DE8226204U1 - Multi-coordinate probe - Google Patents

Description

- 1 -DR, JOHANNES HEIDENHAIN GMBH - 1 -DR, JOHANNES HEIDENHAIN GMBH

15. September |O82September 15 | O82

Mehrko ο rdina t en-Tas tkopfMulti-code probe head

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Die Erfindung bezieht sieb, auf einen Mehrkooi'dinaten-Tastkopf nach dem Oberbegriff des Anspruches f. The invention relates to a Mehrkooi'dinaten probe head according to the preamble of claim f.

Es sind Mehrkoordinaten-Tastköpfe zum Antasten von Werkstücken in mehreren Richtungen bekannt. Dabei können die Tastköpfe in zwei Kategorien eingeteilt werden. In der einen Kategorie machen die Taststifte eine Winkelbewegung wenn sie normal zu ihrer Achse ausgelenkt werden. Bei derThere are known multi-coordinate probes for probing workpieces in several directions. The probes can be divided into two categories. Do in one category the stylus an angular movement when they are deflected normal to their axis. In the

anderen Kategorie ist der Taststift über Geradführungen beweglich gelagert. In der DE-PS 22 kZ ist ein elektronischer Mehrkoordinatentaster beschrieben, der durch eine Kombination von Einzelmerkmalen gekennzeichnet ist. Eine torsionssteifeIn another category, the stylus is movably mounted on straight guides. In DE-PS 22 kZ an electronic multi-coordinate probe is described, which is characterized by a combination of individual features. A torsionally stiff one

Aneinanderreihung von tjpioJ,- und reibungsfreien Geradführung»Systemen bildet ein definiertes ebenes oder räumliches Koordinatensystem. Diese Aneinanderreihung von Geradführuugssystemen verbessert den Stand der Technik wie ausführlich inStringing together of jpioJ, - and frictionless Straight line »systems forms a defined plane or spatial coordinate system. This juxtaposition of straight guide systems improves the state of the art, as detailed in

der Beschreibungseinleitung der genannten Schrift dargelegt ist. Jedoch weist die dort vorgeschlagenethe introduction to the description of the cited document is set out. However, the one proposed there

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Lösung noch Mängel auf, da bei einer dem dortigen Ausführungsbeispiel entsprechenden Aneinanderreihung von Federparallelograramen das eine Geradführungssystem auf der Genauigkeit des vorgelagerten Geradführungssystemes aufbaut. Um bei einer derartigen Aneinanderreihung von Geradführungen -wie sie auch ein Kreuztisch darstellt - eine den Erfordernissen entsprechende Genauigkeit zu erzielen» müssen die einzelnen GeradführungssystemeSolution still flaws, since one of the local ones Embodiment corresponding series of spring parallelograms that builds a straight line system on the accuracy of the upstream straight line system. To at a such a juxtaposition of straight guides - as it also represents a cross table - one of the The individual linear guidance systems must achieve the required accuracy » mit einer enormen Genauigkeit hergestellt werden. Dies erfordert einen sehr hohen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand. Zudem ist es eine Eigenheit von als Federparallelogrammen ausgeführten Geradführungssystemen, daß sich bei Aus-can be manufactured with enormous accuracy. This requires a very high level of construction and manufacturing effort. In addition, it is a peculiarity of linear guidance systems designed as spring parallelograms that lenkungen der Abstand der parallel zueinander bewegten Platten verändert. Dieser Effekt ist sicher nur bei sehr kleinen Auslenkungen vernachlässigbar klein.Steering changes the distance between the plates moving parallel to one another. This effect is certain only negligibly small for very small deflections.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrkoordinaten-Tastkopf zu schaffen, der nicht die bekannten Nachteile der Tastköpfe gemäß dem Stand der Technik aufweist, der dennoch verhältnismäßig einfach aufgebaut ist, der vielseitigThe invention is based on the object of providing a multi-coordinate probe head that does not has the known disadvantages of the probe heads according to the prior art, which is nevertheless relatively simple in construction, which is versatile einsetzbar und robust ist.is applicable and robust.

Diese Aufgabe wird durch einen Tastkopf gelöst, der durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches gekennzeichnet ist. 30This object is achieved by a probe head which is characterized by the characterizing features of the claim. 30th

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Tastkopfes liegen darin, daß der Taststift in einer Ebene in zwei Freiheitsgrade geführt ist, daß also keine gegenseitige Abhängigkeit von derThe particular advantages of the probe head according to the invention are that the stylus in a plane is guided in two degrees of freedom, so that no mutual dependence on the

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jeweiligen Genauigkeit zweier einzelner aneinandergereihter Geradführungssysteme besteht und daß dennoch die gleichen Freiheitsgrade vorhanden sind. Die Geradführungssysteme werden gewissermaßen nicht aneinandergereiht, sondern in eine Ebene gelegt. Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist die Verringerung der Bauhöhe durch diese Maßnahme«respective accuracy of two individual straight line systems lined up and that nevertheless the same degrees of freedom are available. The straight line systems are to a certain extent not lined up, but placed on one level. Another beneficial effect is the reduction of the construction height through this measure «

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.

Mit Hilfe der Zeichnungen soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung noch näher erläutert werden.With the help of the drawings, based on an exemplary embodiment the invention will be explained in more detail.

Es zeigenShow it

Figur 1 den Schnitt durch einen schematisch dargestellten Tastkopf, Figur 2 eine Schnittdarstellung entFigure 1 shows the section through a schematically illustrated probe head, Figure 2 is a sectional view ent

lang der Linie I-I in Figurlong the line I-I in figure

Ein Mehrkoordinaten-Tastkopf 1 weist einen Aufnahmedorn 2 zur Aufnahme des Tastkopfes 1 in der Spindel einer nicht dargestellten Meß- oder Bearbeitungsmaschine auf. Der Tastkopf 1 enthält im Innern seines Gehäuses 3 einen aus dem Gehäuse 3 herausragenden Taststift k_t der in allen Koordinaten eines räumlichen Koordinatensystems auslenkbar ist. Als Auslenkung in der Z-Richtung wird dabei die axiale Auslenkung des Taststiftes k verstanden. Der Taststift h ist mit seinem Schaft in einer Halterung 5 längsverschieblich und weitestgehend spiel- und reibungsfrei gelagert«A multi-coordinate probe head 1 has a mandrel 2 for receiving the probe head 1 in the spindle of a measuring or processing machine, not shown. The probe head 1 contains in the interior of its housing 3 a stylus k _t which protrudes from the housing 3 and can be deflected in all coordinates of a spatial coordinate system. The axial deflection of the stylus k is understood as deflection in the Z direction. The stylus h is mounted with its shaft in a holder 5 so that it can be moved longitudinally and is largely free of play and friction. "

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Die praktisch spiel- und reibungsfreie Lagerung wird durch eine Präzisionakugelführung 6 ermöglicht* Am im Gehäuse 3 befindlichen Endes des Taststiftes 4 ist in Verlängerung der Mittelachse des Taststiftes 4 ein Strichgitter 7 als Naßverkörperung für eine digitale elektrische Längenmaßeinrichtung 8 angeordnet. In dieser Z-Richtung arbeitet der Mehrkoordinaten-Tastkopf also nach dem bekannten Abbe- oder Komparatorprinzip. UnterThe virtually play-free and friction-free storage is made possible by a precision ball guide 6 * At the end of the Stylus 4, a line grid 7 is arranged as a wet body for a digital electrical length measuring device 8 as an extension of the central axis of the stylus 4. In this Z-direction the multi-coordinate probe therefore works according to the known Abbe or comparator principle. Under der Wirkung einer nicht dargestellten Feder wird der Taetstift 4 nach Auslenkungen immer wieder in seine Auegangelage - die der Nullpunktlage in der Z-Koordinatenachse entspricht - zurückgestellt. Eine als Präzisionsanschlag 9 ausgebildete Kugelthe action of a spring, not shown, is the Taetstift 4 after deflections again and again in its initial position - which corresponds to the zero point position in the Z coordinate axis - is reset. A ball designed as a precision stop 9 wirkt dabei als Nullpunktanschlag und als Verdrehsicherung des Taststiftes 4.acts as a zero point stop and as an anti-twist device for the stylus 4.

Bei der Auslenkung des Taststiftes 4 in einer zur Z-Richtung senkrechten Ebene, die durch das X-YWhen the stylus 4 is deflected in a to Z-direction perpendicular plane passing through the X-Y Koordinatensystem bestimmt ist. wird die Auslenkung von den in Figur 2 sichtbaren digitalen elektrischen Längenmeßeinrichtungen 10 und 11 erfaßt. Die Maßverkörperungen der Längenmeßeinrichtungen 10 und sind als flächige Gitter 12 und 13 ausgebildet.Coordinate system is determined. becomes the deflection detected by the digital electrical length measuring devices 10 and 11 visible in FIG. The measuring standards of the length measuring devices 10 and are designed as flat grids 12 and 13.

Dadurch wird sichergestellt, daß die photoelektrischen Sensoren 14 und 15 sich immer im Bereich einer Maßverkörperung 12 oder 13 befinden, d. h.. auch wenn der Taststift 4 in X-Richtung ausgelenkt wird, verlassen die photoelektrischen Sensoren I5This ensures that the photoelectric sensors 14 and 15 are always in the area a measuring standard 12 or 13 are located, d. H.. even if the stylus 4 is deflected in the X direction, the photoelectric sensors leave I5 für die Y-Achse nicht die Maßverkörperung 13 fürfor the Y-axis not the measuring standard 13 for die Y-Achse. Entsprechendes gilt für die Taststiftaus lenkung in Y-Richtung.the Y axis. The same applies to the stylus deflection in the Y direction.

Bei Auslenkungen öes Taststiftes 4, die nicht ge-In the event of deflections of the stylus 4 that are not

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nau in den rechtwinklig zueinander stehenden Koordinatenachsen erfolgen, werden die Riehtungskomponenten von den Sensoren 14 und I5 ermittelt, so daß die Auslenkungskoordinaten bestimmt sind.exactly in those standing at right angles to each other Coordinate axes take place, the direction components determined by the sensors 14 and I5, so that the deflection coordinates are determined.

: 5: 5

Der Taststift 4 wird bei Auslenkungen in der X-Y-Ebene praktisch ebenso spiel- und reibungsfreiThe stylus 4 is practically just as free of play and friction during deflections in the X-Y plane

i; geführt, wie in der Z-Richtung. Dies wird durchi; guided as in the Z direction. This is going through

f eine "Ebenenführung" erreicht, die für den Tast- f a "level guidance" is achieved, which is necessary for the tactile

stift k eine Bewegung in zwei Freiheitsgraden zuläßt. Ein dritter Freiheitsgrad, die Drehung, wird in bekannter Woise durch ein Zwischenstück mit zwei gekreuzt angeordneten Kulissenführungen verhindert.pin k allows movement in two degrees of freedom. A third degree of freedom, rotation, is prevented in a known manner by an intermediate piece with two cross-linked guide rails.

Die Halterung 5 für den Taststift h erstrecktThe holder 5 for the stylus extends h

sich tellerartig vom Zentrum zum Außenbereich des Gehäuses 3. Auf der Unterseite 5a des Tellers ist durch Methoden der Bearbeitung optischer Flächen, beispielsweise durch Läppen, -eine äußerst ebene und genau zur Taststiftachse senkrechte Fläche geschaffen, die als Kugellauffläche ₍ 5a für ein Präzisionskugeln 17 dienst. Eineplate-like from the center to the outside of the housing 3.On the underside 5a of the plate, methods of processing optical surfaces, for example by lapping, create an extremely flat surface which is exactly perpendicular to the stylus axis and which serves as a ball running surface ₍ 5a for a precision ball 17) . One

Scheibe 18 im Gehäuse 3 bildet eine Stützfläche 18a für das Kugellager 17· Diese Stützfläche 18aDisk 18 in housing 3 forms a support surface 18a for ball bearing 17 · This support surface 18a

ist ebenfalls durch Läppen bearbeitet. Das Kugellager 17 läuft durch Federvorspannung zwischen der Kugellauffläche 5a, der Halterung 5 und der Stützfläche 18a praktisch spielfrei* Damit ist eine spiel- und reibungsfreie Auslenkung des Tast-is also machined by lapping. The ball bearing 17 runs between by spring preload the ball running surface 5a, the holder 5 and the support surface 18a practically free of play * This is a backlash-free and frictionless deflection of the tactile

stiftes h in der Ebene, die durch die X-Y-Koordinaten definiert wird, gewährleistet. Der Taststift h ist mittels seiner Halterung 5 in beliebiger Richtung in dieser Ebesö auslenkbar, gegen Verdrehung ist er durch die Kreuzkulisse 16pin h in the plane defined by the XY coordinates. The stylus h can be deflected in any direction in this Ebesö by means of its holder 5; it is prevented from rotating by the cross link 16

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gehindert. Die Auslenkbewegungen werden von den vorbeschriebenen Längenmeßeinrichtungen 10 und erfaßt und zusammen mit einer eventuellen Auslenkung in Z-Richtung - die von der Meßeinrichtung 8 registriert wird - über ein Kabel 19 in eine bekannte und daher nicht dargestellten Auswerteeinrichtung übertragen und gegebenenfalls in einer Steuereinrichtung für die Maschine verarbeitet.prevented. The deflection movements are of the above-described length measuring devices 10 and detected and together with a possible deflection in the Z direction - that of the measuring device 8 is registered - via a cable 19 into a known and therefore not shown evaluation device transmitted and possibly in a Processed control device for the machine.

Anstelle des Kabelausganges 19 für die Auslenksignale kann der Fachmann auch eine drahtlose übertragungseinrichtung vorsehen«Instead of the cable outlet 19 for the deflection signals, a person skilled in the art can also use a wireless one Provide transmission facility "

Die präzise Rückstellung der Auslenkung in der X-Y-Ebene kann durch angefderte Kugeln 20 erfolgen, die sich in kegeligen Gegenlagern 21 auf der Unterseite 18b der Scheibe 18 selbst zentrieren. Dadurch wird der Taststift k mit seiner Halterung 5 immer exakt in die Nullpunktlage des X-Y-Koordinatensystems zurückgestellt.The precise resetting of the deflection in the XY plane can take place by means of suspended balls 20, which center themselves in conical counter bearings 21 on the underside 18b of the disk 18. As a result, the stylus k with its holder 5 is always exactly returned to the zero point position of the XY coordinate system.

Claims (1)

•IP *tf till• IP * tf till ······ 14 1······ 14 1 ff·** ^ · · 4) βff ** ^ 4) β DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH 7. Juni 1984 G 82 26 204.7DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH June 7, 1984 G 82 26 204.7 Neuer AnspruchNew claim Mehrkoordinaten-Tastkopf sait wenigstens einem, in mehrere Koordinatenrichtungen auslenkbaren Taststift, mit elektrischen Signalgebern zur Erfassung der Taststiftauslenkung in den jeweiligen Koordiaatenrichtungen, bei dem für den Taststift eine Kombination einer ebenen Führung und einer zu dieser senkrecht angeordneten Geradführung vorgesehen ist, bei dem die ebene Führung in Form einer Halterung und einer Stützfläche verdrehsicher und weitestgehend spiel- und reibungsfrei mit zwei Freiheitsgraden ausgebildet ist, und mit einer Einrichtung zum Rückstellen des Taststiftes in die Koordinatennullpunktlar/e, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung in der X-Y-Ebene durch Kugeln (20) gebildet wird, die zwischen kegeligen Teilflächen (21) zweier gegeneinander mit Federn vorgespannten Elemente liegen.Multi-coordinate probe head sait at least one, in Several coordinate directions deflectable stylus, with electrical signal generators for detection the stylus deflection in the respective coordinate directions, in the case of the stylus for a combination of a flat guide and one for this vertically arranged straight guide is provided, in which the flat guide in the form of a holder and a support surface is designed to be torsion-proof and largely free of play and friction with two degrees of freedom, and with a device to reset the stylus to the coordinate zero point, characterized in that the reset device in the X-Y plane by balls (20) is formed, which between conical partial surfaces (21) of two are biased against each other with springs Elements lie.