegen nicht möglich.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für den gleichzeitigen Anschluß mehrerer Tastköpfe vom schal tenden Typ an den Meßarm eines Koordinatenmeßgerät zu schaffen, die bei einer frei wählbaren Anzahl von Tastköpfen mit Sicher heit ein reproduzierbares Antastsignal liefert.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß jeder Tastkopf (22; 102) in seinem Gehäuse einen zum Schaltkontakt (23; 103/110) in Reihe geschaltenden Widerstand (26; 106) enthält und die Ausgänge (A) aller Tastköpfe parallel geschaltet sind.

Durch diese Maßnahme lassen sich wie in Fig. 3 skizziert sehr viele Tastköpfe (22a bis 22g) gleichzeitig am Meßarm eines Koordinatenmeßgeräts anschließen, wobei durch die Vorwider stände (26a bis 26g) dafür gesorgt ist, daß sich die Schaltkon takte (23a bis 23g) nicht gegenseitig kurzschließen. An jedem Anschluß für einen Tastkopf können außerdem Verlängerungsstücke (24) mit weiteren Verteilern für zusätzliche Tastköpfe (22e bis 22f) angesetzt werden, wodurch sich eine Baumstruktur mit frei wählbarer Geometrie ergibt. Die Anzahl oder die Länge der Kabelverbindungen bleibt daher in einem vertretbaren Rahmen, denn alle Tastköpfe (22a bis 22g) sind über eine gemeinsame Anschlußleitung (A) an die zugehörende Elektronikeinheit (21) angeschlossen. Blindstecker für unbelegte Anschlüsse sind eben falls nicht erforderlich.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und werden nachstehend anhand eines Aus führungsbeispiels näher erläutert. Von den Fig. 1 bis 5 der Zeichnungen sind

Fig. 1 und 2 Prinzipsskizzen von mehreren, zusammengeschaltenden Tastköpfen gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine Prinzipsskizze, die den gleichzeitigen Anschluß mehrerer Tastköpfe gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine detailliertere Skizze eines von mehreren gemäß Fig. 3 zusammengeschaltenden Tastköpfen;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der an Tastköpfe des in Fig. 4 skizzierten Typs angeschlossenen Elektronik.

Die Skizzen nach Fig. 1 bis 3 wurden schon einleitend zur Verdeutlichung der Unterschiede zwischen dem bisher bekannten Stand der Technik (Fig. 1 bzw. Fig. 2) und der Erfindung (Fig. 3) erläutert.

In Fig. 4 ist nun einer der gemäß Fig. 3 parallel zu schaltenden Tastköpfe detaillierter dargestellt. Der Tastkopf besitzt ein zylindrisches Gehäuse (102), das an seiner Unter seite die als Kugeln (103a und 103b) gezeichneten Lagerstellen für den mit der Tastkugel (105) versehenen Taststift (104) enthält. Diese Lagerkugeln (103) sind als elektrischer Schalt kontakt ausgeführt und in Ruhestellung durch die Kontaktplatte (110) des Taststifts (104) geschlossen. Ein Widerstand (106) ist mit dem Schaltkontakt (103/110) in Reihe geschaltet und auf den mit (A) bezeichneten Ausgang einer an der Oberseite des Tastkopfs angebrachten Steckbuchse (107) gelegt.

Der Tastkopf (102) enthält außerdem einen Meßwiderstand (108), der direkt an den Ausgang (B) der Steckbuchse (107) ange schlossen ist und dessen Funktion nachstehend noch im Zusammen hang mit Fig. 5 erläutert werden wird. Für die weitere Be schreibung ist angenommen, daß die Widerstände (106 und 108) den gleichen Wert aufweisen, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Der Taststift (104) ist mit der Kontaktplatte (110), die auf den Kugeln (103) aufliegt, unter Zwischenschaltung eines piezoelektrischen Sensors (109) verbunden. Die Anschlüsse des Sensors (109) sind an den dritten Ausgang (C) der Buchse (107) gelegt. Bezüglich der Funktion des Sensors (109) wird auf die DE-PS 27 12 181 verwiesen. Er dient dazu, den Kontakt zwischen Werkstück und Tastkugel (105) beim Antastvorgang schon im er sten Moment, d. h. bei sehr kleinen Antastkräften zu erkennen, wenn der Schaltkontakt (103a, b/110) noch geschlossen ist.

In dem hier in seiner mechanisch-konstruktiven Ausführung nicht dargestellten Halteelement, über die mehrere der in Fig. 4 dargestellten Tastköpfe gleichzeitig befestigt werden können, sind die Ausgänge (A, B, C) aller Tastköpfe jeweils parallel geschaltet. Die drei Parallelschaltungen der Ausgänge (A, B, C) sind außerdem einer Elektronikeinheit (101) zugeführt, deren Blockschaltbild Fig. 5 zeigt.

Die Elektronikeinheit (101) enthält eine Konstantspannungs quelle (112), die zum einen mit den parallel geschalteten Anschlüssen (B) der Meßwiderstände (108) in den angeschlossenen Tastköpfen verbunden ist. Der andere Pol dieser Parallel schaltung (B) ist mit einem Strom/Spannungswandler (114) ver bunden. Die an dessen Ausgang anliegende Spannung (U₁₀₈) ist der Anzahl der angeschlossenen Tastköpfe proportional, unab hängig vom Schaltzustand der Kontakte (102/110) im Tastkopf.

Die Konstantspannungsquelle (112) ist zum anderen an die parallel geschalteten Anschlüsse (A) mehrerer Tastköpfe (102) angeschlossen. Der über die Kontakte (103/110) und die ihnen vorgeschaltenden Widerstände (106) fließende Strom wird in einem zweiten Strom/Spannungswandler (113) in eine der Anzahl der Tastköpfe (102) mit geschlossenem Schaltkontakt propor tionale Spannung (U₁₀₆) umgewandelt. Die beiden Spannungen (U₁₀₆ und U₁₀₈) sind den Eingängen eines Komparators (117) zugeführt. Im Normalfalle, d. h. wenn alle Schaltkontakte (103/110) geschlossen sind, sind die Spannungen gleich und der Komparator (117) liefert kein Ausgangssignal. Fällt nun die Spannung (U₁₀₆) am ersten Eingang des Komparators (117) etwas ab, weil im Zuge eines Antastvorganges der Schaltkontakt (103/110) in einem der angeschlossenen Tastköpfe geöffnet hat, so schaltet der Komparator (117) durch und liefert das in Fig. 5 mit (119) bezeichnete Schaltsignal.

Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß es im Prinzip durchaus auch möglich ist, auf die separaten Meßwiderstände (108) zu verzichten und die Triggerschwelle im Zuge eines Kalibriervor ganges aus dem durch die Widerstände (106) fließenden Strom zu bestimmen, bevor das Koordinatenmeßgerät einen Antastvorgang durchführt. Das Vorsehen des zusätzlichen Meßwiderstandes (108) ist aber zweckmäßig, denn damit wird erreicht, daß die Anzahl der angeschlossenen Tastköpfe mit sehr hoher Sicherheit festgestellt wird und diese Einstellung nicht durch fehlerhafte offene Schaltkontakte in den Tastköpfen gestört wird.

Der Ausgang (C) des Tastkopfes (102), d. h. die Anschlüsse des piezoelektrischen Sensors (109) aus Fig. 4, ist ebenfalls mit den entsprechenden Ausgängen der übrigen an dem Koordinaten meßgerät betriebenen Tastköpfen parallel geschaltet und diese Parallelschaltung ist an den Eingängen eines zweiten Komparators (118) im Blockschaltbild nach Fig. 5 gelegt. Der zweite Ein gang des Komparators (118) ist mit dem Ausgang eines inver tierenden Verstärkers (116) verbunden, dessen Eingang ebenfalls die der Anzahl der angeschlossenen Tastköpfe proportionale Ausgangsspannung (U₁₀₈) des Strom/Spannungswandlers (114) zuge führt ist. Durch diese Maßnahme ist eine von der Anzahl der Tastköpfe abhängige Einstellung der Empfindlichkeit für den Nachweis des vom Sensor (109) gelieferten piezoelektrischen Signals erreicht. Es wird damit einer Verschiebung des durch den Impuls (120) am Ausgang des Komparators (118) definierten Antastzeitpunktes entgegengewirkt, die andernfalls auftritt, weil sich die Kurvenform des vom Sensor (109) gelieferten Signals aufgrund gegenseitiger Belastung durch zusätzlich parallel geschaltete Tastköpfe ändert.

Claims

1. Anordnung für den gleichzeitigen Anschluß mehrerer Tastköpfe (22; 102) vom schaltenden Typ an den Meßarm eines Koordina tenmeßgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tastkopf (22; 102) in seinem Gehäuse je einen zum Schaltkontakt (23; 103/110) in Reihe geschaltenden Widerstand (26; 106) enthält und die Ausgänge (A) aller Tastköpfe parallel ge schaltet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung (A) an eine Konstantspannungsquelle (112) sowie eine Schaltung (113, 117) angeschlossen ist, die bei einer Änderung des der Parallelschaltung (A) aufgeprägten Stromes ein Antastsignal (119) generiert.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Komparator (117) mit einstellbarer Schwelle enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tastkopf zusätzlich einen Meßwiderstand (108) enthält und die Meßwiderstände aller Tastköpfe (102) parallel geschaltet und ebenfalls an eine Konstantspannungsquelle (112) ange schlossen sind zur Erzeugung eines der Anzahl der Tastköpfe proportionalen Signals (U₁₀₈).

5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Schaltung (114), die das der Anzahl der Tastköpfe proportionale Signal (U₁₀₈) liefert, die Kompara torschwelle setzt.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tastkopf zusätzlich einen Sensor (Piezokristall 109) enthält und die Sensoren aller Tastköpfe (102) parallel geschaltet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das der Anzahl der Tastköpfe (102) proportionale Signal (U₁₀₈) zur Steuerung der Empfindlichkeit der Schaltung (118) zugeführt ist, die das Ausgangssignal des in den Tastköpfen (102) zusätzlich vorgesehenen Sensors (109) verarbeitet.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung vorgesehen ist, die den durch die zum Schaltkon takt (103/110) in Reihe geschalteten Widerstände aller ange schlossenen Tastköpfe (102) fließenden Strom mißt und daraus ein die Anzahl der angeschlossenen Tastköpfe charakteri sierendes Signal bildet und speichert.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung die bei einem Öffnen der Schaltkontakte (103/110) während eines Antastvorganges auftretende Änderung des über die Widerstände (106) fließenden Stromes mit dem gespeicher ten Signal vergleicht.