EP2705331A1 - Messkopf für ein koordinatenmessgerät zum bestimmen von raumkoordinaten an einem messobjekt - Google Patents

Messkopf für ein koordinatenmessgerät zum bestimmen von raumkoordinaten an einem messobjekt

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Publication number
EP2705331A1
EP2705331A1 EP12716410.1A EP12716410A EP2705331A1 EP 2705331 A1 EP2705331 A1 EP 2705331A1 EP 12716410 A EP12716410 A EP 12716410A EP 2705331 A1 EP2705331 A1 EP 2705331A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
plate
anchor plate
measuring head
coupling part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12716410.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Brenner
Walter Jenisch
Tobias Woletz
Dieter Kaufmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Publication of EP2705331A1 publication Critical patent/EP2705331A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor

Definitions

  • the present invention relates to a measuring head for a coordinate measuring machine for determining spatial coordinates on a measuring object, with a coupling part for coupling a measuring tool, and with a measuring tool, which is detachably coupled to the coupling part, wherein the coupling part comprises a number of first bearing elements, a magnet and a retaining pin, and wherein the measuring tool has a plate with a number of second bearing elements, an anchor plate and at least one adjustable locking element, wherein the magnet is adapted to attract the anchor plate to the first and second bearing elements in engagement with each other bring, wherein the first and second bearing elements in engagement define a defined position of the measuring tool on the coupling part, and wherein the at least one locking element attaches the measuring tool to the retaining pin.
  • the invention further relates to a measuring tool for such a measuring head.
  • a measuring head and a measuring tool of this type are known from DE 10 2005 043 454 B3.
  • Coordinate measuring machines are typically used to determine selected geometric dimensions or even the spatial shape of workpieces.
  • a coordinate measuring machine has a measuring head that can be moved relative to the workpiece (hereinafter measured object).
  • measured object the workpiece
  • spatial coordinates are determined which represent the position of selected measuring points on the workpiece within a defined measuring volume. If one determines a corresponding multiplicity of spatial coordinates for a large number of measuring points, one can use the spatial coordinates to determine the geometric dimensions and the shape of the measured object.
  • the measuring head has a stylus with which the selected measuring points are touched (touched). Accordingly, the measuring head is often referred to as a probe.
  • the stylus usually has one or more pins with a tip that serves to probe the selected measuring points.
  • the present invention is above all of importance for tactile measuring tools (feeler tools), but in principle it can also be used for non-contact measuring heads and corresponding measuring tools.
  • the preferred application i. to a probe with a stylus reference.
  • DE 101 14 126 AI discloses a probe with an interchangeable stylus.
  • the stylus has an L-shaped angled stylus, which can be attached to the probe in several rotational angular positions.
  • a turntable of the stylus is arranged on a kinematic three-point bearing in a defined rotational angle position on the probe.
  • the turntable is disengaged via a pneumatically actuated push rod from the three-point bearing and then rotated on the push rod via a rotary drive arranged in the probe. Thereafter, the turntable is re-engaged in the defined three-point storage.
  • the rotational angle position of the turntable and the stylus disposed thereon is determined by a sensor which simultaneously supplies signals for the rotary drive.
  • DE 10 2009 008 722 A1 describes a probe for a coordinate measuring machine in which the feeler can be rotated by means of measuring force generators and a so-called rolling projection.
  • Measuring force generators are used in so-called active probes actually to ensure a defined probing force when probing a measuring point. They are inherent in active probes principle and are also used according to DE 10 2009 008 722 AI for rotating the stylus.
  • the turntable of the Tasttechnikmaschines is attached to the probe from DE 10 2009 008 722 AI to a retaining pin over which the turntable for the rotational movement of its kinematic storage can be disengaged.
  • the retaining pin may be formed in two parts, so that the front free end of the retaining pin, on which the turntable is attached, can be released from the shaft of the retaining pin, if the stylus encounters too strongly against the measurement object or another obstacle.
  • the divisible realization of the retaining pin thus enables collision protection, which prevents at least major damage to the measuring head, measuring tool and / or obstacle.
  • the same type of collision protection is also described in the aforementioned DE 10 2005 043 454 B3, but there for a probe with a rigid (non-rotatable) stylus.
  • the divisible realization of the retaining pin is unfavorable when the retaining pin also serves to rotate the Tasttechnikmaschines or must absorb torques when turning.
  • the retaining pin in this case must ensure a reliable and stable connection not only in terms of axial loads, but also in terms of radial loads.
  • a suitable two- or multi-part realization of the holding pin is complicated and expensive, especially if the probe is also to be light and compact.
  • the collision protection should preferably be suitable for a measuring head with a rotatable measuring tool, in particular with a measuring tool which can be rotated by the method described in DE 10 2009 008 722 A1.
  • a measuring head of the type mentioned above wherein the anchor plate is releasably secured to the plate and the at least one locking element holds the anchor plate on the retaining pin.
  • this object is achieved by a measuring tool of the type mentioned above, with a plate with a number of second bearing elements which define a defined position of the measuring tool on the measuring head in engagement with the first bearing elements on the measuring head, with a Anchor plate and with at least one adjustable locking element which is adapted to attach the measuring tool to the retaining pin of the measuring head, wherein the anchor plate is releasably secured to the plate and the at least one locking element holds the anchor plate on the retaining pin.
  • the anchor plate is non-destructively releasable and thus always reversibly attached to the plate, i.
  • the type of attachment allows repeated loosening and joining of anchor plate and plate.
  • the "predetermined breaking point" which makes it possible to separate the measuring tool from the measuring head in the event of a collision, is laid in the measuring tool
  • the predetermined breaking point in the known measuring heads with collision protection is located in the measuring head Therefore, the disadvantage is that it is not inherently protected against damage in the event of a collision, but the collision protection depends on the coupled measuring tool, which entails the risk that a user may use a measuring tool that does not correspond to the present invention
  • the new realization has the advantage that the measuring head and in particular the holding pins in the measuring head can be made simpler, lighter and nevertheless more stable.
  • the new realization has the advantage that wear, which can occur due to friction at the predetermined breaking point, occurs in the (typically rather favorable) measuring tool and not in the relatively expensive measuring head. If the predetermined breaking point for the collision protection due to collisions and / or play wear in everyday use, it is sufficient to replace the rather cheap measuring tool.
  • the predetermined breaking point in the measuring tool does not adversely affect the accuracy of the measuring tool or the measuring head with the new measuring tool, since the relative position of the measuring tool on the coupling part is further determined by the first and second bearing elements. Even if the anchor plate should have play in relation to the plate of the measuring tool, This does not degrade the positioning accuracy of the measuring tool on the coupling part, since the position of the measuring tool is determined solely on the first and second bearing elements and not on the anchor plate.
  • the new measuring head can be advantageously realized as a probe without integrated rotary drive for rotating the stylus by the probe uses one or more measuring force generators, which generate a desired rotational movement by means of a Abrollvorsprungs the probe.
  • the retaining pin essentially serves only to hold the measuring tool during the turning operation on the probe, so that it does not fall when the anchor plate is released from the magnet.
  • the retaining pin can absorb due to the new arrangement radial loads that arise as a result of the rotational movement of the rolling projection, well.
  • the new measuring head with the new Meßwerkerzug a reliable collision protection, which can be realized in comparison to known measuring heads simpler and cheaper by the anchor plate of the measuring tool removably attached non-destructively attached to the plate of the measuring tool, the rest of a stylus, a Camera, a laser or other sensor for determining spatial coordinates.
  • the above object is therefore completely solved.
  • the magnet generates a defined first holding force with which the anchor plate is tightened, wherein the anchor plate is fixed to the plate with a defined second holding force, and wherein the second holding force is greater than the first holding force.
  • the second holding force is greater than 80 N, and preferably greater than 100 N.
  • the at least one locking element is arranged below the anchor plate when the measuring tool is coupled to the coupling part
  • the locking element supports or supports the armature plate from below against the force of gravity when the armature plate is not attracted to the magnet in the coupling part.
  • the anchor plate holds the plate, as long as the (second) holding force between anchor plate and plate is not suppressed due to a collision.
  • the anchor plate is suspended in a sense on the locking element and in turn holds the measuring tool, which extends from the locking element downwards.
  • the design allows a cost-effective implementation by the locking element inserted into a recess on the plate and then fixed by means of the anchor plate to the plate.
  • this embodiment allows a large-scale investment of the anchor plate on the magnet and thus a high first holding force with a fairly small magnet.
  • the measuring tool has at least one spring element which fixes the anchor plate with the defined second holding force on the plate.
  • Such a fixation is a simple and cost-effective variant, on the one hand provides stable operation in all cases without collisions and at the same time a sufficient collision protection.
  • the user can easily reassemble the anchor plate and the plate when the plate has been separated from the anchor plate in a collision.
  • the spring element is a helical spring, which extends in an annular manner around the anchor plate.
  • the spring element is a helical spring, which in turn is bent into a ring.
  • the "core" of the coil spring is preferably concentric with the retainer pin when the measuring tool is attached to the retainer pin. This design has proven to be a very reliable connection between the armature plate and the plate
  • the holding force can be well dimensioned with such a spring element in order to achieve the preferred ratio of the first and second holding force.
  • the plate has a recess in which the anchor plate is detachably received.
  • the anchor plate sits snugly in the recess, wherein the spring element between the outer periphery of the anchor plate and the inner surface of the recess is arranged.
  • This embodiment allows a very reliable and yet releasable connection between the anchor plate and the plate. It mines or even avoids the risk that the anchor plate can be separated from the plate when the measuring tool is not on the retaining pin, for example, when the measuring tool is placed in a tool magazine.
  • the arrangement of the anchor plate in the recess avoids joints or points of attack at which the anchor plate can be levered against the second holding force.
  • the retaining pin has a longitudinal axis and is axially movable along the longitudinal axis.
  • This embodiment is advantageous in order to separate (disengage) the second bearing elements on the measuring tool from the first bearing elements on the coupling part, without the connection between the measuring tool and the measuring head being completely released. Therefore, this embodiment simplifies the preferred rotation of the measuring tool relative to the measuring head.
  • the retaining pin is rotatable about the longitudinal axis, wherein the first and second bearing elements define a plurality of defined rotational angle positions.
  • This embodiment is based on the aforementioned embodiment in that the retaining pin allows rotation of the measuring tool on the measuring head.
  • the new type of collision protection is especially in these cases, in which the retaining pin has to absorb different loads in different directions, a great advantage.
  • the measuring head has a detector and the at least one locking element has a locking position in which it fixes the anchor plate to the retaining pin, and at least one release position in which it releases the anchor plate, wherein the detector generates a signal, that is representative of the locking position and / or the release position
  • the measuring head has a detector, by means of which the function of the locking mechanism is monitored. The detector generates a signal representative of at least one of the positions of the locking element (locking position and / or release position). Accordingly, the signal is adapted to indicate the respective position of the locking element.
  • the signal of the detector in the measuring head and / or a control connected to the measuring head is evaluated in order to detect an insufficient attachment of the measuring tool to the retaining pin early and to issue a warning signal to the operator of the machine and / or initiate an operation stop. It is further preferred if the control unit in response to the signal of the detector prevents disengagement of the turntable and optionally an associated change in the rotational angular position.
  • the locking mechanism could be formed fail-safe, for example by a mechanical construction which excludes an attachment of the Tasttechnikmaschines with insufficient locking of the locking element.
  • the use of a detector to generate a special monitoring signal simplifies the mechanical construction of the interface between the measuring tool and the coupling part.
  • the detector makes it possible to take into account changes in the mechanical interface between the turntable and the coupling part, for example due to contamination or wear.
  • the plate has at least one identification circuit and the coupling part has a sensor for reading the at least one identification circuit.
  • An identification circuit in the sense of this embodiment is a - preferably electronic - circuit containing a coding that identifies the measuring tool.
  • a preferred identification circuit includes a Memory in which the coding is stored digitally.
  • the identification circuit could have a mechanical coding which is read out mechanically, electrically and / or optically with a suitable sensor in the coupling part.
  • the embodiment has the advantage that the probe can recognize the identity and properties of the stylus easily and automatically, for example, to determine the number of possible rotational angle positions and / or the presence of the new detector.
  • the detector is designed to prevent the reading of the identification circuit by the sensor in dependence on the locking position and / or the release position.
  • This embodiment enables a very simple, cost-effective and space-saving realization of the detector in that the detector uses the coding supplied by the identification circuit anyway in order to generate the monitoring signal for the locking mechanism.
  • the detector prevents the reading of the identification circuit when the locking element is not in its locking position.
  • the "signal" of the detector in this case is that the sensor receives no signal from the identification circuit.
  • the detector can therefore be a passive element, which is advantageous in order to minimize heating of the measuring head during measuring operation.
  • the detector includes a passive electrical switch, which is arranged electrically in series with the at least one identification circuit.
  • a passive electrical switch which is arranged electrically in series with the at least one identification circuit.
  • the switch is closed only when the locking element is in its locking position, so that the reading of the identification circuit is only possible when the locking mechanism is closed.
  • the electric Switch is preferably a mechanically actuated microswitch. Such a switch can be well integrated in the small space of a turntable.
  • the locking mechanism includes two - preferably spring-loaded - slide, which are displaceable in opposite directions to bring the at least one locking element in the release position.
  • a locking mechanism with at least two counter-rotating locking elements is robust and tolerant of slight positioning inaccuracies when inserting the turntable. Such inaccuracies are counterbalanced by opposing elements.
  • Spring-loaded slides have the advantage that they ensure a defined rest position in which the turntable is preferably locked to the retaining pin.
  • the preferred slides each have a free end, wherein the free ends in the rest position are diametrically opposite each other and protrude radially beyond the turntable edge. This configuration allows easy manual operation and a well reproducible mechanical operation of the locking mechanism.
  • FIG. 2 shows a greatly simplified illustration of the probe head with a feeler head sensor system and a measuring force generator
  • FIG. 5 shows an embodiment of a touch tool in a view of the plate, which can be coupled to the coupling part of Fig. 3,
  • FIG. 6 is a simplified representation of the locking mechanism from the feeler tool of Fig. 5,
  • a coordinate measuring machine with the new probe is designated in its entirety by the reference numeral 10.
  • the coordinate measuring machine 10 here has a base 12 on which a portal 14 is arranged to be displaceable in the longitudinal direction.
  • the direction of movement of the portal 14 relative to the base 12 is commonly referred to as the y-axis.
  • a carriage 16 is arranged, which is displaceable in the transverse direction.
  • the transverse direction is commonly referred to as the x-axis.
  • the carriage 16 carries a quill 18, which can be moved in the z-direction, that is perpendicular to the base 12.
  • the reference numerals 20, 22, 24 are measuring devices designated by means of which the position of the portal 14, the carriage 16 and the sleeve 18 can be determined.
  • the measuring devices 20, 22, 24 are glass scales, which are read by means of suitable sensors.
  • a probe 26 is arranged, which holds a stylus 27.
  • the stylus 27 here has three styli 28, each having a stylus ball 29 at their free ends.
  • the ball serves to touch a measuring point on a measuring object 30.
  • the position of the probe 26 can be determined within the measuring volume when the measuring point is touched. Depending on this, one can determine spatial coordinates of the probed measuring point within the measuring volume, which is spanned by the movement axes of the measuring head.
  • Reference numeral 32 denotes an evaluation and control unit, which is connected via lines 34 and 36 with the drives and sensors on the portal.
  • the control unit 32 serves to control the drives for the movements of the probe 26 along the three coordinate axes x, y and z.
  • the evaluation and control unit 32 reads the measured values from the measuring devices 20, 22, 24, and determines the current spatial coordinates of the touched measuring point in dependence thereon and in dependence on the deflections of the stylus 27.
  • FIG. 2 shows the basic mode of operation of the probe head 26 on the basis of a greatly simplified schematic representation.
  • the probe head 26 has a body part 38 and a coupling part 40, which are connected to one another via two leaf springs 42 and 44.
  • the leaf springs 42, 44 form a spring parallelogram, the movement of the coupling part 40 in the direction of the arrow 46 (and back in Direction of the arrow 46 ') allows.
  • the stylus 27 can be deflected with the styli 28 by a distance D from its rest position.
  • a leg 48, 50 is arranged here in each case.
  • the legs 48, 50 are here parallel to the leaf springs 42, 44.
  • a deflection detector 52 here with a plunger coil 53 and a plunger 54
  • a measuring force generator 56 are arranged between the legs 48, 50.
  • the plunger coil 53 generates an electrical signal as a function of the plunging movement of the immersion body 54.
  • Hall sensors, piezoresistive sensors, magnetoresistive sensors or any other sensor are conceivable as deflection detectors 52 with the aid of which the spatial Deflection of the feeler tool 27 relative to the body part 38 can be determined.
  • the measuring force generator 56 is likewise designed here as a plunger coil. With the help of the measuring force generator 56, the two legs 42 and 50 are pulled against each other or pressed apart.
  • the probe 26 allows a deflection of the stylus 27 only in the direction of the arrow 46.
  • a probe 26 typically allows a corresponding deflection in two other orthogonal directions in space , This can be realized, for example, with further spring parallelograms and / or with a diaphragm spring.
  • the invention is not limited to this specific implementation and can also be used in other types of heads heads.
  • Fig. 3 shows a preferred embodiment of the probe 26 in a view from below of the removable interface (ie without stylus 27).
  • Fig. 4 shows a simplified section of the probe of Fig. 3 along the section line IV-IV.
  • the body part 38 holds the coupling part 40, which is movable on the body part 38, preferably in three orthogonal spatial directions. For simplicity, only two spring elements 42 are shown in Fig. 4, which allow the three orthogonal directions of movement.
  • the coupling part 40 here has a pin 57, which is guided axially in the coupling part 40, ie along its longitudinal axis (The axial movement is described in detail in the aforementioned DE 10 2009 008 722 AI, which is incorporated herein by reference ).
  • the coupling part 40 further has a magnet 60, here in the form of an annular electromagnet. Alternatively, the magnet may be a permanent magnet that is amplified or attenuated with an additional electromagnet.
  • the magnet 60 is arranged concentrically with the pin 57 on the coupling part 40 here.
  • the coupling part 40 has a first sensor 62 with two contacts 64 and a second sensor 66.
  • a cylinder sleeve 68 with an inner jacket 70 is formed on the body part 38.
  • the cylinder sleeve 68 extends concentrically with the pin 57 and forms a rolling projection 68, which can be used in preferred embodiments for rotating the feeler tool 27.
  • the rotation of the feeler tool 27 with the aid of the roll-off projection 68 is described in detail in the already mentioned DE 10 2009 008 722 A1, which is incorporated here by way of reference.
  • a stop 72 is provided in the illustrated embodiment, which is here formed on the body part 38 or at least rigidly connected thereto.
  • the stopper 72 cooperates with a counterpart 73 which is formed at the upper end of the pin 57.
  • the upper end of the pin 57 protrudes upward beyond the stopper 72 and the counterpart 73 is above the stopper 72 arranged.
  • the pin 57 is blocked against further downward movement.
  • the coupling part 40 can be pressed further down with the aid of the measuring force generator 56. From the moment in which the pin 57 is blocked via the counterpart 73 on the stop 72, the measuring force generator 56 moves only the coupling part 40 down, no longer the pin 57. In other words, the measuring force generator 56 relatively pushes the coupling part 40 the pin 57 down. Since the pin 57 is formed at its lower free end to hold the stylus 27 (see FIGS. 7 and 8), the distance between the coupling part 40 and the stylus 27 can be varied by means of the measuring force generator 56 and the stop 72. In embodiments, this is advantageously used to "gently" approach the coupling part 40 to the feeler tool 27 and then tighten it with the magnet 60.
  • Fig. 5 shows an embodiment of the stylus 27 in a plan view of the interface with which the stylus 27 is coupled to the coupling part 40.
  • the stylus 27 has a turntable 74, which is circular here. On the outer circumference of the turntable 74, a traction element is arranged 76.
  • the traction element may be a rubber ring or an external toothing, which cooperates with a corresponding toothing on the inner shell 70 (not shown here) of the rolling projection 68.
  • the turntable 74 here has a plurality of rollers 78 which cooperate as bearing elements with the ball pairs 58 on the coupling part 40 in order to effect a reproducible, kinematically determined mounting of the touch tool 27 on the coupling part 40.
  • rollers 78 may in principle be the bearing elements on the coupling part 40, while the turntable 74 ball pairs 58 are formed.
  • the rollers 78 are arranged here in the circumferential direction of the turntable 74 at regular intervals from each other. Radially inwardly to each roller 78 two contacts 80 are arranged, which cooperate with the contacts 66 on the coupling part 40 when the turntable 74 is attached to the coupling part 40 in a defined by the rollers 78 and ball pairs 58 rotational position.
  • Reference numeral 82 denotes an identification circuit, for example in the form of a memory chip, in which an individual coding is stored. Each identification circuit therefore contains a unique information.
  • the sensor 64 can read only one identification circuit 82 via the contacts 66 and recognize the rotary angular position of the touch tool 27 relative to the coupling part 40 and possibly further properties of the touch tool, such as the stylus length, on the basis of the read coding.
  • an anchor plate 83 is arranged with a receptacle in the form of a circular opening 84.
  • the anchor plate is made of a magnetizable material so that it can be attracted to the magnet 60 on the coupling part 40.
  • two locking elements 86 are arranged here, with which the turntable 74 can be additionally attached to the lower free end of the pin 57. This allows in the preferred embodiments, the rotation of the stylus 27 on the pin 57, while the rollers 78 are disengaged from the pairs of balls 58.
  • the locking members 92 are two rods which are adapted to engage in a groove at the lower free end of the pin 57 (see Figs. 7 and 8).
  • a locking mechanism is shown, with which the locking elements 86 can be opened or closed to fasten the turntable 74 on the pin 57.
  • the locking mechanism has in this embodiment, two oppositely movable slide 87a, 87b.
  • Each slider 87a, 87b is biased by spring element 88 to a rest position.
  • the spring members 88 bias the sliders 87 in a rest position in which the locking members 86 rotate the turntable 74 clamp on the pin 57.
  • each slider 87 is connected to a respective clamping piece 89a, 89b. At each clamping piece 89a, 89b, a locking pin 86 is arranged.
  • each slider 87 has a free end 91a, 91b projecting outwardly beyond the outer periphery of the turntable 74.
  • the free ends 91a, 91b of the slides 87a, 87b are diametrically opposed to each other on the outer periphery of the turntable 74.
  • the locking mechanism further includes a detector 93 configured to detect the locking position and / or the release position of the locking members 86.
  • the detector 93 is a microswitch with a switching contact which is arranged electrically in series with all contact pairs 80 of the turntable 74.
  • the switching contact may be a mechanical contact or an electronic switch, for example in the form of a transistor.
  • the switching position of the switch 93 is influenced by the slider 87a. In the position shown in Fig. 6, a nose 94 of the slider 87a touches the switch 93. By the nose 94 of the switching contact 95 is closed.
  • Fig. 7 and 8 show a sectional view of the coupling part 40 with the turntable 74 in an operating position in which the rollers 78 are disengaged from the pairs of balls 58, so that the turntable 74 can be rotated on the Abrollvorsprung 68. As can be seen in Fig.
  • the turntable 74 has a recess 96 in which the magnetizable armature plate 83 is snugly received.
  • the armature plate 83 is held in this embodiment by a spring element 98 in the recess 96.
  • the spring element 98 here is a helical spring, which is arranged annularly around the (here circular) armature plate 83 at this.
  • the spring element 98 could be arranged on the turntable 74, for example in the recess 96.
  • the spring element 98 is a spiral spring that has been folded into a ring, as described, for example, by Bai Seal Engineering, Inc., 19650 Pauling , Foothill Collins, CA 92610-2610, USA.
  • the anchor plate with the aid of a snap ring by means of tension wires, by means of spring-loaded retaining pins and / or by means of other magnets (not shown here) may be secured in the recess 96.
  • the holding force with which the armature plate 83 is fixed to the turntable 74 is greater than the holding force with which the armature plate 83 is attracted by the magnet 60 in the coupling part 40, so that the Magnet 60, the anchor plate 83 can not tear off the turntable 74.
  • the holding force with which the armature plate 83 is attached to the turntable 74 only slightly larger than the holding force with which the armature plate 83 is attracted by the magnet 60 in the coupling part 40, so that the turntable 74 in the event of a collision with a Obstruction easily from the anchor plate 83 and the coupling member 40 can tear off without causing a damaging force into the coupling member 40.
  • the anchor plate 83 remains with the locking mechanism in the event of a collision on the retaining pin 57, while the turntable 74 tears off from the anchor plate 83.
  • the anchor plate 83 may additionally be connected via a cable or other flexible element (not shown here) with the plate 74 of the measuring tool to prevent the plate 74 when torn off the armature plate unbraked on the workpiece or the Base of the coordinate measuring machine falls.
  • a safety rope is known, for example, from the aforementioned DE 10 2009 008 722 AI, which is incorporated herein by reference.

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Abstract

Ein Messkopf für ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt besitzt ein Kupplungsteil (40) zum lösbaren Ankoppeln eines Messwerkzeugs (27). Das Kupplungsteil (40) hat eine Anzahl von ersten Lagerelementen (58), einen Magneten (60) und einen Haltezapfen (57). Das Messwerkzeug (57) hat einen Teller (74) mit einer Anzahl von zweiten Lagerelementen (78), einer Ankerplatte (83) und zumindest einem verstellbaren Verriegelungselement (86). Der Magnet (60) ist dazu ausgebildet, die Ankerplatte (83) anzuziehen, um die ersten und zweiten Lagerelemente (58, 78) in Eingriff miteinander zu bringen. Im Eingriff legen die ersten und zweiten Lagerelemente (58, 78) eine definierte Position des Messwerkzeugs (57) an dem Kupplungsteil (40) fest. Das zumindest eine Verriegelungselement (86) befestigt das Messwerkzeug (27) an dem Haltezapfen (57). Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Ankerplatte (83) lösbar an dem Teller (74) befestigt ist und das zumindest eine Verriegelungselement (86) hält die Ankerplatte (83) an dem Haltezapfen (57).

Description

Messkopf für ein Koordinatenmessgerät
zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messkopf für ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt, mit einem Kupplungsteil zum Ankoppeln eines Messwerkzeugs, und mit einem Messwerkzeug, das lösbar an dem Kupplungsteil angekoppelt ist, wobei das Kupplungsteil eine Anzahl von ersten Lagerelementen, einen Magneten und einen Haltezapfen aufweist, und wobei das Messwerkzeug einen Teller mit einer Anzahl von zweiten Lagerelementen, einer Ankerplatte und zumindest einem verstellbaren Verriegelungselement aufweist, wobei der Magnet dazu ausgebildet ist, die Ankerplatte anzuziehen, um die ersten und zweiten Lagerelemente in Eingriff miteinander zu bringen, wobei die ersten und zweiten Lagerelemente im Eingriff eine definierte Position des Messwerkzeugs an dem Kupplungsteil festlegen, und wobei das zumindest eine Verriegelungselement das Messwerkzeug an dem Haltezapfen befestigt.
[0002] Die Erfindung betrifft ferner ein Messwerkzeug für einen solchen Messkopf. [0003] Ein Messkopf und ein Messwerkzeug dieser Art sind aus DE 10 2005 043 454 B3 bekannt.
[0004] Koordinatenmessgeräte werden typischerweise verwendet, um ausgewählte geometrische Abmessungen oder gar die Raumform von Werkstücken zu bestimmen. Typischerweise besitzt ein Koordinatenmessgerät einen Messkopf, der relativ zu dem Werkstück (nachfolgend Messobjekt) bewegt werden kann. Abhängig von der Position des Messkopfes relativ zum Werkstück werden Raumkoordinaten bestimmt, die die Position ausgewählter Messpunkte an dem Werkstück innerhalb eines definierten Messvolumens repräsentieren. Wenn man für eine Vielzahl von Messpunkten eine entsprechende Vielzahl von Raumkoordinaten bestimmt, kann man anhand der Raumkoordinaten die geometrische Abmessungen und die Form des Messobjekts bestimmen.
[0005] In vielen Fällen besitzt der Messkopf ein Tastwerkzeug, mit dem die ausgewählten Messpunkte angetastet (berührt) werden. Dementsprechend wird der Messkopf häufig auch als Tastkopf bezeichnet. Das Tastwerkzeug besitzt in der Regel einen oder mehrere Stifte mit einer Spitze, die zum Antasten der ausgewählten Messpunkte dient. Es gibt jedoch auch Messköpfe für Koordinatenmessgeräte, die berührungslos arbeiten, etwa mit Lasern und/oder Kameras. Die vorliegende Erfindung ist vor allem für taktile Messwerkzeuge (Tastwerkzeuge) von Bedeutung, sie kann jedoch prinzipiell auch bei berührungslos arbeitenden Messköpfen und entsprechenden Messwerkzeugen zur Anwendung kommen. Im folgenden wird jedoch der Einfachheit halber auf die bevorzugte Anwendung, d.h. auf einen Tastkopf mit einem Tastwerkzeug Bezug genommen.
[0006] Um bei komplexen Werkstücken alle Messpunkte zu erreichen, ist es häufig wünschenswert, den Taststift in unterschiedlichen Orientierungen relativ zum Tastkopf zu halten. Darüber hinaus ist es häufig wünschenswert, Tastwerkzeuge mit unterschiedlichen Taststiften oder Taststiftkombinationen an dem Tastkopf zu befestigen, um alle gewünschten Messpunkte optimal zu erreichen. [0007] DE 101 14 126 AI offenbart einen Tastkopf mit einem auswechselbaren Tastwerkzeug. Das Tastwerkzeug besitzt einen L-förmig abgewinkelten Taststift, der in mehreren Drehwinkelpositionen an dem Tastkopf befestigt werden kann. Ein Drehteller des Tastwerkzeugs ist über eine kinematische Dreipunktlagerung in einer definierten Drehwinkelposition an dem Tastkopf angeordnet. Um die Drehwinkelposition zu verändern, wird der Drehteller über eine pneumatisch betätigte Schubstange aus der Dreipunktlagerung ausgerückt und anschließend an der Schubstange über einen im Tastkopf angeordneten Drehantrieb gedreht. Danach wird der Drehteller wieder in die definierte Dreipunktlagerung eingerückt. Die Drehwinkelposition des Drehtellers und des daran angeordneten Taststiftes wird mit einem Sensor bestimmt, der gleichzeitig auch Signale für den Drehantrieb liefert.
[0008] In DE 10 2009 008 722 AI ist ein Tastkopf für ein Koordinatenmess- gerät beschrieben, bei dem das Tastwerkzeug mit Hilfe von Messkraftgeneratoren und einem sogenannten Abrollvorsprung gedreht werden kann. Messkraftgeneratoren dienen bei sogenannten aktiven Tastköpfen eigentlich dazu, eine definierte Antastkraft beim Antasten eines Messpunktes zu gewährleisten. Sie sind bei aktiven Tastköpfen prinzipbedingt vorhanden und werden gemäß DE 10 2009 008 722 AI zusätzlich auch zum Drehen des Tastwerkzeugs verwendet.
[0009] Der Drehteller des Tastwerkzeugs ist bei dem Tastkopf aus DE 10 2009 008 722 AI an einem Haltezapfen befestigt, über den der Drehteller für die Drehbewegung aus seiner kinematischen Lagerung ausgerückt werden kann. Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel kann der Haltezapfen zweiteilig ausgebildet sein, so dass sich das vordere freie Ende des Haltezapfens, an dem der Drehteller befestigt ist, vom Schaft des Haltezapfens lösen kann, wenn das Tastwerkzeug zu stark gegen das Messobjekt oder ein anderes Hindernis stößt. Die teilbare Realisierung des Haltezapfens ermöglicht somit einen Kollisionsschutz, der zumindest größere Beschädigungen am Messkopf, Messwerkzeug und/oder Hindernis verhindert. [0010] Dieselbe Art von Kollisionsschutz ist auch in der eingangs genannten DE 10 2005 043 454 B3 beschrieben, allerdings dort für einen Tastkopf mit einem starren (nicht drehbaren) Tastwerkzeug.
[0011] Es hat sich gezeigt, dass die teilbare Realisierung des Haltezapfen ungünstig ist, wenn der Haltezapfen auch zum Drehen des Tastwerkzeugs dient bzw. Drehmomente beim Drehen aufnehmen muss. Der Haltezapfen muss in diesem Fall eine zuverlässige und stabile Verbindung nicht nur in Bezug auf axiale Belastungen, sondern auch in Bezug auf Belastungen in radialer Richtung gewährleisten. Andererseits soll sich das freie Ende des Haltezapfens, an dem das Tastwerkzeug befestigt ist, im Fall einer Kollision leicht lösen können. Eine geeignete zwei- oder mehrteilige Realisierung des Haltezapfens ist aufwendig und teuer, insbesondere wenn der Tastkopf auch noch leicht und kompakt sein soll.
[0012] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Messkopf der eingangs genannten Art mit einem alternativen Kollisionsschutz anzugeben. Vorzugsweise soll sich der Kollisionsschutz für einen Messkopf mit drehbarem Messwerkzeug eignen, insbesondere mit einem Messwerkzeug, das mit der in DE 10 2009 008 722 AI beschriebenen Methode drehbar ist.
[0013] Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung durch einen Messkopf der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Ankerplatte lösbar an dem Teller befestigt ist und das zumindest eine Verriegelungselement die Ankerplatte an dem Haltezapfen hält.
[0014] Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Messwerkzeug der eingangs genannten Art gelöst, mit einem Teller mit einer Anzahl von zweiten Lagerelementen, die im Eingriff mit den ersten Lagerelementen am Messkopf eine definierte Position des Messwerkzeugs an dem Messkopf festlegen, mit einer Ankerplatte und mit zumindest einem verstellbaren Verriegelungselement, das dazu ausgebildet ist, das Messwerkzeug an dem Haltezapfen des Messkopfes zu befestigen, wobei die Ankerplatte lösbar an dem Teller befestigt ist und das zumindest eine Verriegelungselement die Ankerplatte an dem Haltezapfen hält.
[0015] Bevorzugt ist die Ankerplatte zerstörungsfrei lösbar und somit grundsätzlich reversibel an dem Teller befestigt, d.h. die Art der Befestigung ermöglicht ein wiederholtes Lösen und Zusammenfügen von Ankerplatte und Teller.
[0016] Bei dem neuen Messkopf ist die„Sollbruchstelle", die in einem Kollisionsfall ein Abtrennen des Messwerkzeugs vom Messkopf ermöglicht, in das Messwerkzeug verlegt. Im Gegensatz dazu befindet sich die Sollbruchstelle bei den bekannten Messköpfen mit Kollisionsschutz in dem Messkopf. Der neue Messkopf hat daher zunächst einmal den Nachteil, dass er nicht von sich aus gegen Beschädigungen im Kollisionsfall geschützt ist. Der Kollisionsschutz hängt vielmehr von dem angekoppelten Messwerkzeug ab. Dies birgt die Gefahr, dass ein Anwender mit dem Einsatz eines Messwerkzeugs, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, den Kollisionsschutz aushebelt. Andererseits besitzt die neue Realisierung den Vorteil, dass der Messkopf und insbesondere der Haltezapfen im Messkopf einfacher, leichter und trotzdem stabiler hergestellt werden können.
[0017] Des weiteren besitzt die neue Realisierung den Vorteil, dass Verschleiß, der durch Reibung an der Sollbruchstelle entstehen kann, im (typischerweise eher günstigen) Messwerkzeug und nicht im relativ teuren Messkopf auftritt. Sollte die Sollbruchstelle für den Kollisionsschutz aufgrund von Kollisionen und/oder Spiel im alltäglichen Einsatz Verschleiß zeigen, genügt es, dass eher günstige Messwerkzeug auszutauschen.
[0018] Überraschenderweise wirkt sich die Sollbruchstelle im Messwerkzeug nicht negativ auf die Genauigkeit des Messwerkzeugs bzw. des Messkopfes mit dem neuen Messwerkzeug aus, da die relative Position des Messwerkzeugs am Kupplungsteil weiterhin durch die ersten und zweiten Lagerelemente bestimmt wird. Selbst wenn die Ankerplatte Spiel in Bezug auf dem Teller des Messwerkzeugs haben sollte, verschlechtert dies nicht die Positioniergenauigkeit des Messwerkzeugs am Kupplungsteil, da die Position des Messwerkzeugs allein über die ersten und zweiten Lagerelemente und nicht über die Ankerplatte bestimmt wird.
[0019] Wie nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert wird, kann der neue Messkopf vorteilhaft als Tastkopf ohne integrierten Drehantrieb zum Drehen des Tastwerkzeugs realisiert werden, indem der Tastkopf einen oder mehrere Messkraftgeneratoren verwendet, die mit Hilfe eines Abrollvorsprungs am Tastkopf eine gewünschte Drehbewegung erzeugen. Dabei dient der Haltezapfen im wesentlichen nur dazu, das Messwerkzeug während des Drehvorgangs an dem Tastkopf zu halten, so dass es nicht herabfällt, wenn die Ankerplatte von dem Magneten gelöst ist. Der Haltezapfen kann aufgrund der neuen Anordnung radiale Belastungen, die sich als Folge der Drehbewegung am Abrollvorsprung ergeben, gut aufnehmen.
[0020] Insgesamt bietet der neue Messkopf mit dem neuen Messwerkerzug einen zuverlässigen Kollisionsschutz, der im Vergleich zu bekannten Messköpfen einfacher und kostengünstiger realisiert werden kann, indem die Ankerplatte des Messwerkzeugs zerstörungsfrei lösbar an dem Teller des Messwerkzeugs befestigt, der im übrigen einen Taststift, eine Kamera, einen Laser oder einen anderen Sensor zum Bestimmen von Raumkoordinaten aufweist. Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
[0021] In einer bevorzugten Ausgestaltung erzeugt der Magnet eine definierte erste Haltekraft, mit der die Ankerplatte angezogen wird, wobei die Ankerplatte mit einer definierten zweiten Haltekraft an dem Teller befestigt ist, und wobei die zweite Haltekraft größer ist als die erste Haltekraft. In einigen Ausführungsbeispielen ist die zweite Haltekraft größer als 80 N und vorzugsweise größer als 100 N.
[0022] Auf den ersten Blick könnten man annehmen, dass es für den Kollisionsschutz von Vorteil ist, wenn die„Sollbruchstelle" im Messwerkzeug fragiler ist als die Verbindung zwischen dem Messwerkzeug und dem Kupplungsteil, da ja gerade die Sollbruchstelle im Messwerkzeug nachgeben soll, wenn es zu einer Kollision kommt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Haltekraft, mit der der Magnet die Ankerplatte anzieht trotzdem kleiner sein kann als die zweite Haltekraft, mit der die Ankerplatte an dem Teller gehalten wird, da die ersten und zweiten Lagerelemente im Eingriff eine zusätzliche Stabilisierung der Verbindung bieten. Daher löst sich die Sollbruchstelle zwischen der Ankerplatte und dem Teller im Betrieb des neuen Messkopfes doch eher als die Verbindung zwischen Ankerplatte und Magnet, auch wenn die Haltekraft des Magneten selbst kleiner ist. Andererseits besitzt diese Ausgestaltung den Vorteil, dass der Magnet die Ankerplatte nicht von dem Teller des Messwerkzeugs abtrennen kann. Die Ausgestaltung ermöglicht daher eine stabileres und zuverlässigeres Auswechseln des Messwerkzeugs.
[0023] In einer weiteren Ausgestaltung ist das zumindest eine Verriegelungselement unterhalb der Ankerplatte angeordnet, wenn das Messwerkzeug an dem Kupplungsteil angekoppelt ist
[0024] In dieser Ausgestaltung trägt bzw. stützt das Verriegelungselement die Ankerplatte von unten gegen die Schwerkraft, wenn die Ankerplatte nicht vom Magneten im Kupplungsteil angezogen ist. Andererseits hält die Ankerplatte den Teller, sofern die (zweite) Haltekraft zwischen Ankerplatte und Teller nicht infolge einer Kollision überdrückt wird. Die Ankerplatte ist gewissermaßen an dem Verriegelungselement aufgehängt und hält ihrerseits das Messwerkzeug, das sich von dem Verriegelungselement nach unten erstreckt. Die Ausgestaltung ermöglicht eine kostengünstige Realisierung, indem das Verriegelungselement in eine Ausnehmung am Teller eingelegt und dann mit Hilfe der Ankerplatte an dem Teller fixiert wird. Zudem ermöglicht diese Ausgestaltung eine großflächige Anlage der Ankerplatte an dem Magneten und somit eine hohe erste Haltekraft mit einem recht kleinen Magneten. [0025] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt das Messwerkzeug zumindest ein Federelement, das die Ankerplatte mit der definierten zweiten Haltekraft an dem Teller fixiert.
[0026] Eine solche Fixierung ist eine einfache und kostengünstige Variante, die einerseits einen stabilen Betrieb in allen Fällen ohne Kollisionen und gleichzeitig einen hinreichenden Kollisionsschutz bietet. Zudem kann der Anwender die Ankerplatte und den Teller leicht wieder zusammenfügen, wenn der Teller bei einer Kollision von der Ankerplatte abgetrennt wurde.
[0027] In einer weiteren Ausgestaltung ist das Federelement eine Schraubenfeder, die ringförmig um die Ankerplatte herum verläuft.
[0028] In dieser Ausgestaltung ist das Federelement eine Schraubenfeder, die ihrerseits zu einem Ring gebogen ist. Die„Seele" der Schraubenfeder verläuft vorzugsweise konzentrisch zu dem Haltezapfen, wenn das Messwerkzeug an dem Haltezapfen befestigt ist. Diese Ausgestaltung hat sich als eine sehr zuverlässige Verbindung zwischen der Ankerplatte und dem Teller erwiesen. Die umlaufende Schraubenfeder bietet eine sehr gleichmäßige Haltekraft rund um das Ankerteil. Punktuelle Belastungen, die zu einem erhöhten Verschleiß führen können, sind minimiert. Andererseits lässt sich die Haltekraft mit einem solchen Federelement gut dimensionieren, um das bevorzugte Verhältnis von erster und zweiter Haltekraft zu erreichen.
[0029] In einer weiteren Ausgestaltung weist der Teller eine Ausnehmung auf, in der die Ankerplatte lösbar aufgenommen ist. Vorzugsweise sitzt die Ankerplatte passgenau in der Ausnehmung, wobei das Federelement zwischen dem Außenumfang der Ankerplatte und dem Innenmantel der Ausnehmung angeordnet ist.
[0030] Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr zuverlässige und trotzdem lösbare Verbindung zwischen der Ankerplatte und dem Teller. Sie miniert oder vermeidet gar das Risiko, dass die Ankerplatte von dem Teller abgetrennt werden kann, wenn sich das Messwerkzeug nicht an dem Haltezapfen befindet, beispielsweise wenn das Messwerkzeug in einem Werkzeugmagazin angelegt wird. Die Anordnung der Ankerplatte in der Ausnehmung vermeidet Stoßstellen bzw. Angriffspunkte, an denen die Ankerplatte gegen die zweite Haltekraft ausgehebelt werden kann.
[0031] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Haltezapfen eine Längsachse und ist entlang der Längsachse axial beweglich.
[0032] Diese Ausgestaltung ist von Vorteil, um die zweiten Lagerelemente am Messwerkzeug von den ersten Lagerelementen am Kupplungsteil zu trennen (auszurücken), ohne dass die Verbindung zwischen dem Messwerkzeug und dem Messkopf vollständig gelöst wird. Daher vereinfacht diese Ausgestaltung das bevorzugte Drehen des Messwerkzeugs relativ zum Messkopf.
[0033] In einer weiteren Ausgestaltung ist der Haltezapfen um die Längsachse drehbar, wobei die ersten und zweiten Lagerelemente mehrere definierte Drehwinkelpositionen festlegen.
[0034] Diese Ausgestaltung baut auf der zuvor genannten Ausgestaltung auf, indem der Haltezapfen eine Drehung des Messwerkzeugs am Messkopf ermöglicht. Die neue Art des Kollisionsschutzes ist gerade in diesen Fällen, in denen der Haltezapfen verschiedene Belastungen in unterschiedlichen Richtungen aufnehmen muss, von großem Vorteil.
[0035] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Messkopf einen Detektor und das zumindest eine Verriegelungselement besitzt eine Verriegelungsposition, in der es die Ankerplatte an dem Haltezapfen befestigt, und zumindest eine Freigabeposition, in der es die Ankerplatte freigibt, wobei der Detektor ein Signal erzeugt, das für die Verriegelungsposition und/oder die Freigabeposition repräsentativ ist [0036] In dieser Ausgestaltung besitzt der Messkopf einen Detektor, mit dessen Hilfe die Funktion des Verriegelungsmechanismus überwacht wird. Der Detektor erzeugt ein Signal, das für zumindest einer der Positionen des Verriegelungselements (Verriegelungsposition und/oder Freigabeposition) repräsentativ ist. Dementsprechend ist das Signal dazu ausgebildet, die jeweilige Position des Verriegelungselements anzuzeigen. Vorzugsweise wird das Signal des Detektors im Messkopf und/oder einer mit dem Messkopf verbundenen Steuerung ausgewertet, um eine unzureichende Befestigung des Messwerkzeugs an dem Haltezapfen frühzeitig zu erkennen und in Abhängigkeit davon ein Warnsignal an den Bediener der Maschine auszugeben und/oder einen Betriebsstopp auszulösen. Es ist ferner bevorzugt, wenn die Steuereinheit in Abhängigkeit von dem Signal des Detektors ein Ausrücken des Drehtellers und gegebenenfalls eine damit verbundene Änderung der Drehwinkelposition verhindert.
[0037] Alternativ oder ergänzend hierzu könnte der Verriegelungsmechanismus fehlersicher ausgebildet sein, beispielsweise durch eine mechanische Konstruktion, die eine Befestigung des Tastwerkzeugs mit unzureichender Verriegelung des Verriegelungselements ausschließt. Die Verwendung eines Detektors zum Erzeugen eines speziellen Überwachungssignals vereinfacht allerdings die mechanische Konstruktion der Schnittstelle zwischen Messwerkzeug und Kupplungsteil. Darüber hinaus ermöglicht der Detektor, Veränderungen an der mechanischen Schnittstelle zwischen Drehteller und Kupplungsteil, etwa durch Verschmutzung oder Verschleiß zu berücksichtigen.
[0038] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Teller zumindest einen Identifikationsschaltkreis und das Kupplungsteil besitzt einen Sensor zum Auslesen des zumindest einen Identifikationsschaltkreises.
[0039] Ein Identifikationsschaltkreis im Sinne dieser Ausgestaltung ist ein - vorzugsweise elektronischer - Schaltkreis, der eine Kodierung enthält, die das Messwerkzeug identifiziert. Ein bevorzugter Identifikationsschaltkreis enthält einen Speicher, in dem die Kodierung digital gespeichert ist. Prinzipiell könnte der Identifikationsschaltkreis aber eine mechanische Kodierung aufweisen, die mechanisch, elektrisch und/oder optisch mit einem geeigneten Sensor im Kupplungsteil ausgelesen wird. Die Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass der Tastkopf die Identität und Eigenschaften des Tastwerkzeugs einfach und automatisiert erkennen kann, um beispielsweise die Anzahl der möglichen Drehwinkelpositionen und/oder das Vorhandensein des neuen Detektors festzustellen.
[0040] In einer weiteren Ausgestaltung ist der Detektor dazu ausgebildet, das Auslesen des Identifikationsschaltkreises durch den Sensor in Abhängigkeit von der Verriegelungsposition und/oder der Freigabeposition zu verhindern.
[0041] Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr einfache, kostengünstige und platzsparende Realisierung des Detektors, indem der Detektor die von dem Identifikationsschaltkreis ohnehin gelieferte Kodierung nutzt, um das Überwachungssignal für den Verriegelungsmechanismus zu erzeugen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verhindert der Detektor das Auslesen des Identifikationsschaltkreises, wenn sich das Verriegelungselement nicht in seiner Verriegelungsposition befindet. Das "Signal" des Detektors besteht in diesem Fall darin, dass der Sensor kein Signal vom Identifikationsschaltkreis erhält. Der Detektor kann daher ein passives Element sein, was von Vorteil ist, um eine Erwärmung des Messkopfes im Messbetrieb zu minimieren.
[0042] In einer bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet der Detektor einen passiven elektrischen Schalter, der elektrisch in Reihe zu dem zumindest einen Identifikationsschaltkreis angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr einfache, kostengünstige und zuverlässige Realisierung des Detektors. Vorzugsweise ist der Schalter nur dann geschlossen, wenn sich das Verriegelungselement in seiner Verriegelungsposition befindet, so dass das Auslesen des Identifikationsschaltkreises nur möglich ist, wenn der Verriegelungsmechanismus geschlossen ist. Der elektrische Schalter ist vorzugsweise ein mechanisch betätigter Mikroschalter. Ein solcher Schalter lässt sich in dem geringen Bauraum eines Drehtellers gut integrieren.
[0043] In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der Verriegelungsmechanismus zwei - vorzugsweise federbelastete - Schieber, die gegenläufig zueinander verschiebbar sind, um das zumindest eine Verriegelungselement in die Freigabeposition zu bringen.
[0044] Zwei gegenläufige Schieber ermöglichen ein einfaches und sicheres Öffnen und Schließen des Verriegelungsmechanismus. Darüber hinaus ist ein Verriegelungsmechanismus mit zumindest zwei gegenläufigen Verriegelungselementen robust und tolerant gegenüber leichten Positionierungenauigkeiten beim Einsetzen des Drehtellers. Solche Ungenauigkeiten werden durch gegenläufige Elemente ausgeglichen. Federbelastete Schieber besitzen den Vorteil, dass sie eine definierte Ruheposition gewährleisten, in der der Drehteller vorzugsweise an dem Haltezapfen verriegelt ist.
[0045] Die bevorzugten Schieber besitzen jeweils ein freies Ende, wobei die freien Enden in der Ruheposition diametral zueinander liegen und radial über den Drehtellerrand hinausragen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache manuelle Betätigung und eine gut reproduzierbare maschinelle Betätigung des Verriegelungsmechanismus.
[0046] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0047] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Koordinatenmessgerät mit einem Tastkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine stark vereinfachte Darstellung des Tastkopfes mit einer Tast- kopfsensorik und einem Messkraftgenerator,
Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Tastkopfes in einer Ansicht von unten auf das Kupplungsteil,
Fig. 4 das Kupplungsteil aus Fig. 3 in einer Schnittansicht entlang der Linie
IV-IV,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Tastwerkzeuges in einer Ansicht auf den Teller, der an das Kupplungsteil aus Fig. 3 angekoppelt werden kann,
Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung des Verriegelungsmechanismus aus dem Tastwerkzeug aus Fig. 5,
Fig. 7 eine vereinfachte Darstellung des Tastwerkzeuges aus Fig. 5 an dem
Kupplungsteil aus Fig. 3 und 4, und
Fig. 8 das Kupplungsteil und das Tastwerkzeug aus Fig. 7 im Fall einer
Kollision.
[0048] In Fig. 1 ist ein Koordinatenmessgerät mit dem neuen Tastkopf in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Koordinatenmessgerät 10 besitzt hier eine Basis 12, auf der ein Portal 14 in Längsrichtung verschieblich angeordnet ist. Die Bewegungsrichtung des Portals 14 relativ zu der Basis 12 wird üblicherweise als y-Achse bezeichnet. Am oberen Querträger des Portals 14 ist ein Schlitten 16 angeordnet, der in Querrichtung verschieblich ist. Die Querrichtung wird üblicherweise als x- Achse bezeichnet. Der Schlitten 16 trägt eine Pinole 18, die in z-Richtung, also senkrecht zu der Basis 12, verfahren werden kann. Mit den Bezugsziffern 20, 22, 24 sind Messeinrichtungen bezeichnet, mit deren Hilfe die Position des Portals 14, des Schlittens 16 und der Pinole 18 bestimmt werden kann. Typischerweise handelt es sich bei den Messeinrichtungen 20, 22, 24 um Glasmaßstäbe, die mit Hilfe geeigneter Sensoren abgelesen werden.
[0049] Am unteren freien Ende der Pinole 18 ist ein Tastkopf 26 angeordnet, der ein Tastwerkzeug 27 hält. Das Tastwerkzeug 27 weist hier drei Taststifte 28 auf, die jeweils an ihren freien Enden eine Tastkugel 29 besitzen. Die Kugel dient dazu, einen Messpunkt an einem Messobjekt 30 anzutasten. Mit Hilfe der Messeinrichtungen 20, 22, 24 lässt sich die Position des Tastkopfes 26 innerhalb des Messvolumens beim Antasten des Messpunktes bestimmen. In Abhängigkeit davon kann man Raumkoordinaten des angetasteten Messpunktes innerhalb des Messvolumens bestimmen, das von den Bewegungsachsen des Messkopfes aufgespannt wird.
[0050] Mit der Bezugsziffer 32 ist eine Auswerte- und Steuereinheit bezeichnet, die über Leitungen 34 und 36 mit den Antrieben und Sensoren am Portal verbunden ist. Die Steuereinheit 32 dient dazu, die Antriebe für die Bewegungen des Tastkopfes 26 entlang der drei Koordinatenachsen x, y und z anzusteuern. Außerdem liest die Auswerte- und Steuereinheit 32 die Messwerte von den Messeinrichtungen 20, 22, 24 ein, und sie bestimmt in Abhängigkeit davon und in Abhängigkeit von den Auslenkungen des Tastwerkzeugs 27 die aktuellen Raumkoordinaten des angetasteten Messpunktes.
[0051] Fig. 2 zeigt anhand einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung die grundlegende Funktionsweise des Tastkopfes 26. Der Tastkopf 26 besitzt ein Rumpfteil 38 und ein Kupplungsteil 40, die hier über zwei Blattfedern 42 und 44 miteinander verbunden sind. Die Blattfedern 42, 44 bilden ein Federparallelogramm, das eine Bewegung des Kupplungsteils 40 in Richtung des Pfeils 46 (und zurück in Richtung des Pfeils 46') ermöglicht. Damit kann das Tastwerkzeug 27 mit den Taststiften 28 um eine Distanz D aus seiner Ruhelage ausgelenkt werden.
[0052] An dem Rumpfteil 38 und an dem beweglichen Teil 40 ist hier jeweils ein Schenkel 48, 50 angeordnet. Die Schenkel 48, 50 stehen hier parallel zu den Blattfedern 42, 44. Zwischen den Schenkeln 48, 50 sind ein Auslenkungsdetektor 52 (hier mit einer Tauchspule 53 und einem Tauchkörper 54) und ein Messkraftgenerator 56 angeordnet. Die Tauchspule 53 erzeugt ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Eintauchbewegung des Tauchkörpers 54. Als Auslenkungsdetektor 52 sind alternativ oder ergänzend Hall-Sensoren, piezoresistive Sensoren, magnetore- sistive Sensoren oder jeder andere Sensor (etwa optische Sensoren) denkbar, mit deren Hilfe die räumliche Auslenkung des Tastwerkzeuges 27 relativ zu dem Rumpfteil 38 bestimmt werden kann. Der Messkraftgenerator 56 ist hier ebenfalls als Tauchspule ausgebildet. Mit Hilfe des Messkraftgenerator 56 können die beiden Schenkel 42 und 50 gegeneinander gezogen oder auseinandergedrückt werden.
[0053] In der stark vereinfachten Darstellung in Fig. 2 ermöglicht der Tastkopf 26 eine Auslenkung des Tastwerkzeuges 27 lediglich in Richtung des Pfeils 46. Den einschlägigen Fachleuten ist allerdings klar, dass ein Tastkopf 26 typischerweise eine entsprechende Auslenkung in zwei weiteren, orthogonalen Raumrichtungen ermöglicht. Dies kann beispielsweise mit weiteren Federparallelogrammen und/oder mit einer Membranfeder realisiert sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Realisierung beschränkt und kann auch bei anderen Arten von Messköpfen köpfen verwendet werden.
[0054] Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Tastkopfes 26 in einer Ansicht von unten auf die Wechselschnittstelle (also ohne Tastwerkzeug 27). Fig. 4 zeigt einen vereinfachten Schnitt des Tastkopfes aus Fig. 3 entlang der Schnittlinie IV-IV. [0055] Das Rumpfteil 38 hält das Kupplungsteil 40, das an dem Rumpfteil 38 vorzugsweise in drei orthogonalen Raumrichtungen beweglich ist. Der Einfachheit halber sind in Fig. 4 lediglich zwei Federelemente 42 gezeigt, die die drei orthogonalen Bewegungsrichtungen ermöglichen. Das Kupplungsteil 40 weist hier einen Zapfen 57 auf, der in dem Kupplungsteil 40 axial, d.h. entlang seiner Längsachse, beweglich geführt ist (Die axiale Bewegung ist im Detail in der eingangs genannten DE 10 2009 008 722 AI beschrieben, die hier durch Bezugnahme aufgenommen ist). Im Randbereich des Kupplungsteils 40 sind drei Kugelpaare 58 angeordnet, die erste Lagerelemente für eine kinematische Lagerung des Tastwerkzeugs 27 bilden. Das Kupplungsteil 40 besitzt ferner einen Magneten 60, hier in Form eines ringförmigen Elektromagneten. Alternativ kann der Magnet ein Permanentmagnet sein, der mit einem zusätzlichen Elektromagneten verstärkt oder abgeschwächt wird. Der Magnet 60 ist hier konzentrisch zu dem Zapfen 57 an dem Kupplungsteil 40 angeordnet. Des weiteren besitzt das Kupplungsteil 40 in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Sensor 62 mit zwei Kontakten 64 und einen zweiten Sensor 66. Am Rumpfteil 38 ist schließlich eine Zylinderhülse 68 mit einem Innenmantel 70 ausgebildet. Die Zylinderhülse 68 erstreckt sich hier konzentrisch zu dem Zapfen 57 und bildet einen Abrollvorsprung 68, der in bevorzugten Ausführungsbeispielen zum Drehen des Tastwerkzeugs 27 verwendet werden kann. Die Drehung des Tastwerkzeugs 27 mit Hilfe des Abrollvorsprungs 68 ist im Detail in der schon genannten DE 10 2009 008 722 AI beschrieben, die hier auch insoweit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
[0056] Wie bereits bei der Erläuterung von Fig. 2 erwähnt wurde, kann die Position des Kupplungsteils 40 relativ zu dem Rumpfteil 38 mit Hilfe von Messkraftgeneratoren 56 verändert werden. Dies dient üblicherweise dazu, um eine definierte Messkraft beim Antasten eines Messpunktes zu erzeugen. Um darüber hinaus eine vorteilhafte Bewegung des Zapfens 57 relativ zu dem Kupplungsteil 40 zu ermöglichen, ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Anschlag 72 vorgesehen, der hier an dem Rumpf teil 38 ausgebildet ist oder zumindest mit diesem starr verbunden ist. Der Anschlag 72 wirkt mit einem Gegenstück 73 zusammen, das am oberen Ende des Zapfens 57 ausgebildet ist. In Fig. 4 ragt das obere Ende des Zapfens 57 nach oben über den Anschlag 72 hinaus und das Gegenstück 73 ist oberhalb von dem Anschlag 72 angeordnet. Wenn das Kupplungsteil 40 mit Hilfe des Messkraftgenerators 56 nach unten gedrückt wird, folgt der Zapfen 57 dieser Bewegung, bis das Gegenstück
73 von oben gegen den Anschlag 72 stößt. Ab dieser Position wird der Zapfen 57 gegen eine weitere Bewegung nach unten blockiert. Das Kupplungsteil 40 kann demgegenüber mit Hilfe des Messkraftgenerators 56 weiter nach unten gedrückt werden. Von dem Moment an, in dem der Zapfen 57 über das Gegenstück 73 an dem Anschlag 72 blockiert ist, bewegt der Messkraftgenerator 56 nur noch das Kupplungsteil 40 nach unten, nicht mehr den Zapfen 57. Anders ausgedrückt schiebt der Messkraftgenerator 56 das Kupplungsteil 40 relativ zu dem Zapfen 57 nach unten. Da der Zapfen 57 an seinem unteren freien Ende dazu ausgebildet ist, das Tastwerkzeug 27 zu halten (siehe Fig. 7 und 8), kann man mit Hilfe des Messkraftgenerators 56 und des Anschlags 72 den Abstand zwischen dem Kupplungsteil 40 und dem Tastwerkzeug 27 variieren. Dies wird in Ausführungsbeispielen vorteilhaft dazu verwendet, um das Kupplungsteil 40„sanft" an das Tastwerkzeug 27 anzunähern und anschließend mit dem Magneten 60 anzuziehen.
[0057] Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Tastwerkzeugs 27 in einer Draufsicht auf die Schnittstelle, mit der das Tastwerkzeug 27 an das Kupplungsteil 40 angekoppelt wird. Das Tastwerkzeug 27 besitzt einen Drehteller 74, der hier kreisförmig ausgebildet ist. Am Außenumfang des Drehtellers 74 ist ein Traktionselement angeordnet 76. Das Traktionselement kann ein Gummiring oder auch eine Außenverzahnung sein, die mit einer entsprechenden Verzahnung am Innenmantel 70 (hier nicht dargestellt) des Abrollvorsprungs 68 zusammenwirkt. Der Drehteller 74 besitzt hier mehrere Walzen 78, die als Lagerelemente mit den Kugelpaaren 58 am Kupplungsteil 40 zusammenwirken, um eine reproduzierbare, kinematisch bestimmte Lagerung des Tastwerkzeugs 27 am Kupplungsteil 40 zu bewirken. Anstellen der hier dargestellten Lagerelemente in Form von Walzen und Kugelpaaren können auch andere Lagerelemente verwendet sein, die eine kinematische Lagerung des Tastwerkzeugs 27 am Kupplungsteil 40 bewirken, etwa eine Hirthverzahnung. Des weiteren können die Walzen 78 prinzipiell die Lagerelemente am Kupplungsteil 40 sein, während am Drehteller 74 Kugelpaare 58 ausgebildet sind. [0058] Die Walzen 78 sind hier in Umfangsrichtung des Drehtellers 74 in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet. Radial innen zu jeder Walze 78 sind zwei Kontakte 80 angeordnet, die mit den Kontakten 66 am Kupplungsteil 40 zusammenwirken, wenn der Drehteller 74 am Kupplungsteil 40 in einer durch die Walzen 78 und Kugelpaare 58 definierten Drehposition befestigt ist. Bezugsziffer 82 bezeichnet einen Identifikationsschaltkreis, beispielsweise in Form eines Speicherchips, in dem eine individuelle Kodierung gespeichert ist. Jeder Identifikationsschaltkreis enthält daher eine eindeutige Information. Der Sensor 64 kann über die Kontakte 66 jeweils nur einen Identifikationsschaltkreis 82 auslesen und anhand der ausgelesenen Kodierung die Dreh Winkelposition des Tastwerkzeugs 27 relativ zum Kupplungsteil 40 und eventuell weitere Eigenschaften des Tastwerkzeugs, wie etwa die Taststiftlänge, erkennen.
[0059] Im Zentrum des Drehtellers 74 ist eine Ankerplatte 83 mit einer Aufnahme in Form einer kreisförmigen Öffnung 84 angeordnet. Die Ankerplatte besteht aus einem magnetisierbaren Material, so dass sie von dem Magnete 60 am Kupplungsteil 40 angezogen werden kann. An der Ankerplatte 83 sind hier zwei Verriegelungselemente 86 angeordnet, mit denen der Drehteller 74 zusätzlich an dem unteren freien Ende des Zapfens 57 befestigt werden kann. Dies ermöglicht in den bevorzugten Ausführungsbeispielen das Drehen des Tastwerkzeugs 27 über den Zapfen 57, während die Walzen 78 aus den Kugelpaaren 58 ausgerückt sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verriegelungselemente 92 zwei Stäbe, die dazu ausgebildet sind, in eine Nut am unteren freien Ende des Zapfens 57 einzugreifen (siehe Fig. 7 und 8).
[0060] In Fig. 6 ist ein Verriegelungsmechanismus gezeigt, mit dem die Verriegelungselemente 86 geöffnet oder geschlossen werden können, um den Drehteller 74 an dem Zapfen 57 zu befestigen. Der Verriegelungsmechanismus besitzt in diesem Ausführungsbeispiel zwei gegenläufig zueinander bewegliche Schieber 87a, 87b. Jeder Schieber 87a, 87b ist über ein Federelement 88 in eine Ruheposition vorgespannt. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen spannen die Federelemente 88 die Schieber 87 in einer Ruheposition vor, in der die Verriegelungselemente 86 den Drehteller 74 an dem Zapfen 57 festklemmen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jeder Schieber 87 mit jeweils einem Klemmstück 89a, 89b verbunden. An jedem Klemmstück 89a, 89b ist ein Verriegelungsstift 86 angeordnet.
[0061] Durch gegenläufiges Zusammendrücken der Schieber 87a, 87b in Richtung der in Fig. 6 gezeigten Pfeile können die Klemmstücke 89 auseinandergedrückt werden. Loslassen der Schieber 87 führt dazu, dass die Federelemente 88 die Verriegelungsstifte 86 wieder zusammenschieben. Zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus besitzt jeder Schieber 87 ein freies Ende 91a, 91b, das über den Außenumfang des Drehtellers 74 nach außen hervorsteht. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen liegen die freien Enden 91a, 91b der Schieber 87a, 87b diametral zueinander am Außenumfang des Drehtellers 74.
[0062] In den bevorzugten Ausführungsbeispielen beinhaltet der Verriegelungsmechanismus ferner einen Detektor 93, der dazu ausgebildet ist, die Verriegelungsposition und/oder die Freigabeposition der Verriegelungselemente 86 zu detek- tieren. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist der Detektor 93 ein Mikroschalter mit einem Schaltkontakt, der elektrisch in Serie zu allen Kontaktpaaren 80 des Drehtellers 74 angeordnet ist. Der Schaltkontakt kann ein mechanischer Kontakt oder ein elektronischer Schalter, etwa in Form eines Transistors sein. Die Schaltstellung des Schalters 93 wird über den Schieber 87a beeinflusst. In der in Fig. 6 gezeigten Position berührt eine Nase 94 des Schiebers 87a den Schalter 93. Durch die Nase 94 wird der Schaltkontakt 95 geschlossen. In dieser Position kann der Sensor 62 im Tastkopf 27 denjenigen Identifikationsschaltkreis 82 auslesen, dessen Kontakte 80 mit den Kontakten 64 am Kupplungsteil in Berührung stehen. Drückt die Nase 94 demgegenüber nicht auf den Schalter 93, kann der Sensor 62 keinen der Identifikationsschaltkreise 82 auslesen. Das Nicht- Vorhandensein eines Identifikationssignals von einem der Identifikationsschaltkreise 82 ist ein Signal, mit dem der Detektor 93 anzeigt, dass die Verriegelungselemente 86 nicht ordnungsgemäß geschlossen sind. [0063] Fig. 7 und 8 zeigen eine Schnittansicht des Kupplungsteils 40 mit dem Drehteller 74 in einer Betriebsposition, in der die Walzen 78 aus den Kugelpaaren 58 ausgerückt sind, so dass der Drehteller 74 an dem Abrollvorsprung 68 gedreht werden kann. Wie man in Fig. 8 erkennen kann, besitzt der Drehteller 74 eine Ausnehmung 96, in der die magnetisierbare Ankerplatte 83 passgenau aufgenommen ist. Dabei wird die Ankerplatte 83 in diesem Ausführungsbeispiel von einem Federelement 98 in der Ausnehmung 96 gehalten. Das Federelement 98 ist hier eine Schraubenfeder, die ringförmig um die (hier kreisförmige) Ankerplatte 83 herum an dieser angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend könnte das Federelement 98 an dem Drehteller 74 angeordnet sein, etwa in der Ausnehmung 96. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 98 eine zu einem Ring zusammengelegte Spiralfeder, wie sie etwa von der Firma Bai Seal Engineering, Inc., 19650 Pauling, Foothill Ranch, CA 92610-2610, U.S.A. angeboten wird.
[0064] In anderen Ausführungsbeispielen kann die Ankerplatte mit Hilfe eines Sprengrings, mit Hilfe von Spanndrähten, mit Hilfe von federbelasteten Haltestiften und/oder mit Hilfe von weiteren Magneten (hier nicht dargestellt) in der Ausnehmung 96 befestigt sein.
[0065] In allen Ausführungsbeispielen ist es bevorzugt, wenn die Haltekraft, mit der die Ankerplatte 83 an dem Drehteller 74 befestigt ist, größer ist als die Haltekraft, mit der die Ankerplatte 83 von dem Magnet 60 im Kupplungsteil 40 angezogen wird, so dass der Magnet 60 die Ankerplatte 83 nicht vom Drehteller 74 abreißen kann. Andererseits soll die Haltekraft, mit der die Ankerplatte 83 an dem Drehteller 74 befestigt ist, nur etwas größer sein als die Haltekraft, mit der die Ankerplatte 83 von dem Magnet 60 im Kupplungsteil 40 angezogen wird, damit der Drehteller 74 im Fall einer Kollision mit einem Hindernis leicht von der Ankerplatte 83 und dem Kupplungsteil 40 abreißen kann, ohne dass es zu einer schädigenden Krafteinleitung in das Kupplungsteil 40 kommt. [0066] Wie man in der Darstellung in Fig. 8 erkennen kann, verbleibt die Ankerplatte 83 mit dem Verriegelungsmechanismus im Fall einer Kollision an dem Haltezapfen 57, während der Drehteller 74 von der Ankerplatte 83 abreißt. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Ankerplatte 83 zusätzlich noch über ein Seil oder ein anderes flexibles Element (hier nicht dargestellt) mit dem Teller 74 des Messwerkzeugs verbunden sein, um zu verhindern, dass der Teller 74 beim Abreißen von der Ankerplatte ungebremst auf das Werkstück oder die Basis des Koordinatenmessgerätes fällt. Ein solches Sicherungsseil ist beispielsweise aus der eingangs genannten DE 10 2009 008 722 AI bekannt, die hier auch insoweit durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Messkopf für ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem Messobjekt (30), mit einem Kupplungsteil (40) zum Ankoppeln eines Messwerkzeugs (27), und mit einem Messwerkzeug (27), das lösbar an dem Kupplungsteil (40) angekoppelt ist, wobei das Kupplungsteil (40) eine Anzahl von ersten Lagerelementen (58), einen Magneten (60) und einen Haltezapfen (57) aufweist, und wobei das Messwerkzeug (27) einen Teller (74) mit einer Anzahl von zweiten Lagerelementen (78), einer Ankerplatte (83) und zumindest einem verstellbaren Verriegelungselement (86) aufweist, wobei der Magnet (60) dazu ausgebildet ist, die Ankerplatte (83) anzuziehen, um die ersten und zweiten Lagerelemente (58, 78) in Eingriff miteinander zu bringen, wobei die ersten und zweiten Lagerelemente (58, 78) im Eingriff eine definierte Position des Messwerkzeugs (27) an dem Kupplungsteil (40) festlegen, und wobei das zumindest eine Verriegelungselement (86) das Messwerkzeug (27) an dem Haltezapfen (57) befestigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (83) lösbar an dem Teller (74) befestigt ist und das zumindest eine Verriegelungselement (86) die Ankerplatte (83) an dem Haltezapfen (57) hält.
2. Messkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (60) eine definierte erste Haltekraft erzeugt, mit der die Ankerplatte (83) angezogen wird, wobei die Ankerplatte (83) mit einer definierten zweiten Haltekraft an dem Teller (74) befestigt ist, und wobei die zweite Haltekraft größer ist als die erste Haltekraft.
3. Messkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verriegelungselement (86) unterhalb der Ankerplatte (83) angeordnet ist, wenn das Messwerkzeug (27) an dem Kupplungsteil (40) angekoppelt ist.
4. Messkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zumindest ein Federelement (98), das die Ankerplatte (83) an dem Teller (74) fixiert.
5. Messkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (98) eine Schraubenfeder ist, die ringförmig um die Ankerplatte (83) herum angeordnet ist.
6. Messkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Teller (74) eine Ausnehmung (96) aufweist, in der die Ankerplatte (83) lösbar aufgenommen ist.
7. Messkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltezapfen (57) eine Längsachse (57a) besitzt und entlang der Längsachse (57a) axial beweglich ist.
8. Messkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltezapfen (57) drehbar ist, wobei die ersten und zweiten Lagerelemente (58, 78) mehrere definierte Drehwinkelpositionen festlegen.
9. Messkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Detektor (93), wobei das zumindest eine Verriegelungselement (86) eine Verriegelungsposition besitzt, in der es die Ankerplatte (83) an dem Haltezapfen (57) befestigt, und zumindest eine Freigabeposition, in der es die Ankerplatte (83) freigibt, und wobei der Detektor (93) ein Signal erzeugt, das für die Verriegelungsposition und/oder die Freigabeposition repräsentativ ist.
10. Messkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Teller (74) zumindest einen Identifikationsschaltkreis (82) besitzt und dass das Kupplungsteil (40) einen Sensor (62) zum Auslesen des zumindest einen Identifikationsschaltkreises (82) besitzt.
11. Messkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (93) dazu ausgebildet ist, das Auslesen des Identifikationsschaltkreises (82) durch den Sensor (62) in Abhängigkeit von der Verriegelungsposition und/oder der Freigabeposition zu verhindern.
12. Messwerkzeug für einen Messkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem Teller (74) mit einer Anzahl von zweiten Lagerelementen (78), die im Eingriff mit den ersten Lagerelementen (58) am Messkopf (26) eine definierte Position des Messwerkzeugs (27) an dem Kupplungsteil (40) festlegen, mit einer Ankerplatte (83) und mit zumindest einem verstellbaren Verriegelungselement (86), das dazu ausgebildet ist, das Messwerkzeug (27) an dem Haltezapfen (57) zu befestigen, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verriegelungselement (86) an der Ankerplatte (83) angeordnet ist, und dass die Ankerplatte (83) lösbar an dem Teller (74) befestigt ist.
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